Проектирование систем с заданными характеристиками (глава дипломной работы), страница 16

          Даже в случае использования изолятора шум отражения может стать проблемой для световых систем. В волоконных линиях большой протяженности, использующих оптические усилители, дисперсия волокна может преобразовать шум фазы в шум интенсивности, приводящий к ухудшению параметров [122], [128]. Аналогично, две отражающие поверхности в любом месте волоконной линии могут выполнять роль Фабри – Перо интерферометра, который может преобразовать шум фазы в шум интенсивности [120]. Такое преобразование можно объяснить, отметив, что многократные отражения внутри интерферометра Фабри – Перо создают фазо – зависимую составляющую в передаваемой информации с модуляцией по интенсивности, которая изменяется в ответ на фазовые флюктуации. В результате RIN поступающего на приемник сигнала больше, чем при отсутствии обратной связи из-за отражения. В большинстве случаев увеличение RIN имеет место в узком частотном диапазоне, спектральная ширина которого определяется шириной (полосы) лазера (~ 100 МГц). так как общий шум определяется интегрированием по ширине полосы приемника, он может серьезно повлиять на характеристики системы на скоростях больше, чем линейная ширина (полосы) лазера. Наказание по мощности можно подсчитать, все еще используя уравнение (6.4.16). Простая модель, которая включает только два отражения между разделяющими отражающими поверхностями, показывает, что r_eff пропорционально (R₁R₂)^1/2, где R₁ и R₂ – отражения двух разделяющих поверхностей [120]. Рис. 4.19 можно использовать для оценки наказания по мощности (глава 4). Рисунок показывает, что наказание по мощности может стать бесконечным и привести к верхним пределам BER при r_eff превосходящем 0,2. Такие пределы BER обнаружены экспериментально [120]. их можно избежать, только исключая или уменьшая паразитные отражения по всей волоконной линии. Следовательно, необходимо применять контактные соединения м сварки, используя согласование индексов (преломления) или другие методы.

5.5. Использование компьютеров при конструировании.

          Конструирование оптоволоконных систем связи требует оптимизации большого числа параметров, относящихся к передатчику, оптическому волокну и приемнику. Вопросы конструирования, рассмотренные в разделе 5.3, упрощены и не могут обеспечить оптимальные значения параметров системы. чтобы обеспечить осторожную оценку дальности передачи (или расстояния между повторителями) и скорость передачи в битах, используются бюджет мощности и бюджет времени установления. Запас системы в уравнении (5.3.1) используется как средство для учета различных причин наказания по мощности, рассмотренных в разделе 5.4. Подход к конструированию системы часто проводится с излишним запасом для достаточной надежности.

          Альтернативный подход использует компьютерное моделирование, основанное на реальных моделях оптоволоконных систем связи [133] – [146]. Такие модели в состоянии оптимизировать систему в целом и обеспечивают оптимальные величины параметров системы, то есть такие, которые отвечают требуемым условиям и обеспечивают минимальную стоимость. Общий подход заключается в моделировании генерации оптического потока бит (цифровой информации), его передачи по оптическому волокну и его детектировании в приемнике. Рис. 5.15 иллюстрирует различные этапы процесса моделирования.

Контрольные вопросы.

5.9 Подсчитать бюджет времени установления для системы на волне 0,85 мкм, оптоволоконной линии длиной 10 км, при скорости работы 50 Мб/с. В передатчике используется светодиод (LED), приемник с кремневым фотодиодом (Si) p-i-n, их времена установления соответственно равны 10 и 15 пс. Волокно с градиентным индексом сердечника – 1,46, D = 0,01 и D = 80 пс/(км-нм). Ширина спектра LED = 50 нм. может ли система работать в формате модуляции NRZ?

5.10 Световая система на волне 1,3 мкм сконструирована для работы со скоростью 1,7 Гб/с при расстоянии между повторителями 45 км. одномодовое волокно имеет наклон дисперсии 0,1 пс/(км-нм²) вблизи волны нулевой дисперсии, которая равна 1,308 мкм. подсчитайте диапазон длин волн многомодовых полупроводниковых лазеров, для которых наказание по мощности из-за шума разделения мод остается ниже одного децибела. считайте RMS ширины спектра лазера равной 2 нм и коэффициент разделения мод к = 0,7.

5.11 Обобщите уравнение (5.4.5) для приемника с APD, включив коэффициент избыточного шума в форме F(M) = М^Х.

5.12 Рассмотрите световую систему на волне 1,55 мкм, работающую со скоростью 1 Гб/с с многомодовым полупроводниковым лазером, имеющим RMS спектральной ширины 2 нм. Рассчитайте максимальную дальность передачи, при которой наказание по мощности из-за шума разделения мод менее 2 дБ. Используйте К = 0,8 для коэффициента разделения мод.

5.13 Используйте анализ раздела 3.3.8 (см. также ссылку на [76]) по решению скоростного уравнения, чтобы доказать, что мощность боковой моды P_s имеет экспоненциальную зависимость плотности вероятности, определяемую уравнением (5.4.9).

5.14 Используйте уравнение ,(5.4.15), чтобы определить максимальную дальность передачи световой системы на волне 1,55 мкм, работающей на скорости 4 Гб/с, в которой вызванное чирпом наказание по мощности менее 1 дБ. считайте, что С = -6 для одномодового полупроводникового лазера и b₂ = -20 (пс)²/км для одномодового волокна.

5.15 Решите вопрос 5.14, когда скорость в битах составляет 8 Гб/с.

5.16 Используйте результаты вопроса 4.16 (глава 4), чтобы получить выражение для наказания по мощности из-за отражений в случае определенного значения отношения гашения r_ex. Нарисуйте кривые наказания, показанные на рис. 5.13 для случая r_ex = 0,1.

5.17 Рассмотрите интерферометр Фабри – Перо с двумя поверхностями, имеющими отражения R₁ и R₂. Используйте анализ ссылки [120] для вывода выражения относительной интенсивности шума RIN(w) передаваемого света в зависимости от ширины линейной полосы поступающего света. Считайте, что R₁ и R₂ достаточно малы, чтобы учитывать только одно отражение от каждой поверхности.

5.18 Используйте анализ ссылки [134], чтобы получить выражение для общего шума приемника, включая тепловой шум, дробовой шум, шум интенсивности, шум чирпа, шум разделения мод и шум отражения.