Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Контрольная работа №1
«Волоконно-оптические системы передачи»
Студент 5 курса ФЗО
специальности МСТК
группы 700801
шифр 700801-26
Молчан Александр Михайлович
Минск 2012
Задача №1
Рассчитать чувствительность оптического приёмного модуля в соответствии с заданием таблицы 1.
Таблица 1
Исходные данныеСкорость передачи информации, Мбит/с2Вероятность ошибки10-11Тип предусилителяВысокоимпедансныйКрутизна полевого транзистора, мА/В5ηm0,8Тип фотодетектораPINЁмкость фотодетектора, пФ3Ёмкость предусилителя, пФ0,6Коэффициент шума полевого транзистора1,33Ток затвора полевого транзистора, нА100
Решение
Сопротивление нагрузки фотодетектора RМ определяется выражением:
,
где В - скорость передачи, бит/с;
СΣ = Сф + Су, Ф,
где Сф - ёмкость фотодетектора;
Су - ёмкость предусилителя.
СΣ = 3 + 0,6 = 3,6 пФ.
кОм.
Тепловой шум, обусловленный сопротивлением RМ равен:
,
где k = 1,38 · 10-23 - постоянная Больцмана;
Т = 293 К - температура;
In2 = 0,55 - интеграл Персоника, для прямоугольных входных импульсов и выходных импульсов в форме «приподнятого косинуса».
А.
Вторым источником шума в усилителях является дробовой шум , обусловленный током затвора полевого транзистора Iут, и темновым током p-i-n фотодиода.
= 2 · q · ( Iут + Iт ) · In2 · B,
где q=1,6∙10-19 Кл - заряд электрона;
Темновой ток Iт примем равным 10-10 А.
Тогда
= 2 · 1,6∙10-19 · ( 100∙10-9 + 10-10 ) · 0,55 · 2∙106=3,52∙10-22 А.
Находим ЭДС шума в единичной полосе для полевого транзистора:
,
где Fпт - шум-фактор полевого транзистора;
gм - крутизна в рабочей точке полевого транзистора;
В.
Записываем выражение для генератора шумового тока канала:
,
где In3 = 0,085 - интеграл Персоника, для прямоугольных входных импульсов и выходных импульсов в форме «приподнятого косинуса».
Полный шумовой ток усилителя равен сумме вышеуказанных составляющих шумовых токов:
.
А.
Рассчитаем чувствительность оптического приёмного модуля по формуле:
,
где h=6,6∙10-34 Дж∙с - постоянная Планка;
e=1,6∙10-19 Кл - заряд электрона;
Qош=6,3, так как вероятность ошибки равна 10-10;
γ имеет очень маленькое значение, поэтому примем равным 0;
ν - частота оптической несущей.
Определим частоту оптической несущей по формуле:
,
где c=3∙108 м/с - скорость света;
λ=1,3 мкм - длинна волны.
Тогда
Гц.
Откуда
дБм.
Задача № 2
Рассчитать длину регенерационного участка волоконно-оптической системы передачи информации по энергетическому потенциалу системы LЗ и по дисперсии в волоконных световодах. Длина РУ будет равна наименьшему значению.
оптический приемный волоконный импульс
Таблица 2 - Исходные данные
Исходные данныеСкорость передачи информации B, Мбит/с8Мощность передатчика Рпер , мВт2Потери в разъёмных соединениях αрс , дБ0,4Число разъёмных соединений Nрс4Потери в неразъёмных соединениях αi , дБ0,3Потери на соединение световод-фотодетектор αвс-пр , дБ2,4Энергетический запас системы Э, дБ6Тип волоконного световодаМСТип фотодетектораPINДлина волны источника излучения λ, мкм1,55Параметр G источника излучения1Показатель преломления сердцевины n13Разность показателей преломления сердцевины и оболочки n1−n20,5Числовая апертура NA0,3Строительная длина кабеля, км1,2
Решение
Расчёт LD по дисперсионным свойствам.
Для регенерационного участка по допустимым, дисперсионным искажениям определяется выражениям:
где τ - дисперсия.
Определим τ по формуле:
где τмод - модовая дисперсия,
τх - хроматическая дисперсия.
Рассчитаем модовую дисперсию для градиентного световода с параболическим профилем показателя преломления (q=2) по формуле:
где n1 - показатель преломления сердцевины;
c=3∙105 км/с - скорость света;
∆ − относительная разность показателей преломления сердцевины (n1) и оболочки (n2) и находится по формуле:
Тогда
Определим значение хроматической дисперсии для заданной по условию длинны волны из рисунка 1.
Рисунок 1 - Зависимость материальной, волноводной и хроматической дисперсии от длинны волны
Как видно из рисунка 1 для λ=1,55 мкм значение хроматической дисперсии ниже нулевой оси. Следовательно, это значение очень мало и хроматическую дисперсию для многомодовых волокон, заданно по условию, можно принимать равной нулю.
Тогда
Следовательно
Расчёт Lз по затуханию
Для расчёта длины регенерационного участка по потерям в линейном тракте представим формулу для общего затухания в виде:
где Pпер - мощность передатчика, определим по формуле pпер=10∙logPпер=10∙log1=0 дБм.
pпр - мощность приемника берем из первой задачи pпр= −41,54дБм.
αрс - потери в разъемных соединениях;
Nрс - число разъемных соединений;
αi - потери в неразъемных соединениях;
αвс-пр − потери на соединение световод-фотодетектор;
Э − энергетический запас системы;
Lсд − строительная длина кабеля;
α - коэффициент затухания ОК;
αи-вс − затухание при возбуждении ВС от источника излучения.
Определим затухание при возбуждении ВС от источника излучения по формуле:
αи-вс= −10∙lg((1/2)∙NA2∙(G+1)),
αи-вс= −10∙lg((1/2)∙0,32∙(5+1))= 10∙1,87= 1,87 дБ.
Выберем коэффициент затухания ОК для заданной по условию длинны волны из рисунка 2.
Рисунок 2 − Зависимость затухания от длины волны
Как видно из рисунка 2 для λ=1,55 мкм α≈0,4 дБ/км.
Тогда
Длина регенерационного участка равна 217,01 км.
Литература
1. Алишев Я. В., Урядов В. Н. Методическое пособие к выполнению контрольных работ по дисциплине Направляющие системы и пассивные компоненты систем телекоммуникаций для студ. спец. 45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций заочной формы обучения. - Мн.: БГУИР, 2003.
. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. - М.: Радио и связь, 2000.
3. Урядов В. Н. Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине Волоконно-оптические системы передачи. Для студентов специальностей I − 45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций заочной формы обучения. - Мн.: БГУИР, 2008.
. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. Пер. с англ. под редакцией Слепова Н. Н. - М.: Техносфера, 2003.
