Upload
guzganshobolan
View
221
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
I 2
Mod.
Coala N.Document Semnat Data
A elaborat.
Conducăt.
Control n.
A aprobat
Pădure I.
Lit. Coală Coli
36
IMTC 521.8 101. 013 PA
Proiectarea sistemelor de
transmisiune a informaţiei
prin fibre optice
Golovatic V.
UTM FIMET IMTC-101
CUPRINS
DATELE INIȚIALE
INTRODUCERE
1. Sistemele de transmisiuni a informaţiei prin fibre optice(STIFO) 6
2. Alegerea traseului traficului lineic 10
3. Emiţătoarele optice şi modulul optoelectronic de emisie 12
4. Fotoreceptorii şi modulul optoelectronic de recepţie 16
5. Calculul parametrilor fibrei optice monomod 24
6. Determinarea lungimilor sectorului de regenerare pentru STIFO 27
7. Determinarea valorii probabilităţii erorii de regenerare
a semnalului la recepţie 31
CONCLUZIE
BIBLIOGRAFIE
3
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Datele iniţiale:
1.Distanţa dintre staţiile terminale: L=438(km);
2.Sistemul de transmisiune a informaţiei prin cablul optic: STM–64 ;
3.Lungimea de undă a purtătoarei optice: λ1=1.3 şi λ2=1.55 (μm);
4.Bugetul energetic al STICO: Q=31.1 (dBm);
5.Tipul fibrei optice: monomod
6.Puterea emiţătorului optic: P e =2.1 (mW);
7.Atenuarea în conectorul emiţător-fibră: efa =4.4 (dBm);
8.Atenuarea joncţiunii sudate fibră-fibră: ffa =0.1 (dBm);
9.Atenuarea în conectorul fibră-receptor: fra =1.9 (dBm);
10.Atenuarea în conectorul demontabil: cda =0.5(dBm);
11.Rezerva bugetului energetic al STICO: ra =4.0 (dBm);
12.Coeficientul de zgomot: zgF =18.9 (dBm);
13.Diametrul miezului optic al fibrei: d=2·a=10 (μm);
14.Indicele de refracţie pentru miezul optic al fibrei: 1n =1.5112;
15.Diametrul învelişului optic al fibrei: D=2·b=125 (μm);
16.Indicele de refracţie pentru învelişul optic al fibrei: 2n =1.4994;
17.Lăţimea liniei spectrale de emisie pentru emiţător: ∆λ=0.02 (nm);
18.Frecvenţa maximală de modulaţie a emiţătorului: maxF =14525 (MHz);
19.Frecvenţa limită de modulaţie a benzii de transfer a fotoreceptorului:
50 ,F =14700 (MHz);
20.Valoarea admisibilă a probabilităţii erorii de regenerare a semnalului
admerP . =3·10-8
.
4
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Introducere
Telecomunicaţiile reprezintă unul din cele mai dinamice domenii ale
economiei mondiale ce se confirmă printr-un ritm sporit de dezvoltare ale
reţelelor de telecomunicaţii cu reutilarea lor în baza celor mai noi realizări
tehnico-ştiinţifice, ce duce la extinderea reţelelor de telecomunicaţii, sporirea
numărului de beneficiari, calităţii şi spectrului de servicii. Interesul sporit faţă de
sistemele optoelectronice de comunicaţii şi prelucrarea informaţiei este
condiţionat de avantajele lor evidente şi utilizarea cu succes în organizarea
reţelelor de comunicaţii multifuncţionale cu promovarea celor mai moderne
tehnologii şi protocoale de telecomunicaţii.
Fibra optică este o fibră de sticlă sau plastic care transportă lumină de-a
lungul său. Fibrele optice sunt folosite pe scară largă în domeniul
telecomunicaţiilor, unde permit transmisii pe distanţe mai mari şi la lărgimi de
bandă mai mari decât alte medii de comunicaţie. Fibrele sunt utilizate în locul
cablurilor de metal, deoarece semnalul este transmis cu pierderi mai mici, şi
deoarece sunt imune la interferenţe electromagnetice. Fibrele optice sunt
utilizate şi pentru iluminat şi transportă imagine, permiţând astfel vizualizarea în
zone înguste. Unele fibre optice proiectate special sunt utilizate în diverse alte
aplicaţii, inclusiv senzori şi laseri. Lumina este dirijată prin miezul fibrei optice
cu ajutorul reflexiei interne totale. Aceasta face fibra să se comporte ca ghid de
undă. Fibrele care suportă mai multe căi de propagare sau moduri transversale se
numesc fibre multimodale (MMF), iar cele ce suportă un singur mod sunt fibre
monomodale (SMF). Fibrele multimodale au în general un diametru mai mare al
miezului şi sunt utilizate în comunicaţii pe distanţe mai scurte şi în aplicaţii în
care trebuie transferată multă putere. Fibrele monomodale se utilizează pentru
comunicaţii pe distanţe de peste 550 m. Elaborarea şi utilizarea sistemelor
optoelectronice a primei generaţii s-a început din momentul inventării şi
producerii laserului la mijlocul anilor 1960. Utilizările lor de bază se refereau la
organizarea telecomunicaţiilor neghidate, adică prin atmosferă şi cosmos.
5
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Producerea fibrei optice cu coeficientul de atenuare redus (anii 1970) a
contribuit la dezvoltarea sistemelor optoelectronice a generaţiei a doua, în care
de acum informaţia se transmite prin cablul cu utilizarea modulaţiei intensităţii
radiaţiei laser şi detectării directe a radiaţiei optice prin intermediul fotodiodei.
După eficienţă, sistemele optoelectronice ale generaţiei a doua sunt superioare
sistemelor de transmisiune prin cablul coaxial şi radioreleu, însă în ele se
utilizează insuficient proprietatea coerenţei radiaţiei laser şi capacitatea
informaţională a fibrei optice.
Este natural că SSI, MOE, MOR, RSI şi regeneratoarele R necesită de a fi
alimentate cu energie electrică de la SAEE. Regeneratoarele se alimentează cu
energie electrică de la sursele staţiilor terminale, adică se alimentează de la
distanţă sau de la surse de alimentare autonome (acumulatoare). Pentru
alimentarea cu energie electrică a regeneratoarelor de la distanţă în CO sunt
prevăzute conductoare metalice din cupru. Elementele importante ale sistemelor
de transmisiuni ale informaţiei prin cablul optic (STICO) sunt: emiţătorul optic,
fotoreceptorul şi regeneratorul. În STICO în calitate de emiţătoare optice se
utilizează diodele electroluminescente (DEL) şi diodele laser (DL),
confecţionate pe baza semiconductorilor. De obicei DEL sunt nişte emiţătoare
optice cu radiaţia necoerentă şi se utilizează la distanţe reduse, iar DL sunt
emiţătoare optice cu radiaţie coerentă şi se utilizează în STICO la distanţe medii
şi sporite. La recepţie, în STICO, în calitate de fotoreceptoare se utilizează
fotodiodele semiconductoare cu structura p-i-n şi în avalanşă. Pentru a
compensa atenuarea semnalului optic ce se propagă prin CO peste anumite
sectoare de regenerare pot fi amplasate regeneratoarele sau amplificatoarele
optice. Principiul de funcţionare al regeneratoarelor se bazează pe convertarea
dublă a semnalului şi anume: semnalul optic se amplifică, i se restabileşte forma
iniţială şi relaţiile în timp, apoi din nou, din semnal electric se convertează în
semnal optic. În amplificatoarele optice semnalul optic se amplifică fără
convertări şi prelucrări suplimentare.
