Многоканальные системы передачи

При превышении заданного предела создаются  условия для распространения  нескольких модов.

Определяем  число мод, распространяемых по оптическому  волокну во втором и третьем окнах прозрачности на длинах волн 1,31мкм и 1,55мкм.

Число распространяемых модов определяется по формуле

Определяем  число мод для второго окна прозрачности:

Определяем  число мод для третьего окна прозрачности:

Из  формулы расчета числа мод  видно, что уменьшение диаметра сердцевины уменьшает число мод, но увеличиваются  потери на вводе и на микроизгибах. В результате расчета в каждом окне прозрачности число мод невелико, то режим работы волокна близкий к одномодовому.

Из-за малой разности коэффициентов преломления, передаваемое излучение распространяется не только в сердцевине, но частично и в оболочке, для характеристики этого явления вводится понятие  модовое поле, которое учитывает увеличение площади распространения излучения. Диаметр модового поля в пределах которого мощность снижается до 0,135 от максимальной величины определяется по формуле

=8,8

Соотношение диаметра сердцевины волокна и модового поля приведем на рисунке 2.

Рисунок 2 – Соотношение диаметров ОВ и модового поля

Определяем скорость распространения излучения в  оптическом волокне, которая зависит  от коэффициента преломления сердцевины

 ,                                                             (9)

где с₀ – скорость света в вакууме (3 10⁸м/с ).

м/с

Результаты расчётов основных параметров ОВ заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Основные параметры ОВ

Параметры				мод		V		С,
				2оп	3оп
Значение	1,495	1,486	0,164	2	1	2,924	11,176	2,007

 

Качество  передачи цифрового сигнала определяется величиной потерь и уширением импульсов за счет дисперсии.

Величина  потерь определяется коэффициентом  затухания определяемый по формуле

,                                                      (10)

где коэффициент, учитывающий потери на поглощение молекулами вещества;

 коэффициент, учитывающий потери  на рассеивание на неоднородностях.

Коэффициент затухания на поглощение определяется по формуле:

где параметр, учитывающий свойства материала, (для кварца ).

Коэффициент затухание на рассеяние определяется по формуле

где коэффициент рассеивания (для кварца 0,6…0,9).

Для расчетов выбираем равный 0,8

Определяем  величину потерь для длины волны 1,55мкм

 

дБ/км

дБ/км              

 дБ/км.

Аналогично  выполняем расчеты для других длин волн, и результаты вычислений заносим в таблицу 5. При расчетах учитываем, что на длинах волн : 0,95; 1,384; 1,625; 1,675 возникают дополнительные потери на поглощение, равные соответственно: 0,6; 0,8; 0,07; 0,2 дБ.

Таблица 5 – Результаты расчета коэффициента затухания

λ,мкм	αп,дБ/км	αр,дБ/км	αдоп,дБ/км	α,дБ/км
0,8	0,217	1,707	---	1,924
0,85	0,204	1,341	---	1,545
0,95	0,182	0,859	0,6	1,641
1,0	0,173	0,7	---	0,873
1,26	0,137	0,277	---	0,414
1,31	0,132	0,237	---	0,369
1,36	0,127	0,205	---	0,332
1,384	0,125	0,191	0,8	1,116
1,4	0,123	0,182	---	0,305
1,43	0,121	0,167	---	0,288
1,53	0,113	0,128	---	0,241
1,55	0,112	0,121	---	0,233
1,565	0,111	0,117	0,07	0,298
1,625	0,107	0,100	0,2	0,407

 

            По результатам расчётов строим график зависимости , который приведен на рисунке 3.

 

Рисунок 3 – График зависимости коэффициента затухания ОВ от длины волны

Из  графика видно, что на отдельных  участках имеется минимум затухания. Эти участки получили название окон прозрачности. Первое окно от 0,78 до 0,93мкм  с центром 0,85мкм, в настоящее время  используется только в локальных  сетях. Второе окно прозрачности 1,26 – 1,36мкм с центром 1,31мкм, применяется  при работе на коротких участках. Третье окно прозрачности 1,53 – 1,565мкм с  центром 1,55мкм, применяется при работе на зоновых, магистральных и местных сетях, при значительном расстоянии между регенераторами.

