Расчет затухания линии
Расчет затухания будем производить для заданного участка. Этот участок Василевичи — Калинковичи — Жидковичи. Данный участок имеет протяженность 140 км.
Оптический сигнал по мере распространения в оптоволокне затухает. Потери светового излучения в оптическом волокне можно разделить на:
. Потери на поглощение в инфракрасной области спектра, обусловленные хвостами резонансов атомов в кристаллической решетке;
. Потери на поляризацию оптического сигнала материалом световода;
. Потери на рассеяние Релея, определяющееся главным образом неоднородностями показателя преломления, которые возникают в процессе варки стекла, а также изменении размеров поперечного сечения ОВ, образованием неровностей на границе сердцевина-оболочка;
. Потери за счет наличия примесей возникают за счет поглощения энергии на резонансных частотах ионами примесей (в большей степени ионами гидроксильной группы ОН- и ионами металлов Fe2+, Cu2+, Cr3+). При этом в области резонансов собственных колебаний ионов примесей имеют место всплески поглощения.
. Дополнительные потери на микроизгибах оптоволокна;
. Потери в защитной оболочке возникают за счет того, что при полном внутреннем отражении часть энергии просачивается во внешнее пространство, окружающее ОВ и затухает по экспоненциальному закону;
. Потери термомеханического характера, обусловленные различием в температурных коэффициентах удлинения стекла и материала защитной оболочки, в силу чего в ОВ появляются внутренние механические напряжения, приводящие к увеличению затухания оптических сигналов.
. Потери в местах сварки строительных длин кабеля (неразъёмных соединений, сростках) и в разъёмных соединениях.
Необходимо также учитывать ухудшение характеристик компонентов участка трассы со временем.
Исходя из вышеприведенных положений, для инженерных расчетов применяют следующую формулу, которая с достаточной точностью позволяет определить затухание кабельной магистрали:
где L — длина кабеля, км;
a — коэффициент затухания в световодах, дБ/км;ср — число сростков (неразъёмных соединителей);
αср — затухание в сростках (равно 0,02 дБ), дБ;рс — число разъёмных соединителей;
αрс — затухание в разъёмных соединителях, дБ;
αt — допуск на температурные изменения затухания оптического волокна, дБ (для территорий СНГ данным параметром пренебрегают);
αз — эксплуатационный запас (принимается равным от 6 до 10 дБ), дБ.
Минимальное количество сростков на регенерационном участке определяется как:
где Lстр — строительная длина кабеля, км.- длина участка Василевичи — Калинковичи — Жидковичи, км;
Примем строительную длину кабеля равной 4 км. Произведем расчет количества сростков
Максимально допустимая длина регенерационного участка определяется чувствительностью системы передачи и рассчитывается по формуле
где Эmax — максимальная энергетический потенциал ВОЛС, определяется характеристиками аппаратуры, примем данную характеристику равной 33 дБ, для выбранной аппаратуры.
αз — эксплуатационный запас в ВОЛС, необходимый для компенсации потери мощности сигнала, связанной с проведением ремонтных и дополнительных работ на кабеле, ухудшением параметров оптического волокна и аппаратуры приема-передачи, а также других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации;рс — число разъёмных соединителей, применим 4 разъемных соединителя, на каждой станции, на ст. Калинковичи 2 соединителя;
αрс — затухание в разъёмных соединителях, αрс = 0,3 дБ;
αсв — коэффициент затухания в световодах.
В качестве оптоволоконного кабеля будем использовать ОКБ — М. Он имеет затухание:
на длине волны 1,31 мкм — < 0,35 дБ/км
на длине волны 1,55 мкм — < 0,22 дБ/км;
Произведем расчет для длины волны 1,31 мкм
αср — затухание в сварных соединениях (сростках);
αt — допуск на температурные изменения затухания оптического волокна, дБ. Допуском на температурные изменения в расчетах для климатической зоны Республики Беларусь будем пренебрегать. Таким образом, получим
км
Произведем расчет количества оптических усилителей по формуле:
.
.
Таким образом, как видно из расчетов, необходимое число регенераторов равно 2.
Произведем расчет затухания на протяжении всего участка:
Еще статьи по теме
Привод вращения параболической антенны
Антенные устройства ЗС могут базироваться как в стационарных помещениях, так и на подвижных воздушных и морских судах. Антенны стационарных ЗС должны иметь приводы, обеспечивающие поворот на 3600 вокруг земной вертикали и п .