6
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
1. Sisteme de transmisiuni a informaţiei prin fibre optice
(STIFO)
STIFO se numeşte un ansamblu de mijloace tehnice care asigură organizarea
canalelor de telecomunicaţii prin intermediul circuitului fizic în baza cablului
optic. Schema de organizare a STIFO depinde de destinaţie, lungimea liniei de
transmisiune, tipul informaţiei ce se transmite şi o serie de alţi factori şi pot fi
divizate în 3 categorii:
1) STIFO cu detecţie directă;
2) STIFO cu detecţie coerentă sau cu detecţie prin fotomixare;
3) STIFO cu multiplexare spectrală a canalelor, adică când prin aceeaşi fibră se
propagă mai multe purtătoare ce diferă după valoarea lungimii de undă.
În prezent se utilizează STIFO cu detecţie directă şi modulaţia impulsurilor în
cod, schema de structură a cărora este reprezentată în figura1.1:
Figura 1.1 STIFO cu detecţie directă
7
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
CO – convertorul de cod;
MOE – modulul optoelectronic de emisie;
MOR - modulul optoelectronic de recepţie;
RL – regeneratorul liniar;
COD – conector optic demontabil;
CO – cablul optic;
UT – utilajul terminal;
TLO – traficul lineic optic;
SI – staţiile intermediare (puncte de regenerare sau puncte de amplificare).
Conform figurii 1.1, STIFO cu detecţie directă sunt constituite din 2
complecte de utilaj terminal şi traficul lineic optic. Utilajul terminal este
amplasat în punctele A şi B şi constă din aparatura digitală standardă de formare
a canalelor şi grupelor de canale şi din utilajul de joncţionare cu traficul lineic
optic. Utilajul de joncţionare conţine convertorul de coduri CC, modulele
optoelectronice de emisie MOE şi de recepţie MOR şi RL. În punctul A, CC
convertează semnalul bipolar HDB-3 într-un semnal unipolar. MOE convertează
semnalul electric unipolar într-un semnal optic sub formă de impulsuri
unipolare. La recepţie în punctul B, MOR convertează semnalul optic într-un
semnal electric care se regenerează în RL şi apoi în CC din impulsuri unipolare
se transformă în codul bipolar HDB-3. Analogic se înfăptuieşte transmisia
semnalelor în direcţia de la B la A.
Traficul liniar optic pentru STOE constă din CO şi staţiile intermediare sub
formă de puncte de amplificare. CO care conţine 2 şi mai multe fibre se
conectează la echipamentul staţiilor terminale şi staţiilor intermediare cu
ajutorul conectoarelor optice demontabile (COD). Staţiile intermediare sunt
amplasate peste anumite sectoare numite sectoare de regenerare sau amplificare
şi sunt destinate pentru amplificarea impulsurilor, restabilirea formei iniţiale a
impulsurilor şi restabilirea relaţiilor iniţiale în timp a impulsurilor.
8
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Lungimea sectorului de regenerare depinde de valoarea ponderilor şi
dispersiei în FO, viteza de transmisiune şi calitatea de transmisiune a informaţiei
şi la fel de parametrii electrici a modulelor optoelectronice de emisie şi recepţie.
Principiul de fucţionare a punctelor de regenerare este reflectat în schema
de structură reprezentată în figura 1.2 .
COD COD
CO CO
COD COD
Figura 1.2 Schema de structură a punctelor de regenerare
CO – cablu optic;
COD – conectorul optic demontabil;
MOE, MOR – module optoelectronice de emisie şi recepţie;
A – amplificator;
DS – dispozitivul de sincronizare;
DL – dispozitivul de linie.
Conform figurii 1.2 observăm că regeneratorul funcţionează conform
principiului convertării duble a energiei şi anume din optică în electrică şi
invers. Adică semnalul optic propagându-se prin fibrele cablului se atenuează şi
se distorsionează şi în punctele de regenerare care sunt instalate la anumite
distanţe semnalul optic se convertează în semnal electric care în continuare se
amplifică, se restabileşte forma iniţială şi relaţiile în timp apoi din nou se
convertează în semnal optic.
MOR MOE
MOE MOR
A
DL
A
DL
9
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Din punctul A şi din punctul B către fiecare regenerator amplasat în punctul
de regenerare sunt conectate câte 2 FO, una pentru a asigura comunicaţii din
punctul A în B, iar a doua din B în A. Dacă în CO se conţin m perechi de FO
atunci pentru funcţionarea a m sisteme de transmisiune se vor utiliza m
regeneratoare amplasate în punctul de regenerare.
În prezent sunt elaborate STIFO care funcţionează în regim monomod şi în
care este posibilă combaterea dispersiei semnalului optic ce se propagă prin FO
monomod prin alegerea lungimii de undă a purtătoarei optice λ, parametrilor FO
şi parametrilor diodei laser.
În astfel de STIFO regeneratoarele sunt substituite cu amplificatoare optice
care amplifică semnalul optic (figura 1.3).
Figura1.3 STIFO în regim monomod
ST – staţie terminală;
AO – amplificatorul optic;
FTJ – filtrul trece jos.
10
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
2. Alegerea traseului traficului lineic de transmisiune al
informației prin cablu optic
În baza studierii hărţii geografice se trasează variantele posibile ale traseelor
traficului lineic de transmisiune al informaţiei prin cablul optic (TLTICO). Apoi
se efectuează caracteristica comparativă a lor şi se alege cel mai optim traseu al
TLTICO. La alegerea traseului TLTICO pot fi utilizate hărţi de diferite scări, pe
care sunt indicate căile ferate, şoselele, drumurile naturale, râurile şi lacurile,
podurile de căi ferate şi peste râuri. Toate varioantele posibile ale traseelor
TLTICO se compară conform următorilor indici: lungimea traeului, îndepărtarea
de la şosele şi drumuri, numărul de treceri peste căi ferate, râuri şi şosele,
condiţiile solului, comodităţile de instalare şi exploatare. După ce s-a ales
varianta potrivită a traseului TLTICO, se trasează desenul schemei de amplasare
a sistemului de transmisiune a informaţiei prin cablul optic (STICO), pe care se
indică staţiile terminale, traseul TLTICO cu staţiile intermediare ce reprezintă
punctele de tranzit sau puncte de regenerare deservite (PRD) şi nedeservite
(PRN), şoselele de-a lungul cărora se proiectează instalarea cablului optic cu
indicarea distanţei de la şosea până la CO, localităţile urbane şi rurale, lungimile
totale ale traseului şi ale CO, numărul şi caracterul trecerilor, categoriile solului
pe parcursul traseului, volumul lucrărilor de instalare a CO manual şi de
instalare a CO cu ajutorul maşinii de pozare.
