Коммуникациялари техникуми оптик алоқа тизимлари

Q = Ι_ф / (i_эш).

Мисол. Учинчи синхрон иерархия поғонаси (SТМ-16, f_т=2,5 ГГц) учун халақитлардан ҳимояланганликни аниқлаймиз. Узатгичнинг тўлқин узунлиги λ=1,55 мкм, агар кириш сигналининг сатҳи р_кир = - 28 дБқ бўлса, фотоқабул қилгич бир холат учун р-i-n фотодиод, бошқасида эса КФД асосида тайёрланган. КФД материали – индий фосфади, иккала ҳолда квант самарадорлиги η = 0,85. Кучайтиргич хона температураси Т = 293° К да ишлайди, тескари алоқа занжирида паразит сиғим С_ТА = 0,12 пФ.

(16.8) муносабатдан R_ТА нинг максимал рухсат этилган қийматини аниқлаймиз:
R_ТА = (2π·2,5·10⁹·0,12·10^-12)^-1 ≈ 530 Ом

Фотоқабул қилгич киришида ўртача кириш оптик қувват қуйидагига тенг:

Р_кир = 1·10^{0,1·ркир ­} = 1·10^0,1·(-28) = 1,585·10^-3 мВт = 1,585·10^-6 Вт.

Монохроматик ток сезгирлиги (10.10) S_i = 1,55 · 0,85/1,24 = 1,06 А/Вт га тенг, бундан фототокнинг ўртача қиймати

Ι_ф = S_i ·Р_кир = 1,06 · 1,585·10^-6 = 1,68 · 10^-6 А.

(10.13) муносабатдан р-i-n фотодиод қўлланилган ҳолда сигнал-халақит муносабатини аниқлаймиз

Q = [(1,68·10^-6)²·530/(4·1,38·10^-23·293·2·0,7·2,5·10⁹)]^1/2 = 5,14

шу тариқа, бу ҳолда А_х.ҳим = 20lg 5,14 = 14,22 дБ.
КФД қўлланилганда кўпайишнинг оптимал коэффициенти (16.13) муносабатдан аниқланади

М_опт = [4·1,38·10^-23·293·2/(530·1,6·10^-19·0,8·1,68·10^-6)]^1/(2+0.8) = 7,52.

Бу қийматни (10.12) га қўйиб, РҚҚН да сигнал халақит нисбатига эга бўламиз, у қуйидагига тенг

бу РҚҚН да халақитлардан ҳимояланганликка А_х.ҳим = 20 lg 20,7 = 26,3 дБ га мос келади, у ҳолда р-i-n фотодиод асосидаги фотоқабул қилгичга нисбатан тахминан 12 дБ ютуқ мавжуд.

Хусусий ва дроб халақитлари (унинг кўчкисимон кўпайиш шароитида) оний қийматларнинг гауссов тақсимланишига эга, бу регенераторнинг хатолик коэффициентини бу ҳолатларда етарлича осон баҳолаш имконини беради.
Кўпинча тескари вазифани ечиш талаб этилади: Q_тэ талаб этиладиган халақитлардан ҳимояланганлик бўйича, у регенераторнинг рухсат этиладиган хатолик коэффициенти ва эксплуатацион заҳира билан аниқланади, масалан,
дБ,

дан фотоқабул қилгичнинг мос келувчи (минимал) сезгирлиги p_мин ни аниқлаш. Минимал сезгирлик унинг киришида оптик сигналнинг минимал ўртача қувватига мос келади.

P_мин = 10^{(0,1 pмин)}·10^-³, Вт.

p­i-n ФД асосидаги фотоқабул қилгич учун (16.11) ва (16.13а) муносабатларидан қуйидаги келиб чиқади

P_мин = (Q_тэ/Ѕ_i) · (4kT·F_куч·f_B/R_TA)^1/2. (16.14)

Агар эквивалент шовқин токи i_эш берилган бўлса, унда бу ифода соддалашади

P_мин = Q_тэ · i_эш · f_в (16.14а)

Фотоқабул қилгичнинг минимал сезгирлиги

P_мин = 10lg(P_мин/1), мBт, дБқ

ни ташкил этади.

Мисол. Юқоридаги кўрилган холат учун p­i-n фотоқабул қилгичнинг минимал сезгирлигини аниқлаймиз, РҚҚН да талаб этиладиган ҳалақитлардан ҳимояланганлик А_тэ.ҳим 27 дБ дан кичик бўлмаслиги керак.

Q_тэ=10^(27/20) = 22,4.

