Embed Size (px)
Citation preview
Федеральное агентство связи
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики
М.Г. Бородихин, К.Е. Заславский
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Практикум
Новосибирск
2010
2
УДК 621. 382. 2: 629. 7
К.т.н., доцент М.Г. Бородихин, к.т.н., профессор К.Е. Заславский.
Под редакцией профессора К.Е. Заславского.
В данном пособии содержатся методические указания к десяти
лабораторным работам по основным разделам курса «Оптические системы
передачи». Приводятся краткие теоретические сведения по тематике работ,
задания для предварительных расчетов перед выполнением лабораторных работ,
указывается перечень литературных источников.
Для студентов факультетов МЭС и АЭС по специальностям 21040168,
21040468, 21040568.
Кафедра МЭС и ОС
Таблиц – 35, иллюстраций – 100
Рецензент: Н.И. Горлов
Утверждено редакционно-издательским советом ГОУ ВПО «СибГУТИ» в
качестве методических указаний
© Сибирский государственный
университет телекоммуникаций
и информатики, 2010 г
3
Оглавление
Введение .......................................................................................................................... 4
1. Изучение мультиплексора Alcatel 1641 SM ............................................................ 5
2. Изучение мультиплексора АМ-1 .............................................................................. 25
3. Исследование макета оптического усилителя ......................................................... 42
4. Изучение оптического полупроводникового усилителя ........................................ 57
5. Исследование компонентов волоконно-оптической схемотехники ..................... 64
6. Исследование кодов волоконно-оптических систем передачи ............................. 73
7. Компенсация дисперсии ............................................................................................ 81
8. Изучение волоконно-оптической системы передачи
со спектральным уплотнением CWDM ................................................................... 93
9. Исследование влияния четырехволнового смешивания на качество
каналов ВОСП-WDM ................................................................................................. 114
10. Изучение регенераторов ВОСП .............................................................................. 123
4
Введение
Настоящий практикум содержит методические указания к лабораторным
работам по курсам «Оптические телекоммуникационные цифровые системы»,
«Оптические системы передачи», «Нелинейная оптика», поставленные в 2000-
2009г.г. Кроме методических указаний по выполнению работ, практикум
содержит теоретические сведения, необходимые для подготовки к работами и
проведения соответствующих расчѐтов, а также соответствующие контрольные
вопросы. Некоторые лабораторные работы, выполняемые на компьютере,
разработаны и поставлены выпускниками СибГУТИ, инженерами Джетегеновой
М., Гусеницей О., Чебан Т., которым авторы выражают благодарность.
5
1. Методические указания к лабораторной работе
ИЗУЧЕНИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРА ALCATEL 1641SM
1. Цель работы
Целью работы является изучение мультиплексора Alcatel 1641SM как
сетевого элемента
2. Подготовка к работе
Изучить принципы SDH и формирование STM-1, [1,2].
3. Литература
1. Заславский К.Е. Основы технологии SDH. Новосибирск, 2006.
2. Конспект лекций по курсу «ОСП».
4. Задание
1. Прописать соединения заданных блоков в Alcatel 1641SM.
2. С помощью анализатора цифрового потока Е1 проверить правильность
установленного соединения.
3. Произвести измерения оптической мощности в оптических интерфейсах
агрегатных блоков.
4. Измерить количество ошибок и вероятность ошибки и интерфейсе Е1 за
указанное время.
5. Краткие сведения о лабораторном макете
1. Внешний вид макета представлен на рисунке 1.
2. Краткое описание мультиплексора ввода/вывода Alcatel 1641SM
2.1 Структурная схема мультиплексора представлена на рисунке 2. она
содержит два агрегатных блока – западный (W) и восточный (E) и блоки
компонентных потоков. Блок компонентных потоков Е1 (В=2.048 Мбит/с)
позволяет разместить 21 поток Е1 (21х2) и объединить их в групповой
транспортный блок TUG-3. Оборудование может содержать 3 блока 21х2. Блок
компонентных потоков Е3 (В=34.368 Мбит/с) позволяет разместить 3 таких
компонентных потока, которые могут быть объединены в VC-4. Блок
компонентного потока Е4 (В=139.246 Мбит/с) позволяет разместить один Е4 в
VC-4. Здесь же предусмотрена возможность размещения электрического
интерфейса потока STM-1. Имеется специальная плата, предусматривающая
возможность одновременного размещения потоков Е1 и Е3 в поле VC-4. Кроме
того в отдельном блоке предусмотрена возможность преобразования
оптического интерфейса STM-1. Электрические интерфейсы всех
плезиохронных потоков соответствуют рекомендациям МСЭ-Т G.703 и G.704.
6
Мультиплексор Alcatel 1641SM
Электрический
кросс
Панель аварий
Оптические
порты STM-1
Электрические
порты Е1
Подключение
компьютера
для управления
Питание 60В
мультиплексора
Тестер Е1
Рисунок 1. Внешний вид макета
7
Рисунок 2. Структурная схема Alcatel 1641SM
Расшифровка обозначений на рисунке 2:
LPC – соединение тракта низкого порядка;
HPC – соединение тракта верхнего порядка;
HPA – адаптация трактов верхнего порядка;
8
HPT – окончание трактов верхнего порядка;
MSA – адаптация мультиплексорной секции;
MST – окончание мультиплексорной секции;
RST – окончание регенерационной секции;
SPI – синхронный физический интерфейс;
LPA – адаптация трактов нижнего порядка;
LPT – окончание трактов нижнего порядка;
PPI – плезиохронный физический интерфейс;
2.2 Соединение с компьютером изображено на рисунке 3.
Для соединения с компьютером предусмотрен интерфейс F.
RS-232
F
Рисунок 3. Схема соединения мультиплексора с компьютером
2.3 Схема соединения алгоритмических блоков изображена на рисунке 4.
Данная схема соответствует рекомендации МСЭ-Т G.707.
9
STM-4
STM-1 AUG AU-4 VC-4
TUG-3
TUG-2
TU-3
TU-12 VC-12 C-12
C-3
C-4
VC-3
1
4
3
3
1
7
Работа указателя
Мультиплексирование
Корректирование
Размещение
E4
E3
E1
Рисунок 4. Схема соединения алгоритмических блоков
2.4 Конструктивное исполнение мультиплексора.
Конструктивно мультиплексор размещен в корзине (подстативе).
Конструкция содержит 15 слотов (посадочных мест), в которых размещены
блоки мультиплексора (рисунок 5).
Рисунок 5. Конструктивное исполнение мультиплексора Alcatel 1641SM
10
Назначение слотов перечислено в таблице №1.
Таблица 1 – Назначение посадочных мест Alcatel 1641SM №
слота
Наименование
сменных блоков
Назначение
1 AUX/EOW Слот для установки платы служебной связи
2,3,4 TRIBUTARY Слоты для установки трибутарных плат (ввод/вывод
Е1, Е3, Е4…)
5,6 AGGREGETE W Слоты для установки агрегатных плат западного
направления
7,8 CRU Слоты для установки плат опорного
синхрогенератора: основная (7) и резервная (8)
9,10 AGGREGETE E Слоты для установки агрегатных плат восточного
направления
11,12 TRIBUTARY SPARE Слоты для установки резервных трибутарных плат
A EQ. CONTROLLER Слот для установки платы контроллера
оборудования
B,C POWER SUPPLY Слоты для установки источников питания
Для ввода/вывода компонентных потоков, сигналов синхронизации,
служебных (сервисных) сигналов служит панель доступа, слоты D-I на рисунке
5. Назначение слотов перечислено в таблице 2.
Таблица 2 – Назначение слотов на панели доступа Alcatel 1641SM
Маркировка слота Назначение
AUXILIARY
CHANNEL
ACCESS (Slot D)
Установка платы интерфейса для доступа к каналам
служебной связи
TRIBUTARY
ACCESS
(Slot E1-E9)
Установка плат интерфейсов для ввода/вывода
трибутарных потоков (ввод/вывод Е1, Е3, Е4…)
DUMMY PLATE
(Slot F)
Пустая плата (заглушка)
QX_INT & SYNC
(Slot G)
Установка платы интерфейсов для подачи внешнего
синхросигнала и вывода синхросигнала
ALARM INT
(Slot H)
Установки платы интерфейсов для подключения датчиков
аварий на стойке и подключения удаленных датчиков
BATTERY &
HOUSKEEPING
(Slot I)
Установка платы интерфейсов для подачи питания и
подключения индикаторов контроля целостности
11
2.5 Программное обеспечение для управления мультиплексором Alcatel
1641SM
Управление мультиплексором осуществляется с помощью программы
NECTAS, которая устанавливается на компьютер. Главное окно программы
изображено на рисунке 6, содержит:
- название окна,
- меню для выбора возможных вариантов операций или функций,
- главный экран для сводки аварий.
Сводка аварий всей сети приводится в строке «Global synthesis» («общая
сводка»), которая создается по правилу «ИЛИ» путем анализа состояния всех
сетевых элементов. Сводка аварий «Equipment above» («верхнее оборудование»)
и «Equipment below» («нижнее оборудование») содержит управляемые сетевые
элементы (может быть до 32), которые не отображаются на текущем экране.
Меню «Application Choice» становится активным при выборе (подсветке)
сетевого элемента и позволяет получить доступ к этому оборудованию. В окне
сетевого элемента отображается имя оборудования, версия и адрес в сети
управления.
Рисунок 6. Внешний вид программы NECTAS
В таблице №3 приведено описание значков окна сводки аварий.
12
Таблица 3.
Обозначение Назначение Нормальное
состояние
Состояние
аварии
EF Отказ устройства – нет ответа NE белый красный
DF Отказ диалогового режима –
неправильный ответ от NE
белый красный
AS Прекращение аварии белый зеленый
AT Предупреждение о поступающем сигнале
аварии
белый ярко красный
UG Сигнал срочной аварии белый красный
NG Сигнал несрочной аварии белый желтый
HA Авария по окружающей обстановке
(сигналы аварии станции)
белый ярко красный
SA Сервисное воздействие белый ярко красный
DA Дистанционная авария белый ярко красный
SF Сбой сигнала белый ярко красный
ST Индикатор состояния белый зеленый
TC Служебный терминал соединен с NE зеленый белый
AE Наличие доступа к местному терминалу
(когда доступ заблокирован, местный
оператор может только читать
информацию, но не записывать)
зеленый белый
(заблокирова
н)
DC Конфигурация по умолчанию белый красный
(потеря)
LC Потеря конфигурации белый голубой
6. Порядок выполнения работы.
Программное обеспечение должно быть установлено на компьютере.
6.1. Пользуясь рисунками 4, 7, 9 и таблицей 4 в соответствии с вариантом
прописать два соединения между заданными портами. Для этого сначала
необходимо нарисовать схемы соединений (аналогичные рисункам 4 и 9) с
указанием номеров всех блоков.
Таблица 4. Вариант Соединение 1 Соединение 2
№
порта
Е1
Используемые
№TUG3,
№TUG2,
№TU12
№
порта
STM-1
№
порта
STM-1
Используемые
№TUG3,
№TUG2,
№TU12
№
порта
Е1
1 1 3.2.1 W E 3.2.1 20
2 2 1.2.3 E W 1.2.3 21
3 3 2.2.2 W E 2.2.2 20
4 4 1.3.3 E W 1.3.3 21
5 5 3.1.3 W E 3.1.3 20
6 6 2.3.2 E W 2.3.2 21
Примечание: В колонке № порта STM-1: W – порты платы западного
агрегата, E – порты платы восточного агрегата.
13
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
TUG-2 1
TUG-2 2
TUG-2 3
TUG-2 4
TUG-2 5
TUG-2 6
TUG-2 7
TUG-3 1
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
TUG-2 1
TUG-2 2
TUG-2 3
TUG-2 4
TUG-2 5
TUG-2 6
TUG-2 7
TUG-3 2
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
TUG-2 1
TUG-2 2
TUG-2 3
TUG-2 4
TUG-2 5
TUG-2 6
TUG-2 7
TUG-3 3
STM-1
Рисунок 7. Контейнеры в цикле STM-1.
1.1.1№ TU-12
№ TUG-2
№ TUG-3
Рисунок 8. Обозначение сигналов
Схема макета изображена на рисунке 9.
14
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
12
34
56
78
Прием Передача
Но
ме
ра
по
рто
в
Но
ме
ра
по
рто
в
Пер. Пр.
К трибутарной
плате слота 2К трибутарной
плате слота 3
ATT
Измеритель
оптической
мощностиРазветвитель 1
Точка 1 Точка 2
Измеритель
оптической
мощностиРазветвитель 2
Электрический кросс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Тестер
«Морион-Е1»
К трибутарной
плате слота 2К трибутарной
плате слота 3
Рисунок 9. Схема макета для изучения мультиплексора 1641SM
15
6.2. Запустить программу для управления мультиплексором.
Для этого найдите на рабочем столе (на экране компьютера) ярлык
«NECTAS» и щелкните по нему мышкой. Появится окно «Login», показанное на
рисунке 10. В поле «Operator identifier» нужно ввести ADMIN, в поле «Password»
- ADMIN и нажать OK. В случае успешного ввода данных появится окно,
показанное на рисунке 6.
Рисунок 10. Окно ввода имени и пароля оператора
6.3. Сконфигурировать полку мультиплексора 1641SM.
Для этого необходимо выделить (подсветить) мышкой строчку с
идентификатором «M:0-S:0 1641SM27», после этого становится доступным
(видимым) пункт меню «Application_Choice…». Выбрать этот пункт меню, после
этого появится окно, содержащее следующие прикладные программы, рисунок
11.
1) Конфигурация оборудования
2) Конфигурация соединений
3) Локальная конфигурация
4) Конфигурация таблицы маршрутизации
5) Сигналы аварии, статусы и дистанционное
управление
6) Администрирование
7) Хронология техобслуживания
Рисунок 11. Окно выбора прикладных программ
Для конфигурирования полки необходимо выбрать «Equipment
Configuration» и нажать OK. Откроется окно «Equipment Configuration 1641SM27
M:0-S:0». В этом окне выбрать мышкой пункт меню «Table», откроется окно
«Table Choice», показанное на рисунке 12. В этом окне необходимо выбрать
«SUBRACK CONFIGURATION» и нажать OK.
16
Рисунок 12. Окно выбора конфигурации полки
После этого откроется новое окно «SUBRACK CONFIGURATION»,
изображенное на рисунке 13.
Рисунок 13. Окно для конфигурирования полки
17
В данном окне (рисунок 13) осуществляется конфигурация блоков для
слотов 1-12 (рисунок 5). Контроллер и источники питания в этом меню не
конфигурируются. При выполнении операции «конфигурирование»
информацию об установленных платах необходимо получать путем сравнения
данных в окне «SUBRACK CONFIGURATION» с фасадом исследуемого
мультиплексора.
В этом окне необходимо, проставляя точки для каждого слота, выбрать тип
установленного блока.
Например, слот №1: если в него установлена плата AUX/EOW (служебная
связь), то необходимо в окне типа плат выбрать «Assigned Card» (плата
установлена), при этом подтверждается принятое решение путем изменения
надписи около поставленной точки.
Если выбрать слот №2, то в окне типа плат появится список всех возможных
типов блоков, из которого нужно выбрать необходимый блок.
Если слот не оборудован (стоит заглушка), то этот слот пропустить (должна
быть надпись «Unassigned Card»).
Только после конфигурирования всех слотов нажать OK.
Далее конфигурацию нужно сохранить на жесткий диск компьютера. Для
этого выбрать пункт меню «File», затем «Save As», появится окно, в котором
необходимо ввести имя файла в поле «File name» и нажать Ok.
После этого конфигурацию нужно отправить в контроллер мультиплексора.
Для этого выбрать пункт меню «File», затем «Send», удостовериться, что в окне
«File to be send» указано имя, ранее сохраненного файла, и нажать OK.
Закрыть окно «Equipment Configuration 1641SM27 M:0-S:0» (нажать
крестик).
6.4. Прописать соединение заданных блоков.
Согласно варианту, пользуясь рисунками 4 и 17, прописать соединения
указанные в таблице 4.
Для того чтобы прописать соединения в мультиплексоре необходимо
выделить (подсветить) мышкой строчку с идентификатором
«M:0-S:0 1641SM27», после этого становится доступным (видимым) пункт
меню «Application_Choice…». Выбрать этот пункт меню, после этого появится
окно, содержащее прикладные программы, рисунок 11. В этом меню выбрать
пункт «Connection Configuration» (конфигурирование соединений) и нажать OK.
Откроется новое окно «Connection Configuration 1641SM27 M:0-S:0».
Далее сначала необходимо принять конфигурацию, находящуюся в
мультиплексоре. Для этого выбрать пункт меню «File», затем «Receive»,
появится окно «Save a configuration file as…», в котором необходимо ввести имя
файла в поле «File name» и нажать OK.
Конфигурация соединения состоит из нескольких этапов. При
прописывании соединений для размещения плезиохронных потоков E1 (рисунок
4) пункт 6.4.1 можно пропустить. Все необходимые операции пункта 6.4.1
выполнены и сохранены в контроллере мультиплексора.
18
6.4.1. Конфигурация структуры полезной нагрузки и меток сигнала.
Для этого в окне «Connection Configuration 1641SM27 M:0-S:0» выбрать
мышкой пункт меню «Table», откроется окно «Table Choice», показанное на
рисунке 14. В этом окне необходимо выбрать «PAYLOAD STRUCTURE AND
SIGNAL LABEL» и нажать OK.
Рисунок 14. Окно выбора конфигурации соединений
После этого откроется окно «PAYLOAD STRUCTURE AND SIGNAL
LABEL», рисунок 15.
Рисунок 15. Окно для конфигурации структуры нагрузки и сигнальных меток
19
На рисунке 15 показаны отдельно приемные агрегатные сигналы (RX SDH
ports) и передающие агрегатные сигналы (TX SDH ports). Установленные
агрегатные блоки доступны для выбора мышкой (можно установить точку). В
нашем случае только STM1 AGG W – агрегатный сигнал западного направления
и STM1 AGG E – агрегатный сигнал восточного направления соответственно на
приеме и на передаче. Если выбрать мышкой (установить точку) один из
агрегатных блоков, то справа в поле «PAYLOAD» появятся варианты структуры
STM-1:
- «VC-4 Bulk»;
- «TUG-3 Structure».
В данной лабораторной работе выбрать «TUG-3 Structure» для всех
агрегатных блоков приема и передачи. Если указано, что STM-1 имеет структуру
TUG-3, то становятся доступными поля внутри области «only for TUG3
structure». В этой области представлены 3 групповых транспортных блока TUG-
3, также на приеме и на передаче. Выбрав мышкой соответствующий блок TUG-
3, в окне «PAYLOAD» появятся варианты структуры TUG-3:
- «TU 3»;
- «TUG2».
В данной лабораторной работе выбрать для всех TUG-3 вариант структуры
TUG-2. Далее необходимо указать сигнальную метку тракта «SIGNAL LABEL».
Выбрав мышкой метку тракта, в окне «SIGNAL LABEL» появятся возможные
варианты для выбора. Метка может принимать следующие значения:
- не установлена («Unequipment»);
- установлена, но не определена («Equipment not specified»);
- структура TUG-2 («TUG Structure»).
Причем последнее значение метки используется только при загрузке
потоками E1. В данной лабораторной работе установить для всех трактов
значение «SIGNAL LABEL» в «TUG Structure». В этом же меню указывается
метка сигналов портов PDH («PDH ports») на приеме и на передаче. Выбрав
мышкой метку тракта, в окне «SIGNAL LABEL» появятся возможные варианты
для выбора. Она может принимать следующие значения:
- не установлена («Unequipment»);
- установлена, но не определена («Equipment not specified»);
- асинхронный 2М, 34М, 140М («Async 2M», «Async 34M», «Async 140M»).
В данной лабораторной работе необходимо выбрать в поле «PDH ports» для
приема и передачи «Async 2M».
После все манипуляций нажать OK.
6.4.2. Распределение TU-12 для трибутарных блоков 21х2.
Для этого в окне «Connection Configuration 1641SM27 M:0-S:0» выбрать
мышкой пункт меню «Table», откроется окно «Table Choice», показанное на
рисунке 14. В этом окне необходимо выбрать «TU-12 ‗S ALLOCATION FOR
21X2M/SCADMA TRIBUTARY» и нажать OK. После этого откроется окно « TU-
12 ‗S ALLOCATION FOR 21X2M/SCADMA TRIBUTARY #1», рисунок 16.
20
Рисунок 16. Окно распределения TU-12 для трибутарных блоков 21х2
Заголовок данного окна после символа # содержит номер трибутарного
блока, для которого осуществляется конфигурация. Изменение номера блока
осуществляется путем нажатия кнопок «Next» (следующий) «Previous»
(предыдущий). В лабораторной работе необходимо выбрать номер слота, в
котором находится плата 21х2М в соответствие с комплектацией
мультиплексора. Также можно заметить, при выборе присутствующего в
комплектации блока, становятся доступными для редактирования большинство
полей для изменения конфигурации (рисунок 16).
В окне на рисунке 16 указано:
- Port # – номер порта для текущей трибутарной платы;
- Equipped (оборудован) – разрешение на ввод/вывод сигнала на этот порт;
- TU12 # – номер транспортного блока TU-12 (обозначение соответствует
рисунку 8), который можно выбрать из списка в окне TU12 #;
- mode – позволяет определить тип соединения (insert - ввод, drop - вывод,
insert/drop – ввод/вывод), вид (bidir – двунаправленное, если осуществляется
ввод/вывод), способ защиты (unp – без защиты, prot – с защитой) и направление
(W - запад, E - восток).
- PPS Rev – позволяет выбрать возврат в исходное состояние после
срабатывания защиты.
В данной лабораторной работе в соответствие с вариантом необходимо
выбрать номера портов (поставить галочки напротив требуемых портов),
выбрать номер TU12, в колонке «mode» выбрать D/I bidir unp W (если
осуществляется передача на западный агрегат) и D/I bidir unp E (если
осуществляется передача на восточный агрегат). После этого нажать OK.