Traseul TLTICO se alege luând în considerare volumul minim de lucru şi
posibilităţile de utilizare a mecanismelor şi maşinilor la instalarea CO. În zonele
ce se află în afara localităţilor se recomandă de a instala CO de-a lungul
şoselelor şi drumurilor naturale cu condiţia că numărul de treceri peste râuri, căi
ferate şi şosele să fie minim.
11
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
În cazurile când sunt prevăzute treceri peste râuri, ele trebuie să fie
amplasate la distanţe nu mai mici de 1000m de la podurile căilor ferate şi
şoselelor magistrale şi la distanţe nu mai reduse de 200m pe cursul inferior al
râurilor de la podurile şoselelor şi drumurilor naturale cu destinaţie locală.
Cu sporirea numărului facilităţilor sau serviciilor de telecomunicaţii acordate
populaţiei, sporeşte şi numărul centraleor telefonice automate (CTA) şi totodată
sporeşte distanţa dintre CTA, depăşind valori de zeci şi sute de kilometri. Astfel,
pentru a efectua conectarea dintre CTA ce se află la distanţe de zeci şi sute de
kilometri cu respectarea normelor reduse de atenuare, este raţional de a utiliza
STICO. Utilizarea CO cu coeficienţi reduşi de atenuare pentru conectările dintre
CTA este o soluţie foarte eficientă, luând în considerare coeficioenţii sporiţi de
atenuare la cablurile metalice şi deficitul de cupru.
Calculul lungimii la instalarea CO este efectuat cu prevederile unei anumite
rezerve, care, conform normativelor stabilite, constituie:
- 2% pentru CO subteran;
- 14% pentru CO submarin ce se instalează fără adâncirea în platoul râului sau
lacului;
- 5.7% pentru CO instalat în canalizaţiile CTA urbane.
12
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
3. Emiţătoarele optice şi modulul optoelectronic de emisie
(MOE)
Destinaţia emiţătorului optic constă în convertarea semnalului electric în
optic, care apoi se transmite prin CO (cablul optic) al STFO (sistem de
transmisiune prin fibra optică). Specificul de funcţionare a STFO înaintează
anumite cerinţe faţă de EO, printre care pot fi menţionate următoarele:
• corespunderea lungimii de undă a radiaţiei optice unuia din minimurile
pierderilor în FO;
• nivel înalt al puterii radiaţiei optice la ieşire;
• existenţa condiţiilor care asigură pierderi minime a radiaţiei optice la
injectarea ei în FO;
• posibilitatea înfăptuirii simple a modulaţiei radiaţiei cu o rapiditate înaltă;
• fiabilitate şi resurse mari de funcţionare (≈10 6 ore);
• dimensiuni, masă şi putere de consum mici.
Acestor cerinţe cel mai pe deplin corespund EO semiconductoare: diodele
electroluminiscente (DEL); diodele supraluminiscente (DSL) şi diodele laser
(DL). Cele mai performante EO pentru STFO sunt DL pe baza
heterojoncţiunilor formate în structurile semiconductoare polistratificate pe baza
compuşilor GaAs şi InP. DL satisfac toate cerinţele enumerate mai sus. Însă
DEL şi DSL cedând DL după un şir de parametri, la fel se utilizează în STIFO
pentru asigurarea comunicaţiilor la distanţe reduse posedând un cost redus.
EO semiconductoare posedă o proprietate importantă pentru STFO după cum
este posibilitatea modulaţiei nemijlocite a radiaţiei optice. Modulaţia intensităţii
radiaţiei optice se înfăptuieşte prin schimbarea corespunzătoare a curentului de
alimentare (pompaj) a EO.
EO se caracterizează prin intermediul următoarelor caracteristici şi parametri:
1. Caracteristica wat-amperică, care este dependenţa puterii radiaţiei optice
de curentul de pompaj a sursei la aplicarea tensiunii de polarizare directă.
13
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Caracteristicile tipice sunt reprezentate în figura 3.1 (pentru DEL şi DSL ele
sunt aproximativ liniare, iar pentru DL – neliniare).
Figura 3.1 Caracteristicile wat-amperice ale DL, DSL şi DEL
La curenţii de pompaj I p mai mici decât cel de prag, DL funcţionează ca
DSL (sursa de radiaţie necoerentă), iar când curentul devine mai mare decât cel
de prag, dispozitivul funcţionează în regim de laser şi generează radiaţie
coerentă. Cu cât este mai mare puterea radiaţiei P pentru valoarea dată a
curentului de pompaj, cu atât este mai mare randamentul EO.
2. Lungimea de undă de lucru 1 şi lărgimea caracteristicii spectrale de
emisie 2. În figura 3.2 sunt reprezentate caracteristicile spectrale a sursei
de radiaţie optică.
Figura 3.2 Caracteristicile spectrale ale EO
Radiaţia EO reale posedă o mărime finită al lăţimii liniei spectrale de
radiaţie, care se determină după nivelul jumătate din putere.
pentruDELnm
pentruDSLnm
pentruDLnm
....
....
....,
12050
5010
10010
(3.1)
14
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Cu cât este mai mică lăţimea caracteristicii spectrale de emisie a EO cu atât
este mai mică dispersia semnalului în FO.
3. Frecvenţa maximă de modulaţie a radiaţiei optice a EO este egală cu
frecvenţa la care amplitudinea componentei variabile a puterii radiaţiei
modulate se reduce de 2 ori faţă de puterea radiaţiei nemodulate. Acest
parametru este egal cu zeci şi sute de MHz pentru DEL şi DSL şi pînă la unităţi
şi zeci de GHz pentru DL.
4. Componenta modală a radiaţiei optice a EO poate fi diferită: DEL şi
DSL sunt EO multimod; DL se produc de două tipuri: monomod şi multimod.
5. Caracteristicile de temperatură. DEL şi DSL sunt nişte elemente destul
de termostabile, iar puterea radiaţiei DL puternic depinde de temperatură şi la
funcţionare într-un diapazon larg de temperaturi este necesar de a promova
circuitul de termocompensare.
6. Resursele de funcţionare a DEL şi DSL alcătuieşte 6510...10 ore, iar a DL
5410...10 ore.
Modulul optoelectronic de emisie MOE este un articol al optoelectronicii,
destinat pentru convertarea semnalelor electrice de telecomunicaţii în optice.
MOE tipic conţine:
1. Sursa optică de radiaţie (DEL, DSL, DL);
2. Circuitele elctronice pentru prelucrarea semnalelor electrice şi stabilizarea
regimurilor de funcţionare EO;
3. Conectorul optic sau un segment de CO.
MOE se produce sub formă de construcţie unică de modul.