Проблемы неисправности трансформаторов в результате старения изоляции
Проблема недостаточной электродинамической стойкости обмоток высоковольтных силовых трансформаторов при коротком замыкании (КЗ) остается на сегодняшний день достаточно актуальной. Накопленный опыт испытаний на .
Источник
Оптический бюджет
Оптический бюджет (энергетический потенциал)
В настоящее время во всем мире средства телекоммуникации переживают период широчайшего внедрения оптических систем в практику.
Оптическая система (optical system) — совокупность оптических элементов, созданная для определённого формирования пучков световых лучей.
Элементы оптических систем можно классифицировать следующим образом:
1. элементы, которые создают сигнал в линии;
2. элементы, которые вносят дополнительное затухание.
К первой категории относятся оптические трансиверы (GBIC, SFP, SFP+, XENPAK, XFP, X2 и др.) и усилители сигнала. Важными параметрами трансиверов (приемопередатчиков) являются: выходная мощность передатчика (transmitter output power) и чувствительность приемника (receiver sensitivity), это паспортные величины.
Чувствительность приемника – величина, характеризующая минимальный уровень сигнала на его входе, который приемник еще может принимать.
Выходная мощность передатчика – величина, характеризующая уровень выходного сигнала передатчика.
Уровень сигнала, передаваемого передатчиком по оптической линии, затухает с расстоянием, поэтому, когда он достигает приемника, его уровень становится меньше (на величину затуханий в линии). Если этот уровень не меньше чувствительности приемника, то приемник сможет принять такой сигнал, иначе система работать не будет.
Разность этих показателей дает нам оптический бюджет (optical budget), обеспечиваемый трансивером: оптический бюджет (энергетический потенциал) – разность между оптической мощностью передатчика и чувствительностью приемника, выраженная в dB. Это паспортная информация, которую производитель (по идее) должен прикладывать ко всем приемопередатчикам (трансиверам). Если производитель этого не сделал, то ее можно легко посчитать.
Pout = 1dBm – выходная мощность передатчика;
S = -18dBm – чувствительность приемника;
OB (optical budget) – ?
OB = Pout – S = (1-(-18))dBm = 19dBm
Оптический бюджет трансивера характеризует максимально-возможное затухание в линии, в которой он может использоваться. Т.е. показывает, что он может использоваться в линии с затуханием, которое не превышает величину бюджета.
Ко второй категории относятся остальные элементы (коннекторы, разветвители, аттенюаторы и др.), которые вносят в линию дополнительные потери. Стоит также не забывать о том, что затухание в оптическом кабеле зависит не только от его длины, но также и от несущей (длины волны):
Зависимость затухания от длины волны в одномодовом оптическом кабеле
чем больше длина волны, тем меньше затуханий в линию вносит оптический кабель.
При расчетах оптической системы необходимо учитывать следующие источники затухания:
затухание в оптическом кабеле:
- в мультимодовом кабеле (850нм) – 2.7 dB/км;
- в мультимодовом кабеле (1310нм) – 0.75 dB/км;
- в одномодовом кабеле (1310-1450нм) – 0.35 dB/км;
- в одномодовом кабеле (1470-1610нм) – 0.25 dB/км;
точки соединения:
- коннекторы, MM – 0.5dB;
- коннекторы, SM – 0.3dB;
- на сварке – 0.1dB.
Рассмотрим пример расчета затуханий в линии:
L=60км – длина одномодового оптического кабеля;
λ=1310нм – рабочая длина волны => коэффициент затухания для одномодового оптического кабеля 0.35dB/км;
известно, что на линии есть 2 коннектора и 1 место сварки, которые вносят дополнительные затухания (0.3dB и 0.1dB соответственно);
Z (затухания в линии) – ?
Z=L*0.35+2*0.3+1*0.1 = (60*0.35+0.6+0.1)dB = (21+0,7)dB = 21.7dB
Чтобы передать сигнал по линии с таким затуханием необходимо подобрать трансивер с оптическим бюджетом больше 21.7dB.
Для обеспечения надежной работы оптической системы учитывают возможность увеличения оптических потерь при изменении внешних факторов и ухудшении характеристик компонентов ВОЛС и мощности лазера, связанных с их старением. Для компенсации данных потерь обычно выбирают оптический бюджет трансиверов с запасом на 3-6dB.
