Волоконно-оптичні системи передачі
Міністерство освіти і науки,
молоді та спорту України
Полтавський національний
технічний університет імені
Юрія Кондратюка
Факультет інформаційних та
телекомунікаційних технологій і систем
Кафедра комп’ютерної
інженерії
Розрахунково-графічна робота
з навчальної дисципліни: «Волоконно-оптичні системи передачі»
Виконав:
студент 202-ТТ групи
Казидуб О.О.
Перевірив: к.т.н., доцент Слюсар
І.І.
Полтава 2012
ЗМІСТ
1. Задача №1
. Задача №2
. Задача №3
. Задача №4
Список використаної
літератури
. ЗАДАЧА №1
Маємо ОВ з параметрами: 
,
, 
,
, 
.
Виконати розрахунок основних параметрів ОМ і ММ ОВ [співвідношення коефіцієнтів
переломлення, числову апертуру, нормовану частоту, число мод, що поширюються по
світловоду, критичну частоту та довжину хвилі, втрати енергії на
поглинання(загасання поглинання), втрати на розсіювання, загальні втрати у
волокні, міжмодову дисперсію (розрахунок тільки для ММ ОВ), межі зміни фазової
швидкості, межі зміни хвильового опору].
І.
При 
[мкм]
маємо ОМ ОВ. Проводжу розрахунок параметрів ОМ ОВ.
Розв’язання:
1. Співвідношення коефіцієнтів переломлення:
.
2. Числова апертура:
.
3. Нормована частота:
[Гц].
4. Число мод, що поширюються по світловоду:
.
5. Критична частота [Гц], при 
:
[Гц].
6.
Критична довжина хвилі [нм]:
[нм].
7.
Втрати енергії на поглинання
(загасання поглинання) [дБ/км], при 
:
[дБ/км].
8. Втрати на розсіювання [дБ/км],
при 
:
[дБ/км].
9.
Загальні втрати у волокні [дБ/км]:
[дБ/км].
10.
Межі зміни фазової швидкості[м/с]:
нижня межа: 
[м/с], верхня
межа: 
[м/с].
.
Межа зміни хвильового опору [Ом], при 
[Ом]:
нижня межа: 
[Ом], верхня
межа: 
[Ом].
ІІ.
При 
[мкм] маємо градієнтне ММ ОВ. Проводжу розрахунки
параметрів градієнтного ММ ОВ:
. Співвідношення коефіцієнтів переломлення:
.
2. Числова апертура:
.
3. Нормована частота:
[Гц].
4. Число мод, що поширюються по світловоду:
5. Критична частота [Гц], при :
[Гц].
6.
Критична довжина хвилі [нм]:
[нм].
7.
Втрати енергії на поглинання
(загасання поглинання) [дБ/км], при :
[дБ/км].
8. Втрати на розсіювання [дБ/км],
при :
[дБ/км].
9.
Загальні втрати у волокні [дБ/км]:
[дБ/км].
10. Міжмодова дисперсія [нс],при 
[км]:
[нс].
11.
Межі зміни фазової швидкості[м/с]:
нижня межа: [м/с], верхня
межа: [м/с].
.
Межа зміни хвильового опору [Ом], при [Ом]:
нижня межа: [Ом], верхня
межа: [Ом].
ВІДВОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ:
1). Дати визначення типів ОВ:
ММ -
це оптичне волокно, в якому передається одночасно 2 і більше мод.
СОМ -
це східчасте або стандартне одномодове оптичне волокно, тобто волокна зі
східчастим профілем показника переломлення. Міський, зоновий і магістральний
зв’язок, протяжні мережі кабельного ТВ.
СДОМ -
це ОМ ОВ зі зсунутою дисперсією (у третє вікно) нульовою дисперсією.
Супермагістралі (SDH. ATM); національні мережі
зв’язку, що охоплюють великі території.
НСДОМ -
це ОМ ОВ з ненульовою зсунутою дисперсією. Супермагістралі (SDH. ATM); над протяжні мережі, цілком оптичні мережі.
ГОВ -
це градієнтні ОВ, тобто волокна з плавним (монотонним) зменшенням показника
переломлення в серцевині.
). Навести сутність і математичний закон Снеліуса:
Закон Снеліуса, або закон Снела визначає напрям розповсюдження променя світла
<#"902697.files/image032.gif">,
де 
- кут падіння, 
-
кут переломлення, 
і 
-
показники переломлення двох середовищ.
) Дати визначення моди:
Мода -
це один з можливих розподілів електромагнітного поля, що задовольняє рівняння
Максвелла та граничних умов.
) Навести визначення нормованої частоти, хвилі відсічки:
Нормована частота - 
, де
- довжина хвилі у вакуумі. За цією величиною можна
судити про режим роботи оптоволокна. Якщо 
(2,405
то в ньому розповсюджується тільки одна основна мода). Якщо >2,405 то має місце багатомодовий режим.