MOE se divizează în analogice şi digitale care corespunzator convertează
semnalele electrice analogice sau digitale în semnale optice.
Pentru MOE digitale se normează următorii parametri:
• lungimea de undă de lucru (μm);
• viteza maximală de transmisiune a informaţiei (bit/sec);
• formatul semnalului ce se transmite (LTT, LEC);
• puterea medie a impulsului radiaţiei la ieşire (mW);
15
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
• puterea radiaţiei de fond (mW);
• diametrul dispozitivului optic de acordare (μm);
• apertura numerică la ieşire;
• durata frontului impulsului radiaţiei conform nivelelor 0,1...0,9; în s;
• durata de tăiere a impulsului radiaţiei conform nivelelor 0,1...0,9; în s;
• tensiunea de alimentare (V).
MOE se proiectează conform consecutivităţii. Iniţial se alege emiţătorul
optic. La alegerea EO urmează de a lua în considerare mărimea puterii,
lungimea de undă şi lărgimea caractreristicii spectrale de emisie şi viteza de
transmisiune a informaţiei. În caz de necesitate urmează de a fi utilizată schema
de stabilizare a temperaturii.
Următoarea etapă este alegerea metodei de modulaţie: analogică sau digitală.
La utilizarea modulaţiei analogice, pe lîngă putere şi lărgimea bandei
informaţionale, trebuie luată în consideraţie neliniaritatea caracteristicii wat-
amperice, care determină valoarea distorsiunilor neliniare. La utilizarea
modulaţiei digitale este necesar de a aprecia rapiditatea de funcţionare a sursei şi
metoda de codificare. După alegerea metodei de modulaţie urmează de a fi
calculate pierderile radiaţiei la injectarea ei în FO şi de determinat dacă puterea
injectată este de ajuns pentru funcţionarea sistemului. Dacă puterea injectată este
mai mică decît valoarea puterii necesare, atunci se poate de utilizat alte metode
de codificare sau de ales un alt EO. După alegerea EO şi metodei de modulaţie
este necesar de a calcula puterea injectată şi puterea zgomotului sursei (EO), de
determinat puterea de consum şi de apreciat influenţa temperaturii asupra
caracteristicilor MOE. Dacă schimbările temperaturii puternic influenţează
asupra nivelului puterii radiaţiei optice, atunci urmează de a întreprinde măsuri
de compensare a temperaturii (răcirea cu ajutorul microfrigiderelor, stabilizarea
curenţilor de polarizare sau pompaj a sursei, introducerea circuitului de reacţie
conform semnalului optic).
16
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
4. Fotoreceptorii şi modulul optoelectronic de recepţie (MOR)
Destinaţia fotoreceptorului constă în convertarea semnalului optic în electric,
care apoi se prelucrează de circuitele electronice a MOR. Fotoreceptorul în caz
ideal trebuie să satisfacă următoarelor cerinţe:
• să reproducă precis forma semnalului recepţionat;
• să nu introducă zgomot adăugător în semnalul informaţional;
• să asigure puterea maximală a semnalului electric în sarcina sa pentru
puterea dată a semnalului optic;
• să posede diapazon dinamic şi rapiditate de funcţionare sporită;
• să posede dimensiuni mici, fiabilitate înaltă, cost redus şi tensiuni de
alimentare mici.
Cel mai pe deplin acestor cerinţe corespund fotoreceptorii semiconductori. În
sistemele care funcţionează la λ=0.85μm se utilizează fotoreceptori produşi din
Si, iar pentru sistemele care funcţionează la λ=1.3 şi 1.55μm – din Ge şi
InGaAs. Dintre fotoreceptorii semiconductori în STIFO se utilizează fotodiodele
semiconductoare (FD) de două tipuri:
• FD cu structura p-i-n, care posedă o sensibilitate mai bună decât FD
obişnuite p-n;
• FD cu avalanşă, care posedă mecanismul interior de amplificare a
fotocurentului şi prin urmare sensibilitatea la ele este mai bună decât la FD cu
structura p-i-n.
Dacă pe FD cade puterea optică P, atunci în circuitul sarcinii ei circulă
fotocurentul If :
PRh
PqI if
(4.1)
unde η este randamentul cuantic;
q – sarcina electronului;
R i - sensibilitatea după curent a FD.
17
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
8.0
h
qRi (4.2)
unde λ este lungimea de undă a semnalului optic.
Analizăm caracteristicile şi parametrii de bază a FD:
1. Sensibilitatea conform curentului R i , indică eficacitatea de convertare
de către fotodiodă a puterii optice în curent electric. Cu cât este mai mare
valoarea lui R i cu atât este mai bună FD. De exemplu pentru FD ideală η=1
sensibilitatea alcătuieşte:
mpentruWA
mpentruWA
mpentruWA
Ri
55.1:,/24.1
3.1:,/04.1
85.0:,/68.0
(4.3)
Pentru FD reale η<1 şi R i =0,4...0,8 A/W. În circuitele reale puterea
semnalului optic recepţionată de către fotodiodă alcătuieşte aproximativ de la 1
până la 10nW, iar fotocurentul în sarcina FD alcătuieşte nAI f 5...5,0 . Aşa valori
mici a curentului sunt dificile pentru a fi înregistrate şi prelucrate de circuitele
electronice. În aceste cazuri pot fi utilizate FDA care posedă mecanism interior
de amplificare a fotocurentului ce se determină confrom formulei:
PMRh
PMqI if
(4.4)
unde M este valoarea medie în timp a coeficientului de multiplicare prin
avalanşă a purtătorilor de sarcină, egal cu 100 pentru Si şi cu 10 pentru Ge. În
aşa mod, sensibilitatea după curent a FDA de 10...100 ori este mai mare decât la
FD cu structura p-i-n. La folosirea FDA se reduc cerinţele faţă de amplificatorul
curentului electric ce urmează după FD.
2. Curentul la întuneric a FD I int este curentul ce circulă în circuitul
sarcinii diodei în lipsa semnalului optic. Curentul la întuneric este un parametru
parazitar, deoarece creează zgomotul de alice şi limitează sensibilitatea FD.
Valorile tipice a curentului la întuneric I int =1nA pentru FD din Si şi I int =100nA
pentru FD din Ge.
18
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
În FDA datorită tehnologiei speciale de confecţionare partea de multiplicare
a curentului la întuneric cu un ordin este mai mic decât la FD cu structura p-i-n.
3. Caracteristicile spectrale ale fotodiodelor reprezintă dependenţa
sensibilităţii după curent de lungimea de undă a radiaţiei optice (figura 4.1).
Figura 4.1 Caracteristici spectrale ale fotodetectoarelor
4. Frecvenţa limită limf a benzii de trecere a semnalului optic recepţionat
de FD reprezintă frecvenţa pentru care sensibilitatea după curent se
micşorează de două ori referitor de valoarea pentru cazul receptorului
radiaţiei nemodulate. Frecvenţa de limită a FD contemporan alcătuieşte pînă
la unităţi, zeci şi sute de GHz.
