Размещено на http://www.allbest.ru/

ЦИФРОВІ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНІ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ

1 Ієрархія цифрових систем передачі

Цифрове групоутворення в ЦСП може здійснюватись синхронним або асинхронним засобами. На сучасному етапі розвитку галузі зв'язку на мережах зв'язку СНД застосовується останній засіб. При асинхронному групоутворенні цифрові потоки, що об'єднуються, звуться плезіохронними (майже синхронними), тобто вони передаються з однаковою номінальною швидкістю, але миттєві значення швидкості передачі через нестабільність місцевих задаючих генераторів можуть змінюватись у деяких межах. Ієрархія плезіохронних цифрових систем передачі (Plesiochronous digital hierarhy -PDH) наведена на рис. 1.

Ця структура встановлює правила формування швидкості передачі цифрового сигналу та число каналів тональної частоти систем передачі усіх ступенів. Ці правила регламентуються МККТТ.

Поява широкосмугових волоконно-оптичних трактів, зниження вартості одного каналокілометра зв'язку призвели до збільшення ємності пучків зв'язку та значного розширення видів послуг. Розширення видів трафіка потребує більш гнучких методів передачі. Збільшення кількості ліній зв'язку призводить до збільшення обсягів технічного обслуговування, що веде до підвищення накладних витрат, тому виникає потреба впровадження більш ефективного обладнання. Таким обладнанням для мереж зв'язку на основі волоконно-оптичних ліній є обладнання, що відповідає синхронній цифровій ієрархії (Sinchronous digital hierarhy -SDH).

Головні обмеження обладнання PDH такі: неможливість ідентифікування індивідуальних цифрових каналів та груп у високошвидкісних цифрових потоках та відповідно велика потреба в обладнанні для введення-виведення інформації в ці потоки; структура циклу є недостатньою для забезпечення переносу інформації по управлінню мережею, особливо цей недолік відчутний в розгалужених мережах зв'язку з великою можливою кількістю шляхів зв'язку та точок комутації. Концепція SDH дозволяє оптимально поєднувати процеси високоякісної передачі з автоматизованим управлінням, контролем та обслуговуванням мережі в межах спільної системи. Ієрархія SDH систем передачі наведена на рис. 2. Ці системи можуть транспортувати як сигнали діючих систем PDH, що мають швидкості, наведені на рис. 1, так і сигнали нових широкосмугових служб. Ця ієрархія затверджена МККТТ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В перспективі очікується впровадження асинхронного режиму перетворення (Asynchronous transfer mode - ATM) сигналів. АТМ технологія об'єднує переваги мереж пакетної комутації (вона ефективно використовує тракти) та високошвидкісні технології передачі при зберіганні потрібної якості зв'язку. В АТМ режимі цифрова інформація, що передається, розбивається на пакети фіксованої довжини, в яких 5 байтів інформації виділяється на заголовок пакета та 48 байт - для передачі інформації. Для транспортної мережі АТМ режиму планується використання SDH мереж.

На цей час в СНД випускаються тільки ВОСП, що відповідають PDH системам передавання, в стадії розробки знаходиться система ВОСП Сопка-5 зі швидкістю передачі 622,080 Мбіт/с у оптичному лінійному тракті, що відповідає SDH мережам зв'язку. В табл. 1 наведені технічні дані цих ВОСП.

На місцевих та міських мережах зв'язку України найбільш поширеними є системи ІКМ-120-4/5, Сопка-3, Сопка-Г, на міський телефонній мережі ще знаходяться в експлуатації системи Соната-2, які вже промисловістю не випускаються. На магістральних дільницях та міжнародних лініях зв'язку, що проходять територією, України впроваджуються SDH системи, в яких використовується імпортне обладнання, а також системи “Сопка-4”та “Сопка-4М”.

Таблиця 1 - Характеристики волоконно-оптичних систем передачі

2 Побудова цифрових ВОСП

Типова апаратура ЦСП, що призначається для використання на мережах зв'язку загального користування будується на основі часового розподілу каналів з використанням ІКМ за певною ієрархічною структурою (рис. 1). Розроблені в СНД ЦСП відповідають європейській ієрархії, основою якої є первинна ЦСП типу ІКМ-30 зі швидкістю передачі цифрового сигналу 2,048 Мбіт/с та 30 каналами ТЧ. ЦСП подальших ступенів європейської ієрархії будуються на основі часового групотворення шляхом об'єднання чотирьох цифрових потоків більш низького рівня.

Цифрова ВОСП складається з передавального обладнання, обладнання проміжних станцій, приймального обладнання (рис 2).

Структурна схема передавального обладнання наведена на рис. 3.

Рисунок 3- Структурна схема передавальної прикінцевої станції

Передавальне обладнання містить типову апаратуру ЦСП 1, перетворювач коду передачі (ПК) 2, передавальний оптичний модуль 3, оптичний з'єднувач 4 та станційний оптичний кабель 5. Багатоканальний цифровий сигнал з виходу типової апаратури ЦСП надходить на ПК. В ПК код сигналу ІКМ перетворюється в код лінійного сигналу, що може бути переданий по лінійному світловодному тракту. Це перетворення потрібне тому, що в типовій прикінцевій апаратурі ЦСП, що призначена для передачі по металевих кабелях, застосовуються трирівневі коди лінійного сигналу (наприклад код HDB-3 в системах ІКМ-120 та ІКМ-480). У волоконно-оптичних системах передачі модулюється інтенсивність оптичної несучої, що еквівалентно модуляції потужності, тому у ВОСП доцільно примінення дворівневих кодів. Ці коди, до того ж, мають кращу завадозахищеність, ніж багаторівневі. Код лінійного сигналу у ВОСП повинен бути дворівневим ще тому, що ват-амперна характеристика лазера є нелінійною та значною мірою залежить від температури. При передачі трирівневий код перетворюється у дворівневий, далі в ПОМ дворівневі електричні імпульси модулюють інтенсивність випромінювання оптичного джерела, надалі оптичні сигнали через узгоджуючий оптичний пристрій, що є складовою частиною ПОМ, через оптичний з'єднувач надходить до ОК. Слід зазначити, що більшість лінійних кодів у ВОСП мають надлишковість, тому швидкість передачі в лінійному оптичному тракті вища, ніж в електричному (табл. 1).

При розповсюдженні по кабелю оптичні імпульси послабляються за потужністю, та спотворюються за формою (поширюються внаслідок дисперсії). Тому в цифрових ВОСП, як і в ЦСП з металевими кабелями, для збільшення дальності зв'язку уздовж лінії встановлюються регенераційні пункти - ті, що не обслуговуються (НРП) та ті, що обслуговуються (ОРП). Вони забезпечують відновлення амплітуди, форми та часових характеристик (тривалості, положення на тактовому інтервалі) оптичних імпульсів цифрового сигналу, отже, здійснюється повна регенерація імпульсної послідовності. На рис. 4 наведена структурна схема НРП цифрової ВОСП.

Структурна схема містить станційний кабель 1 (або з'єднувальний 1'), оптичний з'єднувач 2, ПрОМ 3, пристрій вирішування(ПВ) 4, пристрій тактової синхронізації (ПТС) 5, формувач сигналу (ФС) 6, ПОМ 7. Ця схема відрізняється від традиційної схеми електронного регенератора (ЕР) ЦСП наявністю ПрОМ на вході та ПОМ на виході ЕР. У ПрОМ оптичні імпульси перетворюються в електричні, підсилюються, при необхідності коректуються за формою, безпосередньо регенерація здійснюється в ЕР.

Важливим етапом регенерації є оцінка значень символів, що передаються (0 або 1). Ця оцінка виконується у ПВ, цей пристрій аналізує сигнал, що приймається, та приймає рішення про те, який символ передавався по лінії. В регенераторах найчастіше використовується метод однократного відліку, що дозволяє забезпечити досить високу завадостійкість.

Сутність методу однократного відліку для дворівневого коду з пасивною паузою наведена на рис. 5.

На практиці допустимі відхилення моменту прийняття рішення оцінюються "окодіаграмою" Оптимальним моментом прийняття рішення, є центр "ока". Контур "ока" показує чутливість регенератора до моменту стробування. Чим крутіше контур "ока", тим менше момент стробування повинен віддалятися від центру "ока". На рис. 6 наведена структурна схема приймального обладнання ВОСП.

Прикінцева приймальна станція у своєму складі містить станційний оптичний кабель 1, що приєднується через оптичний роз'єм 2 до ПрОМ 3, електронний регенератор 4, перетворювач коду приймання 5, та типову прикінцеву апаратуру ЦСП 6. ПрОМ та ЕР виконують ті ж самі функції, що і НРП, а перетворювач коду передачі перетворює дворівневий код лінійного оптичного тракту у трирівневий код ЦСП.

Таким чином, апаратура спряження у цифровій ВОСП складається із оптичних модулів та перетворювачів кодів.

