Проектирование систем с заданными характеристиками (глава дипломной работы), страница 8

                                                                                            (5.3.1)

где C_L – общие потери канала, M_S – необходимый для системы запас. Запас представляет некоторую величину для компенсации потерь от возможных причин в течение срока службы (в том числе из-за старения) и непредвиденных событий. Запас системы в 6 – 8 дБ обычно выбирается при проектировании.

          Потери канала должны учитывать все возможные причины (источники) потерь мощности, включая потери в контактных и сквозных соединениях. Если  представляет затухание оптоволоконного кабеля в дБ/км, C_L можно записать в следующем виде:

                                                                                     (5.3.2)

где  и  представляют собой потери во всех соединениях (контактных и сварочных) линии. Иногда потери в сварках включаются в качестве специального параметра потерь волоконного кабеля.  включает потери в соединениях с приемником и передатчиком, но должны учитывать потери и в других контактных соединениях, если они имеются.

          Уравнения (5.3.1) и (5.3.2) позволяют оценить максимальную дальность передачи для выбранного типа компонент. В качестве иллюстрации рассмотрим конструкцию оптоволоконной линии, работающей на скорости 50 Мб/с при необходимой максимальной дальности 8 км. Как видно из рис. 5.4, систему можно сконструировать на волне около 0,85 мкм при использовании градиентного многомодового волокна в оптическом кабеле. Работа на волне вблизи 0,85 мкм выгодна с экономической точки зрения. Поскольку рабочая длина волны выбрана, необходимо принять решение относительно пригодных для этой волны приемника и передатчика. В передатчике на арсениде галлия (AsGa) могут быть использованы полупроводниковый лазер или светодиод (LED) в качестве оптического источника. Аналогично, в приемнике можно использовать фотодиод типа p-i-n или лавинный. Принимая во внимание вопрос стоимости, выбираем приемник с p-i-n фотодиодом. такой приемник требует в среднем 5000 фотонов/бит, чтобы обеспечить надежность с вероятностью ошибки при приеме бит (BER) £ 10 ^–9. Используя соотношение:

                                        

при = 5000 и В = 50 Мб/с, получим чувствительность приемника = -42 (дБм) (). Средние мощности, отдаваемые светодиодом (LED) и полупроводниковым лазером, соответственно равны 50 мкВт и 1 мВт.

          Таблица 5.3 показывает бюджет мощности для двух типов передатчиков, предполагая, что потери в сварках включены в общие потери оптического кабеля. Дальность передачи ограничена 6 км для передатчика на светодиоде (LED). Для рассматриваемой системы с дальностью 8 км необходимо использовать более дорогой передатчик с лазером. Альтернативой является использование в приемнике лавинного фотодиода (APD). Если улучшить чувствительность приемника на 7 дБ (взять – 49 дБ вместо – 42 дб), тогда приемник на APD вместо p-i-n диода может увеличить дальность передачи до 8 км, даже при использовании в передатчике LED (светодиода). Экономические соображения должны определять выбор передатчика с лазером и приемника с APD.

5.3.2. Бюджет времени установления.

          Целью бюджета времени установления – подтвердить, что данная система может должным образом работать на предельной скорости в битах. Даже если ширина полосы индивидуальных составных частей системы превышает скорость в битах, все еще может быть возможным, что вся система в целом не будет в состоянии работать с требуемой скоростью. Понятие времени установления используется, чтобы назначить ширину полосы для всех составляющих линию частей. Время установления T_r линейной системы определяется как время, в течение которого отклик на резкое изменение на входе (ступенчатая функция) возрастает от 10% до 90 % установившейся выходной величины. Рис. 5.5 поясняет это понятие графически.

Существует обратная взаимозависимость между шириной полосы Df и временем установления T_r линейной системы. Эту зависимость легко пояснить, рассматривая простую Rc цепь в качестве примера линейной системы. Когда входное напряжение, приложенное к RC цепи, мгновенно изменяется от 0 до V₀, изменение выходного напряжения (на емкости):

                                                                                  (5.3.3)

где R – резистор, С – емкость цепи RC. Время установления определяется как

                                                                                        (5.3.4)

Функция передачи RС цепи H(f) получается при использовании преобразования Фурье к уравнению (5.3.3) и определяется как:

                                                                                              (5.3.5)

Электрическая полоса соответствует частоте, на которой  и определяется хорошо известным соотношением:

                                        

Используя уравнение (5.3.4), Df и T_r связаны как

                                                                                                 (5.3.6)

          Можно ожидать, что такая обратная зависимость справедлива для любой линейной системы. Однако, произведение T_rDf в общем может отличаться от 0,35. При проектировании оптических систем связи принято T_rDf = 0,35, что является осторожной рекомендацией. Взаимозависимость между шириной полосы Df и скоростью в битах В зависит от цифрового формата (модуляции). Для случая формата RZ (см. раздел 1.2) Df = В и В T_r = 0,35. Для сравнения Df » В/2 для формата NRZ и В T_r = 0,7. В обоих случаях скорость в битах определяет максимальный предел времени установления, который можно допустить. Системы связи должны конструироваться так, чтобы T_r было меньше допустимой величины, то есть:

                               0,35/В для формата RZ

                T_r £                                                                                                     (5.3.7)

                               0,7/В для формата NRZ

          Три компоненты оптоволоконных систем связи имеют индивидуальные времена установления. общее время установления всей системы связано с индивидуальными временами установления приближенным соотношением [45]: