Технико-экономический проект развития межстанционных связей местных сетей с помощью SDН

     Любой световод имеет дисперсию. Существует  три вида дисперсии волоконного  световода: межмодовая, материальная и  волноводная. Модовая дисперсия  возникает при распространении  в световоде нескольких мод. В  одномодовых световодах модовая дисперсия отсутствует. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления материала сердечника от длины волны. Волноводная дисперсия объясняется зависимостью постоянной распространения от длины волны, т.к. источник излучения излучает не строго одну длину волны λ, а некоторый спектр волн, который характеризуется значением спектральной ширины источника Δλ. 
 

     2.2.7 Определение помехозащищенности оптического кабеля 

     Оптические  кабели (ОК) не подвержены электромагнитным воздействиям, как электрические кабели с медными проводниками, и обладают высокой помехозащищенностью. Поэтому параметр помехозащищенности не является ограничивающим фактором.

     В оптических кабелях полоса пропускания  и дальность связи лимитируются затуханием и дисперсией. Затухание ОК имеет стабильное значение в широкой полосе частот и лишь на очень высоких частотах за счет дисперсии возрастает затухание. Дисперсия и определяет ширину полосы пропускаемых частот. Наибольшая полоса пропускания у одномодовых световодов.

     Соотношение между полосой частот (DF) и дальностью передачи выражается формулами (для коротких линий в пределах устанавливающего режима): 

                                                                                                          (2.21.а) 

     а, для длинных линий: 

                                                                                                    (2.21.б) 

     где значения с индексом х – искомые, а без х – заданные; - длина линии устанавливающегося режима (5-7 км для ступенчатого и 10-15 км – для градиентного волокна), длина связи мод.

     В реальных условиях обычно нормируется  величина полосы пропускания на один километр DF и определяется полоса пропускания на всю длину линии по формулам (2.22.а) (2.22.б): 

                                                                                                        (2.22.а) 

     для коротких линий ( < ), у которых уширение импульсов с длиною растет линейно. 

                                                                                                    (2.22.б) 

     для линий ( > ), у которых действует закон изменения величины ширины импульсов.

     Километрическое значение полосы пропускания DF, МГц определим по формуле (2.23): 

     DF = 1/t,                                                                                                       (2.23) 

     где t = 228 пс/нм×км. 

     DF = 1/228×10^-12 = 4386 МГц или 4,386 ГГц. 
 

     2.2.8 Расчет потерь в оптическом кабеле 

     Оценим  потери, которые возникают при  стыковке одинаковых одномодовых световодов из-за поперечного смещения торца одного световода относительно торца другого, а также перекоса световодов.

     Потери, вызванные поперечным смещением  световодов на величину х (х = 0,5 мкм): 

      ,                                                                      (2.24) 

     где J₀, J₁ – цилиндрические функции первого и второго порядков (J₀(1,2705) = 0,56; J₁(1,2697) = 0,4); x₁, x₂ – безразмерные числа, которая определяется: 

       ,                                                                                    (2.25.а) 

      ,                                                                                     (2.25.б) 

     где n_э – эффективный показатель замедления фазовой скорости моды, который определяется: 

      ,                                                                                                       (2.26) 

     где V_ф – фазовая скорость. Она определяется: 

      ,                                                                       (2.27) 

     где  с – скорость света (с = 3·10⁵ км/с); n – средний показатель преломления.

     Средний показатель преломления n- определяется: 

      ,                                                             (2.28) 

     Согласно  формулам (2.28),(2.24), (2.25.а),(2.25.б): 

      , 

       

      . 
 

              дБ. 

     Потери, вызванные перекосом продольных осей на угол q (q = 0,3⁰): 

      ,                                                   (2.29) 

     где W₀ – радиус моды  НЕ₁₁ световода и определяется: 

      ,                                                          (2.30) 

     Согласно (2.30) и (2.29): 

       м. 

       дБ. 

     Типичное  среднее значение дополнительных потерь в одномодовом волокне при хорошем качестве сварки менее 0,1 дБ. 

     2.2.9 Проверочный расчет максимальной длины участка регенерации с учетом затухания 

     Определим  максимально возможную длину  участка регенерации по затуханию, тогда длина участка регенерации будет определяться энергетическим запасом системы передачи и километрическим затуханием кабеля:

                                                        (2.31) 

     где  Э – энергетический запас системы; L_рс – потери мощности сигнала на разъёмном соединении, на входе и выходе ОВ (0,5 дБ); n_рс – количество разъёмных соединений, (11), по одному на входе и на выходе; L_зап – запас по затуханию ОВ на РУ (3…5 дБ); L_к – километрическое затухание ОВ (0,22 дБ); L_св – затухания ОВ на участке световод-световод (0,4 дБ).

     Энергетический  запас системы передачи определяется максимально возможными уровнями сигнала на передающем и приемном конце: 

                                              (2.32) 

      дБ. 

     тогда согласно (2.31):  

       км. 

     Таким образом, длина регенерационного участка с учетом километрического затухания составляет 95,575 км. 

     2.2.10 Проверочный расчет длины участка регенерации с учетом дисперсии 

     Описание  хроматической дисперсии волокна и расчет  приведены в конце пояснительной записки [П.В.].

     Зная  удельное значение хроматической дисперсии (S_∑) можно определить величину дисперсионных искажений световода:

     В аппаратуре передача STM-1 используется скорость передачи 155,52 Мбит/с [22]:  

       МГц. 

     тогда: 

                                                                      (2.33) 

     где  ∆λ - ширина импульса лазера, 0,1 нм. 

       пс/км 

     Отсюда  зная величину дисперсии можно определить значение  полосы пропускания: 

      .                                                                                            (2.34) 

     Получив значение дисперсионных искажений  определяем полосу пропускания (2.34): 

       МГц · км. 

       км. 

     То  есть длина участка, определяемая хроматической дисперсией на много больше длины регенерационного участка, определяемого затуханием волокна, т.е. L › L_ру, следовательно при данной длине регенерационного участка L_ру = 95,575 км, вносимые искажения хроматической дисперсией будут незначительно сказываться на сигнале.