Embed Size (px)
Citation preview
INTRODUCEREElaborarea și utilizarea sistemelor optoelectronice a primei generații s-a
început din momentul inventării și producerii laserului în 1960. Utilizarea lui de bază
se referea la organizarea comunicațiilor neghidate , adică prin atmosferă și cosmos.
Producerea fibrei optice cu coeficient de atenuare redus (anii 1970) a contribuit
la dezvoltarea sistemelor optoelectronice a generației a doua, în care de acum înainte
informația este transmisă prin cablul optic cu utilizarea modulației intensității
radiației laser și detectării directe a radiației optice prin intermadiul fotodiodei. După
eficiență, sistemele optoelectronice ale generației a doua sunt superioare sistemelor
de transmiuni prin cablul cuaxial și prin radioreleu, însă în ele se utilizează
insuficient proprietatea coerenței radiației laser și capacitatea informațională a
cablului optic.
La începutul anilor 1980, în legătură cu elaborarea și producerea fibrei optice
monomod și a diodei laser monomod, au fost elaborate sistemele optoelectronice de
generația a treia, după cum sunt sistemele optoelectronice coerente. Sistemele
optoelectronice coerente permit asigurarea vitezei de transmisie a informației
8...10Gbit/s, sporirea sectorului de amplificare pînă la 250...300km, utilizarea
amplificatoarelor optice în linie, realizarea deplină a capacității informaționale a
cablului optic datorită utilizării metodelor de modulație a frecvenței și fazei,
fotomixării la recepție și multiplexării spectrale a canalelor.
În prezent s-a stabilit următoarea schemă de transmisiune a semnalelor prin
cablul optic (figura 1), unde SSI este sursa semnalului informațional, MOE –
modulul optoelectronic de emisie, CO – cablul optic, R – regenerator , MOR –
modulul optoelectronic de recepție, RSI – receptorul semnalului informațional,
SAEE – sursa de alimentare cu energie electrică.
În schema prezentată în figura 1 semnalul informațional de la SSI modulează
purtătoarea optică a emițătorului optic din componența MOE, adică semnalul electric
informațional prin intermediul emițătorului optic este convertat într-un semnal optic.
Purtătoarea optică modulată în continuare este injectată în fibrele cablului optic(CO).
4
CO CO
Figura 1. Schemă de transmisiune a semnalelor prin cablul optic
Luînd în considerație că CO posedă un anumit coeficient de atenuare, purtătoarea
optică , propagîndu-se prin CO, se va atenua și peste o anumită lungime a CO,
numită lungimea sectorului de regenerare, se amplasează regeneratoare sua
amplificatoare R. În regeneratoare semnalul optic este amplificat , i se restabilește
dependența de timp și se restabilește forma inițială a impulsului. De la ieșirea
regeneratorului purtătoarea optică este injectată în următorul sector al cablului optic.
Numărul sectoarelor de regenerare , și prin urmare , numărul regeneratoarealo se
determină după valoarea atenuării în traficul lineic ce constă din cablul optic și
regeneratoarele R și distanța dintre stațiile terminale.
La recepție purtătoarea optică modulată este detectată de fotoreceptorul din
cumponența MOR și convertată din semnal optic în semnal electric. Apoi semnalul
electric este amplificat de către regeneratorul R, i se restabilește forma inițială și
relațiile de timp și în continuare este interceptat de receptorul semnalului
informațional.
Este firesc că sursa semnalului informational, modulul optoelectronic de
emisie și de recepție, receptorul semnalului informațional și regeneratoarele
necesită de a fi alimentate cu energie electrică de la sursele de alimentare cu energie
5
SSI
SAEE
MORR
SAEE
RSI
SAEE
MOE R
electrică(SAEE). Regeneratoarele se alimentează se alimentează cu energie electrică
de la sursele stațiilor terminale, adică se alimentează de la distanță sau de la sursele
de alimentare autonome(acumulatoare). Pentru alimentarea cu energie electrică a
regeneratoarelor în cablul optic sint prevăzute conductoare din cupru.
Elemente importante ale sistemelor de transmisiuni ale informației prin cablul
optic sunt emițătorul optic(STICO), fotoreceptorul și regeneratorul.
În STICO, în calitate de emițătoare optice se utilizează diodele
electroluminiscente (DEL) și diodele laser (DL), confecționate în baza
semiconductorilor. De obicei sunt niște emițătoare optice cu radiație necoerentă și se
utilizează la distanțe reduse, iar DL sunt emițătoare optice cu radiație coerentă și se
utilizează la distanțe medii și sporite.
La recepție, în STICO , în calitate de fotoreceptoare se utilizează fotodiodele
semiconductoare cu structura p-i-n și în avalanșă.
Pentru a compensa atenuarea semnalului optic ce se propagă prin CO, peste
anumite segmente de regenerare pot fi amplasate regeneratoarele sau amplificatoarele
optice. Principiul de funcţionare al regeneratoarelor se bazează pe convertarea dublă
a semnalului şi anume: semnalul optic este convertat în electric, semnalul electric
este amplificat i se restabileşte forma iniţială şi relaţiile de timp, apoi semnalul
electric este convertat în semnal optic. În amplificatoarele optice semnalul optic se
amplifică fără convertări şi prelucrări suplimentare.STICO poseda o serie de avantaje
care pot fi divizate in doua grupe .
Primul grup de avantaje a STICO se datoreaza naturii luminii si
particularitatilor fibrei optice.Dintre ele pot fi mentionate urmatoarele :
1. Atenuarea mica a CO ce asigura o lungime majora a sectoarelor de
regenerare sic a urmare se reduce numarul de
regeneratoare ,adica,concomitant se reduce costul STICO.
2. Posibilitatea de transmisiune a semnalelor intr-o banda larga de
frecvente ce ne permite sa organizam un numar mare de canale de
telecomunicatii printr-o singura fibra.
3. Nereceptivitatea fibrei optice (ghidului dielecric) si purtatoarei optice la
sporirea bruiajului electromagnetic sau inducerile electromagnetice
6
exterioare.Aceasta contribuie la sporirea lungimii sectoarelor de
regenerare si la dezvoltarea comunicatiilor optice in interiorul
cladirilor,vaselor maritime si aparatelor de zbor.
4. Diafonia redusa intre fibrele vecine ale CO.
5. Izolarea electrica a emitatorului de receptor si lipsa necesitatii in prize
de sol comuna pentru emitator si receptor.
6. Diametrul mic si durabilitatea mecanica inalta a fibrei ,sic a urmare
diametrul si masa redusa a CO sporesc flexibilitatea si comoditatea la
instalare a CO.
7. Utilizarea CO permite economia materialelor colorate deficitare si poate
sa nu contina elemente metalice fiind un cablu optic pir dielectric.
8. Treptat STICO se utilizeaza tot mai mult in acordarea serviciilor de
telecomunicatii si costul lor se reduce simtitor.
Al doileaa grup de avantaje a STICO se datoreaza transmisiunii semnalelor prin CO
in forma digitala :
1. Stabilitatea sporita a semnalului informational fata de zgomot ce se
datoreaza utilizarii modulatiei impulsurilor in cod PCM.
2. Grad inalt de tehnologie la producerea bazei de elemente din
componenta echipamentului STICO.
3. Utilizarea minimala sau omiterea a atare elemente din echipamentul
SICO (bobinele de inductanta,filtrele tip LC)
4. Parametrii constanti ai STICO si independent lor de oscilatiile atenuarii
in fibra CO.
5. Identitatea caracteristicilor tuturor canalelor si independenta
caracteristicilor de temperatura si de lungimea liniei de transmisiune.
6. Independenta caracteristicilor canalelor de numarul canalelor ce se
utilizeaza.
7. Lipsa fenomenului de acumulare a zgomotului.
8. Comoditatea de transmisiune a informatiei digitale in STICO.
7
9. Comoditatea de montare a retelelor de telecomunicatii cu oferirea
serviciilor integrate ,in care metodele digitale se utilizeaza atit la
multiplexare cit si la comutarea canalelor si liniilor de transmisiune.