5. Tensiunea de polarizare şi capacitatea joncţiunii FD. FD funcţionează în
STIFO în regimul fotodiodic (tensiunea de polarizare inversă). În acest caz
se reduce capacitatea şi se măreşte frecvenţa de limită în comparaţie cu
regimul fotodiodic de conectare a FD.
Reducerea capacităţii FD este importantă pentru crearea MOR cu banda largă
şi micşorarea nivelului puterii zgomotului sumar. Mărimea tensiunii de
polarizare pentru FD p-i-n alcătuieşte 5 şi 10V, iar pentru FDA 30 şi 300V
corespunzător pentru FD produse din Ge şi Si.
6. Diapazonul dinamic a FD caracterizează capacitatea lui de a converta atât
cele mai mici cât şi cele mai mari nivele a semnalului optic. De jos el este
19
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
limitat de zgomotul de alice a FD, iar de sus de distorsiunile neliniare şi
alcătuieşte 50 ... 60dB, (după putere) în dependenţă de materialul
semiconductor.
7. Caracteristicile de zgomot. Practic principala sursă de zgomot a FD este
zgomotul de alice a curentului la întuneric care se descrie după formula:
FIqI zg int
22 (4.5)
unde: 2
zgI este valoarea medie pătratică a zgomotului de alice;
intI - curentul la întuneric;
fs ffF - lăţimea benzii de transfer a FD.
Raportul semnal/zgomot (RSZ) în sarcina ideală se determină după formula:
FIq
RP
I
Ii
zg
f
int
2
2
2
2
)( (4.6)
Dacă ψ=1, atunci 22
zgf II şi FIqRP i int
22)( .
Puterea semnalului optic pentru care se asigură ψ=1 se numeşte de limită (sau
sensibilitatea de limită). Într-o bandă de trecere arbitrară ∆F în banda de trecere
unitară ∆F puterile de limită corespunzătoare sunt egale:
iR
FIqP
int
0
2 (4.7)
iR
Iq
F
PP int01
0
2
(4.8)
Analizăm caracteristicile de zgomot a FDA. Zgomotul de alice în banda ∆F
este egal:
FKMIqI zgFDAzg 2
.int
2
. 2 (4.9)
unde: 2
.FDAzgI este valoarea medie pătratică a puterii zgomotului;
.intI - curentul la întuneric în volumul de multiplicare;
zgK - coeficientul de zgomot în urma procesului haotic de multiplicare
prin avalanşă.
pentruGeM
pentruSiMK zg
,
,5.0
(4.10)
20
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Raportul semnal/zgomot a FDA:
FMIq
MRP
I
I
x
i
FDAzg
f
2
.int
2
2
.
2
2
)(
(4.11)
De unde:
MR
FMIqP
i
x
2
.int0
2 (4.12)
MR
FMIq
F
PP
i
x
2
.int01
0
2 (4.13)
Unde x=0.5 pentru Si şi x=1.0 pentru Ge.
MOR este un articol al optoelectronicii destinat pentru convertarea
semnalelor optice transmise prin STFO în electrice. MOR tipic conţine:
conectorul optic sau segmentul de CO; fotodetectorul; circuitele electronice
pentru prelucrarea semnalului electric şi stabilizarea regimurilor de funcţionare,
produs sub formă de construcţie unică. Pe fig. 4.2 este reprezentată schema de
structură a MOR.
Parametrul de bază a MOR este sensibilitatea – puterea medie minimală în
timp a semnalului la polul de intrare, pentru care se asigură valoarea necesară a
RSZ sau a coeficientului de erori. Sensibilitatea MOR depinde de parametrii FD
şi indicii de zgomot a amplificatorului preliminar. Din această cauză către
circuitele de intrare a MOR se înaintează cerinţe contradictorii: nivel minimal a
zgomotului în banda dată de trecere pentru un diapazon dinamic mare. În
legătură cu aceasta amplificatoarele preliminare cu zgomot mic pentru MOR se
produc după două scheme de bază:
• cu impendanţă de intrare mare R int →∞ (figura 4.3,a);
• cu reacţie negativă (figura 4.3,b).
21
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Figura 4.2 Schema de structură a MOR
1. FD cu structură p-i-n sau avalanşă;
2. Amplificator preliminar;
3. Amplificator de bază;
4. Filtru;
5. Detectorul de vârf;
6. Amplificatorul de dirijare automată a nivelului;
7. Sursa de polarizare.
Figura 4.3 Amplificatoare preliminare cu zgomot mic pentru MOR
22
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
În amplificatorul cu R int pentru reducerea nivelului zgomotului se
măreşte impendanţa de intrare. Aceasta adcuce nemijlocit la micşorarea
diapazonului dinamic şi bandei de trecere a amplificatorului. Pentru restabilirea
ei se utilizează corectorul CAF, care în sistemele digitale este numit nivelator. În
schema a doua pentru mărirea bandei de trecere se utilizează reacţia negativă
paralelă. Banda de trecere se măreşte datorită reducerii impendanţei dinamice de
intrare a amplificatorului.
U
r
dinK
RR .int (4.14)
unde UK = 3210...10 este coeficientul de amplificare după tensiunea
amplificatorului.
Amplificatorul cu reacţie puţin îi cedează amplificatorului cu impendanţa de
intrare mare după zgomot, însă posedă un diapazon dinamic mare. Schema
principială a MOR cu amplificator preliminar cu reacţie este reprezentat în
figura 4.4.
Figura 4.4 Modul optoelectronic de recepţie
MOR se proiectează conform următoarei consecutivităţi. Iniţial se analizează
cerinţele şi limitările sistemei de transmisie.
C2
VT2
VT3
VT1
+U
-U
C1
FDR2 R3
R6R5R4Rr
R1
23
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Primul pas în procesul calculelor este alegerea metodei de modulaţie
(analogică sau digitală) care trebuie să corespundă cu metoda de modulaţie a
sursei. Următorul pas după alegerea metodei de modulaţie este calculu puterii
achivalente a zgomotului (PEZ) al MOR. PEZ pentru banda de transmisie dată
se sumează din zgomoturile fotodetectorului, sarcinii lui sau circuitului cu
reacţie şi amplificatorului. După calculul PEZ se calculează sensibilităţile
necesare şi de limită, valoarea RSZ şi valoarea probabilităţii erorii erP .
Următoarea etapă în procesul de proiectare este alegerea FD concret pentru
lungimea de undă dată a sursei. Maximul sensibilităţii spectrale a FD trebuie să
corespundă cu lungimea de undă emisă de sursă. În continuare urmează să ne
determinăm cu tipul amplificatorului preliminar şi tipul tranzistorului din primul
circuit al lui. Dacă valoarea obţinută a sensibilităţii este insuficientă pentru
îndeplinirea cerinţelor sistemei, atunci urmează să alegem un FD mai bun sau să
micşorăm lăţimea benzii de transmisiune (dacă aceasta e posibil).
