16- маъруза толали оптик алоқа тизимларини лойиҳалаштириш асослари

Рақамли толали оптик узатиш тизимининг линия тракти параметрларини баҳолаш

Оптик нурланишни қабул қилиш сатҳи регенерациялаш участкаси узунлиги бўйлаб энергетик потенциалнинг тақсимланиши, регенераторнинг қарор қабул қилиш нуқтасида сигнални халақитлардан ҳимояланганлиги, ҚқУзМ нинг тезкорлиги ва сезгирлик чегараси билан аниқланади.

Регенерациялаш участкаси узунлиги бўйлаб энергетик потенциалнинг тақсимланишини ҳисоблаш. Линия регенераторининг ҚқУзМ киришига тушувчи, оптик қувватнинг сатҳи ТОУТ нинг энергетик потенциалига, ОТдаги қувват йўқотишларига, ажраладиган ва ажралмайдиган улагичларда оптик нурланиш қувватининг йўқотишларига боғлиқ.
Ҳисоблашларни бажаришдан аввал регенерациялаш участкаси узунлиги бўйлаб энергетик потенциалнинг тақсимланишини ҳисоблаш учун бошланғич маълумотлардан иборат жадвални тузиш керак (16.2-жадвал).
Мисол. РТОУТ учун регенерациялаш участкаси узунлиги бўйлаб энергетик потенциалнинг тақсимланишини ҳисоблаш, унинг техник параметрлари 16.2-жадвалда келтирилган.

16.2-жадвал

Ечиш.

1. 
   Биринчи ажраладиган улагичдан (А-ОУ) кейин оптик сигналнинг сатҳини аниқлаймиз
   

р_А1 = р_уз – А_А = - 4 – 0,5 = - 4,5 дБқ.

2. 
   Станция оптик кабелининг биринчи ажралмайдиган улагичи (Ай-ОУ) дан кейин узатиш сатҳини аниқлаймиз
   

Р_Ай1 = р_А1 – А_Ай = - 4,5 – 0,1 = - 4,6 дБқ.

3. Сўнг сигнал қурилиш узунлиги l_қур = 4 км ва сўниш коэффициенти α = 0,7 дБ/км бўлган линия оптик кабели бўйлаб узатилади. Иккинчиси Ай-ОУ киришида сигнал сатҳи қуйидагига тенг бўлади

р_Ай2кир = р_Ай1 – α · l_қур = - 4,6 – 0,7 · 4 = - 7,4 дБқ.

Регенерациялаш участкасининг барча ташкил этувчилари учун шундай ҳисоблашларни бажариб, иккинчи А-ОУ киришида олтинчи қурилиш узунлигидан кейин сигнал сатҳи р_Ай7= -22,0 дБқ га тенг бўлади.
Қабул қилиш сатҳи, яъни иккинчи А-ОУ чиқишида оптик нурланиш сатҳи қуйидагига тенг

р_ққ = р_Ай7 - А_А = - 22,0 – 0,5 = - 22,5 дБқ.

Регенерациялаш участкасининг умумий сўниши

А_ру= р_уз + р_ққ = - 4 - (-22,5) = 18,5 дБ.

Ҳисоблаш натижаси бўйича хулоса қилиш мумкинки, РТОУТ нинг регенерациялаш участкасининг сўниши, Э = 31 дБ га тенг бўлган энергетик потенциалидан кичик. Эксплуатацион заҳирани Э_з = А_t - А_В = 6 дБ га тенг деб қабул қилиш мумкин.

Энергетик потенциал тақсимланишининг ҳисобланган натижаларини жадвал ёки диаграмма (16.3-расм) кўринишида келтириш мумкин. Расмда қуйидаги белгилашлар қабул қилинган: ҚқУзМ - қабул қилувчи узатувчи модул; А-ОУ - ажратиладиган оптик улагич; Ай-ОУ - ажралмайдиган оптик улагич; ОТ - оптик тола.
Энергетик потенциалнинг тақсимланиш диаграммасининг ҳамма узатиш сатҳлари ҳисобланганлиги учун, у шартли масштабда тасвирланиши мумкин, лекин диаграмманинг характерли, асосий нуқталари кўрсатилган бўлиши шарт.

