Телекоммуникационные волоконно-оптические системы (стр. 3 )

3.  Рекомендации по выбору и расчету структурной схемы ВОСП

3.1.  Выбор и обоснование физической топологии

волоконно-оптической сети

Расчет структурной схемы ВОСП начинается с выбора физической топологии волоконно-оптической сети. Физическая топология выбирается на основе приведенной в Задании на проектирование конфигурации (трассы) конкретной ВОСП (см. рис. 1 или 2), которая, в свою очередь, определяется на этапе геодезических изысканий, например, на основе оптимальной схемы прокладки в существующей кабельной канализации. В данном случае принимается, что создавать новые трассы для прокладки кабеля экономически либо физически нецелесообразно. Основным критерием для выбора той или иной топологии является экономическая эффективность, то есть минимальная общая длина волоконно-оптического кабеля, минимальный объем оптической приемо-передающей аппаратуры. Однако при сравнительно небольшом экономическом различии решающим фактором может также стать повышение качества и надежности связи, ослабление требований к элементной базе ВОСП, требуемое число волокон, удобство прокладки кабеля и т. д.

Цифровые ВОСП

Для построения цифровых ВОСП наиболее распространены три типа физической топологии кабельной сети: шинная, звездообразная и кольцевая. Причем, для магистральных ВОСП преимущественно используется первый тип, а для локальных – все три.

Основной принцип шинной топологии состоит в последовательном соединении всех равнозначных пунктов связи системы. На каждом из них осуществляется ввод/выделение закрепленных за данным узлом каналов и трансляция (с восстановлением либо без восстановления) передаваемого по сети цифрового сигнала. В последнем случае, длина регенерационного участка соответствует общей длине линии связи. На оконечных пунктах устанавливается по одному комплекту оптического приемо-передающего оборудования, а на промежуточных – по два комплекта.

Звездообразная топология строится на основе соединения каждого периферийного узла с центральным (на рис. 1 это узел 1). При этом на каждом периферийном пункте необходимо устанавливать по одному комплекту оптических приемных и передающих устройств, а на центральном пункте их число должно соответствовать числу периферийных пунктов связи.

Кольцевая топология, в отличие от двух предыдущих, является замкнутой, что дает преимущества по надежности связи и скорости доступа. На каждом промежуточном пункте устанавливается по два комплекта оптического приемо-передающего оборудования и производится ввод/выделение и регенерация (восстановление) передаваемых цифровых сигналов. Следовательно, длина регенерационного участка соответствует максимальной длине линии связи между двумя промежуточными пунктами.

Пример построения физических сетевых топологий цифровой ВОСП представлен на рис. 3.

а) Конфигурация сети

б) Шинная топология (длина кабеля 310 км, длина волокна 620 км, максимальное число волокон в кабеле 4, длина регенерационного участка 310 км, число комплектов оптического приемо-передающего оборудования 6)

в) Звездообразная топология (длина кабеля 480 км, длина волокна 960 км, максимальное число волокон в кабеле 6, максимальная длина регенерационного участка 250 км, число комплектов оптического приемо-передающего оборудования 6)

г) Кольцевая топология (длина кабеля 560 км, длина волокна 1120 км, максимальное число волокон в кабеле 4, максимальная длина регенерационного участка 250 км, число комплектов оптического приемо-передающего оборудования 8)

Рис. 3. Пример топологий цифровой ВОСП

Аналоговые ВОСП

Аналоговые ВОСП, как правило, строятся на базе существующих традиционных систем кабельного телевидения, поэтому для них наиболее распространены два типа физических топологий: радиальная (соответствует звездообразной топологии для цифровых ВОСП) и радиально-узловая (древовидная). Выбор топологии в данном случае целиком определяется трассой прокладки кабеля (см. рис. 2). Согласно техническому заданию все проектируемые ВОСП применяются для однонаправленного распределения сигналов многоканального вещания телевизионных либо звуковых программ. В связи с этим, при реализации системы необходимо установить оптическое передающее оборудование на узловой станции (пункт 1 на рис. 2) и оптическое приемное оборудование - на абонентских станциях (остальные пункты на рис. 2). Узловая станция соединяется с абонентскими станциями посредством волоконно-оптических кабелей[1] и пассивных оптических разветвителей с соответствующими коэффициентами разветвления (см. табл. П.4).