Хвиля відсічки - це мінімальна довжина хвилі, при якій волокно
підтримує лише одну просторову моду.
. ЗАДАЧА№2
І.
Визначити для випадку «без ретрансляційної» передачі (тобто відсутні підсилення
або регенерація оптичного сигналу) загасання, дисперсію, смугу пропускання та
максимальну швидкість передачі двійкових імпульсів 
у ВОСП з довжиною секції 
[км], кілометричним загасанням 
[дБ/км] на довжині хвилі випромінювання передавача 
[нм], ширині спектра випромінювання 
[нм] на рівні половини максимальної потужності
випромінювання, а також можливий одноканальний інтерфейс.
ІІ.
Побудувати графік залежності максимальної швидкості передачі двійкових
імпульсів від ширини спектра випромінювання 
для випадку використання лазера (0,1…5нм) і
світлодіода (СВД) (15…80нм).
І.Розв’язання:
1. Визначаю максимальне загасання секції довжиною 
:
[дБ].
2.
Визначаю сукупну дисперсію
секції:
.
Визначаю міжмодову дисперсію 
:
[пс].
Визначаю хроматичну дисперсію 
при
[нм]:
[пс].
Поляризаційна модова дисперсія буде 
оскільки
в мене використовується ММ ОВ, а поляризаційна модова дисперсія проявляється
лише в ОМ ОВ.
Тому сукупна дисперсія секції буде:
[пс].
3. Обраховую питому смугу пропускання:
[МГц].
4.
Обраховую оптичну смугу
пропускання при 
:
[МГц/км0,55].
.
Максимальна швидкість передачі
для гаусівської форми двійкових оптичних імпульсів:
[Мбіт/с].
6. Порівнявши значення розрахованої смуги із табличним значенням
обраного інтерфейсу, я прийшов до висновку, що моє обраховане значення менше
від табличного значення для обраного інтерфейсу.
ІІ.
Побудуємо графік залежності максимальної швидкості передачі двійкових імпульсів
від ширини спектру випромінювання , у випадку використання лазера (рис.2.1) і у випадку
використання світлодіода (рис.2.2).
Лазер:
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При [нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
Рис.2.1
Світлодіод:
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
При 
[нм], маємо
[Мбіт/с].
Рис.2.2
ВІДВОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ:
1). Які прилади в оптичних інтерфейсах забезпечують максимальну
дальність передачі в ОМ і ММ ОВ?
|
Тип Інтерфейсу
|
Тип ОВ
|
Смуга пропускання, МГц*км
|
Відстань, км
|
|
1000Base-LX (лазерний діод 1300нм)
|
ОМ (9 мкм)
|
-
|
5000
|
|
ММ (50 мкм)
|
500
|
550
|
|
ММ (62.5 мкм)
|
320
|
400
|
|
1000Base-SX (лазерний діод 850нм)
|
ММ (50 мкм)
|
400
|
500
|
|
ММ (62.5 мкм)
|
200
|
275
|
|
ММ (62.5 мкм)
|
160
|
220
|
3. ЗАДАЧА№3
Провести ідентифікацію рефлекторами ВОЛЗ та визначити вплив
показника переломлення на точність вимірів.
. Відкриваю в програмному забезпеченні OTDR OP-2-3 згідно варіанту файл рефлектограми (LR_7_27.sor).
. Виконую ідентифікацію рефлекторами (визначаю параметри
ВОЛЗ), результати заношу до таблиці 3.1.
Таблиця 3.1
|
Тип ОВ
|
Умови виміру
|
Тип рефлектограми
|
Точна довжина хвилі(нм)
|
ПП ОВ
|
Довжина ВОЛЗ(км)
|
Тривалість зондуючого імпульсу(нс)
|
|
[G.652] Стандартне ОМ ОВ
|
При прокладці
|
standard trace
|
1569
|
1.46700
|
10
|
30
|
|
Тривалість виміру(с)
|
Загасання в з’єднанні(дБ)
|
Коефіцієнт відбиття(дБ)
|
Коефіцієнт загасання (дБ/км)
|
Коефіцієнт зворотнього розсіювання (дБ)
|
Тип неоднорідності
|
Відстань до неоднорідн. (км)
|
|
14
|
0.100
|
-50.000
|
0.250
|
-84.8
|
R
|
0.3847
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. Визначаю параметри неоднорідностей, результати заношу до
таблиці 3.2, для подальших досліджень беру неоднорідність №1.