Зачастую расчет потерь в линии не производят, а проводят реальные измерения с помощью рефлектометров. Рефлектометр передает оптический импульс по смонтированным оптическим линиям и измеряет отраженные световые частицы, отображая рассеянные и отраженные оптические сигналы как функцию длины. Сравнивая количество света, отраженного в разные моменты времени, определяются потери в линии и отражательная способность оптического кабеля. Полученные данные могут быть представлены графически в виде рефлектограмм.
Рефлектограмма — исчерпывающая информация о соединителях, сращиваниях и разрывах по всей длине оптической линии. Фактически это графическое изображение результатов измерения оптических потерь в линии:
Рефлектограмма импульсного рефлектометра
Вертикальная шкала определяет уровень потерь в dB, горизонтальная ось соответствует расстоянию от рефлектометра до тестируемого участка.
Знание оптического бюджета и затухания в линии позволяет произвести оценку работоспособности системы: если суммарное затухание линии больше оптического бюджета, то работать ничего не будет.
Источник
ВОЛС — Урок 003. Затухание в оптическом волокне
Важнейшими параметрами волоконного световода являются оптические потери и затухание передаваемой энергии. Эти параметры определяют дальность связи по ВОК и его эффективность. Затухание в оптических волокнах обусловлено проявлением следующих потерь:
α c – собственные потери волоконных волноводов
α k – дополнительные кабельные потери
α ik – потери на поглощение в инфракрасной области
α pr – потери, вызванные присутствием в оптических волокнах примесей
Собственные потери волоконных световодов состоят, в свою очередь, из потерь на поглощение α p и потерь на рассеяние α r :
Затухание в результате поглощения связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, существенно зависит от свойств материала оптического волокна и рассчитывается по следующей формуле:
tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь
Затухание в инфракрасной области, расположенной в диапазоне длин волн свыше 1,6 мкм, рассчитывается по формуле:
C и k – постоянные коэффициенты. Для кварцевого стекла C = 0,9; k = (0,7—0,9) мкм.
При рассеянии света на неоднородностях лучи расходятся в направлениях, часть которых имеет меньший угол падения, чем угол полного внутреннего отражения. Одни лучи при этом покидают сердцевину и уходят в оболочку, а другие, оставаясь в ней, возвращаются обратно к источнику излучения. Такое рассеяние присутствует в любом волоконном световоде; оно получило название рэлеевского рассеяния. Затухание на рассеяние можно оценить по следующей формуле:
С – коэффициент рэлеевского рассеяния.
Одним из понятий в ВОЛС является понятие окна прозрачности. Это область в спектре частот светового излучения, в которой затухание в оптическом волокне минимально. Именно на эти длины волн светового излучения ориентируются при производстве приемо-передатчиков ВОЛС. Первое окно прозрачности наблюдается на длине волны 0,85 мкм, на которой величина затухания составляет 1,8 дБ/км, второе соответствует длине волны 1,31 мкм, на которой затухание составляет 0,36 мкм, а третье наблюдается на длине волны 1,55 мкм, на которой затухание составляет 0,22 дБ/км.
В процессе изготовления волоконно оптических кабелей возникают дополнительные, так называемые кабельные потери, к которым относятся потери на макро и микроизгибах. При изготовлении кабеля оптическое волокно в кабеле располагается в свободно, поскольку оптоволокно подвержено разрушению при растяжении более, чем на 1%. Следовательно оптическая длина волокна в кабеле как правило больше длины самого кабеля. При этом в волокне возникают макро и микроизгибы при его расположении в полости волоконно-оптического кабеля, что также сказывается на затухании светового сигнала в случае, если световой луч падает на границу раздела среда оптоволокна под углом, который больше угла полного отражения. Таким образом световой луч выходит за пределы сердечника оптического волокна.
Потери могут возникать также в результате случайных микроизгибов оптического волокна, которые происходят в процессе наложения защитного покрытия и изготовления оптических волокон в результате температурных расширений и сжатий непосредственно волокна и его защитных покрытий. Размах таких отклонений составляет менее 1 мкм, а шаг — менее 1 мм. К макроизгибам относятся также изгиб оптического волокна в результате монтажа кабельной линии или укладки запасов кабеля в телекоммуникационные шкафы, когда пренебрегают минимально рекомендованным радиусом изгиба оптического кабеля.
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Рекомендуемые статьи по этой тематике
Источник