P_мин=(22,4/1,06) · (4 · 1,38 · 10^-²³ · 293 · 2 · 0,7 · 2,5 · 10⁹/530)^½ = 6,91·10^-6 Bт,

P_мин = 10lg (6,91·10^-3) = -21,6 дБқ.

Шунга ўхшаш топшириқ КФД ли фотоқабул қилгич учун бир мунча мураккаброқ ечилади. Бунинг учун (16.12) формулага (16.13) формуладан аниқланган, кўчкисимон кўпайиш коэффициентининг оптимал қийматини қўйиш керак. Шунингдек шуни эътиборга олиш керакки, оптимал кўпайиш коэффициентида дроб ва хусусий ҳалақитларнинг қувватларининг нисбати 2/œ га тенг, яъни U²_дх= 2* U²_хх/œ. Бундан фотоқабулқилгич киришидаги оптик сигналнинг минимал ўртача қуввати қуйидагича ифодаланади:

P_мин=S_i¹[(Q²_тэ(1+2/œ) · f_в)/((4kТF_куч/R_ТА)^-œ/(2+œ)·(q·œ)^-2/(2+œ))]^{(2+œ)/(2(1+œ))}. (16.15)

(16.15) муносабат ҳақиқий бўлиши учун сигнал сатҳига боғлиқ бўлмаслиги керак. Бу p­i-n ФД учун характерли, чунки унда халақитларнинг дроб ташкил этувчисини ҳисобга олмаса ҳам бўлади. Импульслар узатилганда халақитларнинг ортиши ва дроб ташкил этувчи ҳисобига паузалар ўтишида халақитларнинг камайиши КФД ли фотоқабулқилгич учун характерли. Малака шуни кўрсатадики, (16.15) муносабат ана шу холатда ишлатилиши мумкин, лекин регенераторда қарор қабул қилиш чегараси сигнал кучланишининг ўртача қийматидан бир мунча кичик қийматда қабул қилиниши керак. Мисол: юқоридаги мисолларда кўрсатилган шароитларда КФД асосидаги фотоқабулқилгичнинг минимал сезгирлигини аниқлаймиз. Қабул қилишда минимал ўртача қувватни (16.15) формула орқали аниқлаймиз:

У ҳолда фотоқабул қилгичнинг минимал сезгирлиги P_мин=10lg(1,895·10^-3) = -27,2 дБқ бўлади, яъни олдинги холатга нисбатан тахминан 6 дБ ютуққа эга.

Толали оптик узатиш линиясининг тезкорлигини ҳисоблаш.
Толали оптик узатиш линияси (ТОУЛ) нинг тезкорлиги ҚқУзМ элементларининг инертлиги ва ОТнинг дисперсия хусусиятлари билан аниқланади. Тезкорликни аниқлаш ва уларни таққослаш керак.
Рақамли ТОУЛ нинг рухсат этиладиган тезкорлиги узатиладиган сигналнинг характерига рақамли линия сигналининг узатиш тезлигига боғлиқ ва

t_рэ= β / B, нс (16.16)

муносабатдан аниқланади, бу ерда β рақамли линия сигналининг линия коди характерини ҳисобга олувчи коэффициент ва NRZ коди учун 0,7 га ва қолган ҳамма кодлар учун 0,35 га тенг; В - рақамли линия сигналининг узатиш тезлиги.

ТОУЛ нинг кутиладиган тезкорлиги (толали-оптик узатиш тизими ва оптик кабел мажмуаси сифатида) қуйидагига тенг
нс, (16.17)
бу ерда - узатувчи оптик модул (УзОМ) нинг тезкорлиги, у рақамли линия сигналининг узатиш тезлигига ва нурланиш манбаининг турига боғлиқ; - ҚқОМ тезкорлиги бўлиб, рақамли линия сигналининг узатиш тезлиги ва фотодетектор тури билан аниқланади; - оптик нурланиш импульснинг регенерациялаш участкасининг оптик толали кабели бўйлаб ўтгандаги унинг кенгайиши, кўп модали ОТ учун у қуйидагига тенг



(16.18)
бу ерда - ОТ нинг нисбий ўтказиш полосаси, МГц/км, бир модали оптик тола учун эса

(16.19)
бу ерда - оптик толанинг хроматик дисперсия коэффициенти, пс/нм·км; - оптик нурланиш полосасининг ўртача квадратик кенглиги, нм; ёруғлик диодлари учун 24…40нм ва ярим ўтказгичли ладер диодлар учун 0,2…5 нм га тенг.
УзОМ ва ҚқОМ ларнинг тезкорлиги типли узатиш тезликлари учун 16.3-жадвалда келтирилган.
Агар t_кут < t_рэ бўлса, кабел турини ва регенерациялаш участкаси узунлигини танлаш тўғри бажарилган бўлади.
t_рэ - t_кут = ∆t – катталик тезкорлик бўйича заҳира. Унинг етарлича катта қийматида ТОУЛ компонентларига талабни камайтириш мумкин. Агар t_кут > t_рэ бўлса, бошқа параметрли УзОМ, ҚқОМ ва оптик кабелларни танлаш керак.