10.Micsorarea neconsiderabila a sectorului de regenerare ne permite sa
asiguram regenerarea semnalului practice fara erori.
11.Organizarea simpla a punctelor de transit de introducere si sustragere a
grupelor de canale si fluxurilor digitale primare in statiile intermediare.
12.Elementele de amplificare cu cerinte reduse catre caracteristicile
lor,deoarece nu se cere liniaritate de la ele.
13.Corectia comparative simpla a distorsiunilor semnalului ce se datoreaza
faptului ca corectorul nu corecteaza forma semnalului, insa functia lui
este de a depista nivelul unitatii logice ’’1’’ si nivelul zeroului logic’’0’’
si de a asigura o probabilitate a erorii de regenerare a semnalului cit mai
redusa.
14.Dezvoltarea opticii integrate si tehnicii senzorilor cu fibra optica
deschide perspectiva de producere a echipamentului de telecomunicatii
pur optic.
Telecomunicatiile reprezinta unul dintre cele mai dinamice domenii ale
economiei mondiale ce se confirma printr-un ritm sporit de dezvoltare a retelelor de
comunicatii cu reutilizarea lor in baza celor mai noi realizari tehnico-stiintifice,ce
duce la extinderea retelelor de telecomunicatii ,sporirea numarului de
beneficiari ,calitatii si spectrului de servicii.Interesul sporit fata de sistemele
optoelectronice de comunicatii si prelucrare a informatiei este conditionata de
avantajele lor evidente si utilizarea cu succes in organizarea retelelor de comunicatii
multifunctionale cu promovarea celor mai moderne tehnologii si protocoale de
telecomunicatii.
8
1 SISTEMELE DE TRANSMISIUNE PRIN FIBRA OPTICĂSTIFO reprezintă un ansamblu de mijloace tehnice care asigură organizarea
canalelor de telecomunicaţii prin intermediul circuitului fizic în baza cablului
optic.
Schema de structură a STIFO depinde de destinaţie, lungimea liniei de
transmisiune, tipul informaţiei ce se transmite şi o serie de alţi factori. In STIFO
poate fi utilizată atât modulaţia analogică cît şi cea digitală. In sistemele cu
modulaţie analogică comunicarea utilă nemijlocit modulează amplitudinea,
frecvenţa sau faza purtătoarei optice a emiţătorului optic (EO). Performanţele
STIFO pe deplin pot fi realizate în cazul utilizării modulaţiei digitale, după , cum
este modulaţia impulsurilor în cod (PCM). Pentru STIFO digitale comunicarea
utilă reprezintă o serie de impulsuri care modulează purtătoarea optică a EO
conform intensităţii, amplitudinii, frecvenţei sau fazei. în prezent, de regulă, se
utilizează modulaţia purtătoarei optice conform intensităţii.
Schema de structură a STIFO este reprezentată în figura 2 şi conţine două
complete de echipament terminal şi traficul lineic optic.
Utilajul terminal conform schemei figura 2 se amplasează în punctele A şi
В şi constă clin echipamentul digital standard SDH sau PDH de formare a
canalelor şî grupelor, şi utilajul de joncţionare cu traficul lineic optic- Utilajul de
joncţionare conţine: CC, МОЕ, MOR şi RL.
Convertorul de cod în punctul A convertează semnalul din codul HDB-3 în
semnal electric unipolar. МОЕ convertează impulsurile electrice unipolare în
impulsuri optice care mai apoi se transmit prin fibrele СО, iar la recepţie în
staţia terminală В impulsurile optice prin intermediul MOR se convertează în
impulsuri electrice care în continuare sunt prelucrate în regeneratorul lineic (RL)
şi convertorul de cod (CC) fiind convenate în codul HDB-3 pentru a fi transmise
în echipamentul SDH (PDH), Analogic se înfăptuieşte transmisia în direcţia de Ia
В la A.
9
Figura 2. Schema de structură a STIFO cu PCM
In figura 2 sunt utilizate următoarele abrevieri:
CC — convertorul de cod; RL - regeneratorul lineic;
МОЕ - modulul optoelectronic de emisie;
MOR - modulul optoelectronic de recepţie;
COD — conector optic demontabil; СО - cablu optic;
PRN - punct de regenerare nedeservit; ST - staţie terminală;
TLO - traficul lineic optic.
Traficul lineic optic este constituit din CO care conţine minimum două fibre
optice ce se conectează la echipament prin intermediu! COD. Peste anumite
lungimi a traficului lineic se conectează punctele de regenerare deservite (PRD)
sau punctele de regenerare nedeservite (PRN) destinate pentru regenerarea
impulsurilor care se atenuează în rezultatul pierderilor şi se distorsionează
datorită dispersiei ce se manifestă în traficul lineic optic. Lungimea sectorului de
regenerare depinde de valorile pierderilor şi dispersiei în fibrele cablului optic,
viteza şi calitatea necesară de transmisiune a informaţiei şi indicii electrici а
МОЕ şi MOR.
Principiul de funcţionare al PRN poate fi explicat reieşind din schema de
10
structură reprezentată în figura 3.
Figura 3. Schema de structură a punctului de regenerare nedeservit
În figura 3 sunt utilizate următoarele abrevieri:
AC - amplificator corector; DL - dispozitivul de limită;
DS - dispozitivul de sincronizare.
Conform structurii prezentate în figura 3 principiul de funcţionare al PRN
este bazat pe convertarea dublă a semnalelor - din optic în electric şi din electric
în optic. Şi anume, impulsurile optice atenuate şi distorsionate prin intermediul
MOR sunt convertate în impulsuri electrice care se amplifică, li se restabilesc
forma iniţială şi relaţiile în timp după ce ele din nou se convertează în impulsuri
optice prin intermediul МОЕ. Pentru asigurarea comunicaţiilor duplexe din A şi
din В către PRN sunt instalate două fibre optice: una se instalează pentru
transmisiunea semnalului în direcţia de la A la В şi cealaltă de la В la A.
Dacă în cablul optic se utilizează m perechi de FO pentru funcţionarea a
m sisteme de transmisiune, atunci în punctul de regenerare se instalează M
regeneratoare. STIFO pot să funcţioneze atât în regim multimod, pentru aceasta
se utilizează CO multimod, cît şî în regim monomod, pentru aceasta se utilizează
CO monomod. La fel sunt elaborate STIFO care funcţionează în regim
monomod şi în care este posibilă combaterea dispersiei semnalului optic ce
propagă prin fibra monomod prin alegerea lungimii de undă a purtătoarei
11
optice, parametrilor FO şi diodei laser. În astfel de STIFO regeneratoarele în
traficul liniar optic sunt înlocuite cu amplificatoare optice (АО) care
compensează pierderile şi sunt amplasate peste anumite sectoare de amplificare
Figura 4. Schema de structură a STIFO cu amplificatoare optice
(FTJ – filtru trece jos)
2 ALEGEREA TRASEULUI TRAFICULUI LINEIC DE
TRANSMISIUNE AL INFORMAȚIEI PRIN CABLUL OPTICÎn baza studierii hărții geografice se trasează variantele posibile ale traseelor
traficului lineic de transmisiune al informației prin cablul optic (TLTICO). Apoi se
efectuiază caracteristica comparativă a lor și se alege cel mai optim traseu al
TLTICO pot fi utilizate hărți de diferite scări, pe care sunt indicate căile ferate,
șoselele, drumurile naturale, rîurile și lacurile, podurile de căi ferate și peste rîuri.
