Магистральды ТОБЖ-нің техникалық сипаттамаларының есептері

Алынып – салынбалы жалғастырғыштар саны : npc = 4;

Алынбайтын жалғастырғыштардың келтіретін шығыны (сростках): AHC = 0,05 дБ;

Алынып-салынбалы жалғастырғыштардың келтіретін шығыны: Apc = 0,2 дБ;

Аппаратураға арналған пайдалану қоры : Aэ3а = 3 дБ;

Кабельге арналған пайдалану қоры : Aэ3а = 3 дБ;

Оптикалық сәулеленудің қуат көзі: Pвых = + 13 дБм;

Қабылдағыштың сезімталдығы: Pвых = - 25 дБм;

Нөлдік дисперсияның толқын ұзындығының диапазоны: от /l/_0  = 1301,5_ 1321,5 нм;

Нөлдік дисперсия еңісіндегі максимальды мөлшер: /S_0 / = 0,092 пс/(нм^2 ·км);

Сәулелену спектрінің максимальды ені: /Δλ/ = 0,04 нм;

Поляризацияланған модалық дисперсияның коэффициенті: DPMD= 0,5 пс/км^1/2 .

STM-4 қабылдағышының жылдамдығы B0  = 622,08 Мбит/с;

STM-64 қабылдағышының жылдамдығы B0  = 9953,28 Мбит/с;

STM-4 арналған бастапқы импульстің ұзақтығы τ0 = 401,88 пс;

STM-16 арналған бастапқы импульстің ұзақтығы τ0 = 25,13 пс;

    

 

 

 

5.2. ТОБЖ дисперсиясының есебі

 

ТОБЖ бойынша сигнал беру кезінде берілетін ақпарат екі сандық код түрінде көрсетіледі: 1 және 0 сонда 1 қуаттың жоғары, ал 0 - төменгі  деңгейіне сәйкес келеді. Оптикалық талшық бойынша модульденген сигнал τ0 ұзақтықта және B0 жылдамдықта бит/с беріледі. Егер, импульс қабылдағыштан алынған ұзақтық τLбиттік интервалдан асып кетсе, онда көршілес импульстер бір – бірімен соқтығысады, бұл символдар арасындағы интерференцияға әкеледі.  Сондықтан, қабылғыш бөлек импульстарды анықтай алмайды, нәтижесінде биттік BER қателіктердің коэффициенті өседі. Биттік интервал T0 берілген сигналдың жылдамдығының қатынасына байланысты:

                          (5.2.1)

Сонда, қалыпты жұмыс атқарған ТОБЖ – іне міндетті түрде қажет:

- соңғы биттік интервалдан аспайтын τL импульстен алынған ұзақтықты қамтамасыз ету;

- қабылдағыштың сезімталдығына  сәйкес қуатты ұстап тұру немесе Pфnp асатын қорды жинақтау.

Міне сондықтанда қажетті техникалық сипаттамаға ие, жоғары жылдамдықтағы ТОБЖ жобалау кезінде оптикалық талшықтардың дисперсиясы мен затухание міндетті түрде қажет.

Поляризацияланған модалық дисперсияның есебі. Поляризацияланған модалық дисперсия төмендегідей есептеледі (3.4.7):

     пс.

Қисық дисперсияның есебі. Нөлдік дисперсияның толқын ұзындығының диапазонын есептегенде қисық дисперсияның шектік коэффициентінің мәні (3.2.16 формуланы қараңыз):

                (5.2.2)

Бұдан шығады, = 0,092·(1550 - (1301,5)_ /1550_ )/4 = 17,92 пс/(нм·км), талшықты-оптикабельдердің құжаттарынан алынған техникалық сипаттамаларға сәйкес толқын ұзындығы   /λ/ = 1,55 мкм

Бұдан қисық дисперсияның мәнін есептейміз:

17,92·0,04·80,394 =57,63 (пс), импульс ұзақтығының өсуін анықтайды ( п. 3.2қараңыз).

Поляризациялық модалық дисперсияны есептегенде нәтижелі дисперсия төмендегідей анықталады [5]:

пс.

Сонда биттік интервал _ :

STM-4 үшін: T0 = 1607,5 пс,

STM-64 үшін: T0 = 100,5 пс.

Импульстің кеңеюінің максимальды рұқсат етілетін мөлшері рұқсат етілетін импульс ұзақтығынан анықталады [9]:

                     (5.2.3)

B0 =622,08 Мбит/с (STM-4) беріліс жылдамдығы кезінде рұқсат етілетін импульс ұзақтығы τ=824 пс, ал беріліс жылдамдығы B0= 9953,28 Мбит/с – τ=50.25 пс.

Импульстің бастапқы ұзақтығы төмендегідей анықталады [9]:

                        (5.2.4)

Соңғы импульс ұзақтығы оның бастапқы ұзақтығының --- қатынасымен анықталады [5]:

                   (5.2.5)

Сонда дисперсия есебінен алғандағы импульс ұзақтығы  STM-4 үшін:

= 406,01 пс,  STM-64 үшін :     = 63,01 пс.

