Расчет оптической системы передачи

j(Р_{ош. S} ) = 10^0,05×Аз,

j(Р_{ош. S} ) = 10^0,05×21,1 =  11,48 дБ.

4. Расчёт порога чувствительности ПРОМ

Одной из основных характеристик  приемника оптического излучения  является его чувствительность, т.е. минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятности ошибок.

Минимальная средняя  мощность оптического сигнала длительностью t называется минимальной детектируемой мощностью (МДМ).

t = 

,

t = 

нс.

Минимальная средняя мощность оптического сигнала  на входе приемного оптического модуля, при которой обеспечиваются заданные отношения сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом чувствительности.

Абсолютный  уровень МДМ при вероятности  ошибок не хуже 10^-8 в зависимости от скорости передачи В` в линейном тракте для  лавинного фотодиода: 

P min =  -70 + 10 lg B`,  при B` > 50 Мбит/с,

          P min =  -70 + 10 lg 2,5× 10⁹ = 24 дБ.

Точность расчетов по приведенным формулам достаточная  для оценки порога чувствительности ПРОМ.

5. Расчёт затуханий соединителей ОВ

 

Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит  от энергетического потенциала системы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных и неразъемных соединителях.

Потери мощности в  ОВ нормируются и составляют во втором окне прозрачности 0,7 дБ, а в третьем окне прозрачности 0,22 дБ/км (из паспортных данных ОК).

Потери мощности в  неразъемном соединителе нормируются  и составляют    0,05 дБ.

Потери в разъемном  соединителе нормируются и составляют 0,1 дБ.

Потери в разъемном  соединителе нормируются определяются суммой:

А_р =

, i = 1, 2, 3, 4,

где    а₁ – потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рис. 6);

а₂ – потери на угловое рассогласование ОВ (рис. 7);

а₃ – потери на осевое рассогласование ОВ (рис. 8);

а₄ – неучтенные потери.

 

Рисунок 6 – Радиальное смещение ОВ

Рисунок 7 – Угловое рассогласование ОВ

 

Рисунок 8  – Осевое рассогласование ОВ

Потери вследствие радиального смещения в одномодовых  ОВ рассчитываются по формуле:

а₁ = -10 lg [exp(-d² / w²)] , дБ,

где    d – величина максимального радиального смещения двух ОВ на стыке,       d = 1,52 мкм,

w – параметр, определяющий диаметр луча, w = 10 мкм.

а₁ = 10 lg [exp(-1,52² / 10²)] = 0,1 дБ.

Угловое рассогласование  ОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчетов указанных потерь, кроме угла рассогласования q, входят еще и показатели преломления ОВ и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводятся величины показателей преломления, расчет потерь из–за углового рассогласования вызывает определенные трудности. Поэтому как для одномодовых, так и для многомодовых ОВ можно принять а₂ = 0,35 дБ. Следует заметить, что одномодовые ОВ более чувствительны к угловому рассогласованию и при одинаковом угле потери в них примерно в два раза выше, чем в многомодовых ОВ.

Оптические потери в  разъемных соединителях увеличиваются также в результате осевого рассогласования.

Для расчета потерь из-за осевого рассогласования в многомодовых и одномодовых ОВ можно воспользоваться следующей формулой

а₃ = -10 lg (1 – Z× tg

) , дБ,

где Z – максимальное расстояние между торцами ОВ,

d – диаметр ОВ,

q_а – апертурный угол.

Для достижения малых  величин потерь для одномодовых  ОВ можно принять максимальные значения Z =  2,95 мкм, q_а = 3,96.

а₃ = -10 lg (1 – 2,95× 10^-6× tg

) =  0,000018 дБ.

Неучтенные потери в  разъемном соединители можно  принять равными            а₄ = 0,01 дБ.

При существующих технологиях потери в разъемном  соединителе не превышают величины

А_р = а₁ + а₂ + а₃ + а₄ £  0,5 дБ,

А_р = 0,1+ 0,35+ 0,000018 + 0,01= 0,460018 £  0,5 дБ.

а в неразъемных соединениях  – не более А_н £ 0,1 дБ.

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Надежность оптической линии передачи

5.1  Термины и определения по надежности

 

Под надежностью элемента (системы) понимают его способность  выполнять заданные функции с  заданным качеством в течение  некоторого промежутка времени в  определённых условиях. Изменение состояния элемента (системы), которое влечёт за собой потерю указанного свойства, называется отказом.

Надёжность работы ВОЛП – это свойство волоконно-оптической линии обеспечивать возможность передачи требуемой информации с заданным качеством в течение определённого промежутка времени .

ВОЛП в общем случае может рассматриваться как система, состоящая из двух совместно работающих сооружений – линейного и станционного. Каждое из этих сооружений при определении  надёжности может рассматриваться  как самостоятельная система.