Toate variantele posibile ale traseelor TLTICO se conform următorilor indicii:
lungimea traseului, îndepărtarea de la șosele și drumuri, numărul de treceri peste căi
ferate, rîuri și șosele, condițiile solului, comoditățile de instalare și exploatare. După
ce s-a ales varianta potrivită a traseuluiTLTICO, se trasează desenul schemeide
amplasare a sistemului de transmisiune a sinformației prin cablul optic (STICO), pe
care se indică stațiile terminale , traseul TLTICO cu stațiile intrermediare ce
reprezintă punctele de regenerare deservite(PRD) și nedeservit (PRN), șoselele de-a
lungul cărora se proiectează instalarea cablului optic cu indicarea distanței de la
șosea pînă la CO, localitățile urbane și rurale, lungimile totale ale traseului și a CO,
12
numărul și caracterul trecerilor , categoriile solului pe parcursul traseului, volumul
lucrărilor de instalare a CO manual și de instalare a CO cu ajutorul mașinilor de
pozare.
Traseul TLTICO se alege luînd în considerație volumul minim de lucru și
posibilitățile de utilizare a macanismelor și mașinilor la instalarea CO. În zonele ce
se află în afara localităților se recomandă dea instala CO de-a lungul șoselelor și a
drumurilor naturale cu condiția că numărul de treceri peste rîuri, căi ferate și șosele
să fie minim. În cazurile cînd sunt prevăzute treceri peste rîuri, ele trebuie să fie
amplasate la distanțe nu mai mici de 1000m de la podurile căilor ferate și șoselelor
magistrale și la distanțe nu mai reduse decît 200m pe parcursul inferior al rîurilor de
la podurile șoselelor și drumurilor naturale cu destinație locală.
Cu sporirea numărului facilităților sau serviciilor de telecomunicații acordate
populației, sporește și numărul centralelor telefonice automate (CTA) și totodată
sporește distanța dintre CTA, depășind valori de zeci și sute de kilometri. Astfel,
pentru a efectua conectarea dintre centrale ce se află la distanțe de zeci și sute de
kilometri cu respectarea normelor reduse de atenuare, este rațional de a utiliza
STICO. Utilizarea CO cu coeficienți reduși de atenuare pentru conectările dintre
CTA este o soluție foarte eficientă, luînd în considerare coeficienții sporiți de
atenuare la cablurile metalice și deficitul de cupru. Calculul lungimii la instalarea
CO este efectuat cu prevederea unei anumite rezerve, care conform normativelor
stabilite constituie:
2%-pentru CO subteran
14% -pentru CO submarin ce se instalează fără adîncirea în platoul
rîului sau lacului
5,7%-pentru CO instalat în canalizațiile CTA urbane
13
3 EMIȚĂTOARELE OPTICE ȘI MODULUL
OPTOELECTRONIC DE EMISIE Destinația emițătorului optic (EO) constă în convertarea semnalului electric
în semnal optic, care apoi se transmite prin cablul optic al STICO. Specificul de
funcționare a STICO înaintează anumite cerințe față de EO , dintre care pot fi
menționate următoarele:
1. Corespunderea lungimii de undă a radiației optice unuia din minimurile
pierderilor în FO;
2. Nivel înalt al puterii radiației optice la ieșire;
3. Existența condițiilor care asigură pierderi minime a radiației optice la injectarea
ei în fibră ;
4. Posibilitatea înfătuirii simple a modulației radiației cu rapiditate sporită;
5. Fiabilitate înaltă și resurse sporite de funcționare (105...106ore);
6. Dimensiuni, masă şi putere de consum reduse.
Cerinţelor nominalizate cel mai pe de plin corespund emiţătorii optici
semiconductori: diodele electroluminiscente(DEL), diodele supraluminiscente
(DSL), diodele laser(DL). Cele mai performante emiţători optice sunt considerate
diode laser în baza heterojoncţiunilor cu utilizarea cumpuşilor GaAs şi InP. Diodele
laser corespund tuturor cerinţelor enumerate mai sus. Însă DEL şi DSL cedînd DL
conform parametrilor , la fel se utilizează în STIFO pentru asigurarea comunicaţiilor
la distanţe reduse posedîn un cost mai mic.
Emiţătorii optici semiconductori posedă o proprietate importantă pentru
STIFO după cum este posibilitatea modulaţiei nemijlocite a radiaţiei optice.
Modulaţia intesităţii radiaţiei optice se înfăptuieşte prin modificarea
corespunzătoare a curentului de alimentare (pompaj) a Emiţătorului optic.
EO se caracterizează prin intermediul următoarelor caracteristici şi parametri:
1. Caracteristica wat-amperică este dependenţa puterii radiaţiei optice de curentul
de pompaj a sursei la aplicarea tensiunii de polarizare directă. Caracteristicile tipice
sunt reprezentate pe fig.5. (pentru DEL şi DSL ele sunt aproximativ liniare, iar
pentru DL – neliniare).
14
Figura 5. Caracteristicile Wat-Amperice ale DL, DSL şi DEL.
La curenţi de pompaj mai mici decât cel de prag, DL funcţionează ca DSL
(sursă de radiaţie necoerentă), iar când curentul devine mai mare decât curentul de
prag, dispozitivul funcţionează în regim de laser şi generează radiaţie coerentă. Cu cît
este mai mare puterea radiaţiei pentru valoarea dată a curentului de pompaj, cu atât
este mai mare randamentul EO.
2. Lungimea de undă de lucru şi lărgimea caracteristicii spectrale de emisie
. În fig.6 sunt reprezentate caracteristicile spectrale a EO.
Figura 6. Caracteristicile spectrale a EO.
Radiaţia EO reale posedă o valoare finită al lărgimii caracteristici spectrale de
emisie, care se determină conform nivelul jumătate din putere.
(3.1)
Cu cît valoarea lărgimii caracteristicii spectrale de emisie a EO este mai mică cu
atât este mai mică dispersia semnalului în FO.
3. Frecvenţa maximă de modulaţie a radiaţiei optice a EO este egală cu frecvenţa
pentru care amplitudinea componentei variabile a puterii radiaţiei modulate se
P, mW
DL
Ip, mA
DSL
DEL0,4
755025
1,2
0,8
15
DL
DSL
DEL
∆λ0,5
λl
1,0
λ, µm
maxPP
reduce 2 ori faţă de puterea radiaţiei nemodulate. Acest parametru este egal cu zeci şi
sute de MHz pentru DEL şi DSL şi până la unităţi de GHz pentru DL.
4. Componenţa modală a radiaţiei optice pentru EO poate fi diferită; DEL şi DSL
sunt EO multimod, iar DL se divizează în monomod şi multimod.
5. Caracteristicile de temperatură. DEL şi DSL sunt nişte elemente destul de
termostabile, iar puterea radiaţiei DL esenţial depinde de temperatură şi la
funcţionarea într-o gamă largă de temperaturi este necesar de a promova circuitul de
termocompensare.
6. Rezerva de funcţionare a DEL şi DSL alcătuieşte 105…106 ore, iar a DL 104…
105 ore.
Modulul optoelectronic de emisie (MOE) este un articol al optoelectronicii,
destinat pentru convertarea semnalelor electrice în semnale optice care se transmit prin
traficul lineic optic. MOE tipic conţine:
1. EO (DEL, DSL, DL);
2. Circuitele electronice pentru prelucrarea semnalelor electrice şi stabilizarea
regimurilor de funcţionare a EO;
3. Conectorul optic sau un segment de CO.
MOE se produce sub formă de construcţie unică de modul.
MOE se divizează în analogice şi digitale care corespunzător convertează
semnalele electrice analogice sau digitale în semnale optice.
Pentru MOE digitale se normează următorii parametri:
1. lungimea de undă de lucru (m);
2. viteza maximală de transmisie a informaţiei (bps);
3. formatul semnalului ce se transmite (LTT, LEC);
4. puterea medie a impulsului la ieşire (mW);
5. puterea radiaţiei de fond (mW);
6. diametrul dispozitivului optic de acordare (m);
7. apertura numerică la ieşire;
8. durata frontului impulsului conform nivelelor 0,1…0,95; în s;
9. durata de tăiere a impulsului conform nivelelor 0,1…0,95; în s;
10.tensiunea de alimentare (V).