16.3-расм. Энергетик потенциалнинг тақсимланиш диаграммаси

Энергетик потенциалнинг тақсимланиш диаграммаси оптик линия трактининг асосий параметрларини ҳисоблаш учун асос бўлиб хизмат қилади. Бу параметрлар: шовқинларнинг ҳар хил турлари, бирламчи регенераторнинг хатолик эхтимоллиги, РТОУТ тезкорлиги ва линия регенератори ҚқОМ нинг сезгирлик чегараси.

Оптик трактнинг регенераторнинг қарор қабул қилиш нуқтаси (РҚҚН) да сигнални ҳалақитлардан ҳимояланганлигини ҳисоблаш.
ҚқУзМ нинг қабул қилувчи оптик модулида сигналга асосан хусусий ва дроб халақитлари таъсир этади.

16.4-расм. Фотодетектор кучайтиргичининг типли схемаси

Хусусий халақитлар, фотодетектор кучайтиргичи киришига таъсир этувчи иссиқлик халақитлари ва унинг ички халақитлари билан аниқланади. Дроб халақитлари фотодетекторда рўй берадиган жараёнларнинг квант табиати билан тушинтирилади. Фотодетектор кучайтиргичи сифатида одатда трансимпендансли деб аталадиган кучайтиргич ишлатилинади, у “ток – кучланиш” ўзгартиргич ҳисобланади. Бундай кучайтиргич кучланиш бўйича кучайтиришнинг катта коэффициентига эга операцион кучайтиргич (ОпК) дан, ва кириш ва чиқиш бўйича параллел, чуқур умумий тескари алоқани ҳосил қилувчи R_ТА резисторидан (16.4-расм) тузилган. R_кир резистори ФҚқ диодининг динамик қаршилигини, унинг силжиш занжирларини ва ОпК кириш қаршилигини акс эттиради. С_кир конденсатор фотодетекторнинг йиғинди сиғимини, ОпК нинг кириш сиғими ва монтажини, С_ТА конденсатори эса – R_ТА уланиш нуқталарида паразит сиғимни акс эттиради. Одатда R_кир > R_ТА, С_кир > С_ТА. Айтиб ўтилган шартлар бажарилганда қуйидагаларни ёзиш мумкин: U_чиқ ≈ I_ф · Z_ТА, қуйи частоталарда U_чиқ ≈ I_ф · R_ТА, чегаравий частота – f_чег = (2π R_ТА· С_ТА)^-1 дан юқорида узатиш коэффициентининг мартадан каттага камайиши рўй беради. Агар кириш оптик сигнали ўзнида NRZ коди кетма-кетлигини намоён этса, чегаравий частотани сигналнинг f_т тактли частотасига тенг деб олиш мумкин, унда тескари алоқа резисторининг қаршилиги:

R_ТА ≤ (2π f_т · С_ТА)^-1 (16.8)

шартни қаноатлантириши керак.

Иссиқлик халақитлари токининг таъсир этувчи қийматини Найквист формуласи бўйича аниқлаш мумкин:

I_ис.х ≈ (4kТf­_В / R) ^1/2,

бу ерда k=1,38·10^-23, Дж/град - Больцман доимийси; Т – Кельвин градусларидаги температура; f­_В­, Гц – халақитлар токи аниқланадиган частота полосаси; R, Ом – халақитлар токини ҳосил қилувчи резисторнинг қаршилиги.

Ушбу холатда f­_В­ = f­_т ва R = R_ТА деб тахмин қилиш мумкин. Кучайтиргичнинг ички халақитларини унинг халақитлар коэффициенти F_куч ёрдамида ҳисобга олиш қулай. F_куч бу кучайтиргич орқали ўтувчи сигналнинг халақитдан ҳимояланганлиги қанчага камайишини кўрсатади. Шу тарзда, кучайтиргич киришидаги хусусий халақитларнинг токи

I_хх = (4kТF­_куч · 0,7f_т / R_ТА)^1/2 (16.9)

га тенг бўлади.

