Многоканальная связь на железнодорожном транспорте

     Численное значение защищенности на входе регенератора примерно равно 20,5 дБ

       A₃=20,5дБ

     Защищённость A₃ определяется отношением сигнал-шум применительно к приёмному оптическому модулю (ПРОМ):

      ,      (13)

     В этой формуле: – среднеквадратичное значение полезного тока сигнала; – среднеквадратичное значение тока тепловых шумов на эквивалентном сопротивлении нагрузки; – среднеквадратичное значение тока дробовых шумов фотодиода; – среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя, приведенных к его входу.

     Вводимые  обозначения и дальнейшие расчетные  величины иллюстрируются рис.7.

     

     Рис.7. а) Схема входной цепи фотодетектора ПРОМ, б) Эквивалентная схема этой же цепи с учетом шумовых источников

     На  рис. 10 приняты следующие обозначения:

     P – мощность падающего светового  сигнала на фотодиод;

     I_с – фототок полезного сигнала на выходе фотодиода;

     R_ф – динамическое сопротивление фотодиода;

     С_ф – ёмкость р-n перехода фотодиода;

     I_д – ток дробовых шумов фотодиода;

     I_Т – ток тепловых шумов нагрузки Rн цепи фотодиода (входным сопротивлением усилителя K пренебрегаем).

     Применительно к  p-i-n фотодиодам формула для  расчета защищенности имеет вид

      ,        (14)

     где, в основном, учитываются тепловые шумы нагрузки в цепи фотодиода, а  также шумы предварительного каскада  усиления. В формуле (14)  используются следующие величины:

     F_ш - коэффициент шума усилителя; S - чувствительность фотодиода:

     S= hlq /h,                (15)

     где h – квантовая эффективность фотодиода, q – заряд электрона, l – длина волны излучения, мкм, h – постоянная Планка.

     С учетом значения  q  и h  формула (15) трансформируется в формулу

     S= 0,8hl, [А/Вт]       (16)

     k =1,38×10^-23 постоянная Больцмана [В×Кулон];

     Т – температура по Кельвину.

     Величина R может быть определена из условия  обеспечения необходимой широкополосности ПРОМ с учетом ёмкости С=(С_ф+С_вх):

         

     где В – ширина полосы пропускания фотодиода.   (17)

     Из  формулы  (14) можно определить мощность излучения на входе фотодиода P, удовлетворяющую  условию реализации МДМ оптического  сигнала:

        (18)

       

 

6. Определение минимальной излучаемой мощности

передающего оптического модуля. 

     По  значению мощности P можно определить уровень оптического МДМ-сигнала   

            (20) 

     где  P₀ = 1 мВт, и значение P также должно быть в мВт. Учитывая важность значения уровня и мощности МДМ-сигналов при расчётах, предлагается ещё один проверочный вариант определения указанных величин.

     В предусилителях приемников оптического излучения используются полевые транзисторы, так как В < 50 Мбит/с. Однако, порог чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ) рекомендуется дополнительно повысить с учетом составляющих шума линейного тракта на 30 дБ при использовании p-i-n фотодиодов. Обозначим это значение p’_пр.min 

      p’_пр.min 

 По  окончательно выбранному значению p’_пр.min определяем минимальную мощность на входе ПРОМ:

            (23)

     и минимальный уровень излучения  передающего оптического модуля  (ПОМ): 

     p_пер.min= P_пр.min+а_ру, [дБм].         (24) 

     где а_ру – сумма всех затуханий на регенерационном участке

     

     а_ру =( a_рс× n_рс + а_нс× n_нс +а_t + а_B) 
 
 
 
 

     По  величине Р_пер.min определим минимальную мощность модуля ПОМ, мВт:

             (25) 

 

7. Оценка  быстродействия ВОСП в целом

 

     Возможности выбранной ВОСП можно оценить  в целом, учитывая быстродействие модулей  ПОМ и ПРОМ, а также уширение импульсов, передаваемых по волоконно-оптической линии передачи. Общее ожидаемое быстродействие определяется как [1]:

              (26)

     где:

     t_пер= 2 нс – быстродействие различных передающих оптических модулей;

     t_пр = 4 нс – быстродействие приёмных оптических модулей;

      t_ов – уширение импульса на длине регенерационного участка

     t_ов = s× l_ру          (27) 
 

      В то же время допустимое быстродействие ВОСП определяется  скоростью передачи и характером передаваемого сигнала:

     t_S = b/В          (28) 

     где b – коэффициент учета характера кода линейного сигнала,  b =0,7 для кода NRZ.

