Оптикалық талшық

 

                                                   (3.24)

                                                    

мұндағы «+» белгісі - Етк кабелін сығу үшін;

 «-» белгісі – Ек кабелін созу үшін.

 

Сонымен, жабылғының номиналды ішкі диаметрін ai = 2мм біле отырып. Сынудың сатылы көрсеткішімен 12 сәуле жолы толық саңылауға:

 

DR = (2.0мм – 1,0мм)/2=0,4мм

 

Сонда кабельдің максималды жіберілетін  созылуы тең болады:

 

                            (3.25)

Сурет 3.3 – есептің шешімімен шығарылған программа терезесі.

 

3.9  Талшықты-оптикалық тарату жүйесінің сенімділігін есептеу.

 

Сенімділік – қолданыстағы байланыс желісі мен қазіргі заманғы магистральдің маңызды сипаттамаларының бірі. Әсіресе, сенімділік бойынша жоғары талап ТОКМ (ВОКМ) жататын үлкен өткізу қабілеті бар кабельді магистральдарда кездеседі. ТОТЖ тоқтап қалуы мен ақаулығы кез келген уақытта кездейсоқ процестік уақыт жасайтын тоқтап қалу ағыны жасайды.

Берілген дипломдық жұмыста  0,5 сағ тең болатын ТОКМ-дағы тоқтап қалуды жөндеу процесі қайта қалпына келтіру t_В уақытымен сипатталады. Тоқтап қалмайтын жұмыс уақыты Т_Б.Р>>t_В и Т_Б.Р=7,72×10⁴ сағ .

Сонда тоқтап қалу ағынының жиілігі :

 

n=1/Т_Б.Р=1/7,72 10⁴=13 10^-6сағ^-1.                                                                (3.26)

 

Жүйе астындағы  туынды деп аталатын Пуассон параметрлі заңы бойынша таратылған t_В кездейсоқ уақытындағы ТОКМ жағдайының жөндеу және қайта қалпына келтіру болады:

 

m=1/t_у=1/0,5=2 сағ ^-1                                                                                                                                         (3.27)

 

L=170 км тартылымдылықты ТОКМ үшін тоқтап қалу жиілігін анықтайық:

 

l=n/L=13 10^-6/170=76 10^-9 сағ ¹/км.                                                            (3.28)

ТОКМ жұмысының сапасын бағалаудағы  негізгі параметрлердің бірі болып  бір жылдағы 100 км трассаға келтірілетін ақаулау тығыздығы m болып табылады:    

m=l 100 8760,                                                                                          (3.29)

 

мұндағы 8760- бір жылдағы сағат саны;

                100 - m мәні анықталу кезіндегі трасса ұзындығы.

 

m=76 10^-9 100 8760=6,6 10^-2

 

Құрылғы жағдайының көрсеткіштерін есептейік:

Берілгені бойынша пайдалану уақыты кезектесетін техникалық қызмет көрсету  немесе жөндеп қайта қалпына келтіру  уақыты, ТЖ құрылғысының үзіліссіз қолдану аппаратурасын ұсынады,  яғни ТЖ құрылғысы эксплуатация кезінде түрлі жағдайда болады.

Дайындық коэффициенті:

 

К_Г=m/(m+l)=2/(2+22,1 10^-9)=0,999999989,                                              (3.30)

 

Ол эксплуатация режимінде орнатылған құрылғының жөнделген жағдайының ықтималдығын сипаттайды.

Тоқтап қалу коэффициенті:

 

К_П=1-К_Г=1-0,999999989=11 10^-9                                                                                                (3.31)

 

Техникалық пайдалану коэффициенті:

 

К_ТП=Т₀/(Т₀+Т_Б.Р+Т_у)  ,                                                                                (3.32)

 мұндағы Т_о – тоқтап қалудағы табыстың орта мәні, 10⁹ сағ; 

        Т_Б.Р-техникалық қызмет көрсетудің орташа уақыты, 7,72×10⁴ сағ;

        Т_у-құрылғыны қайта қалпына келтірудің орташа уақыты, 0,5 сағ

 

К_ТП= =0,999922805.

 

Тарату желілері және құрылғы жүйесінің  талап ететін сенімділік көрсеткіштерімен қамтамасыз ету келесі әдістермен жүзеге асады:

• Элементтердің сенімділігін үздіксіз жоғарылату және ТЖ түйіндерінің өңделу кезеңдеріндегі дайындау және эксплуатациялары;
• Қолдану кезіндегі тарату желілері және эксплуатациялық жүйені техникалық жетілдіру;
• Кез келген желілік түйіндер арасында мәліметтерді тарату каналдары мен трактарын қамтамасыз ету үшін  резервтеу.

