чем определяется число регенераторов магистрали

Расчет длины участка регенерации

По мере распространения оптического сигнала по линейному тракту происходит снижение уровня мощности, а также уширение передаваемых импульсов. Через определенное расстояние, называемое длиной участка регенерации, устанавливают регенераторы, которые восстанавливают и усиливают световые импульсы.

Определение длины регенерационного участка производится на основе заданных параметров качества связи, характеризуемых величиной вероятности ошибок (Р_ОШ) и пропускной способности линии.

С ростом длины линии происходит уширение и затухание импульсов, что приводит к увеличению вероятности ошибок. Таким образом, длина регенерационного участка – L_Р ограничивается либо уширением импульсов (искажение их формы), либо затуханием сигнала в линейном тракте.

Для систем с цифровой модуляцией допустимая скорость передачи импульсов определяется среднеквадратичным уширением импульса в световоде. Если δ₁— удельное уширение импульса (в световоде длиной 1 км), то в световоде длиной L км уширение импульса будет равно δ_L= δ₁∙L. Анализ влияния уширения импульсов в линейном тракте ВОЛС показал, что им можно пренебречь практически для всех форм используемых для передачи импульсов, если выполняется соотношение:

, (4.7)

где: B – скорость передачи цифрового сигнала в линии;

Из соотношения (4.5) следует, что длина L_P1, ограниченная дисперсией сигналов в оптическом волокне, т.е. уширением импульсов, не должна превышать величину:

(4.8)

, (4.9)

Длина регенерационного участка L_P2, ограниченного энергетическими характеристиками ВОЛС, определяется выражением:

(4.10)

α_Н— величина потерь в неразъемных соединениях;

n_Р – количество разъемных соединений;

l_СД— строительная длина кабеля.

Величину энергетического потенциала системы определяют по формуле:

Произведем расчет длины регенерационного участка ВОЛС, работающей в диапазоне длин волн λ=1,3 мкм на одномодовых оптических волокнах с параметрами:

— удельная хроматическая дисперсия – D=1,8 пс/нм∙км.

В качестве источника оптического излучения используется полупроводниковый лазер оптического интерфейса, который обладает следующими параметрами:

Таблица 4.1 Характеристики передаточно-приемного тракта

Длина регенерационного участка, ограниченная дисперсией сигнала в ОВ, определяется из соотношения (4.7):

Расчет длины регенерационного участка, ограниченного энергетическими характеристиками ВОЛС, производится в соответствии с выражением (4.8):

В соответствии с (4.9) энергетический потенциал ВОСП равен:

Тогда, в соответствии с (4.8) получим:

Сравнивая величины L_Р1 и L_Р2, выберем меньшую из них. L_Р1=111,6 км, а L_Р2=52,3 км. Так как L_Р1> L_Р2, то длина участка регенерации равна L_Р=52,3 км и ограничивается потерями в линейном тракте.

Длина участка регенерации, обеспечиваемая оптическим интерфейсом с длиной волны 1310 нм, позволяет организовать связь на проектируемом сегменте сети, протяженностью до 52,3 км, без дополнительных регенераторов.

Выводы и рекомендации

1. Рассчитано затухание ОВ на длине волны λ=1,3 мкм, которое составляет 0,31 дБ/км, что соответствует опытным данным;

2. Определена длина регенерационного участка – L_Р=52,3 км;

Источник

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине ЦСП

2.1.Регенераторы. Параметры регенераторов. Определение длины регенерационного участка.

2.1. Регенераторы. Параметры регенераторов. Определение длины регенерационного участка.

Структура регенератора представлена на (рисунке 2.1.) Искаженный цифровой сигнал из кабельной цепи поступает на усилитель-корректор (УК), обеспечивающий частичную или полную коррекцию формы импульсов, и регистрируется решающим устройством (РУ). Решающее устройство представляет собой пороговую схему, которая срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень РУ, и не срабатывает, если уровень входного сигнала меньше уровня порога.