Фотодетектор кучайтиргичи киришида дроб халақитлари токининг таъсир этувчи қиймати Шоттки формуласи бўйича аниқланади

I_дх = (2qΙ_фМ^(2+œ)f_В)^1/2 , (16.10)

бу ерда q = 1,6·10^-19, К - электрон заряди; Ι_ф- фототокнинг ўртача қиймати; М - кўчкисимон кўпайиш коэффициенти; f_В- дроб токи аниқланадиган частота полосаси; œ – фотодиод материалининг хусусиятларига боғлиқ бўлган коэффициент ( кремний диодлари учун œ = 0,2...0,4; германий диодлари учун - ≈ 1,0; индий фосфади ва бошқа материалли диодлар учун ≈ 0,8).

Ι_ф - фототок ўртача қиймати ФҚқ киришидаги ёруғлик нурланишининг ўртача қуввати Р_кир билан, монохроматик ток сезгирлигига боғлиқ

S_i= Ι_ф/ Р_кир= ληq/(hc), (16.11)

бу ерда λ - нурланиш тўлқин узунлиги; η- квант самарадорлиги; h =6,625·10^-34 Дж·с – Планк доимийси; с – вакуумдаги ёруғлик тезлиги.

Агар λ мкм да ифодаланса, унда S_i= λη/1,24 А/Вт. р-i-n фотодиодлар учун М = 1, кўчкисимон фотодиодлар (КФД) учун чиқиш фототоки бирламчи фототокдан М мартага кўп.
Кучайтиргич чиқишида кутиладиган сигнал-халақит нисбати – Q ни аниқлаймиз. ҚқУзМ нинг кейинги элементлари бу нисбатни амалда ёмонлаштирмайди деб ҳисоблаш мумкин, шу тарзда бу нисбат РҚҚН да сигналнинг халақитларидан ҳимояланганлигини А_х.ҳим = 20lgQ характерлайди
Q = Ι_фМ/[2qΙ_фМ^{(2+ œ)}+4kТF_куч/R_ТА f_В ]^1/2 . (16.12)

Юқори сифатли бўлмаган ҚқУзМ га эга ускунада, (16.11) формулага қоронғилик токининг ўртача квадратик қийматини ҳам киритиш керак. Қоронғилик токининг ўртача квадратик қиймати фойдали сигнал билан боғлиқ бўлмаган, фонли нурланиш таъсирида ташувчиларнинг тасодифий иссиқлик генерацияси билан аниқланади

Ι ²_қ = 2еΙ_қМ^{(2+ œ)}f_В ,

бу ерда Ι_қ – қоронғилик токининг ўртача қиймати, германийли фотодиод учун (1...8) · 10^-7А, кремнийли фотодиод учун (1...8)·10^-8А га тенг.

(16.11) ифодани М функция каби, максимумга тадқиқ этиб, кўчкисимон кўпайиш коэффициентини аниқлаймиз, бунда сигнал-халақит нисбати максимал бўлади:

М_опт=[4kТF_куч/(R_ТА q œ Ι_ф)]^{1/(2+ œ)} . (16.13)

Кўпайишнинг оптимал коэффициентида дроб ва хусусий халақитлар нисбати 2/ œ га тенг.

р-i-n фотодиод учун М = 1 ва дроб шовқинлари жуда кичик. Шунинг учун
Q = [Ι²_ф R_ТА/(4kТF_кучf_В)]^1/2. (16.13а)

(4kТF_куч/R_ТА)^1/2 = i_эш, А / √ f_в катталиги эквивалент шовқин токи дейилади ва одатда р-i-n диод асосидаги фотодетектор кучайтиргичлари параметрларини кўрсатади. Бу ҳолда