Смекни!
smekni.com

Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью (стр. 18 из 31)

Оптическое волокно: одномодовое.

Рабочие окна: 1310 нм для SMF; 1550 нм для DS-SMF.

Длина волны центрального лазера: 1550 нм MLM лазер = 1525 нм - 1575 нм

Ширина спектра: 1550 нм MLM лазер = 3.5 - 30 нм,

Функционирование секции: 10-9 BER для 40 км или менее;

Стандартная секция: 25 км.

Оптические возвратные потери: более 20 дБ;

Стандарты: EIA RS-455-XX и EIA 4750000-А.

На рис. 3.2 приведены элементы волоконно-оптической линии связи с указанием точек ввода и потерь оптической мощности.

Эта схема представляет собой обобщенную модель системы и может использоваться для подсчета потерь в промежутке между передатчиком и приемником в других системах, позволяя определить уровень мощности на входе приемника. Эта мощность должна превышать чувствительность приемника на величину энергетического запаса (3-5 дБ) и не должна выходить за верхнюю границу динамического диапазона приемника, чтобы не повредить его.

Рис. 3.2.Обобщенная схема волоконно – оптической линии связи

αC – потери коннектора; αK– потери ответвителя; αsp – потери ращивания; αf– коэффициент затухания волокна;

3.2 Разработка функциональной схемы

3.2.1 Разработка функциональной схемы опорного пункта (ОП)

Оборудование выполнено в виде стоек, устанавливаемых в пунктах волоконно-оптической линии передачи:

- оконечный;

- усилительный;

-транзитный.

Стойка оборудования на оконечном пункте Стойка оборудования усилительного пункта
транспондеры оптические усилители передачи
оптические мультиплексоры оптические усилители приема
оптические демультиплексоры блок общестоечной сигнализации
оптические усилители передачи блок системы контроля и управления
оптические усилители приема блок питания стойки
блок канала телеконтроля, телеуправления и служебной связи блок канала телеконтроля, телеуправления и служебной связи
блок системы контроля и управления блок ввода внешних датчиков
блок питания стойки блок оптический коммутаций
блок общестоечной сигнализации оптические аттенюаторы
блок ввода внешних датчиков блок компенсации дисперсии
блок компенсации дисперсии источник с рамановской накачкой
оптические аттенюаторы
блок оптический коммутаций
источник с рамановской накачкой

Оборудование транзитного пункта включает:

- две стойки оборудования оконечного пункта, соединяемых по схеме "спина к спине". В случае неполного заполнения стойки возможно размещение оборудования двух оконечных пунктов в одной стойке. При малом числе вводимых/выводимых оптических каналов в транзитном пункте используется оптический мультиплексор ввода/вывода.

Разработка структурной схемы оптического передатчика

Задачей оптического передатчика является преобразование входного электрического сигнала в свет (рис. 3.3.)

Рис. 3.3. Обобщенная структурная схема передатчика

Функциональная схема передатчика должна быть простой и надёжной, содержать систему автоматической регулировки усиления, контроля температуры для обеспечения стабильности выходных характеристик. Схема должна соответствовать построению передатчика с внешней модуляцией, т.к. при 10 Гбит/с применение прямой модуляции нежелательно из – за эффекта ,,чирпа" (паразитной частотной модуляции). Для простоты реализации в схеме не используется преобразователь кода.

Рис. 3.4. Функциональная схема оптического передатчика

Функциональная схема оптического передатчика представлена на рис. 3.4. Входной электрический сигнал в формате NRZ поступает на предусилитель. Он усиливает сигнал до уровня, необходимого для работы усилителя напряжения, обладает низким коэффициентом шума и усиления. Усилитель напряжения доводит сигнал до уровня работы формирователя сигнала. Формирователь сигнала позволяет изменять параметры поступающего на модулятор сигнала и усиливает его до необходимого уровня. Источник тока смещения позволяет изменять положение рабочей точки на ватт–амперной характеристики лазерного диода. Для обеспечения стабильности работы лазерного диода используются устройство обратной связи (УОС) и система термостабилизации (СТС).