Сонда, B0= 9953,08 Мбит/с (STM-64) жылдамдық кезінде дисперсия әсерінен кеңейтілген оптикалық импульс τ=50.25 пс рұқсат етілген мәнінен асып кетеді. Сондықтан, ТОК бойынша STM-64-пен сигнал беру, міндетті түрде байланыс желісіндегі қисық дисперсияны компенсациялайды.

    

5.3. Энергетикалық  бюджеттің есебі

ТОБЖ әлсіреу мәндері төмендегідей формуламен есептеледі (3.1.4):

       0,05·23 + 0,24·80,394 + 0,2·4 == 1,15 + 19,295 + 0,4 = 21,045(дБ)

Бұдан келе энергетикалық бюджет [формула 3.1.4]:

       + 13 – (– 25) – 3 – 3 – 21,045 =

= 10,955 (дБм)

Талшықты – оптикалық желінің әлсіреу мәні энергетикалық бюджет оң мәнде болғандықтан рұқсат етілген мәнде шектеледі.

 

5.4. Дисперсияны  компенсациялау есебімен бірге  байланыс желісінің есебі.

Дисперсияняң компенсациясына арналған модульдер төмендегідей талаптарды қанағаттандыруы тиіс:

- аз шығынды;

- габариттігі және салмағы  аз;

- қолданылатын қуаты аз;

- арзан бағада.

Бүгінгі күнде дисперсияның компенсациясы үшін төмендегідей екі әдіс қолданылады:

- DC талшықтарына қолдануға негізделген;

- FBG негізінде.

Айтылған әдістердің артықшылықтары мен кемшіліктерін ескере отырып, DCFкомпенсациялық модулін қолдану ұсынылды. DC талшықты модуль көптеген талаптарға сәйкес келеді, соның ішінде көп қуатты қажет етпейді, габариті мен салмағы аз, негізінен 10 Гбит/с (STM-64) беріліс жылдамдығы бар жүйелерде қолданылады. Corning и Lucent Technologies компаниялары бүгінгі күнде DC талшықты модульдерді негізгі  өндірушілер. 5.4-кестеде осы компаниялардың өнімдері салыстырмалы түрде көрсетілген. [9].

5.4-кесте

Дисперсия компенсациясына арналған  DCF модулінің параметрлері

Компания Corning			Lucent Technologies
Тип модуля	DCM-40	DCM-60	DCM-80	DK-40	DK-60	DK-80
Компенсируемая длина линии	40	60	80	40	60	80
Среднее значение PMD, пс	1,1	1,4	1,5	0,6	0,75	0,9
Вносимое затухание, дБ	5,0	6,8	8,6	5,2	7,0	7,9
Полная дисперсия, пс/нм	-658	- 988	- 1317	- 680	- 1020	- 1360

 

 

 Дипломдық жұмыста келтірілген мәліметтерді талдау нәтижесінде студент мынадай шешім шығарды: Бейнеу – Жезқазған теміржолының байланыс желісіне дисперсиялық компенсацияның DK-80 Lucent Technologies модулін қолану тиімді.

Дисперсиялық компенсацияның физикалық модулі қабылдап-өткізгіш аппаратының сағанасында қондырылады, бір оптикалық талшыққа бір компенсатор.  Бірақ, модульдердің көп шығын шығарындығына байланысты, оны ОК ұштарына қондыру керек, сондай-ақ, бұл оптикалық күшейткіштегі сигналды/ шуды  азайтуға және күшейтуге мүмкіндік береді.

Практика негізінде әр оптикалық күшейткіштен кейін барлық желідегі жол бойынша дисперсияны компенсациялау керек. Бірақ,  берілген ТОБЖ-дағы күшейткіштер қабылдап-өткізуші аппаратураның құрамында болса, онда модульді қабылдағыш жабдықтың оптикалық күшейткіші мен оптикалық кабелінің ортасына орналастыру тиімді болады. Толық компенсацияланған дисперсия 5.4-кестеде көрсетілген мәндер арқылы есептеледі. Дисперсия модулінің толық оң мәні :   (пс).

Сондықтан, әр байланыс желісінің ОТ дисперсия [9]:      (пс) болады. Нәтижесінде , B0 = 9953,28 Мбит/с (STM-64) жылдамдық кезіндегі оптикалық кабельдің шыға берісіндегі импульстің ұзақтығы   (пс) болады, бұл рұқсат етілген мәннен біршама кіші. Дисперсия компенсаторы жеткілікті түрде қосымша шығын шығаратындықтан, энергетикалық бюджетті төмендегідей есептейміз: :        = + 13 – (– 25) – 3 – 3 – 21,045 – 7,9 = 3,055 (дБ), мұндағы: - дисперсия компенсациясының модулінен келтірілген шығын.

Осындай параметрлерден алынған мәндерден, дисперсия компенсациясынан кейін энергетикалық бюджет оң мәнбе болады, ал импульстің соңғы ұзақтығы рұқсат етілген шектеуде орналасады. Сондықтан, 10 Гбит/с жылдамдықта берілген ақпарат ТОБЖ қолайлы болып табылады.