Рисунок 2.1. Принцип регенерации цифрового сигнала

Пороговое напряжение может подаваться извне или вырабатываться в схеме РУ. При поступлении импульса на выходе РУ появляется управляющий сигнал, а в случае 0 (.пробела) состояние РУ не изменяется. Формирующее устройство (ФУ) обеспечивает формирование по сигналам РУ импульсов с принятыми для конкретной системы стандартными параметрами. В приведенной выше схеме, характерной для современных регенераторов, регистрация входящего сигнала и принятие решения о его значении осуществляются по каждому символу в отдельности (возможно принятие решений по всей кодовой комбинации или по циклу, так называемый «прием в целом»), что значительно упрощает реализацию схемы регенератора. Однако при этом требуется введение устройства тактовой синхронизации (УТС), которое должно обеспечить принятие решений на определенных временных интервалах. Эти интервалы выбираются в пределах участков тактового интервала, на которых принимаемый импульс имеет минимальные искажения, так как выбор момента регистрации в менее искаженной части импульса гарантирует верность принятия решения РУ.

Регенераторы современных ЦСП классифицируются по методу регистрации импульсов, виду тактовой синхронизации, методам получения колебания тактовой частоты и использования синхросигнала в процессе регенерации импульсов. По методам регистрации импульсов различают регенераторы с однократным и многократным стробированием импульса цифрового сигнала. Практическое применение, благодаря достаточной простоте реализации узлов регистрации нашли регенераторы с однократным стробированием, в которых на протяжении одного символа цифрового сигнала берется один отсчет и с помощью РУ устанавливается наличие 1 или 0 на входе регенератора. По видам синхронизации различают регенераторы с внешней и внутренней синхронизацией.

При использовании внешней синхронизации цифровой сигнал в оконечном оборудовании линейного тракта объединяют с синхросигналом, получаемым от специальных УТС. При внешней синхронизации возможна также передача сигналов тактовой синхронизации по отдельному тракту. Оба способа внешней синхронизации требуют значительного усложнения оборудования системы и неэкономичны. Передача синхросигнала по отдельному тракту связана с необходимостью выравнивания группового времени распространения для информационных и синхротрактов. Совместная передача цифрового и синхросигналов кроме усложнения оборудования передачи приводит к усложнению схем регенераторов из-за необходимости осуществления процессов выделения тактовой частоты, подавления на входе регенератора составляющих цифрового сигнала, близких к тактовой частоте, объединения на выходе регенератора цифрового сигнала и сигнала тактовой синхронизации. Исходя из этого, на практике чаще всего используются регенераторы с внутренней синхронизацией, в которых тактовая синхронизирующая частота выделяется из цифрового сигнала. В зависимости от способа получения тактовой частоты регенераторы с внутренней синхронизацией подразделяются на регенераторы с пассивной и активной фильтрацией тактовой частоты. При активной фильтрации для формирования колебания тактовой частоты используются генераторы с фазовой автоподстройкой либо генераторы, синхронизируемые входящим цифровым сигналом. При пассивной фильтрации для выделения колебания тактовой частоты используются избирательные цепи типа, резонансных контуров, многоконтурных схем, фильтров.

Типовая структура УТС регенератора с внутренней синхронизацией и пассивной фильтрацией тактовой частоты представлена на (рисунке 2.2).

Рисунок 2.2. Структурная схема УТС

Устройство нелинейного преобразования (НП) входного сигнала позволяет получить в спектре преобразованного сигнала составляющую с частотой, равной тактовой fт, которая может быть выделена устройством фильтрации тактовой частоты (ФТЧ) и направлена в формирователь стробирующих импульсов (ФСИ). Формирователь стробирующих импульсов формирует импульсы с частотой следования, равной выделенной fт, определяющей промежутки времени стробирования для РУ и управляющей работой формирующего устройства (ФУ). При активной фильтрации структура УТС несколько видоизменяется (рисунок 2.3). Ток тактовой частоты с выхода ФТЧ поступает на ФД. на второй вход, которого подается тактовый сигнал от местного генератора тактовой частоты ГТЧ. Фазовый детектор вырабатывает управляющее напряжение Uy, пропорциональное разности фаз сигналов на входах ФД, которое поступает на вход цепи фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ. Изменение параметров цепи ФАПЧ приводит к изменению частоты сигнала ГТЧ, при этом меняется разность фаз сигналов на входах ФД и напряжение Uy. Процесс продолжается до тех пор, пока частоты сигналов ГТЧ и ФТЧ не выравниваются, при этом Uy =0.

Рисунок 2.3. Структурная схема УТС

В регенераторах с внутренней синхронизацией синхросигнал может быть получен как из входной импульсной последовательности регенератора, так и из выходного сигнала регенератора. В первом случае регенератор носит название регенератора прямого действия (рисунок 2.4, а), во втором обратного действия (рисунок 2.4, б).