 

3.10 ТОТЖ параметрлерін есептеу

 

1. Қабылдағыштың сезімталдығын анықтау

 

Талшықты-оптикалық байланыс жолын  жобалаған кезде ТОТЖ элементі –  фотоқабылдағыш және оның жұмыс сапасы маңызды роль атқарады. Фотоқабылдағыштың  жұмыс сапасына  берілген мәндер қатынасы сигнал-шуыл немесе қателік ықтималдығы, сезімталдық, сондай-ақ (ЛФД немесе p-i-n) фотоқабылдағыш типімен қамтамасыз етілетін оптикалық сигналдың байқалған қуатының минималды мәні әсер етеді.

Фотоқабылдағыш типі мен сезімталдылығын  элементтер паркінде болатын жобаланған жүйедегі жалпы талаптардың шығуымен анықтайды. Сонымен қатар толқын ұзындығы жұмыстық диапазонында фотоқабылдағыштың максималды сезімталдықта болуына ұмтылады. Берілген сигнал/шуыл немесе қателік ықтималдылығын қамтамасыз ету кезіндегі оптикалық қабылдағыш модульдің (ОҚМ, ПРОМ) кірісіндегі оптикалық сигалдың минималды орташа қуаты сезімталдық қадамы де аталады.

ТОТЖ –ғы қолданылатын фотоқабылдағыштардың көбіне кең тарағандары p-i-n фотодиодтар, (ЛФД) лавинді фотодиодтар және фототранзисторлар.

Дипломдық жұмыста ОҚМ элементі негізінде p-i-n фотодиодын таңдаймыз. Бұл лавинді токтың кездейсоқ табиғаты тез әсер етуі  ЛФД шуылға алып келетіндігімен байланысты. Сонымен қатар ЛФД-ға көбейту коэффициентінің жоғары температуралы сезімталдығы лайық және ЛФД-ға p-i-n фотодиодымен салыстырғанда жоғарғы жұмыс кернеуі қажет. Бұл қажетті жұмыс кернеуін шығаратын, сондай-ақ  термотұрақтылық жүйесін пайдалануын қажет ететін арнайы электрлік тізбек.

Идеалды қабылдау шартында, яғни бұрмалану және шуылдың болмайтын жағдайда қалыпты жұмыс істелуін қамтамасыз ету үшін қателік ықтималдылығы 10 аспауы керек.

Синхронды сандық иерархиясының  (СЦИ) таралу жүйесінің (СП-систем передачи) сызықтық құралы үшін таралу деңгейі Р_тар = 2¸4 дБ тең болу керек. Осылайша, шығатын мәліметтер болып табылады:

- Р_ош = 10^-9;

- Р_тар = - 4 дБ.

p-i-n фотодиодында орындалған ОҚМ сезімтал қадамын мына формула бойынша есептеуге болады:

 

Р_қад = 2∙ ,                                                           (3.33) 

 

мұндағы Q = P_тар = -4 дБ- тарату жүйесінің деңгейі; S^-1 = 0,8 А/Вт (p-i-n (Si) фотодиод үшін)- токтық сезімталдық; k=1,38∙10^-23 Дж∙К^-1- Больцман тұрақтысы; T = 300 ⁰K- абсолюттік температура; F_ш=4 дБ- шуыл жүйесінің коэффициенті; В- өткізу жолағы; R = 198,9 Ом- кедергі.

 

В= f = = =1,17∙10¹³ Гц                                                  (3.34)

 

(3.34) формуласы қараңғылық фототок пен сигналды бытыраңқы шуылдармен елемеуге болатын жағдайда дұрыс. Сондықтан Р_қад үшін келесі формуланы қолданған жөн. Мұнда  p-i-n (Si) фотодиод үшін барлық мәндерді аламыз:

 

Р_қад = 2∙q∙ f∙Q∙ ,                                                             (3.35)

 

мұндағы q=1,6∙10^-19 Кл- электрон заряды; М=1- көбейту коэффициенті; I_m=3 мкА- темновой ток; X=1- көбейту коэффициентінің дәрежесі.

 

b =                                                                       (3.36)

сонда:

 

b = = 1,39∙10²⁸

Сонда Р_қадтең болады:

 

Р_қад = 2∙1,6∙10^-19∙1,17∙10¹³∙4∙ = 1,872∙10^-5 мВт

 

Келесі формула бойынша алынған  қуат сезімталдығының қадамын  (Р_қад) децибелге (дБ) ауыстырамыз:

 

Р_қад.дБ = 10∙lg ( )                                                                      (3.37)

 

Мәндерін қоямыз:

 

Р_қад.дБ = 10∙lg ( = - 47,3 дБ

2. ОТ қосқышының өшулігін есептеу

 

ОҚМ кірісіне келіп түсетін оптикалық қуат деңгейі, жүйенің энергетикалық потенциалдан, ОТ-ғы қуат шығындарына, ағытпа және ағытпасыз қосқыштардағы қуат шығындарына байланысты.

