Материал: Проектирование цифровых систем передачи

Второй недостаток имеет более тонкую природу. Дело в том, что выход (коэффициент усиления) ППЛУ зависит от направления поляризации и может отличаться на 4-8 дБ для двух ортогональных поляризаций. Это нежелательно, так как в стандартном одномодовом волокне поляризация распространяемого светового сигнала не контролируется. Мощность светового потока данной поляризации может флуктуировать вдоль длины. Отсюда вытекает, что коэффициент усиления ППЛУ зависит от неконтролируемого фактора.

Можно уменьшить эту зависимость от поляризации путем установки двух лазеров -возможно как параллельное (требуется пара разветвителей), так и последовательное их подключение. Но это снова приводит к усложнению конструкции и росту стоимости.

Два приведенных недостатка нивелируются в тех случаях, когда ППЛУ интегрирован с другими оптическими устройствами. И именно так преимущественно используются ППЛУ. Одна из возможностей - производство совмещенного с вето излучающего лазерного диода, непосредственно на выходе которого устанавливается ППЛУ.

. Усилители на примесном волокне. Этот тип оптического усилителя наиболее широко распространен и является ключевым элементом в технологии полностью оптических сетей, поскольку он позволяет усиливать сигнал в широком спектральном диапазоне].

На приведена схема усилителя на примесном волокне. Слабый входной оптический сигнал (1) проходит через оптический изолятор (2), который пропускает свет в прямом направлении - слева направо, но не пропускает рассеянный свет в обратном направлении, далее проходит через блок фильтров (3), которые блокируют световой поток на длине волны накачки, но прозрачны к длине волны сигнала. Затем сигнал попадает в катушку с волокном, легированным примесью из редкоземельных элементов (4). Длина такого участка волокна составляет несколько метров. Этот участок волокна подвергается сильному непрерывному излучению полупроводникового лазера (5), установленного с противоположенной стороны, с более короткой длиной волны накачки. Свет от лазера накачки - волна накачки (б) - возбуждает атомы примесей. Возбужденные состояния имеют большое время релаксации, чтобы спонтанно перейти в основное состояние. Однако при наличии слабого сигнала происходит индуцированный переход атомов примесей из возбужденного состояния в основное с излучением света на той же длине волны и с той же самой фазой, что и повлекший это сигнал. Селективный разветвитель (7) перенаправляет усиленный полезный сигнал (8) в выходное волокно (9). Дополнительный оптический изолятор на выходе (10) предотвращает попадание обратного рассеянного сигнала из выходного сегмента в активную область оптического усилителя.

Оптический усилитель на примесном волокне

Активной средой усилителя является одномодовое волокно, сердцевина которого легируется примесями редкоземельных элементов с целью создания трехуровневой атомной системы, . Лазер накачки возбуждает электронную подсистему примесных атомов. В результате чего электроны с основного состояния (уровень А) переходят в возбужденное состояние (уровень В). Далее происходит релаксация электронов с уровня В на промежуточный уровень С. Когда заселенность уровня С становится достаточно высокой, так что образуется инверсная заселенность уровней А и С, то такая система способна индуцировано усиливать входной оптический сигнал в определенном диапазоне длин волн. Если же входной сигнал не нулевой, то происходит спонтанное излучение возбужденных атомов примесей, приводящее к шуму.

Энергетическая диаграмма уровней атомной системы улилителя нп примесном

Особенности работы усилителя во многом зависят от типа примесей и от диапазона длин волн, в пределах которого он должен усиливать сигнал. Наиболее широко распространены усилители, в которых используется кремниевое волокно, легированное эрбием. Такие усилители получили название EDFA, Межатомное взаимодействие является причиной очень важного положительного фактора -уширения уровней, что, в конечном итоге, обеспечивает усилителю широкую зону усиления сигнала. В EDFA наиболее широкая зона усиления от 1530 до 1560 нм, соответствующая переходу hvcA, достигается при оптимальной длине волны лазера накачки 980 нм.

Исходя из достоинств и недостатков выбираем оптический усилитель на примесном волокне EDFA.

4. Формирование структуры цикла передачи

.1 Выбор метода согласования скоростей

Двустороннее СС с двухкомандным управлением обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с односторонним:

) в ОВГ с односторонним СС принципиально невозможен синхронный режим работы, а с ДСС при синхронном режиме не передается никаких команд СС, что увеличивает пропускную способность канала связи;

) в ОВГ с ДСС возможно неограниченное увеличение помехоустойчивости команд согласования;

) ОВГ с ДСС более устойчиво к размножению сбоев цикловой синхронизации;

) ДСС дает возможность увеличить эффективность использования пропускной способности группового тракта.

При идентичном построении циклов передачи большинство узлов ОВГ с односторонним и двусторонним согласованием скоростей практически одинаково. Учитывая отмеченные обстоятельства, в России при построении ЦСП высших порядков применяют двустороннее согласование скоростей с двухкомандным управлением.

Важным параметром ОВГ является частота формирования сигналов согласования .