Под исходные данные технического задания, а также приведенную выше функциональную схему полностью подходит передатчик:OKIOAS1043F-V2. В качестве излучателя в нем применяется лазер NLK3C8CAKB (табл. 2.2). Данный лазер имеет интегрированный электро–абсорбционный модулятор (что позволяет эффективно бороться с эффектом чирпа), предназначенный для приложений со скоростями до 10 Гбит/с, таких как SonetOC-192 IR-2 и SDHSTM-64.2b. Центральная длина волны излучения λ0=1557нм. Лазер имеет встроенное устройство слежения за длиной волны, что позволяет снизить стоимость лазера по сравнению с решением на дискретных компонентах, где устройство слежения в виде отдельного модуля.

Передатчик имеет схемы автоматического контроля за температурой (АКТ) и выходной мощностью (АКМ) лазерного диода, а также схему контроля формы выходного сигнала (КФС).

Передатчик питается от постоянного напряжения -5.2 и 3.3 В. Функциональная схема передатчика на рис. 3.5

Рис. 3.5 Функциональная схема передатчика OKI

Конструктивные характеристики модуля:

Таблица 3.2 Электрические характристики модуля:

Параметр Обозначение Min. Typ. Max. Ед. изм. Примеч.
Скорость передачи 9.95328 Гбит/с
Код передачи NRZ -
Напряжение вх. сигнала Vin 0.4 - 1.0 Vpp 50 Ом; AC
Наряжение питания Vcc 3.14 3.3 3.46 V DC
Vee -4.94 -5.2 -5.46 V
Ток питания Icc - - 1.4 A DC
Iee - - 0.4 A
Потребляемая мощность Pc - - 6.5 W
Лазерный диод вкл/выкл LSC Вкл: < 0.5 V;Выкл: > 1.6 V

Таблица3.3Описаниевыводов:

№ выв. Обознач. Назначение № выв. Обознач. Назнач.
1 Vee -5.2 V 11 Vcc +3.3 V
2 Vee -5.2 V 12 GND Ground
3 NC No contact 13 NC No contact
4 NC No contact 14 NC No contact
5 GND Ground 15 GND Ground
6 LFA Laser Output Alarm 16 GND Ground
7 GND Ground 17 T-MON Laser Temperature Monitor
8 LBA Laser Bias Alarm 18 NC No contact
9 Vcc +3.3 V 19 T-ALM Laser Temperature Alarm
10 LSC Laser On/Off Control 20 NC No contact

Таблица 3.4 Оптические характеристики модуля:

Параметр Обозначение Min. Typ. Max. Ед. изм. Примеч.
Мощность в волокне Pf -1.0 - +2.0 dBm 1
Центральная длина волны λр 1530 - 1565 nm 1
Динамический диапазон ER 8.2 - - dB 1
Подавление боковой моды SMSR 35 - - dB 1
Падение мощности за счет дисперсии DP - - 2.0 dB 2

Разработка структурной схемы эрбиевого усилителя

Задачей оптического усилителя является усиление входного сигнала. Усилитель должен иметь модульную структуру для возможности его модификации под конкретные нужды заказчика. Должна быть предусмотрена система термостабилизации, а также контроль выходных параметров. Также желательна возможность подключения к внешним устройствам для возможности управления параметрами усилителя.

Структурная схема состоит из 3-х основных частей: платы управления, кросс – платы и оптического модуля. Также на ней представлен блок питания с фильтрами и система охлаждения, представленная вентилятором, LCD – дисплей.

Питание устройства осуществляется от блока питания ECM40-60UT34 постоянными напряжениями: +12В, +5В, +3.3В. Плата управления состоит из: микрокроконтроллера STR710FZ2 – все управление в усилителе осуществляется через него, контроллера GPIB – благодаря которому возможна связь с внешними устройствами по шине GPIB (по данной шине осуществляется программирование контроллера), графический контроллер S1D13A05 – осуществляет управление работой LCD дисплея. Interlock – играет роль блокиратора (например, осуществляет автоматическое выключение усилителя при выходе из комнаты).

Рис. 3.6. Структурная схема эрбиевого усилителя

Также для связи с внешними устройствами микроконтроллер использует протокол RS-232. По шине I2C контроллер управляет работой оптического модуля и кросс – платы.

Кросс – плата состоит из: мультиплексора ADG706, АЦП ADS7823, источников тока, драйверов элемента Пелтье, усилителей для фотодиодов.

Через мультиплексор осуществляется взаимодействие с лазерными диодами и фотодиодами. Источник тока задаёт ток смещения лазерного диода. Драйвер элемента Пелтье позволяет поддерживать температуру лазерного диода постоянной. Усилители предназначены для слабого сигнала с фотодиодов.