După alegerea elementelor, care satisfac cerinţei după sensibilitate, este
necesar de a analiza mărimea diapazonului dinamic. El este important datorită
schimbării unui şir de factori, care influenţează asupra funcţionării sistemei după
cum sunt schimbarea condiţiilor esterioare (în particular temperatura), diferenţa
în lungimile sectoarelor de regenerare, degradarea parametrilor elementelor în
timp. Prin urmare la calculul MOR urmează să revedem cea mai rea variantă de
schimbare a parametrilor elementelor sistemei, în particular al MOE şi MOR, şi
la fel schimbările de temperatură ale mediului ambiant. Dacă schimbările
temperatură influenţează esenţial asupra MOR, atunci trebuie să utilizăm
circuitul de compensare a temperaturii.
La etapa finală de montaj a MOR este necesar de a lua în considerare factorii
mediului ambiant: temperatura, umiditatea, posibilitatea pătrunderii undelor
electromagnetice şi expunerii la lumina de fond a FD.
24
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
5. Calculul parametrilor fibrei cablului optic monomod şi alegerea
cablului optic
1. Valoarea relativă a indicelui de refracţie:
05190.0
5112.1
4994.15112.1
1
21
n
nn
(5.1)
2. Apertura numerică şi unghiul aperturic:
1884.0)2482.2(2837.2sin222
2
2
1 nnNA A (5.2.1)
859.10)1884.0arcsin(A (5.2.2)
3. Frecvenţa normată:
5505.43.1
1884.0414.322
1
1
m
mNAaV
unde (λ1=1.3 μm) (5.3.1)
9438.355.1
1884.0414.322
2
2
m
mNAaV
unde (λ2=1.55 μm) (5.3.2)
4. Frecvenţa critică (valoarea parametrului ce caracterizează tipul undei
P mn =2.405):
)(1021.11884.0)(101014.3
)/(103405.2 14
6
8
0 Hzm
sm
NAd
CPf mn
cr
(5.4)
5. Lungimea de undă critică:
)(1062.15112.1405.2
1884.0)(101014.3 66
1
mm
nP
NAd
mn
cr
(5.5)
6. Coeficientul de atenuare cauzat de polarizarea materialului miezului optic
al fibrei:
)/(089.0)(3.163.4exp1055.263.4exp1055.23
1
3
1 kmdBmmp (5.6.1)
)/(05.0)(55.163.4exp1055.263.4exp1055.23
2
3
2 kmdBmmp (5.6.2)
7. Coeficientul de atenuare cauzat de absorbţia ionilor metalelor intermediare:
)/(10367.49)(3.15.48exp1081.75.48exp1081.7611
1
11
1 kmdBmma
(5.7.1)
)/(1011.20)(55.15.48exp1081.7611
2 kmdBmma
(5.7.2)
25
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
8. Coeficientul cauzat de absorbţia grupei de hidroxid OH:
kmdBm
kmdBm
mpentrukmdBm
mpentrukmdBm
mpentrukmdBm
OH
OH
OH/03.0
/05.0
).(55.1:),/(03.0
);(30.1:),/(05.0
);(85.0:),/(10.0
2
1
(5.8)
9. Coeficientul de atenuare cauzat de dispersia semnalului:
)/(252.0)(3.1
/)(72.04
4
4
1
1 kmdBmm
kmdBmmkd
d
(5.9.1)
)/(121.0
)(55.1
/)(72.04
4
4
2
2 kmdBmm
kmdBmmkd
d
(5.9.2)
unde k d =0.63÷0.80 kmdBmm /)(4 este coeficientul de dispersie pentru SiO2 .
10. Coeficientul de atenuare sumar:
)/(391.0252.005.000004936.00898.011111 kmdBmdOHap (5.10.1)
)/(221.0121.003.002011.005.022222 kmdBmdOHap (5.10.2)
11. Dispersia kilometrică materială:
)/(101.0)5()(02.0)(12
1 kmsnmkm
psnmMm
(5.11.1)
)/(1036.0)18()(02.0)(12
2 kmsnmkm
psnmMm
(5.11.2)
unde M(λ) este dispersia kilometrică materială specifică pentru fibrele optice
din SiO2, valorile căreia sunt indicate în tabelul 5.1
Valorile dispersiilor kilometrice materiale specifice M(λ) şi ghidul de undă
specifică B(λ) pentru fibrele optice din SiO2:
Tabelul 5.1
26
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
12. Dispersia kilometrică ghid de undă:
)/(1016.08)(02.0)(12
11 kmsnmkm
psnmBg
(5.12)
)/(1024.012)(02.0)(12
22 kmsnmkm
psnmBg
(5.12)
unde B(λ) este dispersia kilometrică ghid de undă specifică pentru fibrele
optice din SiO2, valorile cărora sunt indicate în tabelul 5.1.
13. Dispersia kilometrică sumară:
)/(1006.0)/(1016.0101.0121212
111 kmskmsgm
(5.13.1)
)/(1012.0)/(1024.01036.0121212
222 kmskmsgm
(5.13.2)
14. Banda de transfer kilometrică pentru fibra optică monomod:
)(1066.16)/(1006.0
1/1
12
1211
'
1 kmHzkms
BF
(5.14.1)
)(1033.8)/(1012.0
1/1
12
1221
''
1 kmHzkms
BF
(5.14.2)
15. Banda de transfer a fibrei optice monomod pentru traficul cu lungimea L:
Pentru λ1=1,3μm obţinem:
)(1085.35)(46.46
)(1066.16/
912
1max
'
11 Hzkm
kmHzLFF r
(5.15.1)
)(1064.32)(03.51
)(1066.16/
912
2max
'
12 Hzkm
kmHzLFF r
(5.15.2)
Pentru λ2=1.55μm obţinem:
)(1027.11)(89.73
)(1033.8/
912
1max
''
11 Hzkm
kmHzLFF r
(5.15.3)
)(1066.9)(17.86
)(1033.8/
912
2max
''
12 Hzkm
kmHzLFF r
(5.15.4)
27
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
5. Determinarea lungimilor sectorului de regenerare pentru
sistemele de transmisiune a informaţiei prin cablul optic
1. Determinarea vitezei de transmisiune critică a simbolurilor în linie:
)(569.610006569.0)(8.24)/(1006.04
)/(391.0
4
12
12
1
1
1 GbpsdBmkms
kmdBm
WBcr
(6.1.1)
)(881.110001881.0)(8.24)/(1012.04
)/(224.0
4
12
12
2
2
2 GbpsdBmkms
kmdBm
WBcr
(6.1.2)
unde: )(8.24)(9.14.41.31 dBmdBmaaQW fref (6.1.3)
2. Determinarea lungimii maxime şi lungimii minime a sectorului de
regenerare:
Verificăm îndeplinirea următoarei condiţii: B ≤ B cr (6.2.1)
Pentru STM-64 viteza de transmisiune este: B=9953.28 (Mbps), deci, rezultă
că se respectă condiţia (6.2.1), şi avem:
9953.28 (Mbps) ≤ 1.881 (Gbps) ≤ 6.569(Gbps) (6.2.2)
Lungimile sectorului de regenerare maximală max1rL şi minimală min1rL ,
limitate de atenuare se determină respectiv conform formulelor:
)/(
)(max1
cff
frffefr
rIa
aaaaQL
(6.2.3)
)/(
)(min
cff
frffefr
rla
aaaaAQL
1
(6.2.4)
unde l c este lungimea de construcţie a CO (se indică de producătorul CO).