16.3-жадвал

ҚқУзМ тезкорлиги	Рақамли оқимнинг узатиш тезлиги, Мбит/с
	8	34	140	565	155	622	2500
tуз, нс	5	3	0,5	0,15	1	0,1	0,05
tққ, нс	4	2,5	0,4	0,1	0,8	0,08	0,04

Мисол. ХЭИ нинг G.652 тавсияларига жавоб берувчи ОТ бўйлаб λ = 1,55 мкм тўлқин узунлигида ишловчи, регенерациялаш участкаси узунлиги l_ру = 80км, хроматик дисперсия коэффициенти τ = 18,2 пс/нм·км, ∆λ = 0,5 нм га тенг ТОУЛ нинг тезкорлигини аниқлаш. Ахборот оқимининг узатиш тезлиги В = 140 Мбит/с, линия кодининг тури 10В1Р1R.

Ечиш.

1. 
   В = 140 Мбит/с ва 10В1Р1R турдаги код қўлланилганлиги учун (16.16) муносабатга β = 0,35 ни қўйиб, рухсат этиладиган тезкорлик t_рэ қийматини аниқлаймиз:
   

t_рэ = β / В = 0,35 / 140· 10⁶ = 2,5 нс.

2. (16.19) муносабатга l_ру = 80км қийматни қўйиб, регенерациялаш участкаси бўйлаб тарқалишдаги импульснинг кенгайиш миқдорини топамиз

= 18,2 · 0,5 · 10^-3 · 80 = 0,728 нс.

3. (16.17) муносабат орқали унга 16.3-жадвалдан олинган t_уз = 0,5 нс ва

t_ққ = 0,4 нс қийматларини ва t_от = 0,728 қийматини қўйиб, кутиладиган тезкорлик t_кут миқдорини аниқлаймиз


= 0,5 + 0,4 + 0,728 = 1,628 нс.

Олинган қийматларни таққослаш шуни кўрсатмоқдаки, t_кут < t_рэ шарт бажарилди, яъни ТОУЛ ва унинг компонентларининг асосий параметрлари

тўғри танланган.
Тезкорлик бўйича ҚқУзМ нинг сезгирлик чегарасини ҳисоблаш. ҚқУзМ нинг асосий параметрларидан бири бу унинг сезгирлиги, яъни ҚқУзМ фотодетекторида барқарор тутиладиган, τ=1/В давомийликка эга оптик сигналнинг минимал детекторланадиган қуввати (МДҚ) ҳисобланади.
Тахминан МДҚ сатҳи р_мин қуйидаги муносабат орқали аниқланиши мумкин:

ва

кўчкисимон фотодиод учун.
р_мин МДҚ нинг абсолют сатҳини ва ҚқУзМ нинг узатиш сатҳларини билган ҳолда, техкорлик бўйича ТОУТ нинг энергетик потенциалини олиш мумкин:

Э_t = р_уз – р_мин, дБ. (16.22)

Мисол. Рақамли линия сигналларининг узатиш тезлиги В=41,242 Мбит/с га тенг ва узатиш сатҳи р_уз = – 4 дБ бўлган РТОУТ учун тезкорлик бўйича энергетик потенциал ва р_мин МДҚ сатҳини аниқлаш. Фотодетектор КФД асосида ишлаб чиқарилган.
Ечиш. Мос келувчи (16.22) формулага В=41,242 Мбит/с ни қўйиб, қуйидагига эга бўламиз:

р_мин = – 70 + 10,5 lg В = – 70 + 10,5 lg 41,242 = – 53 дБқ.

Тезкорлик бўйича энергетик потенциалнинг тақрибий қиймати (16.22)

Э_t = р_уз – р_мин = – 4 – ( – 53) = 49 дБ

га тенг бўлади.

Энергетик потенциалнинг олинган қиймати тезкорлик бўйича ушбу РТОУТ нинг имкониятларига мос келади.