3.2.  Эскизный расчет структурной схемы цифровой ВОСП

Целью данного расчета является предварительный выбор основной компонентной базы ВОСП: излучателя (лазерного либо светодиодного модуля), фотодиодного модуля и волоконно-оптического кабеля. Компоненты выбираются по данным из соответствующих таблиц (см. Приложение).

а) Выбор компонентной базы по заданной полосе пропускания (хроматической дисперсии) оптического канала

Как известно из курса лекций, увеличение длительности передаваемых импульсов (уширение) τ на входе ФПУ определяется:

(1)

где tвх и tвых - длительность на уровне половины амплитуды оптического импульса, соответственно передаваемого ОПУ и принимаемого ФПУ. Преобразуем (1) к удобному для анализа виду.

(2)

С помощью (2), задавшись допустимым с точки зрения эффективного выполнения операции регенерации в ФПУ относительным увеличением длительности импульса на уровне 20%, можно определить допустимое уширение τдоп при заданной длительности передаваемого импульса, определяемой как:

(3)

где В – скорость передачи в одном оптическом канале (см. ТЗ), k=1 при передаче с помощью кода NRZ и k=2 – при передаче с помощью остальных кодов табл. 1. Характеристика наиболее широко применяемых в цифровых ВОСП кодов представлена в табл. 3. Примеры реализации сигналов в соответствующих кодовых форматах приведены на рис. 4.

Таблица 3

Коды в волоконно-оптическом канале передачи

Тип кода	Характеристика	Требуемая полоса пропускания ФПУ*
NRZ	Non Return to Zero, без возвращения к нулю (в течение тактового интервала). Пример реализации см. рис. 4.	0,86В
RZ-50%	Return to Zero, с возвращением к нулю (в течение тактового интервала). Равная длительность посылки и паузы. Пример реализации см. рис. 4	1,72В
CMI	Coded Mark Inversion, с инверсией кодовых посылок. Пример реализации см. рис. 4.	1,7В
BI-L	Bi-impulsive, биимпульсный (Манчестерский) код. Пример реализации см. рис. 4.	2В
BI-M	Bi-impulsive, биимпульсный (Манчестерский) код. Пример реализации см. рис. 4.	2В

*В – скорость передачи цифрового сигнала.

Рис. 4. Примеры реализации цифровых сигналов

Типы излучателя (лазерного либо светодиодного модуля) и оптического волокна выбираются по табл. П.1 и П.2 с учетом, что полученное из (2) значение τдоп должно превышать значение увеличения длительности импульса Δt за счет их суммарного влияния. Причем в случае многомодового волокна ΔtММ определяется по взятому из табл. П.1 коэфициенту широкополосности ΔνF и полученной в п. 3.1 максимальной длине регенерационного участка lmax как:

(4)

При использовании одномодового волокна ΔtОМ определяется на основе выбранного по табл. П.1 значения хроматической дисперсии τCH в заданном спектральном диапазоне, выбранной по табл. П.2 ширине спектра излучателя и значения lmax с помощью следующего выражения:

(5)

При необходимости одновременной работы ВОСП в двух окнах прозрачности расчет проводится для наихудшего случая.

б) Выбор по допустимому затуханию

Выбранные в предыдущем пункте компоненты дополнительно проверяются на соответствие требованиям по потерям в линейном тракте с учетом следующего условия:

(6)

где А – общее затухание в дБ в волоконно-оптическом тракте на участке с максимальным расстоянием между ОПУ и ФПУ; Рпер – мощность ОПУ в дБм: определяется выходной мощностью выбранного в предыдущем пункте излучателя; Рпр0 – порог чувствительности ФПУ в дБм: оценивается согласно рис. 5 при заданной в табл. 1 скорости передачи.

а) при скорости 1...300 Мбит/с (Yош=10-9)

б) при скорости 0,1...10 Гбит/с (Yош=10-9)