21
На рисунках 16 и 17 показан пример прописанных соединения для
трибутарных портов 15 и 21. Сигнал Е1 от тестера «Морион Е1», поданный на
порт 15, размещается в 1-ом TU12, 7-ом TUG2, 1-ом TUG3 и попадает в
оптический порт S1.1 W западного направления (D/I bidir unp W). Далее этот
сигнал с оптического порта S1.1 W через оптический тракт приходит на прием
оптического порта S1.1 E восточного направления (D/I bidir unp E) и
коммутируется на порт 21. На выходе порта 21 установлен физический шлейф,
то есть принятый сигнал подается на передачу и возвращается тем же
маршрутом в обратном направлении на порт 15, а с него подается на вход
тестера «Морион Е1». В итоге с помощью тестера можно контролировать
правильность установления соединений. Структурная схема соединения
изображена на рисунке 17.
Тестер
«Морион-Е1»
Пер. Пр. Пер.
21х2 S1.1
W
Пр. # 15
# 21
S1.1
E
1.7.1
1.7.1
Эл. кросс
Alcatel 1641SM
Рисунок 17. Структурная схема соединений в мультиплексоре
Далее конфигурацию нужно сохранить на жесткий диск компьютера. Для
этого выбрать пункт меню «File», затем «Save As», появится окно, в котором
необходимо ввести имя файла в поле «File name» и нажать Ok.
После этого конфигурацию нужно отправить в контроллер мультиплексора.
Для этого выбрать пункт меню «File», затем «Send», удостовериться, что в окне
«File to be send» указано имя, ранее сохраненного файла, и нажать OK.
Закрыть окно «Equipment Configuration 1641SM27 M:0-S:0» (нажать
крестик).
22
6.5. Проверить правильность установленного соединения.
Пользуюсь тестером «Морион-Е1» проверить правильность установленного
соединения и убедиться, что на дисплее не высвечивается сигнал AIS (AIS -
Alarm Indication Signal – сигнал индикации аварийного состояния). Для этого с
выхода прибора подать псевдослучайную последовательность с B=2.048 Мбит/с
на вход трибутарного порта согласно варианту. С выхода порта принятый сигнал
подать на вход прибора. Все соединения осуществляются на электрическом
кроссе. Нумерация портов на кроссе приведена на рисунке 10. Для проведения
измерений необходимо произвести следующие манипуляции.
Включить тестер «Морион-Е1» (кнопка «Start»);
Последовательно нажать кнопки F1 -> F4 -> F3.
После нажатия последней кнопки на дисплее должно появиться меню,
изображенное на рисунке 18. Затем необходимо нажать кнопку F5. Если имеется
авария, то на дисплее высветится «AIS».
AL1 -> F1
AL2 -> F2
ER1 -> F3
ER2 -> F4
VIEW -> F4
DROP ->
Рисунок 18. Дисплей тестера «Морион Е1»
Посмотреть текущие сигналы аварий можно с помощью одной из
прикладных программ NECTAS. Для этого необходимо в главном окне
программы (рисунок 6) выделить (подсветить) мышкой строчку с
идентификатором «M:0-S:0 1641SM27», после этого становится доступным
(видимым) пункт меню «Application_Choice…». Выбрать этот пункт меню, после
этого появится окно, содержащее следующие прикладные программы, рисунок
11. Выбрать «Alarms, Status and Remote Controls» и нажать OK. Откроется новое
окно для просмотра текущих аварий. Для просмотра сведений требуемого блока
следует навести курсор мыши на этот блок и нажать левую кнопку мыши. Для
отмены просмотра – нажать правую кнопку мыши. Студентам предлагается
самостоятельно разобраться с приложением для просмотра аварий.
6.6. Измерить число ошибок по битам и вероятность ошибки по битам за
время 5 минут.
Для этого согласно варианту (таблица №5) выставить мощность на приеме в
оптическом интерфейсе (Pпр.). Измерения мощности производятся с помощью
ваттметра оптической мощности или оптического тестера, подключенного
в точку 2 (Рисунок 9).
Таблица №5.
Вариант 1 2 3 4 5 6
Pпр._, дБм -33 -34 -35 -36 -37 -38
23
Мощность в интерфейсе приема выставляется регулировкой аттенюатора.
Для просмотра информации о количестве ошибок за указанное время нажать на
приборе кнопку F3. Количество битовых ошибок высвечивается напротив слова
«BIT». Для просмотра информации о вероятности ошибок по битам нажать
кнопку F4. Вероятность ошибок высвечивается также напротив слова «BIT».
Сделать вывод о соответствии данного результата норме.
6.7. Определить мощность передатчика и минимально-допустимую
мощность на входе фотоприемника в линейном тракте мультиплексора.
Для измерения мощности на выходе передатчика подключить измеритель
оптической мощности в «Точку 1», а для измерения мощности на входе
приемника – «в Точку 2» (Рисунок 9).
При определении минимально-допустимой мощности на входе
фотоприемника необходимо:
убедиться в отсутствии сигнала аварии (AIS), для этого нажать F5 на
тестере Е1;
подключить измеритель оптической мощности на вход
фотоприемника («Точка 2»);
вращая аттенюатор и контролируя оптическую мощность по
показанию измерителя мощности, добиться появления звукового
сигнала о высоком значении вероятности ошибок и зафиксировать это
значение, для этого нажать F4 на тестере Е1;
записать показания измерителя оптической мощности.
7. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1. Схему соединений алгоритмических блоков (аналогично рисунку 4).
2. Схему физических соединений (аналогично рисунку 17).
3. Результаты измерений по пунктам 6.6 и 6.7.
4. Выводы по результатам проделанной работы.
8. Контрольные вопросы
1. Пояснить прохождение сигнала через узлы и алгоритмические блоки
исследуемого мультиплексора.
2. Объяснить назначение элементов оптического тракта, используемых в
лабораторной работе.
3. Определить мощность в точке приема оптического интерфейса S 1.1 (W),
если известно: уровень мощности на передаче в интерфейсе S 1.1 (E) равен
-5 дБ, аттенюатор имеет затухание 13 дБ, каждый разветвитель делит
проходящий сигнал в равных долях между выходными портами.
24
4. На каких уровнях обеспечивается кросс-коммутация внутри
мультиплексора? Для каких целей это используется?
5. Объяснить каким образом осуществляется прописывание соединений
внутри мультиплексора. Объяснить все параметры, приведенные в окне
распределения TU-12 для трибутарных блоков 21х2, рисунок 16 .
6. Перечислить все интерфейсы исследуемого мультиплексора. Привести их
характеристики.
7. Дать определение минимально допустимой мощности. На примере
лабораторной работы объяснить методику определения этой мощности.
25
2. Методические указания к лабораторной работе
ИЗУЧЕНИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРА AM-1
1. Цель работы
Целью работы является изучение мультиплексора AM-1 как сетевого
элемента
2. Подготовка к работе
Изучить принципы SDH и формирование STM-1, [1, 2].
3. Литература
1. Заславский К.Е. Основы технологии SDH. Новосибирск, 2006.
2. Конспект лекций по курсу «ОСП».
4. Задание
1. Прописать соединения заданных блоков AM-1.
2. С помощью тестера «Морион-Е1» проверить правильность
установленного соединения.
3. Измерить количество ошибок и вероятность ошибки и интерфейсе Е1 за
указанное время.
4. Произвести измерения оптической мощности в оптических интерфейсах
агрегатных блоков.
5. Краткие сведения о лабораторном макете
1. Внешний вид макета представлен на рисунке 1.
26
Мультиплексор AM-1
Ваттметр
оптической
мощности
Электрический
кросс
БП 60 В
Оптические
патчкорды
Оптические
порты STM-1
Эл
ект
ри
че
ски
е
по
рты
Е1Подключение
компьютера
для управления
Питание 60В
мультиплексора
Тестер Е1
Переменный
аттенюатор
Точка 1
Точка 2
Рисунок 1. Внешний вид макета
2. Краткое описание AM-1
2.1 Структурная схема мультиплексора представлена на рисунке 2.
27
Источник
питания
Линейный
интерфейс 1
Линейный
интерфейс 2
VC-4, VC-3, VC-12
Интерфейсы E1
(16хE1, 120 Ом)
Линейные
интерфейсы
S-1.1
S-4.1
L-4.210 Base-T Ethernet
RS-232
Управление
контроллером
мультиплекора
Варианты источника питания
-48..-60 В – пост. тока
220 В – перем. тока
AM-1
Рисунок 2. Структурная схема AM-1.
2.2 Соединение с компьютером изображено на рисунке 3.
ITM-CIT
RS-232
WaveStar AM-1
Рисунок 3. Схема соединения мультиплексора с компьютером
2.3 Алгоритмическая схема изображена на рисунке 4.
STM-1AU-4VC-4TUG-3TUG-2TU-12VC-12C-12
х3х7х3 LP1.1
STM-1AU-4VC-4TUG-3TUG-2TU-12VC-12C-12
х3х7х3 LP2.1
Рисунок 4.
2.4 Элементы интерфейса пользователя ITM-CIT.
Графический интерфейс пользователя ITM-CIT состоит из следующих
элементов
основное окно для доступа ко всем функциям ITM-CIT, рисунок 5
окна вывода и ввода для отображения и ввода данных. Они
появляются в результате диалога человек-машина.
окна сообщений, которые отображаются, чтобы сообщить вам,
например, о завершении выполнения функции или подтверждения
введенных значений.
Основное окно изображено на 5.
28
Рисунок 5. Элементы основного окна.
Основное окно содержит следующие строки на экране:
Строка заголовка: отображает для локального сеанса связи с NE имя
NE (mec), тип NE (AM-1), порт (COM1).
Строка меню: содержит главное меню ITM-CIT.
Строка состояния: отображает информацию, соответствующую
текущей ситуации:
- функция пользователя (CONFIG);
- сообщение о ходе выполнения/преждевременном прекращении:
появляется, когда выполняется продолжительный обмен данными
между CIT и NE.
Панель инструментов: обеспечивает доступ к общим опциям меню с
использованием кнопок.
На следующем рисунке показана панель инструментов приложения ITM-
CIT и ее кнопки. Они появляются после установления соединения компьютера с
мультиплексором.
29
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12 13
Рисунок 6. Панель инструментов (кнопок) для быстрого доступа к пунктам
меню.
Цифрами на рисунке обозначено:
1. Подключение к мультиплексору (Login).
2. Отключение от мультиплексора (Logout).
3. Сводка аварийных сигналов (Alarms Summary).
4. Список аварий (Alarms List).
5. Список плат в мультиплексоре (Provisioned NE Components).
6. Список соединений в мультиплексоре (Cross Connection).
7. Список терминальных точек в мультиплексоре (Termination Point).
8. Список портов в мультиплексоре (Ports).
9. Окно для реализации защиты (SNC).
10. Измерение параметров функционирования (Performance Info).
11. Активизирует сеанс связи с локальным мультиплексором (Local
Session).
12. Активизирует сеанс связи с удаленным мультиплексором (Remote
Session).
13. Печать (Print).
6. Порядок выполнения работы
Программное обеспечение должно быть установлено на компьютере.
6.1. Пользуясь рисунками 4, 7, 9 и таблицей 1 в соответствии с вариантом
прописать два соединения между заданными портами. Для этого сначала
необходимо нарисовать схемы соединений (аналогичные рисункам 4 и 9) с
указанием номеров всех блоков.
Таблица 1. Вариант Соединение 1 Соединение 2
№
порта
Е1
Используемые
№TUG3,
№TUG2,
№TU12
№
порта
STM-1
№
порта
STM-1
Используемые
№TUG3,
№TUG2,
№TU12
№
порта
Е1
1 TP1.1 3,2,1 LP1.1 LP2.1 3,2,1 TP1.16
2 TP1.2 1,2,3 LP2.1 LP1.1 1,2,3 TP1.16
3 TP1.3 2,2,2 LP1.1 LP2.1 2,2,2 TP1.16
4 TP1.4 1,3,3 LP2.1 LP1.1 1,3,3 TP1.16
5 TP1.5 3,1,3 LP1.1 LP2.1 3,1,3 TP1.16
6 TP1.6 2,3,2 LP2.1 LP1.1 2,3,2 TP1.16
Примечание: В обозначении TP1.2 вторая цифра означает № порта Е1, а в
LP2.1 – вторая цифра это № оптического порта мультиплексора.
30
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
TUG-2 1
TUG-2 2
TUG-2 3
TUG-2 4
TUG-2 5
TUG-2 6
TUG-2 7
TUG-3 1
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
TUG-2 1
TUG-2 2
TUG-2 3
TUG-2 4
TUG-2 5
TUG-2 6
TUG-2 7
TUG-3 2
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
VC-12
1
VC-12
2
VC-12
3
TUG-2 1
TUG-2 2
TUG-2 3
TUG-2 4
TUG-2 5
TUG-2 6
TUG-2 7
TUG-3 3
STM-1
Рисунок 7. Контейнеры в цикле STM-1.
31
LP1.1,1.111№ TU-12
№ TUG-2
№ TUG-3
№ AU-4
№ агрегатного порта
Уровень STM
Интерфейс
Рисунок 8. Обозначение сигналов
На рисунке 9 показан пример соединений:
№1 (TP1.1 -> LP1.1,1.111),
№2 (LP2.1,1.111-> TP1.16),
которые необходимо программно прописать в мультиплексоре, чтобы
сигнал Е1 от тестера «Морион Е1», поданный на порт ТР1.1, разместился в 1-ом
TU12,
1-ом TUG2, 1-ом TUG3 и попал в оптический порт LP1.1. Далее этот сигнал с
оптического порта LP1.1 через оптический тракт приходит на прием оптического
порта LP2.1 и коммутируется на порт ТР1.16. На выходе порта ТР1.16
установлен физический шлейф, то есть принятый сигнал подается на передачу
ТР1.16 и возвращается тем же маршрутом в обратном направлении на порт
ТР1.1, а с него подается на вход тестера «Морион Е1». В итоге с помощью
тестера можно контролировать правильность установления соединений.
Расшифровка аббревиатуры «LP1.1,1.111» приведена на рисунке 8. Ввод и вывод
потоков Е1 осуществляется с помощью стандартных разъемов RJ-45.
Прием
Передача
Прием
Передача
Прием
Передача
LP
1.1
LP
2.1
TP
1.1
Прием
ПередачаTP
1.1
6
Матрица кросс-коммутациидвунаправленное
соединение №1
двунаправленное
соединение № 2
Тестер
«Морион-Е1»
Пер
Пр
Мультиплексор АМ-1
LP1.1,1.111
LP2.1,1.111
Цифровой
кросс
RJ-45
RJ-45
ATT
Измеритель
оптической
мощности
Разветвитель 1
Разветвитель 2 Измеритель
оптической
мощности
Точка 1
Точка 2
Рисунок 9. Пример прописанных соединений в мультиплексоре АМ-1.
32
6.2. Запустить программу для управления мультиплексором.
Для этого найдите на рабочем столе (на экране компьютера) ярлык
«ITM-CIT 5.2» и щелкните по нему мышкой.
6.3. Установить связь с мультиплексором (компьютер должен быть
физически соединен с мультиплексором).
Для этого в главном меню нажать пункт меню «File», в раскрывшемся списке
выбрать «NE Login», а в нем «Login», (Рисунок 10).
Рисунок 10.
Появится окно «NE Login», изображенное на рисунке 11.
Рисунок 11. Окно «NE Login»
В этом окне необходимо выбрать соответствующий com порт компьютера,
через который подключен мультиплексор (в данной лабораторной работе это
COM1) и нажать кнопку «Login». Далее появляется окно «Password Required»,
изображенное на рисунке 12.
Рисунок 12. Окно «Password Required»
33
Здесь нужно определить, с какой функцией пользователя вы хотите войти в
систему, выбрав функцию «VIEW», «CONFIG» или «ADMIN» в поле
«Capability».
На ITM-CIT возможно использование трех различных имен пользователей:
VIEW: Если сеанс открыт как VIEW, все функции редактирования
блокируются, т.е. все редактируемые экраны становятся
недоступными, все кнопки Edit затемнены, также как и все кнопки,
операции с которыми приводят к посылке запроса на изменение
конфигурации мультиплексора. Окна со смешанными функциями
просмотра/редактирования доступны только в режиме чтения.
CONFIG: Если сеанс открыт как CONFIG, обеспечивается
использование всех функций CIT, кроме окна Edit Access Control
Parameter.
ADMIN: Если сеанс открыт как ADMIN, обеспечивается
использование всех функций CIT, включая окно администратора Edit
Access Control Parameter.
В данной лабораторной работе в поле «Capability» необходимо выбрать
«CONFIG», а поле «Password» оставить пустым и затем нажать «OK».
6.4. Прописать соединение заданных блоков.
Согласно варианту, пользуясь рисунками 4 и 9, прописать соединения
указанные в таблице 1.
Для этого необходимо в меню выбрать «Provisioning», в нем «Transport»,
далее «Cross Connection», (Рисунок 13) или нажать кнопку «Cross Connection» на
панели инструментов.
Рисунок 13.
После этого откроется окно «Cross Connection Filter», (Рисунок 14).
34
Рисунок 14. Окно «Cross Connection Filter»
Это окно используется для определения критериев выбора для кросс-
соединений, отображаемых в последующих окнах.
В этом окне установите все «точки» в положение «All». В списке «Slot»
выберите трибутарный блок TS1, а в списке «Port» - значение «All». Нажмите
кнопку ОК. Появится окно «Cross Connection List», отображающее список кросс-
соединений, которые могут выполняться на уровне VC-12 и VC-3, (Рисунок 15).
Рисунок 15. Окно «Cross Connection List»
35
Блок списка «Cross Connection List» отображает данные для кросс-
соединений:
Capacity - уровень кросс-коммутации (алгоритмический блок);
Type - тип соединения (Stand – соединение без защиты, SNC –
соединение с защитой SNCP);
From – (откуда) для однонаправленного кросс-соединения: передача;
для двунаправленного кросс-соединения: терминальная точка 1. Для
примера, изображенного на рисунке 9, у соединения №1 терминальная
точка 1 – это TP1.1, у соединения №2 – LP2.1,1.111.
То – (куда) для однонаправленного кросс-соединения: сторона
приема; для двунаправленного кросс-соединения: терминальная точка
2. Для примера, изображенного на рисунке 9, у соединения №2
терминальная точка 1 – это LP1.1,1.111, у соединения №2 – TP1.16.
Protection - Этот столбец используется, только в том случае, если
кросс-соединение резервируется SNCP. Так как SNCP отсутствует, то
в этой графе показан «-».
Directionality – указывает направленность соединения
(Uni - однонаправленное, Bi - двунаправленное).
Fixed – запрет изменения состояния соединения при срабатывании
защиты.
Установка новых кросс-соединений.
Для примера, изображенного на рисунке 9, при установлении соединений
необходимо выполнить следующие действия.
Установление соединения №1.
Нажмите кнопку «Add» в окне «Cross Connection List», появится окно «Add
Cross Connection».
Введите уровень коммутации, необходимый для кросс-соединения в
групповом блоке «Capacity». В данной лабораторной работе выберите «VC12».
Выберите тип соединения в групповом блоке «Cross Connection Type». В
данной лабораторной работе выберите «Standart», то есть стандартное
соединение.
В сегменте «Directionality» выберите двунаправленное соединение
«Bidirectional».
В сегменте «From» введите данные для первой точки окончания кросс-
соединения. Данные включают номер позиции соответствующего сменного
блока и номера порта или тип контейнера SDH соответственно. Здесь в списке
«Slot» выберите TS1, а списке «Port» - 1.
Нажмите кнопку «Select» в этом же сегменте. Возможные обозначения
показаны в отображаемом списке. Выберите требуемое обозначение из списка.
Результат выбора отображается в сегменте «Selection». Здесь выбрать TP1.1.
36
Введите данные для второй точки окончания кросс-соединения в сегменте
«То» аналогичным образом. Данные включают номер позиции
соответствующего сменного блока и номера порта или тип контейнера SDH
соответственно. Здесь в списке «Slot» выберите LS1.
Нажмите кнопку Select в этом же сегменте. Возможные обозначения
показаны в отображаемом списке. Обозначения также соответствуют рисунку 8.
Выберите требуемое обозначение из списка. Результат выбора отображается в
сегменте «Selection». Здесь выбрать LP1.1,1.111.
Результат действий при прописывании соединения между TP1.1 (1-й порт
Е1) и LP1.1,1.111 (1-й агрегатный порт, 1-й AU-4, 1-й TUG-3, 1-й TUG-2, 1-й TU-
12) изображен на рисунке 16.
Рисунок 16. Окно «Add Cross Connection» при коммутировании TP1.1 с
LP1.1,1.111
После завершения всех процедур нажмите кнопку «Apply» для вступления в
силу изменений и кнопку «Cancel» для закрытия этого окна.
В результате новое соединение появится в списке «Cross Connection List».
Установление соединения №2.
Снова нажмите кнопку «Add» в окне «Cross Connection List», появится окно
«Add Cross Connection», изображенное на рисунке 16.
37
Все делается аналогично, как и при соединении №1, за исключением
следующих пунктов.
В сегменте «From» введите данные для первой точки окончания кросс-
соединения. Данные включают номер позиции соответствующего сменного
блока и номера порта или тип контейнера SDH соответственно. Здесь в списке
«Slot» выберите LS2.
Нажмите кнопку «Select» в этом же сегменте. Возможные обозначения
показаны в отображаемом списке. Выберите требуемое обозначение из списка.
Результат выбора отображается в сегменте «Selection». Здесь выбрать
LP2.1,1.111.
Введите данные для второй точки окончания кросс-соединения в сегменте
«То» аналогичным образом. Данные включают номер позиции
соответствующего сменного блока и номера порта или тип контейнера SDH
соответственно. Здесь в списке «Slot» выберите TS1, а списке «Port» - 16.
Нажмите кнопку Select в этом же сегменте. Возможные обозначения
показаны в отображаемом списке. Выберите требуемое обозначение из списка.
Результат выбора отображается в сегменте «Selection». Здесь выбрать TP1.16.
Результат действий при прописывании соединения между LP2.1,1.111 (2-й
агрегатный порт, 1-й AU-4, 1-й TUG-3, 1-й TUG-2, 1-й TU-12) и TP1.16 (16-й
порт Е1) изображен на рисунке 17.