ОТ-ғы қуат шығындары  нормаланады, мысалы, мөдірліктің екінші терезесінде 0,36 дБ/км, ал үшінші терезесінде 0,22 дБ/км құрады.

Ағытпасыз қосқыштарда  қуат шығындары нормаланып, 0,1 дБ құрайды.

Ағытпалы қосқыштардағы  шығындар қосындымен анықталады

 

Ар = S аi, i = 1,2,3,4,

 

мұндағы  а1 – ОТ  тығынындағы радиалды ауытқуы кезіндегі шығындар (сурет 3.4);

а2 – бұрыштық келіспеушіліктегі шығындар (сурет 3.5);

а3 – осьтік келіспеушіліктегі шығындар (сурет 3.6);

а4 – ескерілмеген шығындар.

 

Бірмодалы ОТ-тағы радиалды ауытқуы әсерінен болатын шығындар келесі формула бойынша анықталады:

а1 = - 10 lq

, дБ,

 

мұндағы d - екі ОТ-ның максималды радиалды ауытқуы көлемі, d = 1,138 мкм;

w – БОТ мода диаметрін анықтайтын көрсеткіш, w = 10 мкм.

 

а1 = - 10 lq

= 0,056 (дБ)

ОТ бұрыштық келіспеушілігі айтарлықтай оптикалық шығындарға әкеледі. Көрсетілген шығындарды есептеу формуласында келіспеушілік бұрышынан q басқа, тағы да ауа мен сыну көрсеткіштері кіреді. ОП паспорттық мәліметтерінде ҚТ-дың шамасы көрсетілмегендіктен, шығынды есептеу бұрыштық келіспеушілік әсерінен айтарлықтай қиындықтар туғызады. Сондықтан а2 = 0,35 дБ мәнін қабылдаймыз.

 

Сурет 3.4– ОТ радиалды ауытқуы

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 3.5 ОТ бұрыштық келіспеушілік

 

 

 

 

Сурет 3.6 ОТ осьтік келіспеушілік

 

Ағытпалы қосқыштардағы  оптикалық шығындар осьтік келіспеушілік әсерінен өседі.

Осьтік келіспеушілік  әсерінен болатын шығындарды есептеу  үшін келесі формуланы қолданамыз

 

а

= - 10 lq , дБ,

 

мұндағы Z – ОТ кесілген аралығындағы максималды қашықтық;

d – ОТ диаметрі;

qа – аппертуралы бұрыш.

 

БОТ үшін аз шығындарға жету үшін, Z = 2,95. qа = 5,34° (п.2.1.) максималды мәнін қабылдауға болады.

 

а

= - 10 lq = 0,06 (дБ),

 

Ағытпалы қосқыштардағы  ескерілмеген шығындарды мына шамаға а₄ =0,01 дБ тең деп алуға болады.

Қазіргі технологияларда  ағытпалы қосқыштардағы шығындар мына шамадан аспайды:

                                     Ар = £ 0,5 дБ,

 

Ар = 0,056 + 0,35 + 0,01 = 0,476 £ 0,5 (дБ)

 

Ал ағытпасыз қосқыштарда Ан £ 0,1 дБ аспайды.

3.  Энергетикалық потенциалды бөлуді есептеу

ОҚМ кірісіне түсетін сигналдың оптикалық қуат деңгейі ТОТЖ-ның энергетикалық потенциалына, ағытпалы және ағытпасыз қосқыштардағы шығындарға байланысты.

Энергетикалық потенциалды бөлген есептеулерін 3.5 кестеге орналастырамыз.

Кесте 3.5

Көрсеткіштер	Белгіленуі	Өлшем бірлігі	Мәні
Оптикалық сигналды тарату қуатының деңгейі	Ртар	дБм	4
Қабылдау қуатының минималды деңгейі	Рқаб min	дБм	- 47,3
ТОТЖ-ның энергетикалық потенциалы	Э	дБ	38
РА ұзындығы	Lра	км	80,8
ОК құрылыстық ұзындығы	Lс	км	4
РА-ғы ОК құрылыстық ұзындығының саны	Nс	-	21
РА-ғы ағытпалы қосқыштар саны	Nр	-	2
Ағытпалы қосқыштағы оптикалық  сигналдың өшуі	Ар	дБ	0,476
РА-ғы ОТ ағытпасыз қосқыштар саны	Nн	-	20
Ағытпасыз қосқыштағы оптикалық сигналдың өшуі	Ан	дБ	0,0031
ОТ өшулік коэффициенті	a	дБ	0,39