16
MOE se proiectează conform următoarei consecutivităţii. Iniţial se alege EO. La
alegerea EO urmează de a lua în considerare valoarea puterii, lungimii de undă,
lărgimea caracteristicii spectrale de emisie, şi viteza de transmisiune a informaţiei. În
caz de necesitate urmează de a fi utilizat circuitul de stabilizare a temperaturii EO.
Următoarea etapă este alegerea metodei de modulaţie: analogică sau digitală. La
utilizarea modulaţiei analogice, pe lângă puterea şi lărgimea bandei informaţionale
trebuie să fie luată în considerare şi neliniaritatea caracteristicii Wat-aperice a EO,
care determină valoarea distorsiunilor neliniare. La utilizarea modulaţiei digitale este
necesar de a aprecia rapiditatea de funcţionare a EO şi metoda de codificare. După
alegerea metodei de modulaţie urmează de a fi calculate pierderile radiaţiei la
injectarea ei în FO şi de determinat dacă puterea injectată este de ajuns pentru
funcţionarea sistemului. Dacă puterea injectată este mai mică decât valoarea puterii
necesare, atunci se poate de utilizat alte metode de codificare sau de ales un alt EO.
După alegerea EO şi metodei de modulaţie este necesar de a calcula puterea injectată
şi puterea zgomotul EO, de determinat puterea de consum şi de apreciat influenţa
temperaturii asupra caracteristicilor MOE. Dacă modificările temperaturii esenţial
influenţează asupra nivelului puterii radiaţiei optice, atunci urmează de a întreprinde
măsuri pentru a compensa schimbările de temperatură (răcirea cu ajutorul
microfrigiderelor, stabilizarea curenţilor de polarizare sau pompaj a EO, introducerea
circuitului de reacţie conform semnalului optic).
MOE digitale se realizează în baza DL, deoarece caracteristicile wat-amperice
neliniare nu acţionează esenţial asupra parametrilor de funcţionare a STIFO, iar
puterea injectată asigură o valoare sporită a sectorului de regenerare.
DL semiconductoare pot fi alimentate nemijlocit prin intermediul curentului de
pompaj, însă în cazul dat se manifestă întârzieri sporite a impulsului optic faţă de
impulsul electric şi totodată sporeşte lărgimea sectorului de emisie, care la nivelul
jumătate din putere alcătuieşte 100nm, ca şi la dioda luminiscentă. Rezultă că
această metodă de excitare a DL nu poate fi considerată cea mai reuşită.
17
Mai perfectă este metoda când DL se alimentează cu curentul de polarizare
constant , valoarea căruia se apropie de valoarea curentului de prag , şi faţă de
el se aplică impulsurile curentului de pompaj. Avantajele acestei metode sunt:
reducerea amplitudini necesare a impulsului curentului de pompaj;
micşorarea de întârzierii de declanşare a DL, reducerea lărgimii spectrului de
emisie până la 0,1 nm.
Avantajele nominalizate se compensează prin sporirea puterii consumate,
sporirea temperaturii de funcţionare a EO şi sporirea radiaţiei de fond la
transmisiunea simbolurilor „0”.
Dacă expunerea la lumina de fond nu se păstrează de o valoare minimală, atunci
zgomotul de alice provocat de ea în dispozitivul de recepţie va reduce calitatea
transmisiuni informaţiei. Prin urmare curentul de polarizare în MOE este necesar de a
fi stabilit prin utilizarea circuitului de reacţie, ce permite de asemenea compensarea
modificării parametrilor dispozitivelor în dependenţă te temperatură şi dereglarea
parametrilor elementelor în timp. În continuare vom analiza schemele de ajustare
automată a puterii optice.
În practică se utilizează 2 scheme de bază: stabilitatea puterii medii a semnalului
în timp şi stabilizarea puterilor minimă şi maximă a semnalului. Schema de structură
pentru stabilizarea puterii medii a semnalului este prezentată în fig. 3.3. Această
schemă conţine comparatorul (1), sursa de ajustare a curentului de polarizare (2),
amplificatorul de pompaj (3) şi de curent continuu (4).
Circuitul reacţiei optice conţine fotodioda de control FD, amplificatorul 4 şi
comparatorul, ce dirijează sursa . Fotodioda de control detectează radiaţia emisă
de pe o faţă a cristalului DL.
18
Figura 7. Schema de structură pentru stabilizarea puterii medii a semnalului de
emisie.
Tensiunea fotosemnalului , proporţională cu puterea radiaţiei, se mediază în
timp pe calea alegerii cu valoare mare, se amplifică în amplificatorul (4) şi în
comparator se compară tensiunea de referinţă Dacă , unde -
coeficientul de tensiune a amplificatorului a curentului continuu, atunci la ieşirea
comparatorului se creează un semnal ce dirijează curentul de polarizare a DL.
Necesitatea de mediere (dictată de semnalul fotodiodei de control) se explică
prin aceea că nivelul al impulsurilor informaţionale consecutive ce se transmit poate
fluctua în intervalele de timp finite (consecutivitatea aleatoare de simboluri „0” şi
„1”). Într-un MOE real de asemenea se prevăd scheme de protecţie contra depăşirilor
de curent la conectarea/deconectarea alimentării şi contra curenţilor nestaţionari, care
pot apărea când din unele motive se întrerupe fluxul de date.
În fig.8. este prezentată o schemă mai complicată în care nivelele puterii optice
minime şi maxime se ajustează separat. Pentru aceasta avem nevoie de o fotodiodă
de control rapidă şi două conturi cu reacţie de dirijare.
Figura 8. Schema structurală de stabilizare a temperaturii la emisia puterilor de
valorii minime şi maxime a semnalului optic.
Unul dintre ele, ce constă din amplificatorul curentului continuu (5),
amplificatorul diferenţial (6), comparatorul (1) şi sursa de dirijare a curentului de
polarizare (2) ce reglează curentul de polarizare .Al doilea contur, ce constă din
amplificatorul de bandă largă (4), detectorul de vârf DV, comparatorul (1),
Uref
Instalarea Pinter
kUF+U
Ipol Is(t)
Cp
Ieş.
DL
1 23
4
Ipol
19
Det
Instalarea Pinter
U
1
UInstalarea P0
3
12
Cp
+U
Ipol
Ipol
FD LD
56
4
Is(t)
Ieş
amplificatorul de dirijare a curentului de pompaj (3), ce ajustează amplitudinea
curentului de pompaj. Sunt necesare măsuri pentru ambele conturi să nu
interacţioneze unul cu altul. Schema analizată asigură stabilitatea puterii de ieşire pe
tot parcursul timpului de funcţionare a DL, însă se consumă mai multă putere,
deoarece în această schemă se utilizează amplificatoare şi comparatoare rapide.
4 FOTORECEPTORII ŞI MODULUL OPTOELECTRONIC DE
RECEPŢIE.Fotoreceptorului (fotodetectorului)este un dispozitiv optoelectronic funcția
căruia constă în convertarea semnalului optic în semnal electric, care apoi se
prelucrează de circuitele electronice. Fotoreceptorul în caz ideal trebuie să satisfacă
următoarele cerinţe:
1. să reproducă precis forma semnalului recepţionat;
2. să nu introducă zgomot adăugător în semnalul informaţional;
3. să asigure puterea maximă a semnalului electric în sarcina fotoreceptorului
pentru puterea dată a semnalului optic;
4. să posede diapazon dinamic şi rapiditate de funcţionare sporite;
5. să posede dimensiuni mici, fiabilitate înaltă, cost şi tensiuni de alimentare
reduse.
Cel mai pe deplin acestor cerinţe corespund fotoreceptorii semiconductori. În
sistemele care funcţionează la se utilizează fotoreceptorii produşi din Si,
iar pentru sistemele care funcţionează la şi se utilizează
fotoreceptori produşi din Ge şi InGaAs. Dintre fotoreceptorii semiconductori în
STIFO se utilizează fotodiodele semiconductoare (FD) de două tipuri:
20
FD cu structura p-i-n, care posedă o sensibilitate mai bună decât FD obişnuite cu
structura p-n;
FD cu avalanşă (FDA), care posedă mecanismul interior de amplificare a
fotocurentului şi sensibilitatea la ele este mai bună decât la FD cu structura pi-n;
Dacă pe FD cade puterea optică , atunci în circuitul sarcinii ei circulă
fotocurentul .