Рисунок 17. Окно «Add Cross Connection» при коммутировании LP2.1,1.111
с TP1.16
38
После завершения всех процедур нажмите кнопку «Apply» для вступления в
силу изменений и кнопку «Cancel» для закрытия этого окна.
В результате новое соединение появится в списке «Cross Connection List».
6.5. Проверить правильность установленного соединения.
Пользуюсь тестером «Морион-Е1» проверить правильность установленного
соединения и убедиться, что на дисплее не высвечивается сигнал AIS (AIS -
Alarm Indication Signal – сигнал индикации аварийного состояния). Для этого с
выхода прибора подать псевдослучайную последовательность с B=2.048 Мбит/с
на вход порта TP согласно варианту. С выхода порта принятый сигнал подать на
вход прибора. Все соединения осуществляются на электрическом кроссе.
Нумерация портов на кроссе приведена на рисунке 18. Для проведения
измерений необходимо произвести следующие манипуляции.
Включить тестер «Морион-Е1» (кнопка «Start»);
Последовательно нажать кнопки F1 -> F4 -> F3.
После нажатия последней кнопки на дисплее должно появиться меню,
изображенное на рисунке 19. Затем необходимо нажать кнопку F5. Если имеется
авария то на дисплее высветится «AIS».
39
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пр. Пер.
TP1.1
Пр. Пер.
TP1.2
Пр. Пер.
TP1.3
Пр. Пер.
TP1.4
Пр. Пер.
TP1.5
Плинт №1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пр. Пер.
TP1.6
Пр. Пер.
TP1.7
Пр. Пер.
TP1.8
Пр. Пер.
TP1.9
Пр. Пер.
TP1.10
Плинт №2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пр. Пер.
TP1.11
Пр. Пер.
TP1.12
Пр. Пер.
TP1.13
Пр. Пер.
TP1.14
Пр. Пер.
TP1.15
Плинт №3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пр. Пер.
TP1.16
Плинт №4
Электрический кросс
Рисунок 18. Электрический кросс.
AL1 -> F1
AL2 -> F2
ER1 -> F3
ER2 -> F4
VIEW -> F4
DROP ->
Рисунок 19. Дисплей тестера «Морион Е1»
40
6.6. Измерить число ошибок по битам и вероятность ошибки по битам за
время 5 минут.
Для этого согласно варианту (таблица №2) выставить мощность в
интерфейсе приема (LP2.1). Измерения мощности производятся с помощью
ваттметра оптической мощности, подключенного в точку 2 (Рисунок 9).
Таблица №2.
Вариант 1 2 3 4 5 6
Pпр._LP2.1, мкВт 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Мощность в интерфейсе приема выставляется регулировкой аттенюатора.
Для просмотра информации о количестве ошибок за указанное время нажать на
приборе кнопку F3. Количество битовых ошибок высвечивается напротив слова
«BIT». Для просмотра информации о вероятности ошибок по битам нажать
кнопку F4. Вероятность ошибок высвечивается также напротив слова «BIT».
Сделать вывод о соответствии данного результата норме.
6.7. Определить мощность передатчика и минимально-допустимую
мощность на входе фотоприемника в линейном тракте мультиплексора.
Для измерения мощности на выходе передатчика подключить измеритель
оптической мощности в «Точку 1», а для измерения мощности на входе
приемника – «в Точку 2» (Рисунок 9).
При определении минимально-допустимой мощности на входе
фотоприемника необходимо:
убедиться в отсутствии сигнала аварии (AIS), для этого нажать F5 на
тестере Е1;
подключить оптический ваттметр на вход фотоприемника («Точка 2»);
вращая аттенюатор и контролируя мощность по показанию ваттметра,
добиться появления звукового сигнала о высоком значении
вероятности ошибок и зафиксировать это значение, для этого нажать
F4 на тестере Е1;
записать показания ваттметра.
7. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
5. Схему соединений алгоритмических блоков (аналогично рисунку 4).
6. Схему физических соединений (аналогично рисунку 9).
7. Результаты измерений по пунктам 6.6 и 6.7.
8. Выводы по результатам проделанной работы.
8. Контрольные вопросы
1. Пояснить прохождение сигнала через узлы и алгоритмические блоки
исследуемого мультиплексора.
41
2. Объяснить назначение элементов оптического тракта, используемых в
лабораторной работе.
3. Определить мощность в точке приема оптического интерфейса LP2.1,
если известно: уровень мощности на передаче в интерфейсе LP1.1 равен
-7 дБ, аттенюатор имеет затухание 12 дБ, каждый разветвитель делит
проходящий сигнал в равных долях между выходными портами.
4. На каких уровнях обеспечивается кросс-коммутация внутри
мультиплексора? Для каких целей это используется?
5. Объяснить каким образом осуществляется прописывание соединений
внутри мультиплексора. Объяснить все параметры, приведенные в окне
«Cross Connection List» (рисунок 15).
6. Перечислить все интерфейсы исследуемого мультиплексора. Привести
их характеристики.
7. Дать определение минимально допустимой мощности. На примере
лабораторной работы объяснить методику определения этой мощности.
42
3.Методические указания к лабораторной работе
ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТА ОПТИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ
1.Подготовка к работе
1.1.Изучить принцип действия, характеристики и параметры оптического
усилителя на волокне с примесью эрбия (EDFA),[1,2,3].
1.2.Изучить функциональную схему данного усилителя, назначение и
взаимодействие его компонентов,(см.приложение П1).
1.3.1Пользуясь кривой [П2, рис.4.],найти коэффициент усиления усилителя,
мощность помех в канале и OSNR на выходе усилителя при уровнях мощности
сигналов на входе рвх1 и рвх2. Варианты расчетов указаны в таблице 1.
Таблица 1.Варианты предварительных расчетов
№
вар.
Рвх1,
дБ
Рвх2,
дБ
В,
Гбит/с
λ,
нм
Примечание
1 -17 -1 10 1550 Спектр
канала
ΔF=2B
2 -16 -2 5 1535
3 -17 -3 40 1540
4 -16 -4 2,5 1545
5 -15 -2 10 1555
6 -16 -1 40 1560
1.3.2 Пользуясь рисунком 3 в П2, построить зависимость коэффициента
усиления усилителя от мощности накачки.
АТ
Laser
Module
1530
1537
1543
1550АСС
586 XL
AmpEr EFA-25
ОБ
ЭБ
ИОМ
КН
РГ1 РГ2
А2А1
Рисунок 1. Структурная схема макета
43
2. Литература
1. Г.А. Агравал. Волоконно-оптические системы передачи, п.8.1,8.5-:
Новосибирск, ВЕДИ,.2006.
2. В.А. Матвеев. Оптические усилители.Новосибирск,2005.
3. К.Е. Заславский. Волоконно-оптические системы передачи со спектральным
уплотнением, п.4.8.3, стр.122.Новосибирск,2005
3.Структурная схема макета
Структурная схема макета изображена на рис.1.На вход оптического блока (ОБ)
усилителя EFA-25 от источника оптических сигналов ―лазерный модуль‖
(ЛМ),либо от источника оптического сигнала ―586 XL‖ (см.приложение П4),
подаются сигналы с соответствующими длинами волн λi. Патчкорды с выходов
ЛМ через адаптер (розетку) А1, соединяются с входом аттенюатора АТ с выхода
которого сигнал подаѐтся на вход усилителя. Выход усилителя пачкордом
соединѐн с розеткой А2,в которую могут включаться патчкорды с выхода
измерителя оптической мощности (ИОМ), либо с выхода анализатора спектра
оптического сигнала (АСС).Кроме того, на рисунке 1 показан узкополосный
оптический фильтр (λ0=1.55мкм, Δλ=1нм.),вход и выход которого патчкордами
можно подключать к выходу усилителя и входам ИОМ и АСС, соответственно.
Регулировка токов накачки, переключение индикаторов производится
регуляторами и кнопкой, расположенными на передней панели электронного
блока (рисунок1 и рисунок3 в приложении П1).
4.Методические указания к работе
1.Внимательно прочитать приложение П1
Пользуясь структурной и монтажной схемами усилителя (рисунки 1 и 2 ,П1),
,найти в оптическом (ОБ) и электронном блоках (ЭБ) усилителя все его
компоненты.
2.Включить питание усилителя. Подать на его вход сигнал от источника
излучения ЛМ или 580XL на длине волны 1.55мкм через АТ (а=10-20дБ).По
показаниям индикатора электронного блока выставить мощность накачки Рн=50
мВт, а на индикаторе оптического блока зафиксировать мощности входного и
выходного сигналов, и вычислить коэффициент усиления лри значениях рвх1 и
рвх2 согласно данных табл.1. Нажать кнопку на электронном блоке.
Зафиксировать на индикаторе оптического блока усиление усилителя. Сравнить
его значение с расчѐтным.
3.Выключить прибор (ЛМ или 580XL).На индикаторе оптического блока
зафиксировать мощность помехи ASE.Вычислить OSNR.
4.Включить прибор (ЛМ или 580XL).Измерить зависимость усиления усилителя
на длине волны 1,55 мкм от мощности накачки.С помощью аттеньюатора АТ1
установить на входе усилителя уровень рвх1 согласно табл.1 Одинаковые
44
значения мощностей накачки двух генераторов выставлять на индикаторе
электронного блока в пределах 10мВт-60мВт через 10мВт.Для этого
воспользоваться регуляторами на лицевой стороне электронного блока. Значения
выходной мощности и коэффициента усиления (в дБ) отсчитывать по
индикатору оптического блока.
5. Изучить приложение П4.
Измерить спектральную (частотную) характеристику усилителя. Установить
мощности накачки как в п.2.Включить источник оптических сигналов ―Лазерный
модуль‖,и от него подключать на вход усилителя через АТ (рис.1) сигналы с
длинами волн 1530нм.,1537нм.,1543нм,1550нм. Выход усилителя через адаптер
А2 подключить к ИОМ (АСС). На каждой длине волны уровни мощности на
входе ( рвх1 согласно табл.1) и выходе усилителя фиксировать, как в п.4.
Построить спектральную характеристику коэффициента усиления усилителя.
Включить прибор АСС, зафиксировать формы спектров сигналов и определить
ширину спектральной линии каждого сигнала.
6.Измерить ВАХ одного из генераторов накачки. Для этого соответствующим
регулятором изменять ток накачки до момента самовозбуждения лазера.
Зафиксировать этот ток. После этого увеличивать ток накачки через 10мА до
80мА,фиксируя в каждой точке соответствующую мощность излучения.
7.Включить на выход усилителя ОФ. Выход ОФ соединить с входом прибора
ИОМ или АСС. Подать на вход усилителя сигнал от источника излучения
λ=1,55мкм (с уровнем Рвх1 согласно табл.1) и зафиксировать прибором
ИОМ(АСС) мощность сигнала. Выключить источник сигнала и измерить
мощность помехи. Вычислить OSNR при включѐнном ОФ. Примечание.
Мощность накачки Рн=50мВт.
5.Оформление отчѐта.
Отчѐт должен содержать:
5.1-структурную схему макета.
5.2-результаты измерений по п.2,3, оформленные в виде таблицы 5.1
Таблица 5.1 (к п. 4.2)
Рвх, мВт,дБ Рвых, мВт,дБ G, g(дБ) Gp, gp(дБ)
РASE= Рн=50 мВт OSNR=
-Результаты измерений по п.4.4
Таблица 5.2
Рн1,мВт Рн2, мВт Рвых, мВт G, дБ
45
Рвх, дБ= λ=1,55 мкм
Построить графики: Рвых=F(Pн), g=F(Pн)
-результаты измерений по п.5.5
Таблица 5.3 (к п. 4.5)
Длина волны, нм
1530
1537
1543
1550
Рвх, мВт
Рвх,дБ
Рвых, мВт
Рвых,дБ
G
g, дБ
Построить графики: Рвых=F(λ), g=F(λ)
Таблица 5.4 (к п. 4.7)
Iн,
мА
Рн,
мВт
Отметить точку самовозбуждения ППЛ (I0, P0). Построить ВАХ ППЛ.
Таблица 5.5
5.3 – графики, построенные по данным таблиц 4.2-4.5;
5.4 – выводы по каждому пункту работы;
5.5 – типы и основные параметры использованных в работе измерительных
приборов.
Р вх, дБ Р вых, дБ P ASE, дБ G , дБ OSNR, дБ
46
Контрольные вопросы.
1. Почему происходит усиление света в ОВ, легированном эрбием?
2. Для чего в схеме усилителя применяются два когерентных источника
света- ППЛ?
3. Для какой цели в схеме усилителя применяются каплеры? Расшифруйте
смысл обозначений 90:10, 99:1.
4. В каких блоках усилителя и для какой цели применяются принцип
спектрального разделения?
5. Для чего в схеме усилителя применяются фотоприемники?
6. Почему длина волны лазера накачки меньше, чем длина волны сигнала?
7. Для какой цели в схему усилителя введены изоляторы?
8. Почему на выходе усилителя присутствует помеха? Поясните процесс еѐ
возникновения.
9. Почему коэффициент усиления усилителя при малых уровнях сигнала
больше, чем при больших? Что такое мощность насыщения усилителя?
10. Чему равна полоса измеренного в работе спектра усиления в нм, в Гц?
11. Пояснить полученные в работе зависимости G=F(Pн), G=F(λ) .
12. Пояснить зависимость Рн=F(Iн).
Приложение 1.(П1)
Эрбиевый Волоконный Усилитель
AmpEr EFA-25
Введение
Эрбиевые волоконные усилители позволяют усиливать оптические сигналы в
диапазоне 1525-1570 нм. В отличие от электрооптических усилителей, которые
конвертируют оптический сигнал в электрический, затем усиливают его и снова
преобразует электрический сигнал в оптический, эрбиевые усилители не
требуют подобных преобразований. За счет этого, стоимость усилителя
уменьшается, а эффективность преобразования сигнала увеличивается. На рис. 1
приведена структурная схема усилителя AmpEr EFA-25, а на рисунке 2 – его
монтажная схема.
47
90:10 WDM
WDM 99:1
Рис.1 Схема усилителя
Вход a b
c
d
e
fg
h
i k
j
Выход
a- Оптический изолятор 1
b- Ответвитель 90:10
c- Фотодетектор 1(индикатор)
d- Лазерный диод 1
e- WDM 1
f- Эрбиевое волокно
g- WDM 2
h- Лазерный диод 2
i- Ответвитель 99:1
j- Фотодетектор 2(индикатор)
k- Оптический изолятор2
48
dh
b
e
i
c
j
ff
g
k
a
Рисунок 2 . Монтажная схема оптического усилителя.
49
Описание прибора
AmpEr EFA-25 - усилитель оптических сигналов в диапазоне 1525-1570 нм,
предназначенный для работы в волоконно-оптических линиях связи или в
составе лабораторных установок. Раздельное исполнение оптического и
электронного блоков, а также свободный доступ к оптической схеме, позволяют
использовать этот прибор для обучающих и демонстрационных целей. Более
того, использование двунаправленной накачки независимыми лазерными
диодами позволяет продемонстрировать полный спектр эффектов,
наблюдаемых при усилении оптических сигналов. Прибор обладает высокой
чувствительностью и коэффициентом усиления превышающим 25дБ. Общий вид
передней панели ОБ и ЭБ показан на рис. 3. Предусмотрена возможность
программного управления усилителем.
Рис.3 Передняя панель ОБ и ЭБ усилителя.
Техническая спецификация.
50
Модель AmpEr EFA-25
Коэффициент усиления 25 дБ
Чувствительность 3 мкВт
Диапазон длин волн 1525-1570 нм
Коэффициент шума <7 дБ
Питание ~220 В, 50 Гц
Рабочая температура 0ºС - +40ºС
Длина волны лазеров накачки – 980 нм.
Расположение элементов управления и индикации.
На передней панели электронного блока расположены тумблер питания (Power),
ручки регулировки токов лазеров накачки (LD Current 1 и LD Current 2) и
дисплей с кнопкой переключения режимов (Display Mode). На панели
оптического блока размещены оптические вход и выход (Optical Input и Optical
Output) и дисплей. На дисплее электронного блока отображаются ток и
мощность лазеров накачки усилителя. На дисплее оптического блока – входная и
выходная мощности усилителя, а также линейный и логарифмический
коэффициенты усиления.
Порядок включения и выключения
Перед включением питания (Power) необходимо убедиться в том, что кабель,
связывающий оптический и электронный блоки, подключен, а в разъем
оптического выхода (Optical Output) усилителя вставлен коннектор или он
(разъем) закрыт заглушкой. Также ручки регулировки токов накачки лазерных
диодов (LD Current 1 и LD Current 2) должны быть выставлены в крайнее левое
положение (нулевой ток). После включения питания, ручками LD Current 1 и LD
Current 2 довести ток до требуемого. При выключении усилителя необходимо
сначала выставить LD Current 1 и LD Current 2 в крайнее левое положение, а
затем нажать кнопку Power.
51
Приложение 2 (П2).
Рабочие характеристики
На следующих рисунках приведены параметры усилителя. На рис. 1 приведена
зависимость выходной мощности излучения от мощности входного сигнала (при
мощностях накачки P1=80 мВт, P2=80 мВт). На рис. 2 – усиление от входной
мощности. И, наконец, на рис. 3 и 4 приведены зависимости мощности
выходного излучения от величины накачки P1 и P2 соответственно (режим
работы только одного диода накачки), при входном сигнале 50 мкВт.
Рис.1.Зависимость выходной мощности усилителя от мощности на его входе.
Рис.2.Зависимость усиления от мощности на входе усилителя.
52
Рис.3 Зависимость выходной мощности сигнала от мощности накачки.
Рис.4 Зависимость выходной мощности сигнала от мощности накачки.
Приложение 3 (П3).
Cправка по работе с программой AmpEr
Программа предназначена для сбора данных о работе эрбиевого усилителя.
53
Описание элементов главного окна:
Statistics - Окно статистики — предназначено для отображения
входной/выходной (Pin/Pout) мощности усилителя а также логарифмического
коэффициента усиления (Klog) в зависимости от времени.
Индикаторы под окном статистики отображают последние измеренные значения
следующих параметров:
ILD1 — ток лазерного диода 1
ILD2 — ток лазерного диода 2
PLD1 — мощность лазерного диода 1
PLD2 — мощность лазерного диода 2
Pin — мощность входного излучения
Pout — мощность выходного излучения
Klin — линейный коэффициент усиления
Klog — логарифмический коэффициент усиления
Назначение кнопок главного окна:
Run single — считать данные с устройства один раз
Run endless — считывать данные бесконечно, при этом период измерений будет
составлять порядка 1 сек,значения индикаторов и окна статистики будут
обновляться автоматически
Stop — остановить процесс «бесконечных измерений»
Open — открыть файл с данными о прошлых измерениях, при этом значения из
файла будут загружены в окно статистики а ранее измеренные данные будут
очищены.
Save all - сохранить все результаты измерений — будут сохранены все
измерения, отображенные в окне статистики в файл формата csv, при этом в
файл также записываются значения всех индикаторов. Внимание, при выборе
существующего файла он будет перезаписан!
Save current — сохранить текущие измерения (предназначено для одиночных
контролируемых сохранений данных), при этом при первом нажатии
необходимо будет указать имя файла, в который необходимо будет сохранять
данные. При последующих нажатиях на кнопку данные будут добавляться в
конец файла.
Примечание: Функции Save all и Save current оперируют с различными файлами.
Имя рабочего файла для 'Save current' отображается под данной кнопкой.
'...' - выбор файла для 'Save current'
Приложение 4 (П4)
Источник лазерного излучения
Inversion LD50-4
54
Рис.1 Источник лазерного излучения
1. Краткое описание прибора
LD50-4 – универсальный лазерный источник инфракрасного диапазона.
Предназначен для применения в оптической связи, в составе лабораторных
установок. Вид передней панели показан на рис.1, а блок схема прибора
показана на рис.3.
Характеристики:
Модель Inversion LD50-4
Длина волны, нм 1530
1537
1543
1550
Количество каналов 4
Мощность, мВт 0…10
Режим генерации Одночастотный
Уровень шума, дБ < 15
Питание ~220 В, 50 Гц
Рабочая температура 0ºС - +40ºС
Страна происхождения Россия
2. Расположение элементов управления и индикации
На передней панели прибора расположены:
тумблер включения и индикатор питания (POWER)
оптических выходы (Channel 1 … Сhannel 4)
кнопки включения каналов
индикаторы работы каналов
На задней панели прибора расположены:
Сетевой разъем
Гнездо для предохранителя
55
3. Порядок включения устройства
Включите прибор в сеть, включите тумблер питания на передней панели.
Зелѐный индикатор рядом с тумблером сигнализирует о наличии напряжения и
работе прибора.
Для включения и выключения определенного канала лазерного источника
пользуйтесь кнопками с номером канала.
Перед включением устройства необходимо убедиться, что оптические разъемы
закрыты заглушками или в них вставлены коннекторы.
4. Подключение измерительных линий
Для подключения оптоволоконных линий используются коннекторы типа
FC/APC (зеленого цвета). Использование коннекторов другого типа может
привести к потерям излучения на соединении или порче устройства.
При каждом подключении оптоволоконных линий к устройству опроса
необходимо протирать торец коннектора специальной лентой, предназначенной
для чистки оптоволоконных разъемов. Грязные коннекторы – возможная
причина выхода из строя прибора. Спектры излучения на четырех длинах волн
представлены на рис. 2 (а,б,в,г). Видно, что ширина спектральной линии на
уровне 3дБ порядка 0,1 нм.
5. Спектры излучения
а) б)
в) г)
56
Рис.2 Спектры излучения
6. Блок-схема
Коннекторы
Драйвер
Лазерныйдиод
Лазерныйдиод
Лазерныйдиод
Лазерныйдиод
Коннекторы
ДрайверДрайвер
Лазерныйдиод
Лазерныйдиод
Лазерныйдиод
Лазерныйдиод
Рис.3 Блок схема источника лазерного излучения
57
4. Методические указания к лабораторной работе
ИЗУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО УСИЛИТЕЛЯ
1.Цель работы
Целью данной работы является изучение конструкции и основных
характеристик полупроводникового оптического усилителя (ОППУ).
2.Литература
1.Матвеев В.А. Оптические усилители. Учебное пособие. Новосибирск, 2006.