Расстояние  между станциями ограничивает не только потери, но и уширение импульсов, которое приводит к межсимвольным  искажениям и увеличению коэффициента ошибок, т.к. режим работы близкий  к одномодовому, учитываем влияния только хроматической дисперсии, считая что межмодовая дисперсия равна нулю.

Хроматическая дисперсия определяется по формуле

где M_(λ) – материальная составляющая дисперсии;

       В_(λ) – волновая составляющая дисперсии.

Для стандартных волокон (рекомендация ITU-T G. 625) хроматическая дисперсия определяется по формуле

где S₀ – крутизна наклона дисперсионной кривой (0,093 );

       λ₀ – длина волны нулевой дисперсии (1290нм);

       λ – расчетная длина волны.

Определяем значение хроматической дисперсии для  длины волны 1,55мкм (1550нм)

Значение дисперсии  на других длинах волн определяем аналогично и результаты расчетов заносим в  таблицу 6.

Таблица 6 – Зависимость  хроматической дисперсии от длины  волны

λ, нм
1260	-2,930
1290	0
1310	1,827
1350	5,210
1400	9,114
1450	12,608
1500	15,799
1550	18,748
1600	21,464
1625	22,782
1675	25,236

 

Рисунок 4 – Изменения  хроматической дисперсии от длины  волны

Из графика  видно, что на некоторых длинах волн дисперсия отрицательна. Это явление  используется для создания волокон  с отрицательной дисперсией в  рабочем диапазоне, что позволяет  уменьшить общую величину дисперсии  на участке регенерации. Для смещения точки нулевой дисперсии изменяется профиль коэффициента преломления  сердцевины.

2.2 Расчет  длины участков регенерации

Расстояние  между соседними регенераторами ограничивают два фактора:

- допустимые  потери;

- уширение  импульсов.

Определим значение длин участков регенерации  ограниченных величин потерь. Максимальная длина участка регенерации определяется по формуле

Где Э_п - энергетический потенциал системы передачи, дБ;

  Э_з - энергетический запас (3…6дБ);

А_р -  потери в разъемных соединениях(0,3…0,5дБ);

  А_н - потери в неразъемных соединениях(0,05…0,15дБ);

  α - коэффициент затухания на рабочей длине волны;

  - строительная длина кабеля.

Минимальная длина участка регенерации определяется по формуле

где пределы автоматической регулировки уровней в регенераторе.

Для расчета используем следующие значения

Э_п = 35дБ;

Э_з = 6дБ;

А_р =0,4дБ;

А_н = 0,1дБ;

Δ_АРУ = 30дБ.

Определяем допустимые длины участков регенерации во втором и третьем окнах прозрачности:

а) для  второго окна прозрачности λ=1,31мкм

б) для  третьего окна прозрачности λ=1,55 мкм

Результаты  вычислений допустимых длин участков регенерации заносим в таблицу 7.

Таблица 7 – Допустимые длины участков регенерации

, мкм	, км	, км
1,31		111,067
1,55		21,459

 

Дисперсия влияет на пропускную способность оптического  волокна. Определяем пропускную способность  оптического волокна на длине  волны 1,55мкм т.к. на этой длине волны  значение дисперсии значительно  больше чем на 1,31мкм.

Для линии большей длины пропускная способность определяется по формуле

где длина линии в километрах;

 длина участка с известной дисперсией (1км).

Задаваясь длиной линии, определяем пропускную способность оптического волокна и результаты вычислений заносим в таблицу 8.

Таблица 8 – Результаты расчёта пропускной способности оптического волокна

, км	20	40	60	80	100	120	140	160
ГГц	11,92	8,43	6,88	5,96	5,33	4,87	4,5	4,21