(4.1)
unde este randamentul cuantic;
– sarcina electronului;
– sensibilitatea conform curentului a FD.
(4. 2)
unde este lungimea de undă a semnalului optic.
Analizăm caracteristicile şi parametrii de bază a FD.
1. Sensibilitatea conform curentului care reprezintă eficacitatea de
convertare de către fotodiodă a puterii optice în curent electric. Cu cît este mai mare
valoarea lui cu atât este mai bun FD. De exemplu pentru FD ideal şi
sensibilitatea alcătuieşte:
(4.3)
Pentru FD reale 1 şi Ri = 0,4…0,8 A/W. În circuitele reale puterea
semnalului optic recepţionată de către fotodiodă alcătuieşte aproximativ de la 1 până
la 10nW, iar fotocurentul în sarcina FD alcătuieşte . Astfel de valori
mici a curentului sunt dificile pentru a fi înregistrate şi prelucrate de circuitele
electronice. În unele cazuri pot fi utilizate FDA care posedă mecanism interior de
amplificare a fotocurentului ce se determină conform formulei:
(4.4)
unde este valoarea medie în timp a coeficientului de multiplicare prin
avalanşă a purtătorilor de sarcină, egal cu 100 pentru Si şi cu 10 pentru Ge. În aşa
mod, sensibilitatea conform curentului pentru FDA este de 10…100 ori este mai
21
mare decât la FD cu structura p-i-n. La utilizarea FDA se reduc cerinţele
amplificatorul curentului electric ce urmează după FD.
2. Curentul la întuneric a FD - este curentul ce circulă în circuitul sarcinii
diodei în lipsa semnalului optic. Curentul la întuneric este un parametru parazitar,
deoarece creează zgomotul de alice şi limitează sensibilitatea FD. Valorile tipice a
curentului la întuneric alcătuiesc pentru FD din Si şi pentru FD
din Ge.
3. Caracteristicile spectrale ale fotodiodelor reprezintă dependenţa
sensibilităţii conform curentului de lungimea de undă a radiaţiei optice (fig.9.)
Figura 9. Caracteristicile spectrale ale fotodetectorului
4. Frecvenţa de limită a benzii de transfer a semnalului optic recepţionat de
FD reprezintă frecvenţa pentru care sensibilitatea conform curentului se reduce de 2
ori faţă de valoarea la recepţia radiaţiei nemodulate. Frecvenţa de limită a FD
moderne alcătuieşte până la unităţi, zeci şi sute de GHz.
5. Tensiunea de polarizaţie şi capacitatea de joncţiuni FD. FD funcţionează în
STFO în regim fotodiodic (tensiunea de polarizaţie inversă). În acest caz se reduce
capacitatea joncţiunii şi sporeşte frecvenţa de limită în comparaţie cu regimul
fotodiodic de conectare a FD. Reducerea capacităţii FD este importantă pentru
crearea MOR cu banda largă şi micşorarea nivelului puterii zgomotului sumar.
Valoarea tensiunii de polarizare pentru FD cu structura p-i-n alcătuieşte 5 şi 20 V, iar
pentru FDA alcătuieşte 30 şi 300V corespunzător produse din Ge şi Si.
SiGe
InGaAs
W/A,R i 1
0,8
0,6
0,4
0,2
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 λ, μm
22
6. Diapazonul dinamic a FD caracterizează capacitatea lui de a converta atât
cele mai mici cît şi cele mai mari nivele a semnalului optic. Valoarea minimă a
diapazonului dinamic este limitată de zgomotul de alice a FD, iar valoarea maximă a
diapazonului dinamic este limitată de distorsiunile neliniare şi alcătuieşte 50…60dB,
(conform puterii) în dependenţă de materialul semiconductor.
7. Caracteristicile de zgomot. Practic principala sursă de zgomot a FD este
zgomotul de alice a curentului la întuneric care se descrie conform formulei:
(4.5)
unde este valoarea medie pătratică a curentului de zgomot;
– curentul la întuneric;
– lăţimea benzii de transfer a FD.
Raportul semnal/zgomot (RSZ) în sarcina ideală se determină conform
formulei:
(4.6)
Dacă , atunci = şi
Puterea semnalului optic pentru care se asigură se numeşte puterea de
limită sau sensibilitatea de limită. Într-o bandă de transfer arbitrară într-o bandă de
transfer unitară (1Hz) puterile de limită corespunzător sunt egale:
(4.7)
(4.8)
Analizăm caracteristicile de zgomot a FDA. Curentul la întuneric ce creează
zgomotul de alice în banda pentru FDA este egal:
(4.9)
unde este valoarea medie pătratică a curentului de zgomot;
- curentul la întuneric în volumul materialului de multiplicare a purtătorilor
de sarcină;
- coeficientul de zgomot în urma procesului haotic de multiplicare
purtătorilor de sarcină prin avalanşă, care este egal:
23
(4.10)
Raportul semnalului/zgomot a FDA este egal:
(4.11)
de unde
(4.12)
(4.13)
unde pentru Si şi pentru Ge.
Modulul optoelectronic de recepţie (MOR) este un articol al optoelectronicii
destinat pentru convertarea semnalelor optice transmise prin STIFO în semnale
electrice. MOR tipic conţine: conectorul optic sau segmentul de CO; fotodioda (cu
structura p-i-n sau cu avalanşă), circuitele electronice pentru prelucrarea semnalului
electric şi stabilizarea regimurilor de funcţionare. MOR se produce sub formă de
construcţie unică de modul. Pe fig.10. este reprezentată schema de structură a MOR.
Figura 10. Schema de structură a MOR.
24
1
2 3 4
7
6 5
1. FD cu structura p-i-n sau avalanşă
2. Amplificatorul preliminar
3. Amplificatorul de bază
4. Filtru
5. Detectorul de vârf
6. Amplificatorul de dirijare automată a nivelului
7. Sursa de polarizare.
Parametrul de baza MOR este sensibilitatea care reprezintă puterea minimă la
intrarea modulului pentru care se asigură valoarea necesară a RSZ sau a
coeficientului de erori. Sensibilitatea MOR depinde de parametrii FD şi indicii de
zgomot a amplificatorului preliminar. Din această cauză către circuitele de intrare a
MOR se înaintează cerinţe contradictorii: nivel minim al puterii zgomotului în banda
de transfer a semnalului pentru un diapazon dinamic sporit. În legătură cu aceasta
amplificatoarele preliminare cu zgomot redus pentru MOR se produc conform două
scheme de bază:
cu impedanţa de intrare mare (fig.11.a)
cu reacţie negativă (fig.11.b)
Rr
Iesire
+UpIntrare
FD
Ku
+UpIntrare
Iesire
FD
Ku
Cor.CAF
a) b)
Figura 11. Amplificatoarele preliminare cu zgomot mic pentru MOR
a) cu impedanţa de intrare mare
b) cu reacţie negativă.
În amplificatorul cu pentru reducerea nivelului zgomotului se măreşte
impedanţa de intrare. Aceasta aduce nemijlocit la micşorarea diapazonului dinamic şi
la micşorarea diapazonului dinamic şi la micşorarea benzii de transfer a
25
amplificatorului. Pentru restabilirea benzii de transfer se utilizează corectorul CAF,
care în sistemele digitale este numit nivelator. În schema a doua pentru mărirea
benzii de transfer se utilizează reacţia circuitul cu reacţie. Banda de transfer sporeşte
datorită reducerii impedanţei dinamice de intrare a amplificatorului care este egală:
(4.14)
unde este coeficientul de amplificare a amplificatorului după
tensiune.
Amplificatorul cu reacţie îi cedează neesenţial amplificatorului cu impedanţa de
intrare mare conform zgomotului, însă posedă un diapazon dinamic mai sporit.