2.Агравал Г. Волоконно-оптические системы передачи. ч.2,гл.8.»Веди», 2006.
3.Подготовка к работе
При подготовке к работе необходимо изучить теоретические сведения из [1],
[2].
Рассчитать спектральную характеристику усилителя по следующим данным:
1 2 3 4 5 6
α,1/см 20 18 21 22 17 23
Г 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55
R1=R2 4*10-4
3*10-4
2*10-4
10-4
5*10-4
6*10-4
λ, нм 1518.4 1525.4 1530.4 1535.4 1540.4 1545.4
L, мкм 200 220 250 280 300 320
n 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
α,1/см – коэффициент поглощения света в активной области; Г – коэффициент
ограничения; R – коэффициенты отражения от зеркал; λ, нм – длина волны света;
L – длина ИФП; n – показатель преломления вещества активной области.
Формулы для расчета приведены в приложении.
4.Описание лабораторной установки
Cтруктурная схема лабораторной установки представлена на рисунке 1.Здесь
ИИ-источник излучения, ИМ-измеритель оптической мощности, А-аттенюатор,
ОППУ-оптический полупроводниковый усилитель, S,R-оптические разъѐмы
,ИП-1,ИП-2- источники питания усилителя и микрохолодильника.
Используемые в работе приборы: источники излучения, измерители мощности
Конструкция макета представлена на рисунке 2. Здесь показана микросхема
,содержащая ОППУ и микрохолодильник Пельтьѐ. Розетки для подключения
сигнала на вход усилителя и для измерения сигнала на выходе усилителя,
смонтированы на алюминиевых уголках. Для подключения источников питания
ИП-1 и ИП-2 имеются электрические разъѐмы 1.2.3.4.Входной и выходной
оптический разъѐмы-типа. Номер вывода микросхемы ОППУ и его назначение
указан на рисунке 3.
58
ии А ИМ
ИП 1 ИП 2
S R S R S R
ОППУ
Рисунок 1. Структурная схема лабораторной установки
Рисунок 2. Конструкция макета
1 – разъемы для подключения источников питания (+); 2 – усилитель ( - );
3 – усилитель (+); 4 – микроохладитель ( - ).
59
Рисунок 3. Микросхема оптического усилителя
Назначение выводов:
1 – микроохладитель (+); 2 – нет соединения; 3 – усилитель ( - );
4 – усилитель (+); 5 – усилитель ( - ); 6 – нет соединения; 7 – нет соединения;
8 – нет соединения; 9 – нет соединения; 10 – нет соединения;
11 – терморезистор; 12 – терморезистор; 13 – нет соединения;
14 – микроохладитель ( - ).
5.Измерительные приборы
В данной лабораторной работе применены измерительные приборы, описание
которых приведено в п. настоящего практикума.
6.Методические указания к выполнению работы
1.Измерить зависимость коэффициента усиления от тока накачки. Для этого на
вход усилителя от источника излучения подать оптическую несущую на длине
волны 1530нм и с уровнем мощности -25дБ.Изменяя ток накачки от 50мА до
300мА через 25мА,фиксировать мощности излучения на выходе усилителя
измерителем мощности. Результаты измерений занести в таблицу 6.1,и
построить на графике.
2.Измерить амплитудную характеристику усилителя. Для этого подать
оптическую несущую на вход усилителя (λ =1530нм) изменяя аттенюатором
60
уровень на входе усилителя, фиксировать соответствующие уровни на его
выходе. Уровни менять ступенями от 0.01мВт до 0.1мВт через 0.02мВт,от
0.1мВт до 1мВт через 0.1мВт.Результаты измерений занести в таблицу
6.2.Построить зависимости РВЫХ =f(РВХ ) и К =f(РВХ),где К коэффициент
усиления усилителя.
6.3.Измерить спектральную характеристику усилителя. Для этого на вход
усилителя подавать с выхода прибора оптические несущие
(1530,1537,1543,1550) нм, с уровнем мощности -25дБ,и на каждой длине волны
фиксировать уровни мощности на выходе усилителя. Полученные результаты
занести в таблицу 6.3.Построить график зависимости К =f (λ).
6.4.Измерить помеху на выходе усилителя,и рассчитать отношение С/П.
6.5.Формы таблиц.
Таблица 6.1 Зависимость коэффициента усиления от тока накачки
Ток накачки, мА
50 100 150 200 250 300
РВХ,дБ
РВЫХ, дБ
К,дБ
Таблица 6.2 Амплитудная характеристика усилителя.
РВХ, дБ -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5
РВЫХ ,дБ
К,дБ
Таблица 6.3 Спектральная характеристика усилителя
Длина волны, нм 1530 1537 1543 1550
Рвх,дБ
Рвых,дБ
К,дБ
7. Содержание отчѐта
Отчѐт должен содержать:
-результаты предварительного расчѐта,
-структурную схему установки,
-таблицы 6.1,6.2,6.3,и графики, построенные по данным этих таблиц,
-основные параметры измерительных приборов, использованных в работе,
-выводы по результатам работы.
61
8. Контрольные вопросы
1.Что представляет собой структура ОППУ?
2.Поясните принцип действия ОППУ.
3.Исходя из предварительных расчѐтов и данных измерений можно заключить,
что этот усилитель - бегущей волны? Если «да»,то почему?
4.По какой характеристике можно определить мощность насыщения усилителя?
Чему она равна?
5.Как и по какой характеристике можно определить полосу пропускания
усилителя? Чему она равна?
6.Почему при увеличении мощности излучения на входе усилителя, его
усиление уменьшается?
7.Есть ли на выходе усилителя помеха? Если есть, то почему она возникает?
Приложение. Полупроводниковые оптические усилители
Оптический усилитель – это оптический прибор, усиливающий мощность
входного сигнала, при этом информационный сигнал на выходе полностью
идентичен входному. Существует 2 типа полупроводниковых оптических
усилителей:
- усилители бегущей волны (УБВ), в которых световое излучение усиливается за
один проход активного вещества;
- усилители на резонаторах Фабри-Перо (УФП), в которых излучение
усиливается в результате многократного прохождения активного вещества, при
этом усилительный режим не должен переходить в режим генерации
(самовозбуждения).
Полупроводниковый лазерный усилитель на резонаторе Фабри-Перо является,
по существу, инжекционным лазером с допороговым возбуждением. Усилитель
бегущей волны также является инжекционным лазером с очень малым
отражением торцевых граней. Первый характеризуется экстремально узкой
полосой пропускания и низким уровнем выходной мощности, в то время как
второй имеет очень широкую полосу и достаточно высокий уровень выходной
мощности. Кроме того, УБВ имеет высокую мощность насыщения и малую
поляризационную чувствительность. На рисунке 2.10 показана схема
полупроводникового лазерного усилителя, где I – ток накачки, R1 и R2 –
коэффициенты отражения граней полупроводникового кристалла. В общем
случае усиление оптического сигнала зависит от тока смещения, отражения
граней, усиления активной среды и уровня спонтанной рекомбинации.
62
I
R2R1 ВыходВход
Рисунок 4. Схема полупроводникового лазерного усилителя
Коэффициент усиления, определяемый как отношение мощностей входного и
выходного сигналов, имеет вид:
,sin4)1(
)1)(1()(
2
21
2
21
210
RRGRRG
GRRffG
SS
S
(1)
],)exp[( LÃgG imS (2)
,)(2 0
g
Lff (3)
,1
ln1
RLgm (4)
,)1(
)1)(1()(
2
21
210max
RRG
GRRffG
S
S
(5)
где maxG - максимальный коэффициент усиления усилителя;
Г – коэффициент ограничения усилителя;
mg - усиление материала;
ia - внутренние потери;
L - длина резонатора усилителя;
f - частота входного сигнала;
0f - частота резонансной моды усилителя;
n
cg - групповая скорость;
n - коэффициент преломления среды внутри резонатора
Частотная полоса усилителя на уровне ослабления 3 дБ:
,1
22/1
R
R
Ln
cf (6)
где n - модальный коэффициент преломления;
63
)2( Ln
c - частотное расстояние между продольными модами;
Последовательность расчета: (4) → (2) → (5) → (3) → (1) → (6).
64
5.Методические указания к лабораторной работе
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ
СХЕМОТЕХНИКИ
1.Цель работы
Целью работы является изучение характеристик компонентов, применяемых в
оптических системах передачи: направленных ответвителей (НО),оптических
фильтров (ОФ),спектрально-зависимых соединителей (СЗС).
2.Подготовка к работе
Изучить принцип действия НО,ОФ,СЗС по литературе [1,2,3]. Для НО
рассчитать, пользуясь Приложением, коэффициент связи К, длину связи LC и
длину волноводов L,а также зависимость мощностей излучения в разъѐмах 3 и 4
НО (рис.1 ) от параметра К*z.Ниже приведены варианты расчѐтов.
1
2
3
4
580
XL560
XL
НО
2x2
1 2ОФ
1310нм
65
Рис 1. Направленный ответвитель (НО), оптический фильтр (ОФ) и спектрально-
зависимый соединитель (СЗС).
Данные и варианты расчѐтов.
ДАННЫЕ
ВАРИАНТ
а мкм l мкм λ мкм V n0
1 5 25 1.5 2 1.5
2 4 20 1.55 1.9 146
3 4.5 22 1.45 2.1 1.52
4 5 26 1.5 2.4 1.45
5 4 22.5 1.6 2.3 1.48
6 5.2 25.5 1.4 1.8 1.55
Примечания.1.Смысл величин в первой строке таблицы указан в приложении.
2.Расчѐт длины волновода L произвести для максимальных значений мощности в
верхнем (рис.4) волноводе, но так, чтобы L>LС.3.При расчѐтах величину К*z
изменять в пределах: π/12 *(2m-1) ,π/8 *(2m-1), π/4 *(2m-1), π/2
*(2m-1),π *(2m-1), m =1,2. 4.Полученные значения К,L,LC выразить в 1/см и
см,соответственно.
3.Литература
1.Агравал.Г.Волоконно-оптические системы передачи.ч
3,гл.2.Новосибирск,2008.
2.Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи, ч.1. стр.61.Ново
сибирск,1994.
3.Ионов.А.Д. Волоконная оптика в электросвязи и коммутации.ч.1.Новоси
бирск,1998.
4.Приложение к данным методическим указаниям.
4.Лабораторный макет
Лабораторный макет каплера смонтирован на оптической плите, и представляет
собой два свитых в кольца оптических волокна, длина связи между которыми
защищена металлической трубкой. Выводы каплера оконцованы разъѐмами FC
и соединены с адаптерами (розетками), укреплѐнными на уголках
(рис.2).Макеты фильтров и спектрально-зависимого соединителя выполнены в
корпусе дискеты и также смонтированы на оптических плитах, их выводы,
оконцованные разъѐмами FC и соединены с адаптерами (рисунок 3).
66
Рис 2. Лабораторный макет каплера.
Рис 3. Лабораторный макет оптического фильтра и спектрально-зависимого
соединителя.
5.Измерительные приборы
В качестве приборов применены: оптический излучатель 580 XL на три длины
волны: 1300нм,1310нм,1550нм,..и измеритель оптической мощности 560 XL на
длины волн 850нм,1300нм,.1550нм.Уровень мощности оптического сигнала на
выходе 580 XL минус 7Дб,имеется возможность модуляции этого сигнала
гармоническим сигналом с частотой 250Гц.Пределы измерения мощности
прибором 560 XL: (от -60дБ до +3дБ).Применяются также аналогичные по
параметрам упомянутых выше приборов излучатель FOD-1221 и измеритель
мощности FOD-1202.
6.Методические указания к выполнению работы
6.1.Измерить затухания между разъѐмами НО 2*2 на длинах волн 1310нм и
1550нм.Для этого выход 580 XL включить на вход 1 НО, а вход 560 XL
подключать последовательно к выходам 2,3,4 НО, и фиксировать уровни
сигналов на дисплее 560 XL.Затем повторить эти измерения при включении
источника сигнала в разъѐмы 2,3,4,и измеряя прибором 560 XL уровни в
67
соответствующих разъѐмах НО, указанных в таблице №1,рассчитать затухания
между разъѐмами НО. Результаты занести в таблицу №2.
Rjsiij PP
ВНИМАНИЕ. При измерениях необходимо осторожно, но точно совместить
ключ коннектора пачкорда с прорезью адаптера, а затем надѐжно закрепить
коннектор, (рис.4).
Адаптер
(розетка) коннектор
Рис 4. Коннектор пачкорда , адаптер (розетка)
6.2.Аналогично п.6.1,измерить уровни РR и рассчитать соответствующие потери
ОФ. Результат измерений занести в таблицу №3.
6.3.Аналогично п.6.2,измерить уровни РR и рассчитать соответствующие потери
СЗС. Результаты измерений занести в таблицу №4
7.Оформление отчѐта
Отчѐт должен содержать:
-схему установки с указанием включѐнных в неѐ приборов,
-схемы измерений по п.п 6.1,6.2,6.3.,
-таблицы результатов измерений,..
-графики зависимостей aij=F(λ),
-выводы по проделанной работе,
-типы и данные применѐнных измерительных приборов.
Формы таблиц.
Таблица №1.Результаты измерений по п.6.1.
РS1 РR2 РR3 РR4 РS2 РR1 РR3 РR4 РS3 РR1 РR2 РR4 РS4 РR1 РR2 РR3
Таблица№2.Результаты расчѐта затуханий.
ЗАТУХАНИЯ.дБ
ДЛИНЫ
ВОЛН,НМ
а12 а13 а14 а21 а23 а24 а31 а32 а34 а41 а42 а43
68
1550
1300
Таблица №3. Результаты измерений по п.6.2.
ДАННЫЕ,дБ
Длины
волн,нм.
РS1 РR2 а12 РS2 РR1 а21
1300
1550
Таблица №4.Результаты измерений по п.6.3..
.
УРОВНИ, дБ
Длины волн, нм.
РS1 РR2 РR3 РS2 РR1 РR2 РS3 РR1 РR2
1300
1550
ЗАТУХАНИЯ,дБ
Длины волн,нм.
а12 а13 а21 а23 а31 а32
1300
1550
Контрольные вопросы
1Что такое «направленный ответвитель» ?
2.Что такое «каплер» ?
3.Почему в каплере некоторые разъѐмы энергетически связаны,а часть разъѐмов
энергетически развязана?
4.Как формируется брэгговская решѐтка в оптическом волокне?
5.Какие процессы происходят при введении световой волны в волоконную
брэгговскую решетку?
6.Объясните,почему форма коэффициента отражения R(0) имеет вид,как на
рис.5?
7.Для какой цели на входе бгэгговской решѐтки включѐн Y-ответвитель?
8.Как будет выгля.деть зависимость Рвых (λ) =Рвх(λ),(рис.5)?
Приложение 1. Сведения из теории каплеров.
Каплер содержит диэлектрические волноводы (ДВ) прямоугольной, либо
круглой (ОВ) формы. В частности, направленный ответвитель (НО,рис.5)
содержит два одномодовых ОВ, прижатых друг к другу на длине связи LC.
69
13
42
Lc
P4
P1
P2
P3
Рис 5 Направленный ответвитель
При их нагревании на этой длине микрогорелкой. оболочки ОВ деформируются,
возникает локальная неоднородность. через которую происходит утечка мод из
одного волновода в другой. В результате, если в разъѐм 1 подаѐтся свет с
мощностью Р1,то в разъѐмах 3 и 4 появится свет с мощностями Р3 и Р4
.соответственно, то есть, они энергетически связаны.В разъѐме 2 мощность Р2
=0,поэтому,разъѐмы 1 и 2 энергетически развязаны (рис.2 и 5).Если постоянные
распространения в волноводах β1=β2, то в рассматриваемом случае (при z=0,
Р1>0, Р2 =0,рис 5 ).энергия из верхнего волновода перекачивается в нижний при
распространении волны вдоль оси z. [1]
Р1(z) =Р1(0)*соs2(Кz) (1а),
Р2(z) =Р1(0)*sin2 (Кz) (1b).
Здесь К-коффициент связи между волноводами, причѐм, величины LC и К
связаны соотношением:
LC =π/2К. (2)
Как видно из равенств (1),мощность излучения в волноводах изменяется вдоль
оси z периодически, причѐм, между оптическими волнами в двух волноводах
существует сдвиг фазы
Кz = (π/2)*(2m-1), m=0,1,2…. (3)
Так как волокна одномодовые,то коэффициент связи К зависит от
нормализованной частоты V.Модернизируя соотношения, приведенные в [1],
найдѐм выражение для определения К:
К=(πV/(2к0*n0*а2))*ехр(-l/а) (4)
70
где к0-волновое число,к0=2*π/λ, n0- показатель преломления сердцевины ОВ, а-
радиус сердцевины,,l-расстояние между центрами сердцевин двух связанных
волноводов (рис.4)
Здесь 1.5 < V < 2.5, 2 < l/а < 4.5.
2. Оптический фильтр.
Рисунок 6.Оотический фильтр с брэгговской решеткой.
Оптический фильтр (ОФ,рис.6) выполнен на брэгговской дифракционной
решетке (БДР),записанной в сердцевине ОВ (рис.7).
Рис 7. Брэгговская дифракционная решетка в ОВ
На рис.6 свет вводится в разъѐм 1 направленного ответвителя (НО),с разъѐма 2
выводится отражѐнный выходной сигнал. Коэффициент отражения по
интенсивности на ближнем конце R(0) находят из соотношения [1] при условии,
что на дальнем конце R(L)=0:
R(O) =[(А(0)/В(0)]2 =К*sh(γL)/[(γ
2*сh
2(γL) +Δβ
2*sh
2(γL)]
1/2. (5)
71
Здесь А(0),В(0)- амплитуды электрических полей на ближнем и дальнем концах
БДР, соответственно, К- коэффициент связи между падающей и отражѐнной
волнами,L-длина решѐтки,
К=к0*Δn/2, γ=(К2- Δβ
2)
1/2, Δβ=β- β0 , к0=2*π/λ0, (6)
Δβ-отклонение постоянной распространения β от β0 на брэгговской длине волны:
β0= m*π/Λ,где Λ- период брэгговской решетки,рис.7.При Δβ= 0,из (5)
получим:
R(0)=th2(KL). (7)
Коэффициент пропускания ОФ находят из известного соотношения:
Т(0)=1- R(0). (8)
Рис 8. Зависимость коэффициента отражения от расстройки x.
На рис.8 по формулам (5,6,7,) построена зависимость коэффициента отражения
R(0) от произведения х= (Δβ*L) при К*L=3.Видно,что максимальное отражение
( R=1) достигается при х=0.При расстройке -3 < x<3, R незначительно
уменьшается, но уже при х=5,R=0. Частотную зависимость коэффициента
пропускания ОФ и его полосу пропускания находят из равенства (8) по
известным значениям R(0.Из рис.7 видно, что лепестки уменьшают величину
минимально допустимого затухания ОФ в полосе задерживания. Для устранения
этого недостатка, применяют брэгговские решѐтки с линейно изменяющимся
периодом (ЛИП). [1]
3.СПЕКТРАЛЬНО-ЗАВИСИМЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ выполнен на свитых между
собой волокнах (рис.9).В результате высокотемпературного нагрева
формируется область смешения мод, то есть СЗС превращается в
мультиплексор/демультиплексор.
72
Рис 9. Изготовление спектрально – зависимого соединителя
73
6. Методические указания к лабораторной работе
ИССЛЕДОВАНИЕ КОДОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ
1.Цель работы
Целью работы является изучение временных и спектральных характеристик
некоторых кодов, применяемых в ВОСП.
2.Литература
1. Бутусов М.М., Верник С.М., Галкин С.Л. ВОСП. Учебник для ВУЗов-М.:
Радио и Связь, 1992, стр. 275-290
2. Шевцов Э.А., Белкин М.Е. Фотоприемные устройства ВОСП – М.: Радио и
Связь, 1992, стр. 20-26.
3. Заславский К.Е. ВОСП. Методические указания к лабораторным работам,
Новосибирск, 2002.
4. Конспект лекций по ВОСП. Раздел «Линейные коды».
3.Подготовка к работе
Изучить по литературе алгоритмы кодирования, временные и спектральные
характеристики кодов БИН (RZ), БИФ, CMI. Рассчитать составляющие
непрерывных спектров линейных сигналов для кодов БИН, БИФ, CMI по
формулам:
2
2
2
2sin
)(
Ò
Ò
f
f
f
f
fW ; (БИН)
2
4
2
2sin
)(
Ò
Ò
f
f
f
f
fW ; (БИФ)
Ò
2
2
f
f3cos33,0cos66.01
2
2sin
)(Ò
Ò
Ò
f
f
f
f
f
f
fW ; (CMI)
74
При расчетах W(f), f изменять от 0 до fТ через 0,2 fТ. Т.е. f=0.2n fТ, где
n=0,1,2,3…20.
По полученным результатам построить графики зависимости нормированной
спектральной функции W(f) от частоты f для кодов БИН, БИФ, CMI. Указать
составляющие дискретных спектров. Данные расчета представить в виде
таблицы 3.1.
4.Задание
1. Для заданных преподавателем (Таблица 4.1) кодовых комбинаций и скорости
передачи измерить и зарисовать осциллограммы кодов БИН, БИФ, CMI на входе
и выходе оптического модулятора.
2. Для заданной регулярной и псевдослучайной последовательностей импульсов,
для всех типов кодов измерить спектральную плотность W(f) на частотах от 0 до
4 fТ, через 0,2 fТ.
3. Для кодов БИН и CMI произвести измерения по п.2 на выходе оптического
модулятора.
4. Построить графики зависимости непрерывной и дискретной составляющих
W(f) кодов. Обратить внимание на величины постоянной и дискретной
составляющих спектра на fТ, 2 fТ, и т.д.
5. Лабораторная установка и измерительные приборы
Лабораторная установка та же, что и в работе № 16 [3]. Это генератор ОГ5-87,
[3]. Структурная схема макета та же, что и в работе № 16.
Измерительные приборы – осциллограф С-75 и избирательный указатель
уровня. Краткие их описания приложены к настоящим методическим указаниям.