Deseori tamburul cu CO conţine diferite lungimi de construcţie şi, de obicei,
70% din lungimile de construcţie ale CO sunt de lungimea l 1c şi 30% - de
lungimea l 2c . Astfel, lungimea de construcţie aducţională l c a CO pe lungimea
sectorului de regenerare o determinăm astfel:
)(.....)( kmIIl ccc 711302703070 211 (6.2.5)
)(.....)( kmIII ccc 454306703070 212 (6.2.6)
unde l 1c =2 (km) şi l 2c =1 (km) sau l 1c =6 (km) şi l 2c =4(km).
28
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Pentru λ1=1.3μm obţinem:
)(46.46
)(7.1/)(1.0)/(391.0
))(9.11.04.40.41.31(1max km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.7)
)(03.51
)(4.5/)(1.0)/(391.0
))(9.11.04.40.41.31(2max km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.8)
)(007.2
)(7.1/)(1.0)/(391.0
))(9.11.04.40.4201.31(1min km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.9)
)(197.2
)(4.5/)(1.0)/(391.0
))(9.11.04.40.4201.31(2min km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.10)
Pentru λ2=1.55μm obţinem:
)(897.73
)(7.1/)(1.0)/(221.0
))(9.11.04.40.41.31(1max km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.11)
)(179.86
)(4.5/)(1.0)/(221.0
))(9.11.04.40.41.31(2max km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.12)
)(182.3
)(7.1/)(1.0)/(221.0
))(9.11.04.40.4201.31(1min km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.13)
)(711.3
)(4.5/)(1.0)/(221.0
))(9.11.04.40.4201.31(2min km
kmdBmkmdBm
dBmLr
(6.2.14)
Determinarea numărului punctelor de regenerare:
Pentru λ1=1.3μm obţinem:
9146.46
4381
11max1
11
km
km
L
Ln
r
8103.51
4381
11max1
12
km
km
L
Ln
r
Pentru λ2=1.55μm obţinem:
5189.73
4381
11max1
21
km
km
L
Ln
r
5117.86
4381
11max1
22
km
km
L
Ln
r
29
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
3. Determinarea duratei frontului impulsului la ieşirea modulului
optoelectronic de emisie:
)(03.014525
440440
max
nsF
e (6.3)
unde:
F max este frecvenţa maximală de modulaţie a emiţătorului optic.
4. Determinarea duratei frontului impulsului la propagarea semnalului prin
fibra optică :
Pentru λ1=1.3μm obţinem:
)(0278.01087.27)(46.46)/(1006.01212
1max11 nskmkmsLrf
(6.4.1)
)(0362.01062.30)(03.51)/(1006.01212
2max12 nskmkmsLrf
(6.4.2)
Pentru λ2=1.55μm obţinem:
)(08867.01067.88)(89.73)/(1012.0
1212
1max21 nskmkmsLrf
(6.4.3)
)(01034.01034.10)(17.86)/(1012.01212
2max22 nskmkmsLrf
(6.4.4)
unde τ este dispersia kilometrică sumară a semnalului.
5. Determinarea duratei frontului impulsului în modulul optoelectronic de
recepţie:
)(0238.0)(14700
350350350
lim5,0
nsMHzFF
r (6.5)
unde:
F 5,0 este lărgimea benzii de transfer al MOR conform nivelului puterii
semnalului 0.5, şi care aproximativ este egală cu valoarea frecvenţei de limită a
benzii de transfer pentru fotoreceptor F lim .
30
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
6.Determinarea duratei frontului impulsului la sfîrşitul sectorului de
regenerare:
)(0386.0)0238.0()027.0()03.0(222222
nsrfei (6.6)
unde:
rfe ,, - sunt sporirile duratei frontului impulsului corespunzător în modulul
optoelectronic de emisie (MOE), în fibra optică (FO) şi modulul optoelectronic
de recepţie (MOR).
7. Verificarea condiţiei că durata frontului impulsului la sfîrşitul sectorului de
regenerare nu trebuie să depăşească valoarea admisibilă:
Durata frontului impulsului i la sfârşitul lungimii sectorului de regenerare
nu trebuie să depăşească valoarea admisibilă adm pentru viteza de transmisiune a
informaţiei B şi tipul codului lineic utilizat, adică trebuie să se respecte condiţia
(6.7.1):
RZcodulpentruT
NRZcodulpentruTadmi
_,35.0
_,70.0 (6.7.1)
unde T este durata intervalului unitar (secunda) pentru viteza de transmisiune B
a simbolurilor în linie, şi se determină conform relaţiei (6.7.2):
)(1014.01028.9953
1/1
9
6sBT
(6.7.2)
Verificăm respectarea condiţiei:
RZcodulpentruss
NRZcodulpentrusss
_),(10049.0)(1014.035.0
_),(10098.0)(1014.07.0)(100386.0
99
99
9 (6.20)
Observăm că atît pentru codul lineic RZ, cît şi pentru codul NRZ condiţia
(6.7.1) se respectă. Rezultă că în sistemul dat de tranmisiune se vor folosi
ambele coduri.
31
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
7.Determinarea valorii probabilităţii erorii de regenerare a
semnalului la recepţie
1. Determinarea puterii şi nivelului puterii zgomotului termic:
)(10206.41
)(41028.9953)(300)/(1038.11010
12
62333
.
mW
HzKKJFTkP tzg
(7.1.1)
unde:
k= )/(1038.123
KJ
- constanta Boltzman;
T=300 (K) – temperatura absolută;
∆F – lărgimea benzii de frecvenţă.
)(85.7310206.41lg10)lg(1012
.. dBmPp tzgtzg (7.1.2)
2. Determinarea puterii şi nivelului puterii zgomotului de alice:
Pentru λ1=1.3μm obţinem:
mWm
sm
HzJFC
hFhP azg
116
6
8
343
1
033
1.
1009.3031841028.9953)(103.1
)/(103
)/(106.6210210210
(7.2.1)
unde:
34106.6
h (J/Hz) – constanta Plank;
ν – frecvenţa purtătoarei optice;
C 8
0 103 (m/s) – viteza luminii în vid;
λ – lungimea de undă a purtătoarei optice.