Schema de principiu a MOR cu amplificator preliminar cu reacţie este reprezentată în
fig.12.
MOR se proiectează conform următoarei consecutivităţi. Iniţial se analizează
cerinţele şi limitările sistemului de transmisie. La etapa a doua se alege metoda de
modulaţie (analogică sau digitală), care trebuie să corespundă cu metoda de
modulaţie a EO. Următoarea etapă după alegerea metodei de modulaţie se calculează
puterea echivalentă a zgomotului (PEZ) al MOR. PEZ pentru banda de transfer dată
se sumează din zgomotele FD, rezistenţei sarcinii FD sau rezistenţei circuitul cu
reacţie şi amplificatorului. După calculul PEZ se calculează sensibilitatea necesară şi
de limită, valoarea RSZ şi valoarea probabilităţii erorii .
C2
VT2VT3
VT1
+U
-U
C1
FDR2 R3
R6R5R4Rr
R1
26
Figura 12. Modulul optoelectronic de recepţie.
Următoarea etapă în procesul de proiectare este alegerea FD maximumului
sensibilităţii spectrale a căruia trebuie să corespundă cu lungimea de undă emisă de
EO. În continuare urmează să ne determinăm cu tipul amplificatorului preliminar şi
tipul tranzistorului din primul etaj al amplificatorului. Dacă valoarea obţinută a
sensibilităţii este insuficientă pentru îndeplinirea cerinţelor sistemului, atunci
urmează să alegem o FD mai bun sau să reducem lăţimea benzii de transfer (dacă
aceasta e posibil).
După alegerea elementelor, care satisfac cerinţei după sensibilitate, este necesar
de a analiza mărimea diapazonului dinamic. Valoarea diapazonului dinamic este
importat datorită schimbării unei serii de factori, care influenţează asupra funcţionării
normale a sistemului după cum sunt schimbarea condiţiilor exterioare (în particular
temperatura), limitele diferite a sectoarelor de regenerare şi degradarea parametrilor
elementelor în timp.
Prin urmare la proiectarea MOR urmează să analizăm cea mai dificilă variantă
de schimbare a parametrilor elementelor sistemului, în particular al MOE şi MOR, şi
la fel schimbările de temperatură ale mediului ambiant. Dacă schimbările de
temperatură influenţează esenţial asupra MOR, atunci trebuie să utilizăm circuitul de
compensare a temperaturii. La etapa finală de montaj a MOR este necesar de a lua în
considerare factorii mediului ambiant: temperatura, umiditatea, posibilitatea
pătrunderii undelor electromagnetice şi expunerii FD la lumina de fond.
5 CALCULUL PARAMETRILOR FIBREI OPTICE MONOMOD
Algoritmul de calcul al parametrilor fibrei cablului optic monomod este
prezentat mai jos:
1. Valoarea relativă a indicelui de refracție:
(5.1)
27
2. Apertura numerică și unghiulul aperturic:
(5.2)
Deci obtinem ca : =arcsin(0,1588) =9˚c;
3. Frecvența normală:
(5.3)
4. Frecvența critică (valoarea parametrului ce caracterizează tipul undei
Pmn=2.405)
(5.4)
unde C0=3*108m/s viteza luminii în vid.
5. Lungimea de undă critică:
(5.5)
6. Coeficientul de atenuare cauzat de polarizarea materialului miezului optic al
fibrei:
(5.6)
unde λ – lungimea de undă a purtătoarei optice, în µm.
7. Coeficientul de atenuare cauzat de absorbția ionilor metalelor intermediare:
(5.7)
28
unde λ – lungimea de undă a purtătoarei optice, în µm.
8. Coeficientul de atenuare cauzat de absorbția grupei de hidroxil OH:
(5.8)
9. Coeficientul de atenuare cauzat de dispersia semnalului :
(5.9)
unde Kd=0.63...0.8(µm4dBm)/km, este coeficientul de dispersie pentru SiO2,
iar λ – lungimea de undă a purtătoarei optice, în µm.
10. Coeficientul de atenuare sumar:
(5.10)
11. Dispersia kilometrică materială:
(5.11)
unde M(λ) este dispersia kilometrică materială specifică pentru fibra optică
din SiO2 , valorile căreia sunt luate din tabelul 1(Anexa1).
12. Dispersia kilometrică ghid de undă :
(5.12)
unde B(λ) este dispersia kilometrică ghid de undă specifică pentru fibrele
optice din SiO2 , valorile cărora sunt extrase din tabelul 1(Anexa 1).
13. Dispersia kilometrică sumară :
(5.13)
29
14. Banda de transfer kilometrică pentru fibra optică monomod:
(5.14)
15. Banda de transfer a fibrei optice monomod pentru traficul cu lungimea L:
(5.15)
Conform valorilor obţinute pentru coeficientul de atenuare α , dispersia
kilometrică τ şi banda de transfer kilometrică ΔF1=B1 , se alege marca cablului optic
monomod.
6.DETERMINAREA LUNGIMII SECTORULUI DE REGENERARE PENTRU SISTEMELE DE TRANSMISIUNE A
INFORMAŢIEI PRIN FIBRE OPTICE (STIFO) ŞI AMPLASAREA PUNCTELOR DE REGENERARE
La propagarea semnalului prin fibrele cablului optic are loc concomitent
atenuarea amplitudinii impulsurilor datorită pierderilor şi sporirea duratei
impulsurilor cauzată de dispersie. Atât atenuarea, cât şi dispersia semnalului ce se
manifestă la propagarea lui prin fibrele cablului optic limitează distanţa de
transmisiune a informaţiei. Un parametru de bază al STIFO este lungimea sectorului
de regenerare (amplificare) care reprezintă distanţa maximală dintre utilajul de
recepţie şi cel de emisie cu condiţia asigurări calităţii necesare de transmisiune
(coeficientul de erori, raportul semnal/zgomot). Valorile coeficientului de erori sau
30
raportul semnal/zgomot depind atât de caracteristi-cile echipamentului (bugetul
energetic ), cât şi de parametri cablului optic (coeficientul de atenuare , dispersia
kilometrică ).
Bugetul energetic al echipamentului STIFO se determină ca diferenţa dintre
nivelele puterii semnalului optic la emisie şi la recepţie , pentru care se asigură
calitatea necesară de transmisiune a informaţiei:
(6.1)
În continuare vom analiza două cazuri de limitare a distanţei de transmisiune a
informaţiei prin cablu optic: în primul caz – când predomină atenuarea semnalului şi
în al doilea caz – când predomină dispersia semnalului care se propagă prin cablul
optic.
6.1 Limitarea distanţei de transmisiune a informaţiei prin fibra
optică când predomină atenuarea semnalului. Lungimile de regenerare (amplificare) maximală şi minimală
limitate de atenuare, se determină respectiv conform formulelor:
(6.2)
(6.3)
unde este bugetul energetic al echipamentului STIFO, în dBm; – rezerva
bugetului energetic prevăzută pentru lucrările de înlăturare a deranjamentelor în
procesul de exploatare a STIFO, în dBm; - atenuările corespunzătoare, în
conectoarele emiţător-fibră, fibră-fibră şi fibră-receptor, în dBm; - numărul de
joncţiuni sudate fibră-fibră; - coeficientul de atenuare a cablului optic la lungimea
de undă , în dBm/km; dBm – gama dispozitivului de ajustare automată a
nivelului puterii semnalului de recepţie.
Distanţa minimală de transmisiune a informaţiei este condiţionată de supraîncăr-
carea modulului optoelectronic de recepţie.
Dacă pe parcursul sectorului de regenerare (amplificare) toate lungimile de
construcţie ale cablului optic sunt egale şi posedă aceeaşi valoare a coeficientului de
atenuare, adică şi atunci şi formulele (6.2)
pot fi transcrise sub forma:
31
(6.4)
(6.5)
Unde este lungimea de construcţie a cablului optic, în km (se indică de
producătorul cablului optic).