 В теории надёжности  используются следующие понятия:

• отказ – повреждение ВОЛП с перерывом связи по одному, множеству или всем каналам связи;
• неисправность – повреждение, не вызывающее закрытия связи, характеризуемое состоянием линии, при котором значения одного или нескольких параметров не удовлетворяют заданным нормам;
• среднее время между отказами (наработка на отказ) – среднее время между отказами, выраженное в часах;
• среднее время восстановления связи – среднее время перерыва связи, выраженное в часах;
• интенсивность отказов – среднее число отказов в единицу времени (час);
• вероятность безотказной работы – вероятность того, что в заданный интервал времени не возникнет отказ;
• коэффициент готовности – вероятность нахождения линии передачи в исправном состоянии в произвольно выбранный момент времени;
• коэффициент простоя – вероятность нахождения линии передачи в состоянии отказа в произвольно выбранный момент времени.

Многоканальные ТКС  относятся к восстанавливаемым  системам, в которых отказы можно устранять.

Одно из центральных  положений теории надёжности состоит  в том, что отказы рассматривают в ней как случайные события. Интервал времени от момента включения элемента (системы) до его первого отказа является случайной величиной, называемой временем безотказной работы. Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается q(t) и имеет смысл вероятности отказа на интервале (0… t). Вероятность противоположного события – безотказной работы на этом интервале – равна

P(t) = 1 – q(t).

Удобной мерой надёжности элементов и систем является интенсивность  отказов l(t), представляющая собой условную плотность вероятности отказа в момент времени t, при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями l(t) и P(t) существует взаимосвязь:

P(t) = exp

.

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но ещё до того, как наступит физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна l(t) » l. В этом случае

P(t) = exp (-lt).

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной  для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы находят как математическое ожидание случайной величины:

t_ср = l

.

Оценим надёжность некоторой  сложной системы, состоящей из множества  разнотипных элементов. Пусть P₁(t) ; P₂(t) ; … P_n(t) – вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени (0…t), n - число элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведёт к отказу всей системы (такой вид соединения элементов называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных её элементов:

Р_сист =

. 

где L_сист = – интенсивность отказов системы,

l _i – интенсивность отказов i – го элемента.

Среднее время безотказной  работы системы равно:

t_{ср. сист} =

.  

К числу основных характеристик  надёжности восстанавливаемых элементов  и систем относится коэффициент готовности:

К_г =

,  

где t_{в сист} – среднее время восстановления элемента (системы).

Коэффициент готовности соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

 

 

 

 

2. Расчет параметров надежности

 

Интенсивность отказов оптической линии передачи определяют как:

L_сист = l _орп × n _орп +l_каб × L,

где  l_каб – интенсивность отказа одного километра кабеля (5 × 10^-8),

l _орп – интенсивность отказа ОРП (4 × 10^-8),

L – протяженность оптической линии передачи.

Таблица 16 – Параметры надежности элементов ВОЛП

Наименование элемента	ОРП (ОП)		НРП		Оптический  кабель
	PDH	SDH	PDH	SDH
l, 1/час.	1 × 10-7	4 × 10-8	3 × 10-8	1 × 10-8	5 × 10-8 на 1 км
tв, ч.	0,5	0,1	4,0	3,5	5,0

,1/ч

Среднее время безотказной работы оптической линии передачи определяют по формуле:

t_{ср. сист} =

;

t_{ср. сист} =

ч = 20525 сут = 2932 недель = 733 мес = 61 год.

Результаты расчёта необходимо выразить в годах.

Вероятность безотказной работы в  течение заданного промежутка времени рассчитывается по формуле:

Р_сист = ,                              5.7

для t₁ = 24 часа (сутки), t₂ = 168 часов (неделя), t₃ = 720 часов (месяц) и t₄ = 8760 часов (год):

 

Рисунок 9 – Зависимость вероятности безотказной работы оптической линии передачи от времени Р_сист (t).

Коэффициент готовности оптической линии  передачи рассчитывают по формуле:

К_г =

,

t_{в сист} - среднее время восстановления элемента (системы).

час.

Тогда коэффициент готовности оптической линии передачи:

 

 

 

 

 

 

 

6. Виды WDM

Спектральное уплотнение каналов (англ. Wavelength-division multiplexing, WDM, буквально мультиплексирование с разделением по длине волны) — технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

Технология WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2009 достигнута скорость 15,5 Тбит/с), причем позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон — для передачи в прямом и обратном направлениях).

Исторически первыми  возникли двухволновые WDM системы, работающие на центральных длинах волн из второго и третьего окон прозрачности кварцевого волокна (1310 и 1550 нм). Главным достоинством таких систем является то, что из-за большого спектрального разноса полностью отсутствует влияние каналов друг на друга. Этот способ позволяет либо удвоить скорость передачи по одному оптическому волокну, либо организовать дуплексную связь.

Современные WDM системы  на основе стандартного частотного плана (ITU-T Rec. G.692) можно подразделить на три группы:

- грубые WDM (Coarse WDM — CWDM) — системы с частотным разносом  каналов не менее 200 ГГц, позволяющие  мультиплексировать не более  18 каналов.

Используемые в настоящее  время CWDM работают в полосе от 1270 нм до 1610 нм, промежуток между каналами 20 нм(200 ГГц).

-плотные WDM (Dense WDM —  DWDM) — системы с разносом каналов  не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 40 каналов; промежуток между каналами не более 1,6 нм.