6. Указания к выполнению работы
1. Для выполнения п.4.1 необходимо подключить осциллограф к выходу
«Электрический импульс» (вход ОМ) и к выходу «фотосигнал» (выход ОМ)
генератора оптических и электрических импульсов ОГ5-87 (правила пользования
им описаны в [3]). Выставить заданную кодовую последовательность, тактовую
частоту и тип кода. После этого необходимо нажать кнопку «Пуск». Зарисовать
осциллограммы.
2.Для выполнения п.4.2,4.3 задания (измерение спектральных характеристик) в
те же точки (п.6.1,вход и выход ОМ) включить избирательный указатель уровня.
Результаты измерений привести в таблицы 6.1. и 6.2.
7. Содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Зарисовки осциллограмм исследуемых кодов;
Результаты расчетов спектральной плотности кодов (Таблица 3.1);
75
Результаты измерений спектральной плотности кодов (Таблица 6.1,
Таблица 6.2);
Анализ полученных результатов и выводы по работе
Наименование типов измерительных приборов
8. Контрольные вопросы
1. Какие требования предъявляются к линейным кодам ЦВОСП?
2. Поясните алгоритмы кодирования сигналов БИН, БИФ, CMI.
3. Найти значения текущих цифровых сумм для всех заданных кодов.
4. Какие сигналы ЦВОСП являются случайными? Какой спектр им
соответствует?
5. Чем в данной работе имитируется информационный сигнал?
6. В чем особенности спектров оптических сигналов по сравнению со
спектрами электрических сигналов?
7. Почему непрерывные спектры линейных кодов ВОСП, как правило, не
содержат постоянной составляющей, а НЧ составляющие спектра сильно
подавлены?
8. Какие сигналы в ЦВОСП являются регулярными последовательностями?
9.Какие коды, исследованные в работе, являются избыточными? Почему
оптические коды в Л.Т. ВОСП - избыточные?
Приложение 1.
Таблица 3.1 Результаты расчета спектральной плотности.
f/fТ
0
0.2
0.4
4 Тип
кода
БИН
БИФ
CMI
76
Таблица 4.1 Варианты установки 16-разрядной последовательности
Таблица 6.1. Результаты измерений спектральной мощности регулярной
последовательности
f/fТ
0
0,2
0,4
4 Тип кода
БИН
На
вх.ОМ
На
вых.ОМ
БИФ
На
вх.ОМ
CMI
На
вх.ОМ
На
вых.ОМ
Разряд
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Псев
д.
пос-
сть
Fт
Бригад
а
1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 215
2,048
2 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 223
8,448
3 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 223
34,368
4 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 215
2,048
5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 215
8,448
6 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 223
34,368
77
Таблица 6.2. Результаты измерений спектральной мощности псевдослучайной
последовательности
f/fТ
0
0,2
0,4
4 Тип кода
БИН
На
вх.ОМ
На
вых.ОМ
БИФ
На
вх.ОМ
CMI
На
вх.ОМ
На
вых.ОМ
1. Краткое описание приборов.
В работе применяется три типа указателей уровня
1.Избирательный указатель уровня (аналоговый) предназначен для измерения
спектральных составляющих в полосе от 5 до 300 кГц, с избирательностью 50 и
1000 Гц.
1- шкала отсчета уровня (проградуирована в неперах).1Нп=8.68Дб.
2- ручка регулировки чувствительности
3- вход избирательного указателя уровня
4- ручка подстройки частоты
5- ручка выбора полосы частот
6- тумблер подачи питания
78
12
3 4
5
6
Рисунок п.1.1. Избирательный указатель уровня
Для измерения уровня заданной частоты необходимо:
1. Установить ручку 5 на соответствующую полосу частот.
2. Ручкой 4 точно установить заданную частоту, добившись максимального
отклонения указательной стрелки
3. По шкале 1 произвести измерение уровня, если происходит перегрузка
прибора необходимо перевести ручку 2 в более левое положение и к
показаниям шкалы 1 прибавить значение в Нп, соответствующее
положению ручки 2.
2. Избирательный указатель уровня (аналоговый, установлен в передвижном
шкафу) предназначен для измерения уровня спектральных составляющих в
полосе от 4 до 620 кГц, с избирательностью в 1000 Гц, с возможностью выбора
характеристического сопротивления источника сигнала.
1- шкала отсчета уровня (проградуирована в неперах)
2- вход избирательного указателя уровня
3- ручка регулировки чувствительности
4- ручка подстройки частоты
5- ручка выбора полосы частот
6- тумблер подачи питания
7- ручка выбора характеристического сопротивления источника сигнала.
79
1
2
3
4
5
6
7
Рисунок п.1.2. Избирательный указатель уровня.
Для измерения уровня заданной частоты необходимо:
1.Установить ручку 5 на соответствующую полосу частот.
2.Ручкой 4 точно установить заданную частоту, добившись максимального
отклонения указательной стрелки
3.По шкале 1 произвести измерение уровня, если происходит перегрузка прибора
необходимо перевести ручку 3 в более левое положение и к показаниям шкалы 1
прибавить значение в Нп, соответствующее положению ручки 3.
3.Избирательный указатель уровня (цифровой) предназначен для измерения
уровня спектральных составляющих в полосе от 0,2 до 2100 кГц с
избирательностью до 100 Гц.
1
2
3
45
6
Рисунок п.1.3. Избирательный указатель уровня цифровой.
1- табло показаний уровня частоты, проградуировано в дБ
80
2- ручка настройки чувствительности
3- табло показаний частоты
4- ручка настройки частоты
5- кнопка подачи питания
6- вход указателя уровня
Для измерения уровня заданной частоты необходимо:
1. Ручкой 4 точно установить нужную частоту по максимальному отсчѐту по
шкале вольтметра.
2. По шкале 1 произвести измерение, при перегрузке прибора перевести
ручку 2 в более левое положение.
81
7.Методические указания к лабораторной работе
КОМПЕНСАЦИЯ ДИСПЕРСИИ
1. Цель работы
Исследовать влияние дисперсии на распространение импульсов в одномодовом
волокне,и методы компенсации дисперсии.
2. Литература
1. Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи со спектральным
уплотнением ВОСП-WDM. Учебное пособие. Новосибирск, 2002.
2. Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи со спектральным
уплотнением ВОСП-WDM. Учебное пособие. Новосибирск, 2005.
3.Агравал.Г.Волоконно-оптические системы передачи.Гл 9.Новосибирск,
«Веди»,2007.
4. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий
связи. Москва,2003.
3. Подготовка к работе
1. Предварительный расчет.
Пользуясь теоретическими сведениями и схемой лабораторной установки
(рисунок 1), рассчитать следующее:
- дисперсию групповых скоростей 2 при заданном значении: =1.55 мкм,и
кмнм
псDхр
*20 ,ширина спектральной пинии ППЛ транспондера σλ =0.1нм.
- дальность связи L при скоростях: cГбитВ /5.21 (STM- 16), сГбитB /102
(STM-64).
- значения дисперсии групповых скоростей 2 и 1хрпрD при сГбитB /102 для
заданной схемы для каждого пролета, с учетом их длин l (рисунок 1).
- значения величины дисперсии nкомпхрD .. , которую необходимо компенсировать
на заданных участках.
-длину DCF волокна 2L , необходимую для компенсации дисперсии.
- величину потерь 1 (n-й пролет), вносимых волокном SMF на каждом пролете.
- потери 2 (n-й пролет), вносимые волокном DCF на каждом пролете.
- значения OSNR в точке '''S при выключенных компенсаторах дисперсии.
Расчеты производить для оборудования фирмы Optix BWS 320G DWDM
System,[2]. Результаты OSNR округлять до целого числа в большую сторону.
Данные системы со спектральным уплотнением.
82
N=16 (16-канальная система передачи), ,17max дБмP SMPI усиление LOA-1 [g=
22’26] дБм, LOA-2 [g=28’31] дБм,
LOA-3 [32’35] дБм, Регулировка усиления усилителей через 1дБм.
1-й пролет; 14Бg дБ; 1,25БG раз, 221g дБ; 5,1581G раз.
2-й пролет; 282g дБ; 9,6302G раз.
3-й пролет; 353g дБ; 3,31623G раз.
Примечание: все рассчитанные значения округлять до десятых через запятую.
Если второй знак после запятой ≥ 5, то первый знак после запятой округлять в
большую сторону, если второй знак после запятой ≤ 5, то - округлять в
меньшую сторону, например, 2 =25,5 км
пс2
.
4. Описание лабораторной установки
4.1 Структурные схемы макетов лабораторной работы с использованием
модулей компенсации дисперсии (волокно DCF).
Макет лабораторной установки – часть главного оптического тракта DWDM. На
передаче сигнал, пройдя усилитель мощности (бустер), подается в линию.
Предусматривается три пролета, длина которых 1l =80 км, 2l 100 км, 3l =110 км.
На магистрали используется стандартное одномодовое волокно SMF. На выходе
каждого пролета магистрали имеется линейный оптический усилитель LOA,
компенсирующий затухание пролетов.MPI-S - контрольная точка (интерфейс) на
входе ОВ. R' -контрольная точка на ОВ на входе линейного оптического
усилителя, S'-контрольная точка на его выходе.
Макет лабораторной установки содержит помимо перечисленных элементов
компенсаторы дисперсии КД, предназначенные для компенсации дисперсии на
магистрали.
Рисунок 1- Структурная схема главного оптического тракта без
компенсаторов дисперсии.
83
Рисунок 2- Структурная схема главного оптического тракта с компенсаторами
дисперсии
Сигнал, проходя пролеты магистрали, ослабевает. Для компенсации потерь на
выходе каждого пролета установлены линейные усилители LOA-1, LOA-2, LOA-
3. Также, с увеличением расстояния, пройденного сигналом, накапливается
дисперсия, которая влияет на качество передаваемого сигнала, в результате
импульс искажается. Для устранения этого нежелательного эффекта
применяются компенсаторы дисперсии. В этом пункте данной лабораторной
работы компенсаторы дисперсии располагаются на выходе усилителей и
компенсируют дисперсию во всех каналах.
4.2Структурная схема макета лабораторной работы с использованием
дифракционной решетки.
Макет лабораторной установки представляет собой тот же оптический тракт с
включенной на выходе ДР с НО. D- контрольная точка на выходе
дифракционной решетки. ДР – дифракционная решетка с НО (направленным
ответвителем).
Рисунок 3 – Структурная схема с дифракционной решеткой.
Для компенсации дисперсии применяется дифракционная решетка ДР. ДР
компенсирует дисперсию в достаточно узком диапазоне, располагается на
выходе демультиплексора и компенсирует дисперсию только в одном канале.
Для компенсации дисперсии в n- каналах, необходимо n- дифракционных
решеток, настроенных соответственно на длины волн каждого канала.
Лабораторная установка смоделирована на П.К.
5. Краткие теоретические сведения
Рассмотрим действие дисперсии на форму и длительность Гауссовского
импульса. Его параметр Т0 определим из соотношения :
84
B*665,1*425,0
212,0
1,665*0,425
T*212,0 B0T , пс (1)
где 0T - параметр импульса на уровне 1/е , BT -длительность битового интервала,
B - скорость передачи.
2
2
0T
ДL ,км (2)
где ДL - дисперсионная длина, 2 - дисперсия групповых скоростей.
2
01 )(1ДL
zTT , пс (3)
где z- расстояние, на которое передается сигнал, 1T - параметр импульса после
прохождения расстояния z.
2
2
0
2
12
T
z1
TT
, пс (4)
где 2T - параметр импульса после прохождения расстояния z с учетом
компенсации дисперсии.
05,0 T*665,1T , пс (5)
где 5,0T - длительность импульса на уровне 0,5 от maxP .
0,501,0 T*212,0
425,0T , пс (6)
где 01,0T - длительность импульса на уровне 0,01 от максимальной мощности
излучения лазера maxP .
)2
(2
2c
Dхр ,км
пс2
(7)
85
где хрD - удельная хроматическая дисперсия, -длина волны ППЛ c - скорость
распространения света
2
216
1
BL , км (8)
где L - дальность связи, - ширина спектральной линии, ≤0,1 нм.
lB22
16
1 ,
км
пс2
(9)
где l -длина пролета.
2
22 сDхр ,
кмнм
пс
* (10)
n хр.прхр.. DDкомпхрD ,кмнм
пс
* , (11)
где ..компхрD - удельная хроматическая дисперсия n- пролета, которую
необходимо скомпенсировать, хрD = 20кмнм
пс
*, n хр.прD - необходимая
хроматическая дисперсия n-го пролета.
Уширение импульсов в одномодовых волокнах возникает как из-за
зависимости скорости распространения света от длины волны (хроматическая
дисперсия), так и из-за зависимости этой скорости от состояния поляризации
света (поляризационная дисперсия).
Если скорость передачи В>2,5 Гбит/с, импульс расширяется так, что может
захватить более 25% битового интервала( 1/ 4 ВТ ).
Дальность связи определяется формулами:
При л > 0,1 нм лхрDB
L**4
1, (12)
При л ≤ 0,1 нм 2
2 **16
1
BL . (13)
Для передачи сигнала на большее расстояние необходимо компенсировать
дисперсию волокна.
86
Первый метод компенсации дисперсии в данной лабораторной работе –
компенсация с помощью модулей DCF.
Отрицательная дисперсия DC волокон позволяет компенсировать
положительную дисперсию SM волокон в достаточно широком диапазоне длин
волн (рисунок 4)
Рисунок 4 - Зависимость дисперсии и потерь в стандартных DC волокнах от
длины волны.
В данной лабораторной работе затухание DCF волокна принимается порядка 0.6
дБ/км.
Обычно модуль для компенсации дисперсии размещают в стойке рядом с
оптическим усилителем. Однако из-за больших потерь, вносимым модулем, его
нежелательно устанавливать на выходе оптического кабеля, так как это приведет
к уменьшению сигнала на входе в оптический усилитель и, следовательно, к
увеличению отношения сигнал/шум. Устанавливать модуль на выходе
оптического усилителя также нежелательно - из-за большого уровня мощности в
DC волокне возникнут сильные нелинейные искажения сигнала.
Оптимальным является размещение модуля между двумя оптическими
усилителями. При этом потери, вносимые модулем, компенсируются с помощью
первого усилителя, но мощность на его выходе еще не слишком велика, так что
она не приводит к заметным нелинейным искажениям сигнала. Второй же
оптический усилитель разгоняет мощность до нужного уровня.
В данной лабораторной работе модули DCF для систем DWDM располагаются
на выходе LOA и компенсируют дисперсию во всех каналах.
Длина волокна DCF рассчитывается по формуле:
, км (14)
lD
DL
компхр
2
n..
2
87
где ..компхрD - удельная хроматическая дисперсия n-го пролета, которую
необходимо скомпенсировать, 2D - удельная хроматическая дисперсия DCF
волокна, 2D =-200кмнм
пс
*, l - длина пролета.
кабl *1 , дБ (15)
где 1 - потери, вносимые волокном SMF, каб - затухание кабеля,
DCF2 *l , дБ (16)
где 2 - потери, вносимые волокном DCF, DCF - затухание DCF волокна,
DCF =0,6 дБ/км.
21пр , дБ (17)
где пр - общие потери n- пролета.
4.2. Построение диаграммы уровней в спектральном канале.
16-ти канальная система DWDM, уровень максимально допустимой мощности
одного канала в точке MPI-S:
,lg10maxmax NPP SMPISch дБм (18)
где: SchP max - уровень максимальной мощности в канале в точке MPI-S,
Необходимо уменьшить мощность канала на величину, учитывающую
нестабильность выходной мощности лазера, изменение величины потерь в
неразъемных соединениях и др.Уменьшение составляет 2 дБ.
SMPIPmax - уровень максимальной мощности группового сигнала в интерфейсе
MPI-S, определяется параметрами аппаратуры.
Уровень максимально допустимой мощности канала в точке MPI-R‘(на входе
усилителя) определим как:
,max'max прSchRch PP дБм, (19)
где: 'maxRchP - уровень максимально допустимой мощности канала в точке
MPI-R‘, пр - затухание пролета, дБ, определяемое как:
пркабпр l* ,дБ (20)
88
где: каб - коэффициент затухания оптического волокна, дБ/км (для расчетов
примем каб = 0,28 дБ/км), прl - длина пролета, км.
Уровень максимально допустимой мощности канала в точке MPI-S‘(на выходе
усилителя):
,'max'max gPP RchSch дБм, (21)
где: g- коэффициент усиления усилителя, дБ, компенсирующий затухание
пролета, Основным источником помех в оптическом тракте являются оптические
усилители, создающие усиленное спонтанное излучение (ASE):
ВтfGn
fhp i
кв
sp
ASEi ,)1(****2 (22)
где: ASEip - мощность помехи, создаваемой i-ым усилителем в секции, Вт, spn -
коэффициент спонтанного излучения, spn =1, кв - внешняя квантовая
эффективность, кв =1, f – частота канала, для расчетов используем
f =193,1Тгц, f - оптическая полоса канала, при передаче по каналу сигнала
уровня STM-64 f =20 ГГц, Gi – коэффициент усиления усилителя, в разах.
Уровень помехи:
)1/,lg(10, мВтмВтpдБмP ASEiASEi (23)
Мощность помехи в точке MPI-S определяется помехами, вносимыми бустером.
Уровень помехи в точке MPI-R‘:
,' прASESASER PP дБм, (24)
где ASESP - уровень помехи, в точке MPI-S,S‘ , дБм
Мощность помехи в точке MPS‘:
ВтpGpp ASEiiASERASES ,*'' (25)
Оптическое отношение сигнал/помеха на выходе усилителя:
OSNR= ( 'maxSchP ,дБм ) - ( 'ASESP ,дБм), дБм (26)
Второй метод компенсации, рассмотренный в данной лабораторной
работе – компенсация с помощью дифракционной решетки.
Дифракционные решетки бывают двух видов:
А) с постоянным периодом;
89
В) апериодические дифракционные решетки.
Для компенсации дисперсии ОВ используют ДР с ЛИП. На длине волны 1,55
мкм одномодовое ОВ имеет положительную дисперсию. Это означает, что
коротковолновые компоненты светового импульса распространяются быстрее,
чем длинноволновые. Чтобы компенсировать дисперсию, ДР должна
задерживать коротковолновые компоненты относительно длинноволновой части
спектра (Рисунок .5).
1
2
L
Рисунок 5 - Принцип действия ДР
Разница во времени распространения 21и составляет:
cllnt эфф /)(2 21' , (27)
где 1иl 2l - путь, пройденный волнами 21и по ДР, с- скорость света
На рисунке А.6 изображена зависимость длины волны Брэгга от координаты z
для ДР.
1551
1550
1549
-3 -2 -1 0 1 2 3 Z,мм
Рисунок 6 - Зависимость длины волны Брэгга от координаты z для ДР
Хроматическая дисперсия волокна определяется
LDхр , (28)
где =0,16 нм, L -длина магистрали.
ДР с такой характеристикой может компенсировать дисперсию ОВ. Для
дисперсии, создаваемой ДР с ЛИП:
90
cLnэфф /2 (29)
где L- длина ДР, эффn - эффективный показатель преломления, эффn =1,48.
Длительность импульса вх по уровню 1/e на входе компенсатора дисперсии:
22
вх , (30)
где - начальная длительность импульса.
B
1, (31)
где B- скорость передачи, в нашем случае = BT (формат NRZ).
Решетка создает дисперсию: ДР
ИИ ВОУ
вых
вх
НО
ДР с ЛИП
Рисунок 7- Схема включения ДР с ЛИП в линейный тракт для
компенсации дисперсии ОВ.
Волоконный оптический усилитель компенсирует затухание ОВ. Схема
иллюстрирует основную проблему, связанную с использованием компенсатора
дисперсии на ДР: так как ДР работает на отражение сигнала, необходим
направленный ответвитель (НО) 3 дБ, чтобы отделить проходящий и
отраженный сигналы; минимальные потери при этом составляют 6 дБ. Если
коэффициент отражения ДР меньше 100 %, то к потерям 6дБ добавляют потери,
связанные с пропусканием света. ДР включена на выходе ВОУ, чтобы не
ухудшить отношение сигнал/помеха.
Длительность импульса вых по уровню 1/e на выходе компенсатора дисперсии:
91
22
дрвхвых , пс (32)
где вх - длительность импульса по уровню 1/e на входе компенсатора
дисперсии, ДР - дисперсия дифракционной решетки.
6. Теоретическое пояснение лабораторной работы.
Сигнал, проходя пролеты магистрали, накапливает дисперсию. В результате
форма и длительность импульса искажается. Для устранения этого вредного
фактора применяются компенсаторы дисперсии. Они восстанавливают
характеристики сигнала, но и вносят затухание в линию, которое
компенсируется линейными усилителями. При рассмотрении первого метода
компенсации дисперсии – компенсация с помощью КД стоит иметь в виду, что
первый компенсатор дисперсии вносит дополнительные потери во второй
пролет, второй КД соответственно в третий пролет.
7. Порядок выполнения лабораторной работы
Первая часть лабораторной работы: форма Гауссовского импульса.
7.1Рассмотреть и зарисовать форму Гауссовского импульса при передаче
сигнала на различные расстояния. Сравнить между собой полученные
результаты.
Вторая часть лабораторной работы: компенсация с помощью модулей DCF.
7.2 Определить затухание nпр. пролетов с учетом затуханий волокон DCF и
SMF.
7.3 Рассчитать необходимый коэффициент усиления усилителя ng в дБ,
необходимый для компенсации затухания, вносимого компенсаторами
дисперсии. Величина усиления должна находиться в заданных пределах
усилителей LOA-1, LOA-2, LOA-3 и равна целому числу.
7.4 Рассчитать OSNR в точке '''S при включенных компенсаторах дисперсии с
учетом потерь, вносимых волокном DCF. Результаты округлять до целых чисел
в большую сторону.
1-й пролет; 14Бg дБ; 1,25БG раз; 261g дБ; 1,398БG раз.
2-й пролет; 312g дБ; 9,12582G раз.
3-й пролет; 353g дБ; 3,31623G раз.
7.5 . Наблюдать форму импульса в точках R и S (при выключенных
компенсаторах дисперсии и при включенных компенсаторах дисперсии).
Для этого включить в соответствующие точки оптический анализатор (OSA).
Третья часть лабораторной работы: компенсация с помощью дифракционной
решетки.