Deseori tamburul cu cablul optic conţine diferite lungimi de construcţie şi, de
obicei, 70% din lungimile de construcţie ale CO sunt de lungimea şi 30% - de
lungimea . Astfel, lungimea de construcţie adiţională al CO pe lungimea
sectorului de regenerare va constitui
(6.6)
În practică sunt utilizate două variante ale lungimilor de construcţie a CO: prima
variantă - şi ; a doua - şi .
Sporirea lungimii sectorului de regenerare (amplificare) este posibilă atât
prin alegerea echipamentului STIFO cu un buget energetic cât mai mare, cât şi prin
selectarea unui CO cu coeficientul de atenuare cât mai redus.
6.2 Limitarea distanţei de transmisiune a informaţiei prin fibra
optică când predomină dispersia semnalului.Durata frontului impulsului după parcurgerea lungimii sectorului de
regenerare, adică la intrarea utilajului de recepţie este:
(6.7)
unde - sunt sporirile duratei frontului impulsului corespunzător în MOE,
în FO şi MOR. Durata frontului impulsului la sfârşitul lungimii sectorului de
regenerare nu trebuie să depăşească valoarea admisibilă pentru viteza de
transmisiune a informaţiei şi tipul codului lineic utilizat.
(6.8)
unde este durata intervalului unitar (secundă) pentru viteza de
transmisiune a simbolurilor în linie. Dacă condiţia (6.8) nu se îndeplineşte, atunci
are loc suprapunerea impulsurilor, care se numeşte zgomot de interferenţă între
simboluri.
Zgomotul de interferenţă între simboluri aduce la sporirea probabilităţii erorii de
regenerare.
32
Durata frontului impulsului la ieşirea MOE depinde de rapiditatea de
funcţionare a EO şi de lărgimea benzii amplificatorului de pompaj. În calcule, în
calitate de poate fi luată mărimea invers proporţională frecvenţei maximale de
modulaţie, valoarea căruia, de obicei, se indică în paşaportul EO. Cu condiţia că
impulsul se descrie conform formei distribuirii Gauss durata frontului impulsului
este aproximativ egală cu
(6.9)
unde - frecvenţa maximală de modulaţie a EO, în MHz.
La propagarea semnalului prin fibrele CO cu lungimea v-a spori durata
frontului impulsului care poate fi determinată de expresiile
(6.10)
(6.11)unde: este dispersia kilometrică sumară a semnalului ce se propagă prin fibrele
CO, în ; - sunt corespunzător componentele dispersiilor kilometrice
modale, materială şi ghid de undă, în , iar
Sporirea duratei frontului impulsului în MOR, adică dispersia cauzată de
dispozitivul de recepţie se determină conform expresiei
(6.12)
unde - este lărgimea benzii de transfer al MOR conform nivelului puterii
semnalului 0,5, în MHz (care aproximativ este egală cu valoarea frecvenţei de limită
a benzii de transfer pentru fotoreceptor ).
Pentru combinaţia concretă a echipamentului STIFO – cablul optic există o
viteză de transmisiune critică (maxim admisibilă),
(6.13)Unde: este coeficientul de atenuare al CO, în ; - este dispersia
kilometrică sumară a semnalului fibrele CO, în ; , în
Pentru vitezele de transmisiune mai mari decât viteza de transmisiune critică (
> ) distanţa de transmisiune a semnalului informaţional este limitată de
33
distorsiunile cauzate de dispersie şi atunci lungimea maximală a sectorului de
regenerare se calculează conform relaţiei
(6.14)
În cazul când viteza de transmisiune a STIFO este mai mică sau egală cu viteza
de transmisiune critică ( ≤ ) distanţa de transmisiune semnalului informaţional
este limitată de atenuarea lui şi lungimile sectorului de regenerare maximă şi minimă
corespunzător se determină conform relaţiilor (6.4) şi (6.5).
Sporirea sectorului de regenerare este posibilă atât prin alegerea
echipamentului de emisie şi recepţie al STIFO cu rapiditatea de funcţionare sporită,
cât şi prin selectarea CO cu dispersia kilometrică cât mai redusă.
Amplasarea punctelor de regenerare deservite (PRD) şi nedeservite (PRN) este
efectuată reieşind din datele tehnice ale STIFO, amplasarea localităţilor, lungimile
maxime şi minime ale sectorului de regenerare, necesităţile de alimentare cu energie
electrică a PRD şi PDN, iar numărul lor pe traseul traficului lineic se determină
conform relaţiei
(6.15)
Unde este distanţa dintre staţiile terminale, în ; - lungimea sectorului de
regenerare, în unde ( ).
Rezultatul obţinut pentru numărul punctelor de regenerare se aproximează prin
majorare până la un număr întreg.
6.3 Algoritmul de calcul a lungimii sectorului de regenerare în cazul
fibrei cablului monomod pentru STIFO este următorul:
6.3.1. Estimarea vitezei de transmisiune critică:
(6.16)
. (6.17)
34
Deoarece este utilizat sistemul de transmisiuni optice STM-1, cu viteza
,iar viteza maximă admisibilă a simbolurilor în linie obținută
si o depășește, atunci distanța de
transmisiune a semnalului informațional este limitată de atenuarea lui și pentru
lungimea maximă și minimă a sectorului de regenerare se vor determina conform
formulelor:
(6.18)
(6.19)
6.3.2. Determinarea lungimii de construcție:
Deseori tamburul cu cablu optic (CO) conţine diferite lungimi de construcţie şi
de obicei 70% din lungimile de construcţie ale CO sunt de lungimea şi 30% - de
lungimea . Şi deci lungimea de construcţie adiţionată a CO pe lungimea
sectorului de regenerare va constitui:
. (6.20)
35
În practică sunt utilizate două variante ale lungimilor de construcţie a CO:
- prima variantă : şi ;
- a doua variantă : şi kmlc 0,42 .
Alegându-se prima variantă se obţine:
.
6.3.3. Determinarea duratei frontului impulsului semnalului la emisie:
(6.21)
6.3.4. Determinarea duratei frontului impulsului la propagarea semnalului prin
fibra optică:
(6.22)
6.3.5. Determinarea duratei frontului impulsului în modulul optoelectronic de
recepţie:
. (6.23)
6.3.6. Determinarea duratei frontului impulsului la intrarea echipamentului de
recepție:
(6.24)
6.3.7. Compararea valorii calculate cu valoarea admisibila a duratei frontului
impulsului la sfirşitul sectorului de regenerare:
{0,7T pentru codul NRZ (6.25)
{0,35T pentru codul RZ ; (6.26)
36
Deci conform efectuarii calculelor am determinat ca :
7 CALCULUL VALORII PROBABILITĂŢII ERORII DE REGENERARE A SEMNALULUI
În STIFO recepţia grupei de cod se estimează prin intermediul valorii
probabilităţii erorii recepţiei incorecte care se determină conform expresiei
(7.1)
unde este numărul de impulsuri transmise într-un anumit interval de timp, iar
este numărul de impulsuri recepţionate în acelaşi interval de timp.
Probabilitatea erorii la recepţia semnalului în punctele de regenerare este
determinată de valoarea protecţiei semnalului de zgomot şi depinde de natura
zgomotului şi de principiul de funcţionare al dispozitivului de soluţionare din cadru
regeneratorului.
Zgomotul la intrarea dispozitivului de soluţionare a regeneratorului, în marea
majoritatea cazurilor, se descrie conform legii normale de distribuţie a valorilor
instantanee:
(7.2)
unde şi sunt, corespunzător, valorile instantanee şi media pătratică ale
zgomotului.
Pentru semnalul binar şi majoritatea codurilor utilizate în STIFO probabilitatea
erorii la recepţia semnalului se determină cu ajutorul expresiei.
(7.3)
Unde este integrala suplimentară a probabilităţii erorii; -
este protecţia semnalului de zgomot, în dBm; - valoarea maximă a semnalului.