Таблиця 3.2
|
№з/п
|
Тип неоднорідності
|
Загасання неоднорідності (дБ)
|
Відстань до неоднорідності (км)
|
|
0
|
R
|
|
0.0000
|
|
1
|
R
|
0.3847
|
|
2
|
R
|
1.952
|
3.7668
|
|
3
|
S
|
2.836
|
4.1581
|
|
4
|
R
|
3.527
|
7.4963
|
|
5
|
S
|
3.813
|
7.8928
|
|
6
|
R
|
3.736
|
8.2821
|
4. В меню OTDR OP-2-3 вкладка 
послідовно змінюючи значення ПП в межах 
з кроком (-5%), одчосно фіксую зміни параметрів ВОЛЗ
(відстань до подій, величину її загасання).
. Отримані результати заношу до таблиці 3.3.
Таблиця 3.3
|
№ з/п
|
Параметр ВОЛЗ
|
Зміна значення ПП, в %
|
|
|
0
|
-5
|
-10
|
-15
|
-20
|
-25
|
-30
|
|
1.
|
Показник переломлення
|
1.4670
|
1.3937
|
1.3203
|
1.2469
|
1.1736
|
1.1003
|
1.0269
|
|
2.
|
Довжина ВОЛЗ [км]
|
10
|
11
|
11
|
12
|
12
|
13
|
14
|
|
3.
|
Відстань до неоднорідності [км]
|
0.3847
|
0.4049
|
0.4274
|
0.4526
|
0.4808
|
0.5129
|
0.5495
|
|
4.
|
Загасання неоднорідності [дБ]
|
0.507
|
0.507
|
0.507
|
0.507
|
0.507
|
0.507
|
. Будую графік зміни похибки вимірювань (рис.3.1)
Рис.3.1
ВІДВОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ:
1). Що таке профіль показника переломлення?
Профіль показника переломлення (ППП) - це залежність (закон) зміни
показника переломлення вздовж діаметра ОВ.
). Види з’єднань ОВ:
роз’ємні з’єднання (різні типи механічнічних з’єднувачів);
нероз’ємні з’єднання (різні типи нероз’ємних механічних
з’єднувачів, зварене, склеювання).
). Обладнання для забезпечування з’єднання:
оптичні з’єднувачі (конектори);
розетки (адаптери).
Основними типами оптичних з'єднувачів в дійсний час є:
а) ST-конектор
;
б) LC-конектор
;
в) FDDI-конектор;
г) Е-2000.
4. ЗАДАЧА №4
оптичний волокно інтерфейс прийом
Використовуючи дані для оптичних інтерфейсів SDH згідно G.957, визначити число проміжних регенераторів,
відстань між ними, рівень прийому 
[дБ] на вході першого регенератора, допустиму
ймовірність помилки одного регенератора.
За типом оптичного інтерфейсу визначаю наступні параметри:
[нм]
- основна довжина хвилі випромінювання;
[дБ]
- втрати при введенні випромінювання в волокно;
[дБ]
- втрати на стику ВВ і ФПУ;
[мВт]
- потужність на виході джерела випромінювання;
[дБ]
- енергетичний потенціал ВОСП,
[Мбіт/с]
- швидкість передачі оптичного сигналу.
. Відстань між регенераторами:
[км].
2. Середнє квадратичне відхилення на 1 км ОВ складатиме:
[дБ/км].
3. Для всієї ділянки відхилення складатиме:
[дБ].
4. Довжина регенераційної ділянки з урахуванням відхилення загасання на
будівельних довжинах кабелю:
[км].
5. Визначаю сукупну дисперсію, яка не повинна перевищувати значення 
[пс]:
,
де - 
[пс],
- при 
[пс].
Тоді, сукупна дисперсія буде:
[пс], бачимо, що умова виконується 
.
. Визначаю кількість регенераторів:
.
7. Оптимальна довжина ділянки регенерації:
[км].
8. Визначаю рівень прийому на вході першого регенератора:
[дБ].
9. Імовірність помилки:
ВІДПВОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ:
). Де виникають втрати в ЛТ ВОСП?
Втрати виникають:
а) в джерелі випромінювання;
б) при введенні випромінювання у волокно;
в) на стиках будівельних довжин кабелю;
г) на рознімних з’єднаннях та відгалужувачі;
д) на вигинах оптичного кабелю.
). Основні характеристики ЛТ ВОСП:
а) енергетичний бюджет;
б) допустима ймовірність помилок;
в) швидкість передачі
). Від яких параметрів залежить довжина ділянки регенерації?
Довжина ділянки регенерації залежить:
а) від затухання оптичного кабелю;
б) від втрат в лінійному тракті;
в) від швидкості передачі;
г) від величини дисперсійних спотворень.
). Чим визначається дальність дії цифрової ВОСП?
Максимальна дальність дії цифрової ВОСП визначається допустимим
коефіцієнтом помилок однієї ділянки регенерації.
1. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи. Аппаратура
и элементы. - М.: Солон-Р, 2001.
. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. - М.:
Техносфера, 2003.
. Розорінов Г.М., Соловйов Д.О. Високошвидкісні волоконно-оптичні
лінії зв’язку. Навч. Посіб. - К.:
Ліра-К, 2008.