92
7.6 Собрать лабораторную установку, зарисовать полученную структуру
магистрали.
7.7 Определить длительность импульса на выходе дифракционной решетки
вых . 1. Для скорости передачи сГбитВ /102 определить длительность
импульса . 2. Определить хроматическую дисперсию волокна .3.
Рассчитать дисперсию дифракционной решетки .др 4. Найти длительность
импульса на входе компенсатора дисперсии .вх 5. Определить длительность
импульса на выходе дифракционной решетки вых .
7.8 Рассчитать OSNR в точке D .
8. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
- Структурные схемы лабораторных установок.
- Предварительные расчеты.
- Графики, зафиксированные в п.7.5.
- Выводы по работе.
- Типы и основные характеристики измерительных приборов.
9. Контрольные вопросы
1. Почему необходимо компенсировать дисперсию в ОВ?
2. Нужно ли компенсировать дисперсию в волокне SMF при z= 300км и В=2,5
Гбит/с,если ВОСП работает на длине волны 1.55мкм?
3. Нужно ли компенсировать дисперсию при этой же
длине, но В=10 Гбит/с?
4. Сравните длительность импульсов на выходе магистрали до и после
компенсации дисперсии.
5. Доказать, что длительность восстановленных импульсов соответствует
нормативам.
6. Как сконструирована ДР, рассмотренная в лабораторной работе?
7. Как происходит компенсация дисперсии в ДР?
8. Почему ДР вносит потери 6 дБ?
9. Почему с помощью модуля DCF можно компенсировать дисперсию сразу во
всех каналах, а с помощью ДР только в одном?
10. Укажите достоинства и недостатки модуля DCF? Какие оптические явления
возникают при стыковке волокон SMF и DCF?
11. Почему в волокна DCF нежелательно вводить большую оптическую
мощность от источников излучения?
93
8.Методические указания к лабораторной работе
ИЗУЧЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ СО
СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ CWDM
1. Цель работы.
Целью работы является ознакомление студентов с современной полностью
оптической системой передачи CWDM, методами измерения еѐ основных
параметров.
2. Подготовка к работе
1. Изучить литературу (П.З).
2.Пользуясь данными линейного интерфейса SFP-CWDM хх60(Приложение
П.2), определить допустимую дальность связи и проверить выполнение бюджета
мощности.
MPI-S MPI-R
MT ДMT
A
Таблица 1. Данные для расчета
Вариант Ps, дБ А, дБ λ,мкм α
дБ/км
I +1 5 1,3 0,4
II 0 10 1,55 0,22
III +2 15 1,3 0,35
IV +5 20 1,55 0,2
3. Учитывая данные изменения λ0 рассчитать допустимое изменение полосы
пропускания ДМТ.
3. Литература
1. Заславский К.Е Волоконно-оптические системы передачи со спектральным
уплотнением. Новосибирск, 2005
2. Описание CWDM (в приложении).
94
4. Описание установки
Структурная схема установки представлена на рисунке 1, а ее внешний вид на
рисунке 2.
Как видно из рисунка 1 установка содержит 4 транспондера (Tr) каждый из
которых содержит два интерфейса: пользовательский и линейный.
Пользовательский интерфейс преобразует оптический или электрические сигнал
от 100Мбит до 1,25Гбит в электрический сигнал, полученный электрический
сигнал преобразуется линейными интерфейсами в оптический, в качестве
пользовательских интерфейсов используются SFP модули: три модуля с
оптическими входами и один модуль с электрическим, в качестве линейных
используются SFP модули с длинами волн 1550, 1570, 1590, 1610 нм. Данные со
скоростью передачи от 100Мбит/с до 1,25Гбит/с подаются в тракт передачи
(RX1) и преобразуются в оптический сигнал в интерфейcе TX2. Принимаемый
оптический сигнал после демультиплексора подается в интерфейс RX2 и
преобразуется в электрический сигнал в интерфейсе TX1. Оптические сигналы с
выходов линейных транспондеров объединяются аналоговым мультиплексором
MUX и линейный сигнал формируется в интерфейсе MPI-S. Таким образом
линейный сигнал в оптическом тракте CWDM аналоговый. Принимаемый
оптический линейный сигнал (интерфейс MPI-R) преобразуется
демультиплексором DMUX в четыре канальных сигнала которые подаются в
интерфейсы RX2 транспондеров.
95
Рисунок 1 - Структурная схема установки
96
Рисунок 2 - Внешний вид установки
Внешний вид передней панели медиаконвертора показан на рисунке 3.
SFP1 – интерфейс компонентного потока данных, а SFP2 – оптический
интерфейс.
Светодиоды расположенные на передней панели сигнализируют о наличии
сигнала либо его отсутствии в соответствующих интерфейсах, светодиод PWR
сигнализирует о наличии питания.
Рисунок 3 - Медиаконвертор внешний вид
97
Внешний вид панели мультиплексора-демультиплексора показан на рисунке 4.
Как видно из рисунка на лицевую панель выведены 4 интерфейса (разъемы типа
LC) для подключения сигнала 1550,1570,1590,1610 нм. В каждом интерфейсе
происходит подключение передачи(Out) и приема(In). Здесь же расположен
линейный приемо-передающий интерфейс (MPI-S, MPI-R).
1550 nm 1570 nm 1590 nm 1610 nm
Рисунок 4 - Внешний вид панели мультиплексора-демультиплексора
Все выходы интерфейсов дублированы в оптическом кроссе ODF (рисунок 5). На
этом рисунке изображена принципиальная схема лабораторной установки.
Этот рисунок эквивалентен рисунку 1 с той лишь разницей что на рисунке 5
показаны все оптические соединения между розетками кросса и
медиаконверторами и мультиплексором-демультиплексором.
Для контроля уровней мощности сигнала в различных точка предусмотрены
оптические приборы (измеритель оптической мощности и анализатор
оптического спектра). Для контроля сигналов в линейном интерфейсе
измерительные приборы подключаются через направленные ответвители НО-1 и
НО-2 затухание которых в направлении передачи сигнала порядка 3 дБ. Для
измерения уровня сигнала необходимо включить патчкорд в соответствующую
по номеру розетку (рисунок 5 и рисунок 6). При этом НЕОБХОДИМО чтобы
прорезь розетки совпадала с ключом в коннекторе (рисунок 7).
98
PWR
1RX
1TX
2TX
2RX
1550 нм
PWR
1RX
1TX
2TX
2RX
1570 нм
PWR
1RX
1TX
2TX
2RX
1590 нм
PWR
1RX
1TX
2TX
2RX
1610 нм
SFP1 SFP2
SFP1 SFP2
SFP1 SFP2
SFP1 SFP2
ODF MT
HO-2
HO-1
AT
in
out
in
out
in
out
in
out
in
out
ODF
RJ-45 33
47
41
42
35
48
9 2
10 1
11 4
12 3
13 6
14 5
815
16 7
R
S
Измеритель
оптической
мощности
Измеритель
оптической
мощности
Рисунок 5 - Принципиальная схема лабораторной установки.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
17 25
16
18 19 20 21 22 23 24 26 27 28 29 30 31 32
33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
Рисунок 6 - Оптический кросс.
Адаптер
(розетка) коннектор
Рисунок 7 - Соединение розетки и коннектора
99
5. Методические указания к лабораторной работе.
1. Измерить мощность излучения (в относительных единицах) на длинах волн
каналов: 1550нм, 1570нм, 1590нм, 1610нм. Для этого включить анализатор
спектра оптических сигналов (АСОС) в розетку 42 (рис. 5)
2. В той же розетке измерить ширину спектральной линии каждого канала на
уровне 0,5 от максимальной мощности. Для этого установить курсор в точку
пересечения кривой спектра канала с линией проведенной на уровне 0,5
мощности. Отсчет длин волн по п.1, п.2 указывается в левом нижнем окне
анализатора.
3. Повторить измерения по п.1, п.2 на входе тракта приема (розетка 41) (рис.5).
Результаты отобразить в таблице 2.
Таблица 2. Результаты измерений линейного тракта CWDM.
№ кан.
Данные 1 2 3 4
λ, нм
Δλ
PПЕР.О.Е
PПР.О.Е
Примечание: измеренные уровни в розетках 42 и 41 на 3дБ меньше истиных
значений.
4. Измерить диаграмму уровней в оптических трактах передачи.
Для этого включать ИОМ поочередно в розетку 2,4,6,8 тракта передачи на блоке
ODF.
5. Измерить диаграмму уровней в оптических трактах приема
Для этого включать ИОМ поочередно в розетку 1,3,5,7 тракта передачи на блоке
ODF.
Полученные результаты отразить в таблице 3.
Таблица 3. Результаты измерений диаграммы уровней.
№ канала
Данные 1 2 3 4
Р пер
2 42 4 42 6 42 8 42
Рпр
1 41 3 41 5 41 7 41
Построить диаграмму уровней в каждом канале.
6. Изучить схему подключения коммутатора Ethernet и IP телефона к
оборудованию CWDM (рисунок 8).
100
IP - телефон
PC
коммутатор
RJ-45 транспондер
SFP
модуль
SFP
модуль
SFP
модуль
SFP
модуль
SFP
модуль
λ1
55
0λ1
57
0λ1
59
0λ1
61
0
MUX
λ1550
λ1570
λ1590
λ1610
λ1
31
0λ1
31
0λ1
31
0
транспондер
транспондер
транспондер
Рисунок 8. Схема подключения IP телефона, компьютера, коммутатора к
оборудованию CWDM
7. Установить связь с помощью IP телефонов между комплектами CWDM.
Для этого необходимо набрать IP адрес:
В СЭ-А – 192.168.1.100
В СЭ-Б – 192.168.1.101
8. Установить связь с помощью компьютера используя программу WinSent,
находящуюся справа на панели задач (рядом с панелью часов). Щелчком мыши
по значку WinSent разворачивается окно программы.(Рисунок 9)
101
Рисунок 9. Окно программы WinSent
Затем щелчком мыши нажимаем кнопку «Новое сообщение», появляется окно
«Отправить сообщение» (Рисунок 10).
Рисунок 10.Окно отправки сообщений
Для отправки сообщения с компьютера СЭ-Б на компьютер СЭ-А в верхнем поле
вводим Lucent.
Для отправки сообщения с компьютера СЭ-А на компьютер СЭ-Б в верхнем поле
вводим Alcatel.
В нижнем окне нужно написать сообщение и нажать ОК
При получении сообщения вместо значка программы WinSent начинает
«моргать» конверт, нажав на который можно прочитать полученное сообщение.
Отправить сообщение на другой компьютер и установить диалог с другой
лабораторией.
102
Контрольные вопросы
1. Как расшифровать аббревиатуру CWDM?
2. Чем определяется выбор полосы частотного разнесения между каналами?
3. Какое максимальное количество каналов и в каком спектре может содержать
система CWDM?
4. Чем отличаются между собой SFP-интерфейс пользователя и SFP-линейный
интерфейс?
5. Для какой цели в интерфейс рис П.2.1 подается сигнал SCL?
6. Пояснить схему рис П.2.1 , указать назначение еѐ элементов?
7. Какие сигналы передачи данных можно включать в интерфейс пользователя?
8. Как проверялась связь между пользователями в СЭ-А и СЭ-Б?
9. Как проверялась исправность спектральных каналов в системе CWDM?
10. По измеренным данным определить затухание (усиление) спектральных
каналов?
11. По измеренным данным определить энергетический потенциал системы.
12. Для какой цели используется в работе IP-телефон?
13. Пояснить по схеме рис5 последовательность измерений диаграмм уровней
передачи и приема.
14. Для какой цели используется в работе коммутатор Ethernet?
103
Приложение П.1
1.1 ОПИСАНИЕ CWDM
Исследуемая CWDM – фэто многофункциональная система волнового
мультиплексирования, предназначенная для передачи до восьми каналов
информации в полнодуплексном режиме по одной оптической паре, с
максимальной пропускной способностью 20 Гбит/с. Она основывается на
технологии CWDM (грубое спектральное мультиплексирование), и обеспечивает
мультиплексирование потоков данных от 100 Мбит/с до 1.25 Гбит/с.
Система имеет модульную архитектуру и состоит из монтируемого в стойку 19"
шасси и набора модулей, поддерживающих режим горячей замены. Среди них
мультиплексор и демультиплексор CWDM, а также модули доступа к каналам
WDM (транспондеры), обеспечивающие гибкое масштабирование системы от
одного до восьми каналов путем добавления новых модулей в шасси. Система
может оснащаться модулем дистанционного контроля и управления.
Пользователи могут применять CWDM для передачи мультиплексированной
голосовой и видео информации, а так же данных на расстояние до 80 км.
Система позволяет провайдерам существенно увеличить пропускную
способность каналов связи в локальных сетях и сетях уровня города.
Каждый оптический канал поддерживает любой из протоколов связи в диапазоне
от 100 Мбит/с до 1.25 Гбит/с, включая OC-3/STM-1, OC-12/STM-4, OC-48/STM-
16, Gigabit Ethernet SX, Gigabit Ethernet LX, Fast Ethernet, FDDI, ATM, ESCON,
FICON, Fiber Channel, Coupling Link или любой другой протокол работающий в
указанном диапазоне.
Система может быть сконфигурирована в топологии точка-точка (рисунок П.1.1)
или как кольцо с различными вариантами мультиплексора ввода-вывода
(OADM), спектральные каналы (рисунок П.1.2) . Это дает возможность вводить
и извлекать от одного до четырех каналов в любом узле кольца.
Возможно резервирование CWDM канала между любыми двумя терминалами.
Для этого используется специальный модуль резервирования каналов.
СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ.
2.1 .FM-S 5U или FM-S 6U - шасси для монтажа всех компонентов - 1шт.
2.2. MUX(TX) - восьмиканальный CWDM мультиплексор - 1шт.
2.3.MUX(RX) - восьмиканальный CWDM демультиплексор - 1шт.
2.4.TR1.25G - транспондер низкочастотный (до 1,25ГГц) - до 8шт.
2.5.OADM2 - двухканальный модуль OADM - 1шт.
2.6.OADM3 - трехканальный модуль OADM - 1шт.
2.7. OADM4 - четырехканальный модуль OADM - 1 шт.
2.8.RDN - модуль резервирования CWDM канала - 1шт.
2.9 .FM-S 1СМ - модуль управления (SNMP агент) - 1 шт.
Примечание:
Модуль управления FM-S ICM устанавливается только в слот №14 шасси.
Модули могут устанавливаться в любые свободные слоты шасси.
104
Рисунок П.1.1 WBM-20 с модулем WBM-RDN
105
Рисунок П.1.2 Кольцо с OADM (вариант)
106
1.2.CWDM мультиплексор\демультиплексор, 4 канала, 1550-1560 нм, LC, 19‖
Мультиплексор/демультиплексор предназначен для создания 4-х каналов
двухсторонней связи по двум волокнам оптического кабеля. Прибор
предназначен для совместной работы с источниками CWDM сигналов с длинами
волн 1550, 1570, 1590, 1610 нм. Мультиплексор/демультиплексор представляет
из себя пассивное устройство.
Mux out1550nm
1570nm
1590nm
1610nm
DeMux
in
1550nm
1570nm
1590nm
1610nm
Рисунок П.1.3. Мультиплексор/демультиплексор.
Таблица П.1.1. Технические характеристики
Параметр
Длина волны (Mux) 1550,1570,1590,1610
Длина волны (Demux) 1550,1570,1590,1610
Число каналов 4
Тип волокна SM
Ширина спектра канала 20 нм
Отклонение от центр. длины волны 2 нм
Потери в соединителях менее 1,4 дБ
Обратные потери более 45 дБ
Перех.влияние между каналами более 30 дБ
Перех.влияние между несоседними каналами более 40 дБ
Поляризационные потери менее 0,1 дБ
Дисперсия поляриз.моды менее 1 пс
Потери из-за изменений температуры менее 0,45 дБ
Рабочая температура от 0 до +70 С
Предельно допустимая температура -30 до +85 С
107
Приложение П.2
2.1 SFP модуль. Модель SFP-LX.LC.10
SFP модуль предназначен для создания линии связи до 10 км по одномодовому
кабелю. В данной работе используется как модуль пользователя SFP1 (рисунок
1).
Особенности:
возможность горячей замены
двойной LC разъѐм
одно напряжение питания +3.3В и LVPECL уровни интерфейса данных
LVTTL логический уровень сигнало RX LOS
безопасность лазера класса 1 c EN 60825-1
детальная информация о модули в EEPROM
EMI и ESD защита
Соответствие спецификации SFP MSA и SFF-8472
Области применения:
Gigabit Ethernet 10000Base-LX
ATM
SONT/SDH/PDH
FDDI
Fiber Channel
Функциональное описание:
SFP модуль содержит FP лазер работающий на длине волны 1310 нм,
фотодиодный ЛФД приемника на длину волны 1310 нм, микросхемы для
усиления и восстановления сигнала и микросхемы преобразования данных с APS
функцией. Модуль имеет двойной LC разъем для оптического кабеля и 20-pin
разъем для применения в устройствах связи. Использование логического LVTTL
HGH уровня на контакте TX_Disable, останавливает передачу данных. Signal
Detect выход используется как флаг наличия сигнала. Модуль позволяет
осуществлять передачу в диапазоне 100Mbps-1,25Gbps.
Конструктивные размеры 19-дюйм панель
108
Окон. усилитель ТИУ
Цепь драйвера LD Лазерный диод
Расширенный ID
ПамятьМониторинг
состояния
интерфейса
ЛФД или PIN
фотодиодRD
LOS
TD
закрепление
ошибка
SDA
SCL
RX1
TX1
Рисунок П.2.1 Функциональная схема.
RD- прием данных
TD- передача данных
SDA- последовательность данных
SCL- последовательность импульсов тактовой синхронизации
Спецификации:
Таблица П.2.1 Максимальный режим эксплуатации
Таблица П.2.2Рекомендованный режим эксплуатации
Таблица П.2.3 Оптические характеристики передатчика
Параметр Обозначение Минимум Максимум Единица изм.
Напр. питания VCC 0 +3,6 В
Рабочая темп. T
0 +75 C
Параметр Обозначение Минимум Максимум Единица изм.
Напр. питания VCC +3,1 +3,6 В
Рабочая темп T 0 +70 C
Параметр Обозначение Минимум Типовое Максимум Единица
изм.
Вых. мощность Ро -9 -3 дБм
Коэф.гашения ER 8,2 дБ
Длина волны λ 1270 1310 1340 нм
Ширина спектра Δλ 4 нм
Время нараст. Tr 200 нс
Время спада Tf 200 нс
Выход передатчика Согласно стандарту 802.3z
Параметр Обозначе
ние
Минимум Типовое Максимум Единица
изм.
Чувствитель
ность
-20 дБм
Длина
волны
λ 1100 1600 нм
Детектирова
ние сигнала
Ра
-20 дБм
109
Таблица П.2.4 Оптические характеристики приемника
Таблица П.2.5 Электрические характеристики передатчика
Таблица П.2.6 Электрические характеристики приемника
2.2 Модуль SFP-CWDM хх.60. Линейный интерфейс. (SFP1, рисунок 1)
Скорость передачи 1,25 Гбит/с
Детектирова
ние сигнала
Рd -38 дБм
Обр.связь Pl 15 дБ
Параметр Обозначени
е
Минимум Типовое Максимум Единица
изм.
Напр.питан
ия
Vcct +3,1 +3,3 +3,6 В
Ток
потреблени
я
Icct 70 130 мА
Скорость
передачи
В 155 1250 Мбит/с
Напр.питан
ия
Vccr +3,1 +3,3 +3,6 В
Ток
потреблени
я
Iccr 80 150 мА
Скорость
передачи
В 155
1250 Мбит/с
Параметр Обозначен
ие
Минимум Типичное Максимум Един.изме
рения
Центр.дли
на волны λс λс-5,5 λс λс+5,5 нм
Ширина
спектра σ 1 нм
Средн.вых
одная
мощность
Рout 0 +5 дБм
110
Таблица П.2.7 Основные параметры передатчика
Оптический выход выполнен согласно рекомендации ITU-T G.957.
Таблица П.2.8 Основные параметры приемника
Приложение П.3
Описание анализатора спектра оптических сигналов
3.1 Назначение прибора
Анализатор спектра оптических сигналов предназначен для измерения спектров
непрерывных лазеров, излучающих в диапазоне 950-1700нм, с точностью до 0.5
нм.
3.2 Состав прибора.
Анализатор спектра состоит из:
Время
нарастания Тн/Тф 2 нс
Параметр Обозначен
ие
Минимум Типичное Максимум Един.измер
ения
Центр.длин
а волны
λс 1100 1600 нм
Чувствител
ьность
PIN -24 дБм
Время
нарастания
Тн/Тф 2,2 нс
Вых.сопро
тивление
Rвх 90 100 110 Ом
111
оптического блока;
платы оцифровки стандарта ISA;
соединительного кабеля;
волоконной вилки с коннектором FC;
специализированное программное обеспечение.
3.3 Принцип действия.
Оптическое излучение от источника направляется в анализатор спектра с
помощью световода. С помощью системы зеркал оно направляется на
дифракционную решетку, установленную на вращающейся платформе.
Отраженное решеткой излучение фокусируется на германиевом фотодиоде. При
вращении дифракционной решетки на фотодиод последовательно попадает
несколько порядков дифракции. Сигнал с фотодиода после усиления
считывается через специализированную плату в память компьютера. Для
пространственной привязки спектра на вращающейся платформе размещен
сектор, перекрывающий оптопару, сигнал с которой считывается в компьютер
одновременно с сигналом с фотодиода. Коэффициент усиления сигнала с
фотодиода может быть изменен с помощью переключателя на задней панели
оптического блока. Оптическая схема анализатора спектра приведена на Рис.
П.3.1.
3.4 Подготовка к работе.
Для работы оптического блока анализатора спектра необходимо установить
специализированную плату в слот ISA компьютера, на котором установлена
операционная система Microsoft Windows 95, 98 или 2000. Плату необходимо
соединить кабелем с оптическим блоком.
