Материал: Приемопередатчик атмосферной оптической линии связи

С учетом турбулентности и нестабильности шумовых параметров добавляем ещё 5дБ, т.е

Рассчитаем мощность оптических шумов:

Рассчитаем потери для за счет погодных условий для заданной дальности:

Рассчитаем потери оптического сигнала за счет расхождения луча:

Найдем ОСШ, учтя при этом все потери:

- потери в оптической системе приемника и передатчика.

Для используемой оптики это значение составляет 1 дБ

Требуемая мощность оптического сигнала:

(Мощность излучения в импульсе)

.4 Структурная схема устройства

Для обеспечения мощности излучения в 55.5 мВт используем 3 излучающих лазерного диода, каждый из который обеспечивает среднюю излучаемую мощность в 12.5 мВт и мощность излучения в импульсе 25 мВт. Каждому лазеру будет соответствовать своя оптическая система. Данное решение так же обеспечивает борьбу с замираниями сигнала, т.к сигналы, проходя различные пути до приемника, некоррелировано складываются, что уменьшает замирания. При установке трех излучателей их функции распределяются следующим образом: в условиях высокой прозрачности атмосферного канала работает только один излучатель, при увеличении затухания сигнала в атмосферном канале включается второй излучатель, и при ещё большим увеличении - третий. Такое использование излучателей позволяет обойтись только электронной регулировкой сигнала в приемнике. При одном излучателе с постоянной мощностью требовалось бы дополнительно использовать оптическую регулировку сигнала на входе приемного устройства. [11] Таким образом за счет использования нескольких излучателей и системы АРУ в приемнике достигается динамический диапазон системы связи равный 30 дБ.

Так же для уменьшения замираний используются 2 приемные линзы(эффект осреднения флуктуаций интенсивности). Данный метод эквивалентен классическому разнесенному приему. С экономической точки зрения применение двух линз выгоднее, чем применение одной, но большего диаметра.[11]

Структурная схема представлена на рисунке 6.15:

.4.1 Расчет доступности связи:

Для расчета доступности связи используем статью [16]

Рассчитаем эквивалентный ресурс терминала:

Где: -Выходная мощность лазерного передатчика в мВт(мощность передатчика в импульсе);

- Эквивалентный диаметр антенны лазерного приемника в метрах;

-угловая расходимость луча передатчика в мрад;

-пороговая чувствительность приемника в пВт*Гц-1/2 ;

Можно показать, что с учетом введенного понятия уравнение передачи цифровой АОЛС в атмосфере примет вид:

Где: -метеорологическая дальность видимости (МДВ);

-дальность связи в километрах;

-скорость передачи информации в Мбит/с;

 -вероятность ошибки на бит информации().

Имея зависимость TER от дальности связи и Sk, можно найти вероятность связи. Значение Sk имеет случайный характер и существенно зависит от времени рассмотрения (обычно это месяц).Как любая случайная величина Sk имеет функцию распределения вероятностей F(Sk), зная которую можно найти зависимость вероятности связи Рсв от состояния атмосферы. Из уравнения передачи следует, что каждому значению дальности связи L соответствует минимальная метеорологическая дальность видимости Sk*. Тогда вероятность связи будет определяться условием:

Где:  -произвольное значение метеорологический дальности видимости

- значение метеорологический дальности видимости, вероятность непревышения которого равна

При этом вероятность связи и функция распределения вероятностей МДВ связаны соотношением:

Данные о среднем значении метеорологической дальности видимости  и её среднеквадратического отклонения  для Москвы возьмем из статьи:

Распределения метеорологической дальности видимости для Москвы наилучшим образом аппроксимируются бета-распределением:

Где: а, b - параметры распределения;

- гамма функция;

Параметры распределения возьмем из статьи:

График функции распределения представлен на рисунке 4.16

Рисунок 4.16 График функции распределения вероятностей величины

Из уравнения (6.7) найдем минимальную метеорологическую дальность видимости:  и определим значение функции распределения вероятностей

По формуле (6.9) определим вероятность(доступность) связи

Рассчитанная доступность связи полностью удовлетворяет условиям ТЗ. Мировая и отечественная практика показывает, что приемлемые значения доступности АОЛС должны находиться в диапазоне от 99,0% (при объединении сегментов локальных сетей) до 99,5-99,8% (для передачи голоса в телефонных сетях общего пользования и сетях мобильной связи). Для IP-приложений требуется доступность 99,2-99,5%. [30]

5. Составление и расчет принципиальной схемы

Все микросхемы подключаются с учетом типовой схемы включения, указанной в паспортных данных к микросхеме. Типовые схемы включения на основные микросхемы указаны в приложении. В данном пункте рассчитываются номиналы элементов, используемых для правильного функционирования микросхемы или производится выбор из предлагаемых производителем . При расчетах учитывается температура +25 градусов с отклонением не более ±5 градусов.

