а_В - допуск на затухание потерь, связанных с ухудшением характеристик компонентов регенерационного участка (источники излучения - кабель - приёмники излучения) со временем.

     Величина  Эп характеризует необходимый перепад уровней для нормальной работы аппаратуры, а остальные члены в скобках формулы (4) - суммарные потери участка регенерации.

     Расчёт  проводится для самого длинного участка  регенерации. Сначала определяется число строительных длин на участке  регенерации:

       (5)

     где l_c - строительная длина кабеля (строительную длину возьмем l_c=2км).

     

     Общее число строительных длин для участка  регенерации определяет число неразъёмных  соединителей:

       (6)

     

     Величина a задана в исходных данных для выбранного кабеля: a=0,3 дБ/км. Значения величин а_нс и а_рс выбираем исходя из значений потерь в разъемных и неразъемных соединителях для разных типов ОВ (табл.6 методического указания [1]): а_нс =0,3…0,5 дБ; а_рс=0,5…1,5 дБ (исходя из того, что возможно старение соединений будем полагать а_нс =0,4 дБ; а_рс=1 дБ).

     Допуски на температурные изменения параметров ВОСП при ΔТ=10ºС: a_t=2 дБ (табл.7 методического указания).

     Для определения допуска на потери от старения во времени необходимо определить комбинацию источников излучения передатчика и приемника. Эта комбинация определяется согласно заданному энергетическому потенциалу Эп, дБ и скорости передачи в линии В, МБит/с выбранной аппаратуры. Так у нас определена следующая комбинация источников излучения передатчика и приемника – ЛД + pin ФД (при данной скорости передачи в линии, только токая комбинация обеспечивает передачу энергетического потенциала 38 дБ, что и указано в данных аппаратуры). Следовательно, допуски на потери от старения во времени элементов a_В=4…5дБ (возьмем a_В=4дБ ).

     Проверяем условие (4):

       км

       км

     55 км < 64км – т.е. условие выполняется.

     Исходя  из полученных значений величин а_рс, а_нс, а_t, а_В, определим затухание участка регенерации а_ру

      , (7)

     а_ру = 0,3×55+1×2+0,4×27+2+4 = 35,3 дБ

     Сопоставим  величину а_ру и энергетический потенциал Эп. При этом должно выполняться условие:

      , (8)

     35,3 дБ< 38 дБ, следовательно, длина участка  регенерации выбрана верно.

     Правильность  выбора длины регенерационного участка  l_ру необходимо также проверить с учётом дисперсионных свойств оптического волокна.

     Максимальная  длина регенерационного участка  с учётом дисперсии ОВ выбирается из условия

      , (9)

     где В - скорость передачи информации, бит/с;

     s - среднеквадратичное значение дисперсии выбранного оптического волокна, с/км.

     Для одномодовых оптических волокон  задается нормированная среднеквадратичная дисперсия s_н, нс/(нм×км) или пс/(нм×км).

     Величина s определяется в этом случае по формуле:

      , (10)

     где К =10 ^–12 в случае s_н [ пс/(нм×км)], К = 10 ^-9 в случае s_н [нc/(нм×км)], Dl - ширина полосы оптического излучения в нм. Для светодиодов Dl = 25-40 нм, для лазерных диодов Dl = 0,2-0,5 нм. В нашем случае:

     Dl = 0,2 нм (задана в исходных данных),

     s_н = 3,5 пc/(нм×км) (с учетом наихудшей дисперсии кабеля ОКЛ),

     тогда К=10^-12 и получаем

     s =10^-12×0,2×3,5= 0,7×10^-12 с/км

     l_ру £ 0,25/(0,7×10^-12×41,2416×10⁶), км

     55 км < 866 км

     Значит, условие выполняется.

     ПОМ – передающий оптический модуль

     ПРОМ  – приемный оптический модуль

     ОС-Р – разъемный оптический соединитель

     ОС-Н – неразъемный оптический соединитель

     ОК – оптический кабель

 

      8. РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНОЙ  ДЕТЕКТИРУЕМОЙ МОЩНОСТИ 

     ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА

 

     Одним из наиболее важных параметров приёмника  оптического излучения является минимальная обнаруживаемая мощность оптического сигнала, при которой  обеспечивается заданное значение отношения сигнал-шум или вероятности ошибки. Это значение получило название минимальной детектируемой мощности (МДМ). Для внутризоновых первичных сетей вероятность ошибки в расчете на 1 км длины линейного тракта не должна превышать p’ £ 1,67×10^-10 , для магистральных сетей p’ £ 1,67×10^-11, для местных сетей p’ £ 1,67×10^-9. Исходя из этих значений вероятности ошибки, можно определить вероятность ошибки для полученной длины регенерационного участка.

      , (11)

     р_ош=1,67×10^-10×55=91,85×10^-10

     Используя это значение вероятности ошибки на участке регенерации, можно определить с помощью зависимости вероятности ошибки p_ош от защищенности А₃ (рис. 7) численное значение защищенности на входе регенератора: A₃=22 дБ.

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

      ,     (12)

     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.

     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).

     S - чувствительность фотодиода:

       ( 13)

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

     С учетом значения q и h формула (13) трансформируется в формулу

            (14)

     S = 0,8×0,75×1,55=0,93 А/Вт

     Величина  R может быть определена из условия обеспечения необходимой широкополосности ПРОМ:

       (15)

     где С =10 пф, В – скорость передачи, бит/с.

     R=1/(2×p×10×10^-12×41,2416×10⁶)=386,1 Ом

     Приближенная  формула мощности излучения на входе лавинного фотодиода P, удовлетворяющая условию реализации МДМ оптического сигнала имеет вид:

      ,     (16)

     М= 25

     k =1,38∙10^-23- постоянная Больцмана;

     Т=273+10=283- температура по Кельвину.

     F_ш =8 - коэффициент шума усилителя;

      _Вт

       мВт

 

      9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ  ИЗЛУЧАЕМОЙ МОЩНОСТИ  ПЕРЕДАЮЩЕГО ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ

 

     По  значению мощности P можно определить уровень оптического МДМ-сигнала

     где P₀ = 1 мВт, и значение P также должно быть в мВт.

       (17)

       дб

     Однако, порог чувствительности приемного  оптического модуля (ПРОМ) рекомендуется  дополнительно повысить с учетом составляющих шума линейного тракта на 15 дБ. Обозначим это значение p’_пр.min:

     Р’_пр.min = -40,535 +30=-10,535 дБ.

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

       (18)

     P_пр.min = 10 ^{0,1×(-10,535)}=0,088 мВт

     и минимальный уровень излучения  передающего оптического модуля (ПОМ):

       (19)

     p_пер.min = -10,535 +70 = 59,465 дБ

     По  величине p_пер.min определим минимальную мощность модуля ПОМ:

       (20)

     P_пер= 10^0,1×59,465 = 0,841мВт

 

      10. 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:

       (21)

     где: t_пер = 4 нс - быстродействие различных передающих оптических модулей;

     t_пр = 1 нс - быстродействие приёмных оптических модулей;

     t_ов – уширение импульса на длине регенерационного участка