Произведем расчет максимальной частоты формирования сигналов согласования в системах с двусторонним согласованием скоростей:

,

; ; .

.2 Формирование временной структуры группового сигнала и оценка сетки частот генераторного оборудования

.2.1Формирование структуры цикла передачи для систем передачи низшего порядка (первичная, субпервичная)

Линейный сигнал системы строится на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов. Сверхцикл передачи (СЦ) представляет собой интервал времени, за который передается информация всех сигнальных каналов (каналов СУВ) и каналов аварийной сигнализации. Построение структуры цикла передачи показано на рисунке 14.

Циклы Ц1, Ц2......ЦS, каждый из которых длительностью 125 мкс, объединяются в сверхциклы, следующие друг за другом. Каждый цикл состоит из канальных интервалов КИ1, КИ2,..,КИn куда входят дополнительные канальные интервалы, необходимые для передачи синхросигнала (СС) цикловой синхронизации, каналов СУВ и других вспомогательных сигналов.

Каждый КИ представляет собой m-разрядную кодовую группу, в разрядах P1,P2,...,Pm которой передается закодированная информация соответствующего канала, а в дополнительных КИ - кодовые группы синхросигнала и СУВ. Обычно за один цикл передаются СУВ одного или двух каналов. Таким образом, для передачи СУВ всех n каналов потребуется соответственно n или n/2 циклов, объединенных в сверхцикл. Такое объединение циклов в сверхцикл необходимо для организации нужного числа каналов СУВ и правильного распределения этих сигналов на приеме. В первом цикле сверхцикла передается синхросигнал сверхцикловой синхронизации, а СУВ не передаются. Таким образом, число циклов в сверхцикле на один больше, чем требуется для передачи СУВ всех каналов.

Структура цикла передачи

Скорость передачи группового ИКМ сигнала определяется тактовой частотой системы:, где m - разрядность кодовой группы, n - число каналов в системе, включая канальные интервалы для передачи СУВ, СС и других служебных сигналов;  - частота дискретизации канала ТЧ.

Итак, расчет сетки частот генераторного оборудования произведем в следующей последовательности:

• Для первичной ЦСП ИКМ-30:

)        по заданному числу каналов системы N=30, рассчитанной частоте дискретизации  и значимости кода т определяется тактовая частота системы:

;

2)      по известной  рассчитывается частота следования разрядных импульсов:  ;

)        частота следования циклов передачи равна частоте дискретизации:

;

4)      частота следования сверхциклов:

кГц.

• Для субпервичной ЦСП ИКМ-15:

;

;

;

 кГц.

.2.2 Формирование структуры цикла передачи для систем передачи низшего порядка (вторичная, третичная,…)

Использование рассмотренных способов согласования скоростей приводит к тому, что скорость передачи формируемого группового потока оказывается несколько больше суммы скоростей объединяемых потоков. Для количественной оценке требуемого увеличения скорости группового потока необходимо рассмотреть структуру цикла передачи, который должен содержать позиции для передачи символов: информационных, циклового синхросигнала, команд согласования, а также служебных.

При построении цикла передачи следует учитывать важные требования, предъявляемые к его структуре:

·        число следующих подряд служебных символов должно быть по возможности минимальным;

·        распределение символов синхросигнала должно быть таким, чтобы время восстановления синхросигнала было минимальным;

·        распределение команд согласования скоростей должно быть таким, чтобы обеспечивалась их максимальная помехоустойчивость;

·        длительность цикла должна быть по возможности минимальной;

·        распределение служебных символов в цикле должно быть равномерным;

·        структура цикла должна позволять системе работать как в синхронном, так и в асинхронном режимах.

С учетом этих требований получаем структуру цикла, изображенную на рисунке 16.

Структура цикла ЦСП

На основе выбранной структуры цикла передачи формируется сетка частот ГО.

.3 Оценка параметров системы цикловой синхронизации

Синхронизация приемной и передающей станций по циклам обеспечивает правильное декодирование кодовых групп и распределение группового АИМ сигнала по соответствующим приемникам каналов. Для обеспечения этой синхронизации в начале каждого цикла в состав группового цифрового сигнала вводится специальный синхросигнал, который представляет собой группу импульсов определенной комбинации. К системам цикловой синхронизации предъявляются следующие требования:

·        время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимальным;

·        число разрядов синхросигнала в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должно быть минимальным;

·        приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым, что обеспечивает большое среднее время между сбоями синхронизма.

Основными отличительными особенностями синхросигнала являются его периодичность (повторяемость) на одних и тех же позициях в каждом цикле и постоянство кодовой комбинации. Эти свойства используются при выделении синхросигнала на приемной станции.

Система цикловой синхронизации представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих синхронную работу соответствующих узлов ГО приемной и передающей станций. На передающей станции находится устройство формирования и ввода синхрогруппы в групповой цифровой сигнал. На приемной станции находится приемник синхросигнала, обеспечивающий установку синхронизма после включения аппаратуры, контроль за состоянием синхронизма в рабочем режиме, обнаружение сбоя синхронизма и его восстановление.