3. Розрахунок параметрів цифрових ВОСП

При проектуванні цифрових ВОСП виникає потреба у розрахунках таких параметрів як довжина регенераційної дільниці та швидкодія системи. При проектуванні систем синхронізації мереж синхронної цифрової ієрархії також виникає необхідність визначення часу розповсюдження сигналів.

В ЦСП якість прийнятого та відновленого регенератором повідомлень характеризується коефіцієнтом помилок, який визначається відношенням кількості помилково прийнятих символів до загальної кількості символів за певний відрізок часу. На магістральних волоконно-оптичних лініях зв`язку довжиною L коефіцієнт помилок не повинен перевищувати значення

,

де М - нормоване значення Рпом для гіпотетичної лінії передачі протяжністю 25000 км, що визначається у відповідності з рекомендацією МККТТ G.821.

Для регенераційної дільниці довжиною Lр нормується коефіцієнт помилок на один регенератор

.

У волоконо-оптичних ЦСП довжина регенераційної дільниці обмежується двома чинниками: втратами в оптичному лінійному тракті та поширенням оптичних імпульсів, що викликається дисперсією світловодів. В загальному випадку виконуються два розрахунки довжини регенераційної дільниці, що обмежується цими чинниками та вибирається менше з одержаних значень.

3.1 Розрахунок довжини регенераційної дільниці, обмеженої загасанням оптичного сигналу

цифровий передача волоконний оптичний

Довжина регенераційної дільниці, обмеженої втратами в оптичному лінійному тракті Lрвт, обмежується такими чинниками:

середньою потужністю випромінювача Рв;

порогом чутливості ПРОМ Роmin;

втратами введення-виведення оптичного випромінювання вв, вив;

втратами у роз`ємних з`єднувачах рз;

втратами у нероз'ємних з'єднувачах нз;

загасанням оптичного кабелю к.

На рис. 28 наведена модель волоконно-оптичного каналу, що відображає розподіл втрат на дільниці регенерації.

Рисунок 7 - Модель волоконно-оптичного каналу

Перш за все визначається енергетичний потенціал системи - різниця між ефективною потужністю оптичного випромінювання Реф ПОМ та порогом чутливості ПРОМ Р0min

. (1)

Ефективна потужність оптичного випромінювання визначається середньою потужністю джерела випромінювання, засобом кодування, температурною та часовою деградацією. Поріг чутливості ПрОМ - мінімальна середня потужність оптичного сигналу на вхідному оптичному полюсі ПрОМ, за якої забезпечується заданий коефіцієнт помилок. Середня потужність випромінювання ПОМ - середнє значення потужності оптичного випромінювання на вихідному оптичному полюсі ПОМ за заданий інтервал часу, у заданому куті та заданим струмом накачування. Ефективна потужність випромінювача повинна перевищувати всі втрати в оптичному лінійному тракті, рівень оптичної потужності на вході фотодетектора повинен бути більшим, ніж поріг чутливості Р0min на деяке значення, що зветься експлуатаційним (або енергетичним) запасом. Цей запас необхідний для врахування часової деградації компонентів ВОСП, а також підвищення втрат в ОК при проведенні ремонтно-відновлювальних робіт при пошкодженнях (обривах) кабелю. Звичайно експлуатаційний запас дорівнює 6 дБ.

Визначимо ефективну потужність випромінювача

, (2)

де Рв - середня потужність оптичного випромінювача, дБп; РТ - втрати внаслідок температурної деградації; Рк - втрати внаслідок кодування. При використанні кодів з поверненням до нуля Рк = 6 дБ, без повернення до нуля

Рк = 3 дБ.

Допущення на температурну деградацію випромінювачів наведені в табл. 2.

Таблиця 2 - Допущення на температурну деградацію випромінювачів

де лт - втрати оптичного лінійного тракту на довжині регенераційної дільниці, Рз - експлуатаційний запас, Реф визначається (2).

Втрати в оптичному лінійному тракті дорівнюють, дБ

, (4)

де Nрз - кількість роз`ємних з`єднань, Nрз - кількість нероз`ємних з`єднань, - кілометричне загасання кабелю, Lр - довжина регенераційної дільниці. З 3 та 4 одержимо вираз для запасу по потужності системи, дБ

. (5)

При розрахунках ВОСП повинна виконуватись умова

Рз 6 дБ.

Враховуючи усереднені втрати нероз'ємних з'єднань на будівельній довжині кабелю (Lр /?l?бд), з 5 одержимо вираз для максимальної довжини регенераційної дільниці, що обмежується втратами в оптичному лінійному тракті, км

. (6)

, (7)

де А - діапазон автоматичного регулювання підсилювання ПРОМ, дБ.

Размещено на Allbest.ru