После включения компьютера необходимо скопировать папку «Spectrometr» с
компакт-диска с программным обеспечением на жесткий диск компьютера
Волоконная вилка с
коннектором FC
Оптический блок анализатора спектра
Регулировка
ширины щели
Вращающаяся
дифракционная
решетка
ФотодетекторЗеркало
Зеркало
Волоконная вилка с
коннектором FC
Оптический блок анализатора спектра
Регулировка
ширины щели
Вращающаяся
дифракционная
решетка
ФотодетекторЗеркало
Зеркало
Рис. П.3.1. Оптическая схема анализатора спектра.
112
(лучше, в папку Program Files). Важно, чтобы запускаемое приложение
SpecSB.exe находилось в той же папке (Spectrometr), что и все остальные файлы.
Для удобства работы можно отправить ярлык файла SpecSB.exe (но не сам
файл!) на рабочий стол.
3.5 Порядок работы.
Запустить программу "specSB.exe". На экране появится окно виртуальной панели
прибора. Установить переключатель коэффициента усиления на задней панели
оптического блока в положение "0". Нажать курсором мыши на кнопку
"ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ". После этого доступной становится кнопка "СТАРТ".
Нажать кнопку "СТАРТ". Перейти на закладку "СПЕКТР". На нижний график
выводится первый порядок дифракции на шкале в нм. На верхний график
выводится вся дифракционная картина, т.е. все порядки дифракции. Время
обновления информации на экране – порядка 1 сек.
Ввести излучение через световод в анализатор спектра. Изменяя коэффициент
усиления 1, 10,100 или 1000 установить сигналы на верхнем графике в пределах
диапазона 0…50 000. Коэффициент 1000 рекомендуется использовать только
для слабых сигналов с широкой линией.
Для того чтобы рассмотреть спектр подробнее нажать "СТОП" и выделяя
мышью последний порядок дифракции (сверху- вниз и слева- направо)
увеличить картину до желаемого размера. Если навести курсор мыши на нужное
место спектра в высоком порядке дифракции на верхнем графике и кликнуть
левой клавишей то в окне левее графика появится длина волны в нм. Таким
образом можно измерить длину волны, например, каждой моды и оценить
ширину линии излучения. Для того чтобы вернуть полную картину дифракции
нужно выделить любой фрагмент графика в противоположном направлении
(снизу –вверх и справа-налево).
Если навести курсор мыши на первый порядок дифракции на нижнем графике и
кликнуть левой клавишей то в окне левее графика также появится длина волны в
нм.
Программный интерфейс позволяет записывать и читать файлы спектров. Для
записи спектра необходимо нажать кнопку «СТОП», войти в меню File, выбрать
Save array, выбрать местоположение и имя файла. Файл будет сохранен в
текстовом формате: в первой колонке будет содержаться номер отсчета, во
второй колонке – амплитуда. Сохраненные спектры могут быть в дальнейшем
обработаны в самых различных стандартных программах обработки данных. Для
определения длины волны номер отсчета необходимо разделить на номер
соответствующего порядка дифракции (увеличивается с ростом номера отсчета).
113
Для чтения ранее записанного спектра, необходимо нажать кнопку «СТОП»,
войти в меню File, выбрать Load array, выбрать местоположение и имя файла.
После этого на экране появится сохраненный ранее спектр.
При необходимости ослабления мощности входного сигнала уменьшить зазор
входной щели путем выкручивания микровинта. В полностью закрученном
положении (риска 4 микровинта) входная щель является полностью открытой.
3.6 Техническое обслуживание
Оптический блок анализатора спектра не требует специального обслуживания.
После длительного хранения в выключенном состоянии (более 1 месяца),
анализатор спектра необходимо оставить во включенном состоянии
(подключенном ко включенному компьютеру) в течение 2-3 часов перед
проведением количественных измерений.
3.7 Меры безопасности
Запрещается подача излучения на вход анализатора спектра непрерывной
мощностью более 0.5 Вт.
Запрещается работа анализатора спектра со снятой крышкой оптического блока.
При транспортировке не подвергать оптический блок анализатора спектра
тряске. Не ударять.
9.Методические указания к лабораторной работе
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОГО СМЕШИВАНИЯ НА
КАЧЕСТВО КАНАЛОВ ВОСП-WDM
1 Цель работы
114
Изучить явление четырехволнового смешивания, его влияния на качество
каналов ВОСП-WDM. Исследовать метод гашения генерируемых волн.
2 Литература
1.Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи со спектральным
уплотнением ВОСП-WDM. Учебное пособие. Новосибирск, 2002.
2. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. М.: Мир, 1996.
3. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи, издание 2. Москва, 2004.
4.Заславский К.Е.Оптические волокна для систем связи. Учебное
пособие.Новосибирск,2008.
5.Теоретические сведения П.5 данных метод. указаний.
3 Предварительный расчет
Пользуясь теоретическими сведениями, рассчитать следующее: длину SMF
волокна, при которой происходит компенсация мощности трех частотных
продуктов 3-порядка 1-рода: λ= 1,55 мкм, ΔF= 100ГГц, D=17 (пс/км*нм), Δφ
=π.Варианты расчѐта даны ниже.
Варианты предварительного расчѐта.
№
варианта
№ влияющих
каналов
1 1.2.3
2 4.5.6
3 7.8.9
4 10,11,12
5 13,14,15
Примечание. Частотный план приведен в таблице 5.1.
- уровень мощности сигнала и уровень мощности помехи за счет ЧВС в точке
MPI-R, рисунок 1 . Найти отношения сигнал/помеха (OSNR) при LD1=LD2=40км,
Pвх=10мВт, αк =0,28 дБ/км, N3c=3, N2c=6.
- уровень мощности сигнала и уровень мощности помехи за счет ЧВС в точке 2 и
точке 4, рисунок 2. Найти отношения сигнал/помеха (OSNR),если LD1=LD2=40км,
Pвх=10мВт, αк =0,28 дБ/км, N3c=3, N2c=6.
4 Описание лабораторной установки
Структурная схема лабораторной установки изображена на рисунке 1 и рисунке
2
115
Схема ВОСП-WDM содержит: четыре настраиваемых лазерных диода LD1, LD2,
LD3, LD4 с соответствующими оптическими несущими f1, f2, f3, f0 , MUX-
оптический мультиплексор; EDFA-оптический усилитель; MPI-S- контрольная
точка (интерфейс) на выходе усилителя; MPI-R- контрольная точка (интерфейс)
на входе; OSA- оптически анализатор, установленный в конце оптического
тракта; DSF- оптическое волокно со смешенной дисперсией, длиной DL ; SMF-
стандартное оптическое волокно, длиной SL .
EDFAMPI-S MPI-R
LD1
LD2
LD3
LD4
MUX
K4
DSF1
1f
2f
3fOSA
DSF2
1DL 2DL
Рисунок 1 – Структурная схема лабораторной установки без фазовращателя
EDFA
MPI-S MPI-R
LD1
LD2
LD3
LD4
MUX
K4
DSF1 DSF2
1f
2f
3f
EDFA SMF
OSA
1DL 2DLSL
1 2 3 4
Рисунок 2 – Структурная схема лабораторной установки с фазовращателем
Канальные сигналы, излучаемые LD1, LD2, LD3, LD4 а, следовательно, и их
спектры объединяются с помощью оптического мультиплексора (MUX), на его
выходе образуется групповой сигнал. Далее групповой сигнал усиливается с
помощью усилителя EDFA и поступает в DSF1. Генерируемые ЧВС продукты
нелинейности измеряются оптическим анализатором спектра (OSA), рисунок 1
На рисунке 2 представлена структурная схема ВОСП-WDM с включенным в
середине усилителем EDFA и фазовращателем выполненным на ОВ SMF.
Лабораторная установка смоделирована на ЭВМ.
5 Краткие теоретические сведения
В данной лабораторной работе исследуется метод гашения лучей порожденных
четырех волновым смешиванием (ЧВС).
Четырехволновое смешение (FWM-Four Wave Mixing) приводит к появлению
новых частот, часть из них попадает в каналы WDM системы и вызывает
перекрестные помехи. Для появления новых частот достаточно, чтобы в
нелинейном взаимодействии участвовали по крайней мере две световые волны с
116
близкими частотами ( 1f и 2f ). Тогда появившиеся при нелинейном
взаимодействии частоты ( 212 ff и 122 ff ) могут создать помеху в одном из
каналов системы WDM.
212 ff 122 ff1f 2f
Исходный
спектр
Новые частоты
Рисунок 3 - Спектр ЧВС при двух несущих
Если же в нелинейном взаимодействии участвуют три световые волны с
частотами ),,( kji fff , то некоторые из вновь возникших комбинационных частот
kji fff так же могут попасть в спектральные каналы DWDM системы.
Поэтому это явление принято называть четырехволновым смешением (частота
появившейся новой четвертой волны является комбинацией трех породивших ее
волн).
На рисунке 4 схематически описан метод гашения ЧВС. Стандартное SMF
волокно, дисперсия которого не равна нулю, включено между двумя линиями
передачи на волокнах (DSF1, DSF2). Здесь DL и SL - длина SMF и DSF
соответственно. Стрелки показывают распространение света. Будем считать, что
включение эрбиевых волоконных усилителей для компенсации потерь не влияет
на эффективность данного метода.
DL DLSL0
1Z2Z 3Z
Z
)1(
xE)2(
xE
iEjEkE
DSF1 SMF DSF2
Рисунок 4 - Метод гашения FWM
Здесь три интенсивных луча с частотами kji fff ,, (где i,j,k- произвольные числа)
вводят в линию передачи так что, они распределяются в области нулевой
дисперсии и порождают несколько лучей, частоты которых вычисляется
следующим образом:
117
kjix ffff (1)
Электрическое поле в точке z в момент времени t:
)2exp(*)(),( tfizEztE qqq (2) где
),( ztEq -электрическое поле, (q=i,j,k,x ) В случае незначительного сдвига фазы в
DSF ,
D
x
D
k
D
j
D
i , (3)
где β - постоянные распространения световой волны в ОВ.
Поле ЧВС порожденное в DSF1 описывается выражением:
)exp(*)0()0()0()()1(
D
D
xkjiDx LiEEEiALzE , (4)
где А - коэффициент показывающий эффективность генерации ЧВС
электрического поля;
DL - длина DSF1;
S
q - константа распространения в DSF.
При z=z 3 поле запишется :
))(exp(*)0()0()0()( 3
)1(
D
D
xS
S
xD
D
xkjiDx LLLiEEEiALzE , (5)
где D
x - постоянная распространения в SMF;
SL - длина SMF волокна.
С другой стороны, электрическое поле ЧВС, порожденное в DSF2, определяется
так:
)exp(*)()()()( 2223
)2(
D
D
xkjiDx LizEzEzEiALzE
Мощность электрического поля ЧВС при z=z 3 будет:
)cos1(*)0()0()0(2
)]()([*)]()([)(
22222
3
)2(
3
)1(
3
)2(
3
)1(
3
kjiD
xxxxx
EEELA
zEzEzEzEzP , (7)
где S
S
j
S
i
S
k
S
x L)( (8)
- разность фаз между )( 3
)1( zEx и )( 3
)2( zEx . Гашение генерации мощности ЧВС,
т.е. 0)( 3zPx , будет когда )12( n . Это означает, что фазы ЧВС лучей,
генерируемых в DSF1 и DSF2, полностью противоположны. Можно получить
практическое выражение , разлагая S
q в ряд Тейлора:
c
ffffDLffffL
df
d jkikS
jkikS
S ))((2))((
2
2
2
(9)
где D - дисперсионный параметр в SMF.
Длину SMF SL , необходимую для гашения, определяют из формулы (9), путем
подстановки )12( n , в нашем случае n=1.
Таким образом, SMF волокно изменяет фазу на )12( n продуктов 3-
порядка 1-рода, генерируемых в DSF1.
Определим число продуктов нелинейности попадающих в канал. На рисунке 4
показано расположение оптических несущих каналов в спектре ВОСП-WDM.
Каналы характеризуются определенной полосой частот. F - защитный
118
интервал между каналами, он стандартизован рекомендацией МСЭ-Т G.692.
Частотный план с разнесением F =100ГГц представлен в таблице А.1
Таблица 1 - Частотный план.
Частота,
ТГц
Длина волны в
вакууме, нм
Частота,
ТГц
Длина волны в
вакууме, нм
1 192,1 1560,61 11 193,1 1552,52
2 192,2 1559,79 12 193,2 1551,72
3 192,3 1558,98 13 193,3 1550,92
4 192,4 1558,17 14 193,4 1550,12
5 192,5 1557,36 15 193,5 1549,32
6 192,6 1556,55 16 193,6 1548,51
7 192,7 1555,75 17 193,7 1547,72
8 192,8 1554,94 18 193,8 1546,92
9 192,9 1554,13 19 193,9 1546,12
10 193,0 1553,33 20 194,0 1545,32
F
1 2 x y i k N
xf yf kf f
Рисунок 5 - Расположение оптических несущих
Пусть влияющими каналами являются i, j, k.
Сигналы в каналах kji ccс ,, создают за счет ЧВС нелинейную помеху третьего
порядка первого рода, попадающую в канал x. Частота этой помехи может быть
либо трех частотным продуктом вида kjix ffff , либо двухчастотным вида
kjx fff 2 . Здесь i, j, k могут принимать любые значения в пределах общего
числа каналов N.
Канал в N-канальной системе, в который попадают трехчастотные продукты,
имеет номер:
kjix (10)
при выполнении условий
.;
0,.,
;
;,,1
jkij
xkji
kji
Nkji
(11)
Для двухчастотного продукта канал y, в который попадают эти продукты, имеет
номер
y= 2j-k (12)
при условии
119
.0,,,
;
;
ykji
jk
kji
(14)
Если оптические сигналы подаются в каналы i, j, k одновременно, рисунок А.4,
то частота канала x, в который попадает трехчастотный продукт, равна:
).( kjFff ix (15)
Из (А.15) следует , что xf может находиться как в рабочем спектре ВОСП-WDM,
так и вне его , т.е. в результате ЧВС спектр в ОВ значительно расширяется.
Число продуктов нелинейности, определяются по формуле (16) и (17), для
двухчастотных и трехчастотных, соответственно :
2
)2)(1(3
NNNN c (16)
)1(2 NNN c (17)
Согласно рекомендации МСЭ-Т G.692, ширина спектра канала принимается
равной 0,1 нм (12,5 ГГц). Мощность помехи из-за ЧВС определим на входе
тракта, при длине 21 DD LLL (см. схему лабораторной установки).
Общую мощность продуктов нелинейности в канале х найдем из соотношения:
, , 3 2 2( )x i j k c jk cP P N P N w , (18)
где cN3 , cN2 - количество трехчастотных и двухчастотных продуктов
нелинейности, соответственно; kjiP ,, и jkP2 - мощности каждого вида продукта;
w 2В(ГГц)/12,5 (19)
- коэффициент, учитывающий расширение спектра канала при
высокоскоростной передаче.
Мощность kjiP ,, запишем в виде:
)exp(3 LPP inijkijk , (20)
где inP - мощность в одном канале на выходе бустера передатчика ВОСП-WDM.
2
2
22
2
))exp(1(
)2/(sin)exp(41
L
LLijk (21)
- эффективность ЧВС, являющаяся функцией рассогласования фаз между
сигналами взаимодействующих волн;
};)(2
{2 22
d
dDff
cDff
с
cjkikcjkik (22)
где ikf , jkf - номинальное частотное разделение каналов (в частном случае ikf =
jkf = F );
cD =3,5 пс/нм*км - хроматическая дисперсия волокна DSF;
d
dDc =0,08 пс/нм*км 2 - наклон хроматической дисперсии волокна DSF;
=0,28 дБ/км - коэффициент затухания кабеля;
с-скорость света в вакууме.
120
2
224
22
1111
6
)(1024
eff
eff
A
L
cn
d,
2
1
Вт (23)
где 15
1111 10*93,8 ergсм /3 - элемент тензора нелинейной восприимчивости
третьего порядка, ОВ DSF;
d-коэффициент вырождения (d=3 при i=j, d=6 при ji );
effL = /)exp(1 L - эффективная длина;
effA = 5*10-7
см2-эффективная площадь направленной моды, ОВ DSF;
n= 1,469 – абсолютный показатель преломления ОВ DSF.
Таким образом, ikP2
отличается от ijkP только значением d.
Длина волны λ зависит от окна прозрачности ОВ, в котором размещают каналы
DWDM. Для третьего окна прозрачности λ=1,55 мкм.
Защищенность сигнала от помехи из-за ЧВС определим из соотношения:
xc
ch
P
POSNR lg10 , дБ (24)
где chP -мощность сигнала в канале на входе приемника.
7. Пояснение процессов в ОВ
При включении двух 40 км отрезков волокна DSF образуется пролет
длиной 80 км. При подаче на вход пролета группового сигнала общей
мощностью Pс = 10мВт, этот групповой сигнал, содержащий три частоты,
создает продукты ЧВС. Наиболее опасным продуктом является
трехчастотный 3-порядка, 1-рода, OSNR в этом случае вычисляется по
формуле (24).
Для уменьшения мощности продукта Р3с в середине пролета включается
усилитель и фазоврашатель, сдвигающий фазу продукта Р3с на π. В этом случае
в ОВ пролета происходят следующие явления:
1 Сигнал на входе пролета возбуждает в первом отрезке волокна (DSF1)
продукты P3с(DSF1) эти продукты усиливаются усилителем и приобретают новый
уровень мощности 1
)1(3 DSFcP .
2 Далее сигнал и образовавшиеся продукты 1
)1(3 DSFcP поступают в фазоврашатель,
выполненный на ОВ SMF, где продукты 1
)1(3 DSFcP сдвигаются на π.
3 Сигнал 1
)1( DSFcP на выходе усилителя также возбуждает в ОВ DSF2 продукты
P3с(DSF2), которые на выходе пролета складывается с продуктами 1
)1(3 DSFcP .
Суммарная мощность этого продукта на выходе пролета, имеет вид:
PΣ(3c)= P'3c(DSF1) - P3c(DSF2) . (25)
6 Порядок выполнения лабораторной работы.
121
6.1 Составить пролет между интерфейсами MPI-R и MPI-S из двух
последовательно соединенных ОВ DSF длиной 40 км, подайте в линию сигнал от
источников излучения LD1, LD2, LD3 ,путем нажатия на соответствующие
кнопки, на панели инструментов.
6.2 Установим в точке MPI-R оптически анализатор спектра (OSA).
Наблюдайте на экране анализатора, спектр группового сигнала в точке MPI-R .
Произвести измерения уровней мощности всех влияющих каналов, и уровней
мощности в каналах подверженных влиянию. Исходя из частотного плана WDM,
укажите номера каналов влияющих и подверженных влиянию. Подайте в линию
сигнал от источника излучения LD4.
6.3 Измерить уровень мощности в канале, подверженному влиянию. С
помощью измеренных значений, в предыдущем пункте, рассчитать отношения
сигнал/помеха (OSNR).
6.4 Включить в середине пролета усилитель EDFA, а анализатор оптического
спектра (OSA) в точку MPI-R, путем нажатия на соответствующую кнопку на
панели инструментов.
6.5 Наблюдать на экране анализатора, спектр группового сигнала в точке MPI-
R . Произведите измерения уровней мощности всех влияющих каналов, и
уровней мощности в каналах подверженных влиянию
6.6 Добавьте в середину пролета волокно SMF, путем нажатия на
соответствующую кнопку на панели инструментов Введите значение длины
SMF, полученные в расчетах. ( в метрах)
6.7. Наблюдайте на экране анализатора, спектр группового сигнала в точке MPI-
R . Произведите измерения уровней мощности всех влияющих каналов, и
уровней мощности в каналах подверженных влиянию. Исходя из частотного
плана WDM, укажите номера каналов влияющих и подверженных влиянию.,
6.8 Подайте в линию сигнал от источника излучения LD4. Измерьте уровень
мощности в этом канале. С помощью измеренных значений, в предыдущем
пункте, рассчитайте отношения сигнал/помеха (OSNR). Сделайте вывод об
эффективности подавления ЧВС в предложенном методе (рассчитать выигрыш в
OSNR )
7 Содержание отчета
Отчет должен содержать:
- Структурную схему лабораторной установки.
- Предварительные расчеты.
- Результаты измерений, проведенных в п.6.2, 6.3,6.5, 6.7, 6.8
- Графики, зафиксированные в п.6.2, 6.3, 6.5, 6.7, 6.8
- Выводы по работе.
- Типы и основные характеристики измерительных приборов.
8 Контрольные вопросы
122
1.Почему в ОВ возникает ЧВС?
2.Какие продукты нелинейности характеризуют ЧВС?
3.Что такое «фазовый синхронизм» продуктов ЧВС?
4.Какие продукты являются наиболее опасными при переходных влияниях?
Почему?
5.Какой метод борьбы с помехами из-за ЧВС предложен в данной л.р.?
6.Почему в исследуемую магистраль включен оптический усилитель EDFA?
7.За счет какой характеристики удалось, в данной работе, использовать SMF в
качестве фазовращателя?
8. Почему в данной работе при включении фазовращателя не уменьшается
мощность двухчастотных продуктов 3-го порядка 1-ого рода?
10.Методические указания к лабораторной работе
ИЗУЧЕНИЕ РЕГЕНЕРАТОРОВ ВОСП
1. Цель работы.
Изучить принцип работы полностью оптических регенераторов 2R и 3R.
2. Литература
123
1. Агравал Г. Волоконно-оптические системы передачи, часть 1. Новосибирск,
2005.
1. Агравал Г. Волоконно-оптические системы передачи, часть 2. Новосибирск,
2006.
3. Шереметьев А.Г. Когерентная волоконно-оптическая связь. – М: Радио и
связь, 1991.
3. Предварительный расчет
Пользуясь теоретическими сведениями и структурной схемой (рисунок 1)
рассчитать:
- уровень сигнала после каждого блока структурной схемы лабораторной
установки, если на вход ОВ подается информационный сигнал с уровнем
мощности 14 дБ, вносимые потери: направленным ответвителем - 3 дБ,
изолятором - 3 дБ, фильтром - 3 дБ, разъемными соединениями - 0,4 дБ.
