2. Определение количества оптических усилителей, для обеспечения заданной длины секции.

Для обеспечения заданной длины секции необходимо рассмотреть вопрос увеличения секции при постепенном увеличении количества усилителей в начале на передаче, затем на приеме и далее в линейном тракте.

Оценим результаты использования оптических усилителей в одноканальных СЦТС на примере расчета длин секций с кодами при­менения L-16.2,V-16.2 и U-16.2 для длинной, очень длинной и сверхдлинной секции соответственно. Эти коды относятся к уровню STM-16, предполагают использование диапазона 1550 нм и стан­дартного оптического волокна (рекомендация G.652 МСЭ-Т) с километрическим затуханием α = 0,3 дБ/км. Расчеты произведем только исходя из потерь в тракте в предположении, что дисперси­онные искажения в нем устраняются одним из вышеуказанных спо­собов.

В соответствии с рекомендацией G.957 для кода применения L-16.2 (без оптических усилителей) имеем:

В этом случае получаем:

что соответствует максимальной длине секции

Код применения V-16.2 предполагает использование усилителя передачи ПдУ. Большинство таких усилителей обеспечивает мини­мальный уровень выходной средней мощности порядка +10 дБм. Кроме того, усилитель передачи вносит в тракт дополнительные помехи, что эквивалентно снижению чувствительности приемника примерно на ΔА=3 дБ. Таким образом, для кода V-16.2 имеем

Очевидно, максимальная длина секции в этом случае будет рав­на L_макс = 33 / 0,3 = 110 км.

Код применения U-16.2 предполагает помимо использования усилителя передачи включение усилителя приема ПрУ, который существенно уменьшает минимальный уровень приема. Для боль­шинства усилителей приема Р_{пр мин} = -36 дБм (с учетом помех, вно­симых усилителем передачи). Дополнительные помехи, которые усилитель приема вносит в тракт передачи, можно учесть увеличе­нием минимального уровня приема на величину, равную ΔА = 20 lg (1 + N), где N - число усилителей в тракте. Таким обра­зом, для кода U-16.2 без промежуточных усилителей, имеем:

Определим теперь длину секции для кода применения U-16.2 с m промежуточными усилителями ЛУ. Очевидно, что в этом случае

где N = т + 1 - число усилителей приема или, что то же самое, чис­ло усилительных участков на секции. В результате расчетов по ука­занной формуле имеем:

для двух участков (одного ЛУ)

для трех участков (двух ЛУ)

для пяти участков (четырех ЛУ)

для восьми участков (семи ЛУ)

Секции с числом участков более восьми практически не исполь­зуются. Еще раз заметим, что данный расчет носит иллюстратив­ный характер. В реальном случае требуется точный учет парамет­ров применяемой аппаратуры и использования методики, рекомен­дованной производителем.

4. Определение защищенности сигнала на выходе фотоприемного устройства фпу.

Математическая модель прохождения сигнала и шумов на участке регенерации волоконно – оптической системы передачи может быть получена на основе обобщенной структурной схемы регенератора (рис. 4.1)

Рисунок 4.1. Модель прохождения сигнала на участке регенерации.

1 – приемный оптический модуль (ПРОМ) содержит оптоэлектронный преобразователь (ЭОП), нагруженный на частотнозависимую входную цепь (ВЦ), а также усилитель тока (У) и противошумовой корректор (ПШК). Последний компенсирует неравномерность АЧХ блока ВЦ в требуемой полосе частот; его часто включают в цепь обратной связи усилителя.

Блок ЧК выполняет роль частотного корректора тракта, обеспечивающего требуемую форму импульса на входе порогового устройства ПУ. К выходу ПУ включен формирователь импульсов (ФИ), который генерирует поток импульсов с номинальной амплитудой, длительностью, формой и временным расположением. Этот поток поступает на передающий оптический модуль (ПОМ), в котором осуществляется модуляция мощности оптического излучения цифровым двухуровневым сигналом с тактовой линейной частотой fт. Далее оптические импульсы поступают на следующий участок ВОЛС.