В связи с тем, что устойчивость регенератора обратного действия ниже устойчивости регенератора прямого действия из-за наличия контура обратной связи, на практике чаще используют регенераторы прямого действия. Известны три способа использования сигналов тактовой синхронизации в процессе регенерации импульсов цифрового сигнала: перемножение регенерируемого сигнала с сигналом синхронизации с помощью схем логического умножения; сложение регенерируемого сигнала с сигналом синхронизации; перемножение сигналов с последующим сложением полученного результата с сигналом синхронизации или линейным сигналом. Наибольшее распространение получили регенераторы с РУ, осуществляющими перемножение регенерируемого сигнала с сигналом тактовой синхронизации. В таких регенераторах РУ осуществляет стробирование сигнала на его входе в моменты времени, определяемые УТС, в этом случае схема регистрации позволяет полностью восстановить временные интервалы между символами цифрового сигнала, так как они полностью определены моментами появления стробирующих импульсов на выходах УТС. Длительность стробирующего импульса обычно во много раз меньше длительности регистрируемого символа цифрового сигнала. В высокоскоростных ЦСП выработка стробирующих импульсов в регенераторах сильно затруднена, так как их длительность оказывается значительно меньше длительности очень коротких элементарных символов цифрового сигнала. В данном случае применяют регистрацию с частичным восстановлением временных соотношений цифрового сигнала. При этом в РУ осуществляется сложение входящего цифрового сигнала с сигналом тактовой частоты, вырабатываемым УТС. В дальнейшем из напряжения суммарного сигнала вычитается пороговое напряжение, что позволяет определить значение регенерируемого символа. В некоторых случаях возможно применение комбинации двух рассмотренных выше методов.

Структурная схема линейного регенератора и временные диаграммы его работы представлены на рисунке 2.5. Ослабленный и искаженный в процессе прохождения по кабельной паре цифровой сигнал через симметрирующий трансформатор Tpi поступает на вход линейного корректора ЛК, в состав которого входят регулируемая искусственная линия РИЛ, корректирующий усилитель КУ, устройство автоматической регулировки уровня АРУ и устройство разделения импульсов по полярности УР.

Усилитель КУ корректирует форму импульсов цифрового сигнала при максимальном затухании предшествующего регенерационного участка таким образом, что на выходе усилителя импульсы имеют колоколообразную форму, амплитуду 2,4 В при ширине на уровне половины амплитуд, равной длительности тактового интервала. Затухание РИЛ устанавливается системой АРУ так, чтобы при изменении затухания кабельной цепи амплитуда импульсов на выходе ЛК сохранялась неизменной.

Скорректированный биполярный цифровой сигнал преобразуется устройством разделения на однополярные последовательности положительных и инвертированных отрицательных импульсов. Эти последовательности поступают на входы решающих устройств РУ1 и РУ2, где происходит опознавание кодовых символов. Восстановление импульсов по форме, длительности и временному положению происходит в формирователе выходных импульсов ФВИ. Регенерированные импульсы с ФВИ объединяются в симметрирующем трансформаторе Тр2 и поступают на вход следующего регенерационного участка. Управление работой РУ1 и РУ2

осуществляется двумя последовательностями прямоугольных импульсов,

обеспечивающих тактовую синхронизацию и восстановление временных интервалов.

Рис. 2.5. Структурная схема (а) и временные диаграммы работы (б) РЛ.

Временное положение фронта импульсов первой последовательности (в точке 1) определяет моменты опознавания кодовых символов и положение фронта регенерированных импульсов, срезом этих же импульсов формируется срез регенерированных импульсов. Импульсы второй последовательности (в точке 2), полученные за счет задержки по отношению к импульсам первой последовательности, запирают входы РУ, чем обеспечивается работа регенератора в режиме стробирования. Длительность стробирования равна интервалу времени между фронтом импульсов первой и срезом импульсов второй последовательности Дг.

Формирование синхросигналов осуществляется устройством тактовой синхронизации УТС, выполненным по классической схеме выделения тактовой частоты.

После выпрямления и ограничения снизу (в усилителе-ограничителе УО) импульсы поступают на контур ударного возбуждения К. С выхода контура квазигармонический сигнал с тактовой частотой через фазовращатель ФВ поступает на формирователь синхропоследовательностей ФСП, формирующий из квазигармонического сигнала последовательность прямоугольных импульсов с тем же периодом.