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

Осы дипломдық жұмысты орындау алдында төмендегідей мәліметтерді анықтауға мақсат қойылған:

1. Талшықты – оптикалық байланыс желісінің теориялық негізі, оптикалық талшықтардың параметрлері және оның құрылысы. Талшықты – оптикалық кабельдердің құрылысы, оның техникалық сипаттамалары.
2. STM-64 жаңару сандық жүйесінің негізгі қызметтері, синхронды сандық иерархияның және мультиплекаторлық ақпараттар ағынының әдістері;
3. Оптикалық талшықтарда жарықтың таралуы кезіндегі орындалатын үдерістер. Олардың ақпараттық сигналдардың берілу жылдамдығына және ұзақтығына әсері.
4. Қисық дисперсияның компенсациялық әдістері.

Дипломдық жұмысты орындау кезінде есептеулер бойынша, қазіргі кезде қолданылып жүрген талшықты – оптикалық кабельдерден 9953,28 Мбит/с (STM-64) жылдамдықпен ақпарат алу мүмкін емес. Себебі, қисық дисперсия әсерінен оптикалық талшықтардағы оптикалық импульстер кеңіп кетеді.

Дипломдық жұмыстағы кездескен қиындықтар дисперсия компенсациясының арнайы құрылғысымен (дисперсия компенсациясының модулі) келтірілген. Дисперсия компенсациясының қол жетімді әдістеріне талдау жүргізілді, нәтижесінде  олардың техникалық сипаттамаларына сәйкес бүгінгі күнде қолданылуға тиімділігі жағынан өте қолайлы модуль таңдалды.

Дисперсия компенсациясының есебінен шыққан мәнді алғанда қайтадан есептеулер жүргізілді. Соның нәтижесінде дипломдық жұмыстың авторы төмендегідей шешім шығарды: дисперсия компенсациясынан кейін ТОК техникалық сипаттамалары дисперсия және затухание бойынша STM-64 сандық жаңару жүйесінің талаптарына сәйкес. Сондықтан, алынған нәтижелерге сәйкес Бейнеу- Жезқазған теміржол құрылысының ТОБЖ құрамына талшықты – оптикалық кабельдердің STM-64 (9953,28 Мбит/с) сигналдық құрылғысын орнату керек. Бірақ, оны қондыру үшін Huawei Technologies фирмасының Optix 10G қабылдап-өткізу қондырғысын орнату қажет және дисперсияны компенсациялау үшін DK-80 Lucent Technologies әдісін қолдану керек.

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер тізімі

 

1. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. – М.,1997.

2. Рекомендации  ITU-T Rec. G.707.

3. http://kunegin.narod.ru.

4. http://optictelecom.ru.

5. Иванов А.Б. Волоконная  оптика: компоненты, системы передачи, измерения. – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999.

6. G.P.Agraval. Fiber-optic communication sistems. – 2^nd  ed., John Wiley&Sons, Inc., 1997.

7. Г.П.Агравал. Нелинейная  волоконная оптика. – М., Мир, 1996.

8. Зельдович Б.Я., Шкунов  В.В. Обращение волнового фронта. – В мире науки, 1992.

9. Листвин А.В., Листвин  В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна  для линий связи. – Вэлком, 2002.

10. Приложение – технические  данные на ВОК.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Белгіленуі және қысқартылуы

 

ВОЛС – талшықты оптикалық байланыс желісі

ВОСП – жаңарудың талшықты – оптикалық жүйесі

BOК – талшықты оптикалық кабель

ОК – оптикалық кабель  

ОВ – оптикалық талшық

SDH – (Synchronous Digital Hierarchy) синхронды сандық иерархия

DWDM – (Dense Wavelength Division Multiplexing) толқын ұзындығы бойынша жоғарғы тығыздықты мультиплекатор 

ЦСП – жаңарудың сандық жүйесі

STM-4 – (Synchronous Transport Module) деңгейлік синхронды көліктік модуль  

4, 622,08 Мбит/с жылдамдыққа арналған

STM-64 – (Synchronous Transport Module) деңгейлік синхронды көліктік модуль   64, 9953,28 Мбит/с жылдамдыққа араналған

TDM – (Time Division Multiplexing) ақпараттық ағындардың уақытша мультиплекаторы

SOP –  (State of Polarization) электрлік алаңның немесе полярлық жағдайдың орторгональды полярлық құрастырушысы 

DGD –  (Differential Group Delay) дифференциальды топтық тоқтату

PSP – (Principal State of Polarization) сигналдың өте жай немесе өте тез таралуын полярлау жағдайы

PMD – (Polarization Mode) полярлы модалық дисперсия дисперсия

DCF – (Dispersion Compesating Fiber) талшықтың компенсациялық дисперсиясвы 

FBG – (Fiber Bragg Grating) талшықты брэгговтық торлама – оптикалық талшықтың өзекшесі немесе қабықшасының сыну көрсеткішіндегі кезекті өзгеруіне негізделген оптикалық элемент