MAX3766:

Подача модулирующий импульсов должна происходить в соответствии с рисунком 5.1

Рисунок 5.1 Подача входного сигнала на драйвер лазера

Рассчитаем емкость конденсатора

 :

Выберем сопротивление резистора Rmod

Выберем сопротивление резистора Rbiasmax

Резисторы, ограничивающие ток семисегментных индикатров:

Индикаторы SA56-21SRWA. Используя данные получим:

Us =1,65В- напряжение на горящем светодиоде.

Is = 2мА, ток, протекающий через светодиод.

Перед каждым входом индикаторов требуется поставить ограничивающие резисторы, которые обеспечивают режим работы светодиода, указанный в справочных данных.

Номиналы резисторов будут одинаковы и вычисляются по формуле:

где En = 12В; R=5.175кОм

Светодиоды

где En = 2.5В; R=425 Ом

Для загрузки конфигурационных данных используется схема JTAG.

Для работы в JTAG-режиме используются четыре выделенных вывода: TDI,TDO,TMS, и TCK, и вспомогательный вывод TRST. Все остальные выводы во время JTAG-конфигурирования находятся в третьем состоянии. Характеристика выводов JTAG приведена в таблице 4:

Таблица 5.1 Характеристика выводов интерфейса JTAG

При конфигурировании одной микросхемы по схеме JTAG конфигурирующее программное обеспечение устанавливает все другие микросхемы в режим BYPASS (обход). В режиме BYPASS микросхема без изменений пропускает программирующие данные с вывода TDI на вывод TDO через обходной регистр. Это обеспечивает возможность программировать или верифицировать заданную микросхему.

Подключение JTAG-выводов при конфигурировании:- на этом выводе должен, обеспечен "0". Это можно сделать посредством соединения вывода с землей GND, подключением нагрузочного резистора, или же установкой "0" от внешней управляющей схемы.

nSTATUS - Напряжение выводов подтягивается к напряжению VCC c помощью нагрузочного резистора 1 кОм.ONF_DONE - Напряжение выводов подтягивается к напряжению VCC c помощью нагрузочного резистора 1 кОм.- Управляется "1" путем подключения к напряжению VCC, подтягивания с помощью нагрузочного резистора или установкой "1" от управляющей схемы., MSEL1 - При использовании только JTAG-конфигурировании, оба этих вывода необходимо подключить к земле.RST - этот JTAG-вывод не присоединяется к загрузочному кабелю. Он должен быть в состоянии "1".

6. Конструкторско-технологическая часть

.1 Разработка общей конструкции модуля

Схемы построения ППМ

Для построения АОЛС используются различные схемы, такие как активная, пассивная, смешанная[14] . Наиболее часто встречающаяся - активная схема построения АОЛС.

Активная схема

При данной схеме источник и приемник излучения находятся внутри приемопередающего оптического блока, как правило, в фокусе или вблизи объектива. Схема активного исполнения АОЛС показана на рисунке 8.1.
К плюсам данной схемы следует отнести большую площадь фотоприемника, что в свою очередь, увеличивает угол поля зрения, а это благоприятно сказывается на уменьшении энергетических потерь и требований к угловым перемещениям приемопередающих оптических блоков друг относительно друга.

К недостаткам данной схемы следует отнести необходимость подведения питания непосредственно к оптическим блокам, что не всегда возможно.

Рисунок 6.1 Схема активного исполнения АОЛС (И - источник, П - приемник, О.В. - оптическое волокно ОС - оптическая система)

Пассивная схема

Пассивная схема построения АОЛС осуществляется следующим образом. Источник и приемник излучения располагаются непосредственно в корпусе медиаконверетеров, которые осуществляют преобразования интерфейсов "витая пара - одномодовый (многомодовый) оптический кабель". Схема пассивного исполнения АОЛС показана на рисунке 8.2
Соединение медиаконвертера с оптическим блоком осуществляется с помощью одномодового или многомодового оптического волокна оконцованного коннектором. В данной схеме источником и приемником оптического излучения является торец оптического волокна, расположенного в непосредственной близости к фокусу приемопередающей оптической системы. Недостатком пассивной схемы следует отнести достаточно жесткие требования к юстировке оптических блоков по углу из-за малых размеров приемной площадки, которая является торцом оптического волокна: диаметр одномодового волокна 5…9 мкм, многомодового 50…62.5 мкм. Для увеличения поля зрения необходимо увеличивать в несколько раз диаметр падающего пучка на торец волокна приемника, что приводит к геометрическим потерям из-за разности площадей оптического волокна приемника и пятна излучения. К достоинствам можно отнести отсутствие необходимости подвода питания к оптическим блокам.

Рисунок 6.2 Схема пассивного исполнения АОЛС (И - источник, П - приемник, О.В. - оптоволокно ОС - оптическая система)

Смешанная схема

В том случае, когда невозможно реализовать активную или пассивную схему, используется смешанная схема, которая изображена на рисунке 8.3. Существует несколько вариантов реализации данной схемы, например, когда в одном приемопередающем оптическом блоке источник и приемник излучения находятся внутри оптического блока, а в другом источник и приемник излучения располагаются непосредственно в медиаконвертере.