Коэффициент усиления SOA-1 равен 30 дБ, а SOA-2 составляет 18,7 дБ, к =0,28
дБ/км, прL =100 км. Убедиться, что суммарная мощность сигнала при передачи
кодового символа ―1‖ и источника излучения, подаваемая на электронный ключ
достаточна для его размыкания. В противном случае изменить затухание
аттенюатора (А). Определить уровень сигнала на выходе SOA-2 при передаче
кодового символа ―0‖, считая, что мощность на выходе источника излучения
равна 2 мВТ, а усиление SOA-2 составляет 18,7 дБ.
4. Описание лабораторной установки
Структурные схемы лабораторных установок изображены на рисунке 1 и
рисунке 2.
EDFA
ЭОМ HO-1
ППЛ
ППЛ
+
-
Кл.1
Кл.2
SOA-2
Кл.4Кл .5
НО-2
SMF 2
1 0 Гбит\с
SOA-1
SMF 1
1 2
3 4
5 6MPI-S MPI- RСПЛ
Кл.3
7
89
λ=1554нм
λ=1547нм
Передающий модуль 2R регенератор
Пролет
ИПФ
А
ИП
Iн Iн
RП2RП1
Рисунок 1 – Структурная схема лабораторной установки, содержащая 2R-
регенератор
124
EDFA
ЭОМ HO-1
ППЛ
ППЛ
+
-
Кл.1
Кл.2
SOA-2
Кл.4Кл.5
НО-2
SMF 21 0 Гбит\с
SOA-1
SMF 1
1 2
3 4
5 6MPI-S MPI- RСПЛ
Кл.3
7
89
λ=1554нм
λ=1547нм
ПФИ
ИП
А
Передающий модуль3R регенератор
Пролет
Iн IнRП2RП1
Рисунок 2 – Структурная схема лабораторной установки,
содержащая 3R-регенератор.
Как видно из рисунков 1 и 2 лабораторный макет содержит полупроводниковый
лазер (ППЛ) на длине волны λ=1554 нм, электрооптический модулятор (ЭОМ),
на который подается информационная последовательность со скоростью 10
Гбит\с, оконечный эрбиевый усилитель EDFA (бустер) и регенератор,
состоящий из оптического полупроводникового усилителя (SOA-1),
направленных ответвителей (НО-1 и НО-2), аттенюатора (А),
полупроводникового лазера (ППЛ) непрерывной накачки на длине волны
1547нм, самопульсирующего лазера (СПЛ), электронного ключа (SOA-2)
выполненного на основе полупроводникового усилителя, изолятора (И),
оптического полосового фильтра (ПФ). Кл.1, Кл.2, Кл.3, Кл.4, Кл.5 –
электронные ключи для включения питания, ИП – источник питания.
Необходимое значение коэффициента усиления SOA-1, SOA-2 устанавливается с
помощью тока накачки, который регулируется потенциометрами 1ПR и 2ПR ,
соответственно.Принцип работы ОППУ SOA-2 в качестве электронного ключа
описан в Приложении. Лабораторная установка смоделирована на ПК.
5. Краткие теоретические сведения
Регенераторы
В данной лабораторной работе исследуются принципы работы 2R и 3R
регенераторов.
Регенератор принимает искаженный оптический сигнал и преобразует его в
копию сигнала, подобную той какая была передана передатчиком. Регенератор
может быть трех видов:
- Регенератор – усилитель (1R) не производит нелинейных преобразований и
потому прозрачен для любых форматов входных сигналов, его недостаток –
дополнительный шум усиления и, как следствие, снижение отношения
синал\шум.
- Регенератор (2R)- восстанавливает форму сигнала и его амплитуду, но не
восстанавливает временные соотношения между импульсами.
- Регенератор (3R) – форма сигнала на выходе этого регенератора определяется
формой импульсов самопульсируещего лазера, который синхронизируется от
125
входной последовательности импульсов и, таким образом, на выходе
регенератора восстанавливается не только форма и амплитуда, но и временные
соотношения между импульсами.
Вычисление вероятности ошибки регенератора.
,22
2exp
2
Q
Q
Pîø (1)
где Q – Q-фактор.
10-13
10-11
10-9
10-7
10-5
10-3
Pош.
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Q
Рисунок 3 - Зависимость ).(QFPîø
На рисунке 3 представлена зависимость ).(QFPîø Видно, что вероятность
ошибки резко зависит от отношения сигнал/помеха. Так, изменение Q всего в
1,08 раза ( от 12 до 13 ) вызывают изменение ошP на порядок ( от 910 до
1010 ).
Глаз-диаграмма
Практически качество настройки регенератора можно проверить с помощью
―глаз-диаграммы‖. Она представляет собой результат наложения всех
возможных импульсных комбинаций, принятых в течение тактового интервала.
На рисунке 4 точка решения находится в середине тактового интервала.
Максимальный раскрыв ―глаза‖ равен величине 0U .
126
Рисунок 4 – Теоретическая глаз-диаграмма
На рисунке 5 показана реальная ―глаз-диаграмма―, учитывающая, как качество
регенерации, так и фазовые смещения стробирующих импульсов.
Рисунок 5 – Реальная глаз-диаграмма.
Здесь 0U - полный раскрыв диаграммы в идеальном случае, xU - максимальный
раскрыв ―глаза‖ в реальных условиях. Зная величины 0U и xU , можно
определить защищенность от помех в момент решения:
дБUU
USNR
x
,log200
0
(2)
где SNR – отношение сигнал\шум
Схема регенератора 3R
Одна из возможных моделей регенератора представлена на рисунке 6.
127
Восстановление
тактовпередача
СПЛНелинейный
ключ
ОВвходвыход
Рисунок 6 – Схема регенератора 3R
Эта схема содержит нелинейный ключ, на который подается искаженный сигнал
с выхода участка регенерации и тактовая частота сигнала от
самопульсирующего лазера (СПЛ). В результате работы нелинейного ключа на
выходе формируется восстановленный сигнал.
Восстановление тактовой синхронизации
При полностью оптическом восстановлении необходим оптический генератор,
который должен быть синхронизирован с поступающими оптическими
сигналами.
При восстановлении синхронизации для 2R используется полупроводниковый
лазер (ППЛ). Частота следования импульсов ППЛ 10 ГГц, тем самым
восстанавливаем скорость передачи сигнала и его форму. ППЛ воздействует на
электронный ключ, на основе полупроводникового усилителя, и в результате сам
полупроводниковый усилитель повторяет форму импульса ППЛ.
При восстановлении синхронизации для 3R используется самопульсирующий
лазер (СПЛ), который генерирует импульсы с частотой следования 10ГГц, но
этот лазер можно синхронизировать от поступающего сигнала (рисунок 7),
поэтому на выходе регенератора формируются стабильные по частоте
следования и восстановленные по форме импульсы.
6.Порядок выполнения лабораторной работы
6.1. Собрать схему 2R регенератора, для этого организуйте пролет между
интерфейсами MPI-S и MPI-R с помощью ОВ SMF длиной 100 км путем нажатия
на соответствующие кнопки на панели инструментов.
128
6.2. Используя рисунок 1 собрать схему 2R регенератора с помощью
соответствующих патчкордов.
6.3. Соединить ОВ SMF с выходом регенератора путем нажатия на SMF2.
6.4. Подать питание на ППЛ, SOA-1, ППЛ, SOA-2, СПЛ, управляя
соответствующими ключами (необходимое значение коэффициента усиления
устанавливается с помощью 1ПR и 2ПR ).
6.5.Подать информационный сигнал в ЭОМ с кодовой комбинацией,
соответствующей варианту в формате NRZ путем нажатия на соответствующие
кнопки.
6.6. Подключить оптический анализатор в т. MPI-S (путем нажатия на кнопку
OSA), измерить амплитуду и длительность импульса группового сигнала и
помехи (все изображения на экране анализатора должны быть в отчете).
Сравнить полученные значения с расчетными.
6.7. Подключить OSA в т. MPI-R. Измерить амплитуду, длительность
информационного сигнала и амплитуду помехи.
6.8. Подключить оптический анализатор на выход SOA-1 и произвести те же
действия, что и в п. 6.6
6.9. Подключить оптический анализатор на выход ППЛ с длиной волны 1547 нм.
и произвести те же действия, что и в п.6.6
6.10. Подключить оптический анализатор на выход аттенюатора (затухание
аттенюатора 5дБ) и произвести те же действия, что и в п.6.6.
6.11. Подключить оптический анализатор на вход электронного ключа, на основе
полупроводникового усилителя и произвести те же действия, что и в п.6.6.
6.12. Подключить оптический анализатор на выход электронного ключа, на
основе полупроводникового усилителя и произвести те же действия, что и в
п.6.6.
6.13. Подключить оптический анализатор на выход аттенюатора (затухание
аттенюатора 0 дБ) и произвести те же действия, что и в п.6.6.
6.14. Подключить оптический анализатор на выход НО-2 и произвести те же
действия, что и в п.6.6.
6.15. Подключить оптический анализатор на выход фильтра и произвести те же
действия, что и в п.6.6.
6.16. Для сравнения импульсов на входе и на выходе регенератора нажмите
кнопку OSA и сделайте соответствующие выводы.
6.17. Нажать кнопку OSA, чтобы на экране появилась ―глаз-диаграмма‖,
зарисовать и рассчитать отношение сигнал/помеха.
6.18. Собрать схему 3R регенератора, для этого используйте рисунок 2.
6.19. Подать информационный сигнал в ЭОМ с кодовой комбинацией,
соответствующей варианту в формате RZ путем нажатия на соответствующие
кнопки.
6.20. Подключить оптический анализатор в т. MPI-S (путем нажатия на кнопку
OSA), измерить амплитуду и длительность импульса группового сигнала и
помехи (все изображения на экране анализатора должны быть в отчете).
Сравнить полученные значения с расчетными.
129
6.21. Подключить OSA в т. MPI-R. Измерить амплитуду, длительность
информационного сигнала и амплитуду помехи.
6.22. Подключить оптический анализатор на выход SOA-1 и произвести те же
действия, что и в п.6.20
6.23. Подключить оптический анализатор на выход CПЛ и произвести те же
действия, что и в п.6.20
6.24. Подключить оптический анализатор на выход аттенюатора и произвести те
же действия, что и в п.6.20
6.25. Подключить оптический анализатор на выход НО-2.
6.26. Подключить оптический анализатор на выход регенератора и произвести
те же действия, что и в п.6.20
6.27. Для сравнения импульсов на входе и на выходе регенератора нажмите
кнопку OSA и сделайте соответствующие выводы.
6.28 Нажать кнопку SA, чтобы на экране появилась ―глаз-диаграмма‖, зарисовать
и рассчитать отношение сигнал/помеха.
7. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
- Структурные схемы лабораторных установок 2R и 3R регенераторов.
- Результаты измерений, проведенных с п.6.6 по п.6.17 и с п.6.20 по п.6.28
- Графики, зафиксированные с п.6.6 по п.6.17 и с п.6.20 по п.6.28
- Расчет отношение сигнал\помеха в п.6.17 и п.6.28
- Выводы по работе
- Типы и основные характеристики измерительных приборов.
8. Контрольные вопросы
1) Принцип действия электронного ключа?
2) Каким образом достигается необходимое значение усиления?
3) Назначение 3R регенератора?
4) Назначение блоков структурной схемы лабораторной установки, содержащей
2R регенератор?
5) Назначение блоков структурной схемы лабораторной установки, содержащей
3R регенератор?
6) Чем отличается 2R-регенератор от 3R-регенератора?
7) Почему при передачи сигнала формата RZ OSNR больше, чем при
применении формата NRZ?
8) Что такое пороговая мощность регенератора?
9) Записать алгоритм работы регенератора?
10) Почему при 0cP на выходе регенератора формируется кодовый символ
―1‖ ?
130
11) Какие виды шумов имеют место на входе регенератора и на его выходе?
12) Какой вид помех, возникающих в ОВ, имеют место если сигнал передается
в формате NRZ?
13) На какой длине волны сигнал подается на вход регенератора, и на какой он
восстанавливается?
14) Почему входной выходной сигналы характеризуются разными длинами
волн?
Приложение
Штраф за дисперсионное расширение импульсов
При прохождении импульса по ОВ происходит расширение импульса из-за
дисперсии, это приводит к тому, что:
- часть энергии импульса выходит за пределы отведенного данному биту
интервала, что приводит к межсимвольной интерференции
- энергия импульса в пределах интервала бита становится меньше при
расширении импульса.
Такое уменьшение энергии уменьшает SNR на входе регенератора. Так как SNR
должно поддерживаться неизменным, чтобы сохранить параметры системы,
приемнику нужна бόльшая средняя входная мощность, чтобы получить тоже
значение SNR. Это и есть причина штрафа по мощности, вызванного
дисперсией. Если считать за штраф по мощности ( DW ) -необходимое
увеличение (в дБ) принимаемой мощности, которая будет компенсировать
уменьшение пика, то значение DW определяется как
,)4(1
1lg10
2
рухр
DlBD
W (3)
Рисунок 7 показывает штраф по мощности в зависимости от безразмерного
комбинационного параметра BLD .
131
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25Штр
аф
по
мо
щно
сти
(д
Б)
Дисперсионный параметр, BLDσλ
Рисунок 7 – Штраф по мощности, обусловленный дисперсией,
для Гауссового импульса в зависимости от BLD .
Штраф по мощности незначителен, при 15,0BLD , но при 15,0BLD
резко возрастает и становится бесконечным. Поэтому бόльшая часть ВОСП
конструируется так, что 15,0BLD , так чтобы штраф по мощности из-за
этой дисперсии составлял менее 2дБ.
Полупроводниковые оптические усилители
Оптический усилитель – это оптический прибор, усиливающий мощность
входного сигнала, при этом информационный сигнал на выходе полностью
идентичен входному. Существует 2 типа полупроводниковых оптических
усилителей:
- усилители бегущей волны (УБВ), в которых световое излучение усиливается за
один проход активного вещества;
- усилители на резонаторах Фабри-Перо (УФП), в которых излучение
усиливается в результате многократного прохождения активного вещества, при
этом усилительный режим не должен переходить в режим генерации
(самовозбуждения).
Полупроводниковый лазерный усилитель на резонаторе Фабри-Перо является,
по существу, инжекционным лазером с допороговым возбуждением. Усилитель
бегущей волны также является инжекционным лазером с очень малым
отражением торцевых граней. Первый характеризуется экстремально узкой
полосой пропускания и низким уровнем выходной мощности, в то время как
второй имеет очень широкую полосу и достаточно высокий уровень выходной
мощности. Кроме того, УБВ имеет высокую мощность насыщения и малую
поляризационную чувствительность. На рисунке 2.10 показана схема
полупроводникового лазерного усилителя, где I – ток накачки, R1 и R2 –
коэффициенты отражения граней полупроводникового кристалла. В общем
132
случае усиление оптического сигнала зависит от тока смещения, отражения
граней, усиления активной среды и уровня спонтанной рекомбинации. I
R2R1 ВыходВход
Рисунок 8- Схема полупроводникового лазерного усилителя
Коэффициент усиления, определяемый как отношение мощностей входного и
выходного сигналов, имеет вид:
,sin4)1(
)1)(1()(
2
21
2
21
210
RRGRRG
GRRffG
SS
S
(4)
],)exp[( LaГgG imS (5)
,)(2 0
g
Lff (6)
где Г – коэффициент ограничения усилителя;
mg - усиление материала;
ia - внутренние потери;
L - длина резонатора усилителя;
f - частота входного сигнала;
0f - частота резонансной моды усилителя;
n
cg - групповая скорость;
n - коэффициент преломления среды внутри резонатора
Частотная полоса усилителя на уровне ослабления 3 дБ:
],)4
)1)(1([(sin
2
2/1
max21
211
2/1GRR
RR
Ln
cf (7)
где n - модальный коэффициент преломления;
)2( Ln
c - частотное расстояние между продольными модами;
133
,)1(
)1)(1()(
2
21
210max
RRG
GRRffGG
S
S
(8)
где maxG - максимальный коэффициент усиления усилителя
В данной лабораторной работе используются полупроводниковые оптические
усилители SOA-1 и SOA-2, который работает как электронный ключ.
Коэффициент усиления электронного ключа, на основе полупроводникового
усилителя зависит от уровня входного сигнала. До определенного уровня
входной мощности усиление практически постоянно, затем оно начинает
экспоненциально падать с ростом уровня входной мощности (рисунок 9).
На рисунке 9 изображена амплитудная характеристика электронного ключа
(рисунок 9 а). Приходящий сигнал подается на длине волны λ1=1554нм (рисунок
9 б) в электронный ключ вместе с немодулированным сигналом, излучаемым
отдельным лазером на длине волны λ2=1547нм (рисунок 9 б), на которой
необходимо получить информационный сигнал. При этом, когда усиление
ППОУ отсутствует (режим насыщения), что соответствует передаче кодового
символа с большой входной мощностью (―единица‖) на длине λ1, на другой
длине волны λ2 появляется кодовый символ ―нуль‖ и наоборот. Таким образом,
восстановленный информационный сигнал инвертирован (рисунок 9 в,г). Так как
информационный сигнал на длине волны 15541 нм в регенераторе
преобразуется на длину волны СПЛ 15472 нм, и далее распространяется
уже на этой длине волне, то на приеме устанавливается регенератор для
восстановления информационного сигнала на длину волны 15541 нм.
0-0,8 3,73,2
18,7
p,дБ
G,дБ
а)в)
г)
pвх,дБ
pвых,дБP,мВТ
t,пс
t,пс
λ2
λ1
-20
14
14
-30 -10
2,340,83 2,0
10
Pλ1
Pλ2
Pλ1+Pλ2
б)
100
100
Рисунок 9– а) амплитудная характеристика электронного ключа
б)Р(λ2 )-сигнал, излучаемый отдельным лазером на длине волны
λ2=1547нм,Р(λ1)- приходящий сигнал на длине волны
134
λ1=1554 нм,Р(λ1+λ2)- суммарный сигнал
в) сигнал на входе электронного ключа
г) сигнал на выходе электронного ключа
Оптические полосовые фильтры
Одним из ключевых элементов для реализации полностью оптических систем
передачи являются оптические полосовые фильтры (ОПФ). Эти фильтры
должны удовлетворять ряду требований:
- малые вносимые потери;
- потери фильтра не должны зависеть от состояния поляризации входного
сигнала, чтобы исключить изменение выходной мощности при изменении
состояния поляризации;
- полоса пропускания фильтра не должна зависеть от температуры в рабочем
диапазоне температур системы в целом;
- амплитудная характеристика фильтра должна быть максимально плоской;
- изготовление фильтра должно быть высокотехнологично и иметь относительно
невысокую стоимость.
В настоящее время существует несколько методов реализации оптических
фильтров.
Одним из таких методов является применение интерференционных фильтров на
тонких пленках. Основой этих фильтров является резонаторная полость,
ограниченная тонкими диэлектрическими пленками многократного отражения.
Эти фильтры делятся на два типа: тонкопленочные фильтры с одной
резонаторной полостью и тонкопленочные фильтры со многими резонаторными
полостями.
На рисунке 10 приведена схема трехрезонаторного фильтра, полости которого
разделены отражающими слоями тонких пленок (длиной 4/ ) с чередованием
слоев с высокими и низкими значениями показателя преломления. Эта структура
формируется путем последовательного выращивания или осаждения
диэлектрических отражающих и пропускающих слоѐв на стеклянной подложке.
Полость 3
Полость 2
Полость 1
Отражательные
слои диэлектрика
Кварцевая подложка Рисунок 10 – Схема тонкопленочного фильтра
135
Фильтры на тонких пленках пропускают только одну длину волны, длина
которой зависит от высоты полости. На рисунке А.11 приведен вид амплитудно-
частотной характеристики фильтра. А , дБ
-40
-30
-20
-10
03 полости
1546,9 1547 1547,1 λ, нм
0,16 нм
193,93 193,92 193,91 f, ТГц
-3
Рисунок 11 - Амплитудно-частотная характеристика
резонаторного фильтра на тонких пленках
На рисунке 11 показана зависимость коэффициента передачи фильтра (А) от
частоты. Форма амплитудно-частотной характеристики зависит от числа
резонансных полостей. Чем их больше, тем выше крутизна спада характеристики
фильтра в переходной полосе и тем более плоской будет вершина амплитудно-
частотной характеристики.
Оптические изоляторы
Изолятор пропускает излучение, распространяющееся в прямом
направлении (направлении распространения сигнала) и препятствует
распространению света во встречном направлении. В частности, выходной
изолятор препятствует попаданию в усилитель излучения, отраженного от
внешних элементов линии связи. На рисунке 12 иллюстрируется принцип
действия оптического изолятора, основанного на фарадеевском вращении. В
прямом направлении оптический луч мощностью fP проходит через
поляризатор 1 с углом поляризации 01 .
136
Поляризатор 1 Поляризатор 2ФР
Изолятор
Функция
Прямое
направление
Обратное направление
(изоляция)
φ1=00
φ2=450
Угол поворота
α=450
00
450
900
450
Pf Pf
PГ
L
B//
Рисунок 12 – Схема оптического изолятора
с фарадеевским вращением плоскости поляризации
Длина L и магнитная индукция //B фарадеевского ротатора ФР выбраны так,
что поворот плоскости поляризации осуществляется на угол 45 . Поляризатор 2
развернут на угол 45 , так что оптический луч, проходящий через изолятор, не
ослабляется. В соответствии с теорией эффекта Фарадея на угол поворота
плоскости поляризации луча влияет лишь составляющая вектора магнитной
индукции //B , параллельная оптической оси. Вращение плоскости поляризации
в ферромагнитном материале происходит по часовой стрелке, если смотреть по
направлению вектора магнитного поля. Отраженный сигнал мощности ГP
пойдет в обратном направлении только через поляризатор 2 под углом
поляризации 45 . Фарадеевский ротатор повернет плоскость поляризации еще
на 45 . Таким образом, плоскость поляризации отраженного излучения будет
повернута на 90 по отношению к плоскости поляризации исходного излучения.
Следовательно, отраженное излучение полностью блокируется поляризатором 1.
137
Михаил Григорьевич Бородихин
Ким Ефимович Заславский
138
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Практикум
_________________________________________________________________________________
Подписано в печать ,
формат бумаги , отпечатано на ризографе, шрифт №,
изд.л. 1,5, заказ № , тираж . СибГУТИ
630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86