Основным параметром регенератора является коэффициент ошибок Кош, определяемый как отношение числа ошибочно регенерированных символов N /ош к общему числу символов N0:

В каждой конкретной системе передачи для номинальной длины регенерационного участка задается минимально допустимое значение Кош.

Для оценки качества коррекции импульсов УК регенератора и возможности достоверной регистрации импульса цифрового сигнала используются так называемые глаз-диаграммы.

Рисунок 2.6 Глаз-диаграмма идеального троичного сигнала.

Глаз-диаграмма— это график или картинка на экране осциллографа, состоящая из системы наложенных друг на друга всех возможных вариантов цифрового сигнала в интервале времени, равном двум тактовым интервалам.

На рисунке 2.6 представлен вариант глаз-диаграммы.Точка Р графически фиксирует опознавание импульса в центре тактового интервала на уровне,равном половине его амплитуды. Разность ДС/р между уровнями регистрируемого импульса и соседнего, создающего максимальную по величине межсимвольную помеху, называется раскрывом глаз-диаграммы. Чем больше раскрыв, тем больше допустимый уровень аддитивной помехи, при которой будет принято правильное решение. Следовательно, увеличение раскрыва снижает коэффициент ошибок регенератора, а его уменьшение приводит к росту Кош- Отметим, что раскрыв уменьшается при смещении момента регистрации от центра импульса (точка Р смещается влево или вправо).

Существуют следующие типы станций для выпускаемой аппаратуры ЦСП: оконечные пункты (ОП), обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП), необслуживаемые регенерационные пункты (НРП).

Расстояние между ОП – ОРП или ОРП – ОРП называется секцией дистанционного питания и задается в паспортных данных системы передачи. При размещении ОРП следует руководствоваться следующими соображениями:

— расстояние ОРП – ОРП не должно превышать максимальной длины секции дистанционного питания;

— ОРП может располагаться только в населенных пунктах.

Расстояние ОП – НРП, НРП – НРП или ОРП – НРП называется длиной регенерационного участка.

Номинальная длина регенерационного участка l нру для t °=20° C задается в технических данных аппаратуры.

Длина регенерационного участка при температуре грунта отличной от t =20°С может быть определена:

α tmax – километрическое затухание кабеля на расчетной частоте f p цифровых систем передачи при максимальной температуре грунта по трассе линии.

Километрическое затухание кабеля при заданной максимальной температуре определяется:

Расчет количества регенерационных участков внутри секции дистанционного питания можно осуществить по формуле:

где L сек – длина секции дистанционного питания в км;

l ном.РУ. – номинальная длина РУ в км;

Е(х) – функция целой части.

Укороченные или удлиненные участки не должны превышать длин l мин.РУ и l макс.РУ определенных ранее. При невозможности выполнения этого условия допускается увеличить на один число НРП и организовать два укороченных регенерационных участка, при этом их следует располагать перед ОРП или ОП.

Источник

РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА ДЛЯ В О Л С.

В проектируемой системе предусматривается использование кабеля типа ОКЛ для одномодовой связи на длине волны оптического излучения λ = 1,55 мкм.

ОКЛ– линейный оптический кабель для прокладки в канализации, шахтах, коллекторах, трубах и.т.п.

ОКЛС – с броней из стеклопластиковых стержней для прокладки в грунтах.

ОКЛК – с броней из стальных проволок, используется в условиях отсутствия эл. магнитных влияний.

Длина регенерационного участка цифровых ВОЛС зависит от множества факторов, важнейшими из которых являются :

1. Энергетический потенциал:

Дисперсные явления в ОВ приводят к рассеянию во времени спектральных или модовых составляющих сигнала, т. е. К различному времени их распространения. Следовательно, это приводит к изменению формы и длительности оптических импульсных сигналов, к их уширению.

4. Квантованный или фотонный шум, носителем которого является сам оптический сигнал (учитывать не будем).

5. Коэффицент затухания ОВ, α, [дБ/км].

Для определения длины регенерационного участка составляется его расчетная схема, содержащая оптические разъемные соединители ( на участке их 2 шт.) и неразъемные соединители, число которых на единицу меньше числа строительных длин оптического кабеля.