     Если  в результате расчета по формулам (26) и (28) t_ож < t_S, то выбор типа ОК и длины l_ру сделан верно, и величина

     Dt = t_S - t_ож ,           (29)

     называется  запасом системы по быстродействию.

 

8. Выбор приемного и передающего  оптических модулей

 

     Выбираем из представленных в методических указаниях (таблица 7-11) такую комбинацию приборов, которая удовлетворяет заданным требованиям.

     Так как в таблице 7 отсутствует подходящий по длине волны источник излучения, выбираем его из стороннего источника (www.fotonexpress.ru): 

     Данные  источника излучения ВОСП.Таблица 3

Тип источника  излучения	Длина волны, мкм	Уровень выходной мощности, дБм	Нестабильность  выходной мощности, дБм
ПТ1023	1,55	-6	±0,1

 

     Этот  тип источника (лазерный диод) подходит по двум основным характеристикам: длина  волны и мощность излучения.

Из таблицы 9 выбираем следующий диод: 

     Данные  приемника излучения ВОСП Таблица 4

Тип	Материал	Активный диаметр, мкм	Спектральный  диапазон, мкм	Внутреннее усиление	Темновой ток, мА	Смещение, В	Емкость, пФ	Рабочая температура, оС	Чувствите- льность, А/Вт	Фирма
pin-ФД	InGaAs	100	1,0...1,6	-	40	15	1	-10...+80	0,63	General Optronics (США)

 

     Этот  тип приемника (p-i-n фотодиод) подходит по спектральному диапазону и рабочей температуре.

     В таблицах 10 и 11 приводятся данные передающих и приемных оптических модулей производства России и Германии. Ни приемные, ни передающие оптические модули не удовлетворяют исходным и полученным данным. 

 

9. Расчёт  надёжности линейного  тракта ВОСП

 

9.1.Расчёт  требуемых показателей  надёжности проектируемого  линейного тракта

     В данном разделе определим требуемые  показатели качества и надежности для внутризоновой первичной сети.

     Требуемые показатели надёжности для систем передачи  внутризоновой первичной сети (ВЗПС)

      Таблица 5

Показатели  надежности для ВЗПС, Lm = 200км	Канал ТЧ или  ОЦК независимо от применяемой СП	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	Оборудование  линейного тракта
Коэффициент готовности Среднее время между отказами, ч Время восстановления, ч	>0.997     >400    <1.1	>0.9994 >7000 <4.24	0.9987 >2500 -

 

ОЦК – основной цифровой канал 

     Для оборудования линейных трактов на МСП, время восстановления необслуживаемого регенерационного пункта (НРП), обслуживаемого регенерационного пункта и оконечного пункта (ОРП, ОП) и оптического кабеля (ОК) должны быть соответственно меньше:

     ·V_нрп < 2.5 ч (в том числе время подъезда к месту аварии – 2 ч);

     ·V_орп < 0,5 ч;

     ·V_oк < 10 ч (в том числе время подъезда 3,5 ч).

     В соответствии с этими данными  осуществим расчет требуемого среднего времени наработки на отказ и  требуемого коэффициента простоя для  МСП  заданной длины трассы L.

               ,       (24)

   где K_ПА - коэффициент простоя аппаратуры ВОСП. 

              T₀(L)=T₀L_m/L,        (25) 

     где T₀(L) - время безотказной работы для заданной длины канала или магистрали, ч;