Funcţia integralei suplimentare a probabilităţii erorii este tabulară şi pentru
37
calculul ei sunt utilizate formule în serii de puteri. Pentru calcule inginereşti este
comodă următoarea formă empirică:
(7.4)
unde
Valorile probabilităţii erorii calculate, conform formulei (7.4) sunt
satisfăcătoare, cu condiţia
(7.5)
Legătura reciprocă dintre valoarea probabilităţii erorii , parametru şi
valorile corespunzătoare ale valorilor de protecţie a semnalului de zgomot este
reflectată în tab. 7.1.
Tabelul 7.1. Legătura reciprocă dintre , x şi
x 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
18,6 19,5 20,3 21,0 21,6 22,1 22,6 23,0 23,4 23,7 24,1
Conform datelor prezentate în tab.7.1, este util să menţionăm că sporirea valorii
de protecţie a semnalului de zgomot cu 0,4...0,5 dBm corespunde mişcării
probabilităţii erorii aproximativ de zece ori. Acest avantaj foarte semnificativ la
sistemelor de transmisiuni digitale ne permit prin micşorarea neesenţială a lungimi
sectorului de regenerare să reducem considerabil probabilitatea erorii la recepţia
semnalului.
Calculul valorii protecţiei semnalului de zgomot este raţional de a fi efectuat
nu pentru perioada iniţială de funcţionare a traficului lineic care numai ce a fost
montat, însă după o perioadă de exploatare îndelungată şi o serie de reparaţii pentru
înlăturarea deranjamentelor. Luând în considerare valoarea rezervei de exploatare a
bugetului echipamentului STIFO care este prevăzută pentru a compensa atenuarea
cauzată de degradarea parametrilor în timp a materialului din care sunt produse FO şi
de apariţia a noi joncţiuni fibră-fibră în rezultatul înlăturării deranjamentelor
traficului lineic, valoarea protecţiei semnalului de zgomot se determină conform
38
x 15,
expresiei
(7.6)
unde este nivelul puterii semnalului injectat în traficul lineic, în dBm;
- nivelul puterii zgomotului sumar la recepţia semnalului informaţional, în dBm.
(7.7)
adică
(7.8)
Nivelul puterii semnalului injectat în traficul lineic se determină din formula
(7.9)
unde este puterea de emisie a emiţătorului optic, în mW.
Micşorarea puterii de emisie a EO de patru ori este cauzată de faptul că
probabilitatea apariţiei unităţilor în combinaţia de cod este egală cu 0,5 şi, totodată,
durata impulsului este egală cu jumătate din durata intervalului de tact.
Nivelul puterii zgomotul sumar la recepţia semnalului informaţional se
determină după formula
(7.10)
unde este puterea zgomotului sumar la recepţia semnalului
informaţional, în mW.
Puterea zgomotului sumar la recepţia semnalului informaţional de către
MOR este constituit din zgomotul termic, zgomotul de alice şi zgomotul
amplificatorului.
Puterea zgomotului termic se determină conform formulei
(7.11)
unde: este constanta Boltzman; temperatura absolută;
- lungimea benzii de frecvenţe, în Hz.
Nivelul puterii zgomotului termic se determină conform expresiei
(7.12)
39
Puterea zgomotului de alice se determină conform formulei
(7.13)
unde: este constanta Plank; - frecvenţa purtătoarei optice, în
Hz; - viteza luminii în vid; - lungimea de undă a purtătoarei optice, în
m.
Nivelul puterii zgomotului de alice se determină după formula
(7.14)
Puterea zgomotului amplificatorului depinde de tipul tranzistorului, de frecvenţă
şi de rezolvarea tehnică a amplificatorului. După caracterul său, zgomotul
tranzistorelor este asemănător cu zgomotul termic şi cel de alice, de aceea este
raţional, după cum se procedează în tehnica comunicaţiilor prin fire, ca puterea
zgomotului sumar să se exprime prin intermediul puterii zgomotului termic şi anume
(7.15)
unde este coeficient de zgomot.
Nivelul puterii zgomotului sumar se determină din formula
(7.16)
unde este coeficientul de zgomot, în dBm.
Valoarea coeficientului de zgomot depinde de mai mulţi factori la care se
referă: temperatura, lungimea benzii de frecvenţă, lungimea de undă a purtătoarei
optice, tipul fotoreceptorului, tipul tranzistorului, rezolvarea tehnică a
amplificatorului.
7.1 Algoritmul de calcul a probabilităţi erori de regenerare a
semnalului 1.Determinarea puterii zgomotului termic:
(7.17)
40
Nivelului puterii zgomotului termic (7.18)
2. Determinarea puterii zgomotului de alice :
(7.19)
(1,3)= =
(1,55)= =
Nivelului puterii zgomotului de alice:
(7.20)
3. Determinarea nivelului puterii zgomotului sumar:, (7.21)
4.Determinarea nivelului puterii semnalului injectat în traficul lineic
5.Determinarea pierderilor in traficul de linie :
(7.22)
(7.23)
6. Determinarea valorii de protectie semnalului informational de zgomot: (7.24)
41
7.Determinarea valorii probabilităţii erorii generării semnalului:
(7.25)
Concluzii În această lucrare am efectuat un şir de calcule în care am determinat lungimea
sectorului de regenerare pentru sistemele de transmisiune a informaţiei prin cablul
optic şi cum are loc amplasarea punctelor de regenerare. Deasemenea am calculat
parametrii fibrei cablului optic monomod. Marca cablului optic se alege în
42
conformitate cu valorile obţinute pentru coeficientul de atenuare , dispersia
kilometrică şi banda de transfer kilometrică .
Durata frontului impulsului la sfârşitul lungimii sectorului de regenerare nu
trebuie să depăşească valoarea admisibilă pentru viteza de transmisiune a
informaţiei B şi tipul codului lineic utilizat. Comparînd valorea calculată cu valoarea
admisibilă a duratei frontului impulsului la sfîrşitul sectorului de regenerare am
constatat că valoarea ei satisface condiţia dată. Adică am observat că atît pentru
codul lineic RZ, cît şi pentru codul NRZ condiţia se respectă. Rezultă că în sistemul
dat de tranmisiune se vor folosi ambele coduri, deoarece în cazul când nu se respectă
condiţia are loc suprapunerea impulsurilor, care se numeşte zgomot.
Fibrele optice se caracterizează cu ajutorul a doi parametri importanţi după cum
sunt: atenuarea şi dispersia. La propagarea semnalului prin fibrele cablului optic are
loc concomitent atenuarea amplitudinii impulsurilor datorită pierderilor şi sporirea
duratei impulsurilor cauzată de dispersie. Atît atenuarea, cît şi dispersia semnalului
ce se manifestă la propagarea lui prin fibrele cablului optic limitează distanţa de
transmisiune a informaţiei.
Bibliografie
1. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи . –М., Мир:2003.
2. Ершов В. А., Кузнецов И.А. Мультисенрвисные телекоммукационые сети.
-М., Радио и связь: 2003.
3. Шмалько В. И. Цифровые сети связи . –М., Эко-Тренз: 2001.
43
4. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровы оптоволоконных сетей
связи. –М., Радио и связь: 2000.
5. Волоконно-оптическая техника: историа, достижения, перспективы. \Под
ред. С. А. Дмитриева и Н.Н. Слепова. –М., Connect: 2000.
6. Убайдулаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. –М., Эко-Тренз: 2000.
7. Корнейчук В.И., Лессовой И.П. Волоконно-оптические изменения. –Киев,
Наукова думка: 1999.
8. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. –М., Эко-Тренз: 1998.
9. Doicaru V.,Părvulescu M. Transmisiuni prin fibre optice.-Bucureşti,
Ed.Militară: 1994.
10. Nistiriuc P., Bejan N. Electrodinamica tehnică.Unde şi structuri ghidante.
Ciclu de prelegeri.-Chişinău, UTM: 1998.
11. Корнейчук В.И., Макаров Т.В., Панфилов И.П.
Оптические системы передачи.- Киев, Техника: 1994.
12.Волоконно-оптические системы передачи и кабели. /Под ред.
И.И.Гроднева. –М., Радио и связи: 1993.
44