)(18.651009.30318lg10)lg(1011
1.1. dBmPp azgazg (7.2.2)
Pentru λ2=1.55μm obţinem:
)(1092.2542741028.9953)(1055.1
)/(103
)/(106.6210210210
116
6
8
343
2
033
2.
mWm
sm
HzJFC
hFhP azg
(7.2.3)
)(94.651092.25427lg10)lg(1011
2.2. dBmPp azgazg (7.2.4)
32
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
3. Determinarea nivelului puterii zgomotului sumar:
)(04.359.1814.16)lg(10 .. dBmFpDpp zgtzgtzgzg (7.3)
unde: pzg.t-nivelul puterii zgomotului termic;
F zg - nivelul coeficentului de zgomot.
4. Determinarea nivelului puterii semnalului injectat în traficul lineic:
)(79.2)375.0lg(104
)(1.2lg10)4/lg(10 dBm
mWPp ee
(7.4)
5. Determinarea pierderilor în traficul de linie:
Pentru λ1=1.3μm obţinem:
)/(2.195.027.1/1.0391.046.46
2/ 111
kmdBm
alL cdcffrtl
(7.5.1)
)/(9.205.024.5/1.0391.046.462 kmdBmtl (7.5.2)
Pentru λ2=1.55μm obţinem:
)/(6.175.027.1/1.0224.089.731 kmdBmtl (7.5.3)
)/(3,205.024.5/1.0224.089.732 kmdBmtl (7.5.4)
6. Determinarea valorii de protecţie a semnalului informaţional de zgomot:
.zgrfrdefepr paaaapA (7.6)
dBm
dBmdBmdBmdBmdBmdBmApr
75.2
04.3549.12.194.479.2)3.1(1
(7.6.1)
dBm
dBmdBmdBmdBmdBmdBmApr
05.1
04.3549.19.204.479.2)3.1(2
(7.6.2)
33
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
dBm
dBmdBmdBmdBmdBmdBmApr
15.1
04.3549.16.174.479.2)55.1(1
(7.6.3)
dBm
dBmdBmdBmdBmdBmdBmApr
45.0
04.3549.13.204.479.2)55.1(2
(7.6.4)
unde:
A pr - valoarea de protecţie a semnalului informaţional de zgomot;
p e - nivelul puterii semnalului injectat în traficul lineic;
p zg - nivelul puterii zgomotului sumar la recepţia semnalului informaţional.
Determinarea valorii probabilităţii erorii de regenerare a semnalului:
x
erP
10 (7.7)
Unde x se calculează după relaţia:
42.11/65.10
10
prAx (7.7.1)
Deci:
6685.651039.11010
x
erP (7.7.2)
4610.451089.71010
x
erP (7.7.3)
7540.311027.11010
x
erP (7.7.4)
5876.461045.81010
x
erP (7.7.5)
Eroarea obtinută este mult mai mică decît valoarea admisibilă a probabilității
eroarii de regenerare a semnalului la recepție de 9106
34
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Concluzii
O realizare importantă şi actual utilizată în domeniul comunicaţiilor sunt
sistemele de transmisiune a informaţiei prin fibre optice (STIFO). Ementul de
bază este fibra optică care poate fi utilizată ca mediu de telecomunicaţii şi reţele
deoarece este flexibilă şi poate fi strânsă în cabluri. Este deosebit de avantajoasă
pentru comunicaţii pe distanţe mari, deoarece lumina se propagă prin fibră cu
atenuare mică în comparaţie cu cablurile electrice. Aceasta permite acoperirea
de distanţe mari cu doar câteva repetoare. Deşi fibra optică se poate face din
plastic transparent, sticlă, sau o combinaţie de cele două, fibrele optice utilizate
în telecomunicaţii pe distanţe mari sunt întotdeauna din sticlă, din cauza
atenuării optice mai mici. Conform valorilor obţinute pentru coeficientul de
atenuare, dispersia kilometrică şi banda de transfer kilometrică , alegem marca
cablului optic monomod.
Comparînd rezultatele obţinute pentru cele 2 lungimi de undă calculate
concluzionez că fibra optică monomod la m 3.1 are o atenuare mai mare,
dar o dispersie mai mică a semnalului, ceea ce duce la obţinerea unei benzi de
transfer kilometrice mai mare decît pentru m 55.1 . Atît banda de transfer a
fibrei optice cu m 3.1 , cît şi numărul de canale sunt mai mari în comparaţie
cu m 55.1 , metoda aleasă de combinare pentru construcţia cablului nefiind
atît de semnificativă. Din relaţia obţinută crBB în sistemul dat cercetat
predomină atenuarea. De asemenea probabilitatea erorii de regenerare a
semnalului este mai mică decît valoarea admisibilă a probabilităţii erorii de
regenerare a semnalului la recepţie.
Ţinîndu-se cont de toate aceste cerinţe şi verificînd respectarea lor ajung la
concluzia că sistemul de transmisiune a informaţiei prin cablul optic pe care l-
am proiectat este un sistem viabil şi ar funcţiona destul de bine dacă ar fi pus în
practică cu respectarea tuturor cerinţelor expuse şi normelor în vigoare.
35
Coală
Mod Coala N. Document Semnat Data IMTC 521.8 101. 013 PA
Bibliografie
1.Nistiriuc P., Bejan N., Morozov V., Bodiul P. Sisteme de transmisiuni
multiplexe. Îndrumar privind îndeplinirea proiectelor de an şi de diplomă. Partea
întâi. Chişinău,UTM: 2004;
2. Ершов В. А., Кузнецов И.А. Мультисенрвисные телекоммукационые
сети. -М., Радио и связь: 2003.
3. Шмалько В. И. Цифровые сети связи . –М., Эко-Тренз: 2001.
4. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровы оптоволоконных
сетей связи. –М., Радио и связь: 2000.
5.Nistiriuc P., Bejan N., Ţurcanu D. Sisteme de transmisiuni optoelectronice.
Îndrumar privind îndeplinirea proiectelor de an şi de diplomă. Partea a doua.
Chişinău,UTM: 2006;
6. Убайдулаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. –М., Эко-Тренз: 2000.
7. Корнейчук В.И., Лессовой И.П. Волоконно-оптические изменения. –
Киев, Наукова думка: 1999.
8. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. –М., Эко-Тренз: 1998.
9. Doicaru V.,Părvulescu M. Transmisiuni prin fibre optice.-Bucureşti,
Ed.Militară: 1994.
10. Nistiriuc P., Bejan N. Electrodinamica tehnică.Unde şi structuri ghidante.
Ciclu de prelegeri.-Chişinău, UTM: 1998.
11. Корнейчук В.И., Макаров Т.В., Панфилов И.П. Оптические системы
передачи.- Киев, Техника: 1994.
12.Волоконно-оптические системы передачи и кабели. /Под ред.
И.И.Гроднева. –М., Радио и связи: 1993.
13. Волоконно-оптическая техника: историа, достижения, перспективы.
\Под ред. С. А. Дмитриева и Н.Н. Слепова. –М., Connect: 2000.
14. www.wikipedia.org;
15. www.facultate.regielive.ro.