Эквивалентная схема регенератора между точками 2 ÷ 2 и 3 ÷ 3 показана на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2. Эквивалентная схема регенератора между точками 2 ÷ 2 3 ÷ 3.

Iс – генератор тока определяет сигнальную составляющую фототока;

Iш – генератор тока шума, обусловленного всеми источниками шума, пересчитанными в сечении 2 ÷ 2;

Ri – внутреннее сопротивление ОЭП;

Rн – сопротивление внешней нагрузки;

Rвх – входное сопротивление усилителя;

С1 – входная емкость ОЭП;

С2 – входная емкость усилителя и емкость монтажа.

Ri, Rн и Rвх – определяют эквивалентную нагрузку фотоприемника R = 10 ÷ 50 кОм.

При вычислении отношения сигнал/помеха следует учитывать все источники шума. Дробовой шум – возникает при детектировании светового потока, появившийся при этом фототок Iф является суммой фототоков от отдельных электронно – досрочных пар, возникающих в случайные моменты времени. Такой шум называется дробовым или квантовым Ркш. Для p–i–n фотодиода:

Ркш = 2g IфΔf (4.1)

где g – заряд электрона;

Δf – полоса частот, в пределах которой изменяется квантовый шум;

Iср – фототок.

Для ЛФД [5]:

Ркш = 2g Iф М2 F(м) Δf (4.2)

где М – коэффициент умножения ЛФД;

F(м) – коэффициент шума ЛФД, величина которого F(м) ≈ 6 ÷ 10.

Фоновый шум возникает при попадании на фотодиод светового потока от постороннего источника, создающего некоторый фоновый ток Ig. По своей природе фоновый ток также является дробовым и определяется соотношением [5]:

Рg = 2g Iф Δf для p–i–n ФД

Рg = 2g Iф М2 F(м) Δf для ЛФД (4.3)

Темновой ток также создает дробовой шум, мощность которого Рτ пропорциональна току Iτ [5]:

Рτ = 2g Iф Δf для p–i–n ФД

Рτ = 2g Iф М2 F(м) Δf для ЛФД (4.4)

Тепловой шум вызван случайным тепловым движением электронов в эквивалентной нагрузке ФД и определится выражением [5]:

(4.5)

где К – постоянная Больцмана;

Т – температура в градусах Кельвина.

Таким образом, при преобразовании фотодиодом оптического сигнала в электрический возникает суммарный шум с мощностью:

(4.6)

для p–i–n ФД м =1 F(м) =1.

При проектировании обычно Iд и Iτ принимают равными нулю, так как Iд << Iф, Iτ << Iф, поэтому Ршд определяется из выражения 4.7:

(4.7)

Действующее значение сигнала на выходе определится по формуле 4.8:

Iф = Рпр • SЛФД (4.8)

где Рпр – мощность принятого оптического сигнала;

S – чувствительность приемника ЛФД.

Упрощенное значения отношения сигнал/помеха ε имеет вид [5]:

(4.9)

Дш – коэффициент шума усилителя.

Защищенность сигнала на выходе ФПУ в многоканальных телекоммуникационных системах чаще определяется в дБ по формуле:

Аз = 20 lg ε (4.10)

Пользуясь таблицей 4.1 можно определить вероятность ошибки на приеме, если известна величина защищенности Аз:

:

Таблица 4.1– Соотношение между вероятностью ошибки и помехозащищенностью сигнала.

Рош	3,6 10-6	3 10-7	2 10-9	10-9	4 10-11	1,3 10-12	3,25 10-14
ε	9	10	11	12	13	14	15
Аз	19,1	20	20,8	21,6	22,2	22,9	23,5

Полученное значение Рош, ε или Аз необходимо сравнить с соответствующей допустимой величиной, которую можно определить.