ОС-Н – оптический соединитель неразъемный;

Затухание регенерационного участка равно:

А_оср-затухание раземного соединителя = 0,5…1,5 дБ.

А_t – допуски на t –ные изменения параметров ВОЛС = 0,5…1,5дб.

А_в– допуски на ухудшение параметров со временем =2…6 дб.

Для линейного оборудования систем передачи SDH уровень передачи является известным Р_пер = +2…- 4дБ.

Минимально-детектируемая мощность на входе ПРОМ :

Тогда max-e затухание регенерационного участка (энергетический потенциал) будет:

Следовательно, длина регенерационного участка равна :

ℓ_ру = , км.

q – величина, на единицу меньшая числа строительных длин q_стр.

Можно полагать, что А_осн = 0 дБ.

ℓ_{ру max}= ,

определяем число строительных длин оптического кабеля :

q = Ц ( ); q = q_стр – 1.

Длина регенеративного участка с учетом дисперсии оптического волокна:

ℓ_{ру д} = , км.

Пример расчета длины регенерационного участка для В О Л С.

А_оср=0,75 дБ ; Аош=0,1 дБ ; А_осн = 0.1 дБ;

Кабель ОКЛС с коэффициентом затухания α₁ = 0,3 дБ/км. Дисперсия σ_в=3,5 пс/нм·км.

Допуски А_t=0,75 дБ – по температуре и А_в=4 дБ – допуски по времени. Квантованная эффективность ФПУ η=0,9.

1. Уровень минимально допустимого излучения на входе приемопередающего модуля:

3. Энергетический потенциал линейного оборудования:

4.

5. Число строительных длин для данного регенерационного участка:

Число неразъемных оптических соединений q = q_стр – 1 = 49.

Затухание неразъемных соединений DА_осн = 49*0,1 = 4.9 дБ.

Длина, на которую следует уменьшить длину регенерационного участка:

7. Длина, ограничиваемая дисперсией оптического волокна:

l _д = 0,25/s_в В = 0,25*10 12 /3,5*622,08*10*10 = 115 км.

Также, можно воспользоваться методикой расчета предельных длин регенерационных участков, изложенной в учебном пособии [Корнилов].

Известно, что длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ.

Ширину полосы оптического излучения определяю из справочных данных источника излучения, который задан в технических параметрах аппаратуры SDH уровня STM-1. Так, например, характеристиками источника в виде лазерного диода, являются

Дисперсия составляет .

Для определения длины регенерационного участка воспользуемся формулой:

— затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ

( , );

— количество разъемных соединений ОВ на регенерационном участке ( );

— коэффициент затухания ОВ, дБ/км ( =0,3);

— строительная длина ОК ( = 4км) ;

При проектировании оптической линии передачи SDH энергетический потенциал ВОСП рассчитывается как разность уровней передачи и минимального уровня приема:

(4.4)

Уровень передачи и минимальный уровень приема задаются в технических параметрах выбранной аппаратуры.

Длина регенерационного участка составляет:

Тогда можно найти максимальную длину регенерационного участка с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь в устройствах ввода/вывода оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных соединениях при монтаже строительных длин кабеля:

(4.8)

где — энергетический (эксплутационный запас) системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ; = 6 дБм,

С учётом выбираю длину регенерационного участка равной 70 км.

Длина регенерационного участка ВОСП зависит также и от дисперсии сигнала в 0В. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ рассчитывается по следующей формуле:

Для транспортных систем SDH соответствие рассчитанной длины регенерационного участка техническим параметром системы можно проверить по допустимому максимальному затуханию, приведенному в технических параметрах выбранной аппаратуры. Затухание, рассчитанное по формуле:

должно быть не больше допустимого затухания на РУ, приведенного в технических параметрах выбранной аппаратуры.

(допустимое затухание на РУ).

Расчёт быстродействия ВОЛП

Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и дисперсионными свойствами ОВ. Полное допустимое быстродействие системы определяется скоростью передачи В, Мбит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяет­ся по формуле:

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле:

где — быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения;

— быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемого скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД);

— уширение импульса на длине РУ.

где σ – дисперсия. Следовательно,

Быстродействие ПОМ и ПРОМ СП плезиохронной и синхронной иерархий приведено в таблице11.

Если выбор типа кабеля и расчёт длины РУ сделан, верно, то должно выполниться неравенство:

.

Для нашего случая: 1,442

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник