08 / 25 / 2011 - 12:23 — eryth
Автор Доклада:
Ахажанов А. Ж.
УДК 681.007.068: 535.328.047.37
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСИИ В ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ НА СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Ахажанов Аблайхан Жанбулатович, студент
Елизарова Елена Юрьевна, соискатель, ст. преподаватель
Алматинский университет энергетики и связи
В статье рассматривается исследование влияния явления дисперсии в оптических линиях связи на величину скорости передачи информации при помощи разработанной виртуальной модели в программной среде SystemVue.
Ключевые слова: дисперсия, оптоволокно, модель, SystemVue, скорость передачи данных.
This article considers research of dispersion effects on data transmission rate in optical communication lines by means of the developed virtual model in the SystemVue software environment.
Keywords: dispersion, optical fiber, model, SystemVue, data transmission rate.
Дисперсия в оптических волокнах является основной причиной искажения передаваемого сигнала, она определяется как разность мощности импульса, на его начале и конце. В световоде присутствуют три основных вида дисперсии: материальная, хроматическая и межмодовая. Материальная дисперсия связана с дисперсией волновода, что связано с изменениями в режиме геометрии, а, следовательно, и cизменениями в групповой и фазовой скорости распространения при изменении частоты.Хроматическая дисперсия проявляется в расширении спектра и увеличении длительности импульсов. Если распространяющаяся энергия делится на несколько видов, то в дополнение к хроматической дисперсии существует также межмодовая дисперсия, связанная с разными скоростями распространения отдельных мод. Материальная дисперсия, также как и хроматическая, оказывает значительное влияние на скорость передачи данных особенно сильно в одномодовых волокнах. Дисперсия принадлежит к числу самых важных параметров оптических световодов: она определяет ширину полосы пропускания, а также скорость передачи.
На рисунке 1 показаны искажения сигналов, вызванные хроматической дисперсией. Из рисунка видно, что из-за разной групповой скорости импульс (бит информации) начинает расплываться вдоль временной оси (растягивается). Таким образом возникает эффект межсимвольной интерференции, который ограничивает максимальную скорость передачи данных для безошибочного приема.
На рисунке 2 показана зависимость величины материальной дисперсии от длины волны. Из графика видно, что с ростом длины волны (уменьшением частоты) материальная дисперсия растет.
Из рисунка 3 видно, что в одномодовых
волокнах межмодовая дисперсия не влияет на скорость передачи данных. Она лишь частично возникает на изгибах кабеля и незначительно уменьшает амплитуду входного импульса. Поэтому для одномодовых волокон наибольший интерес представляет хроматическая и материальная дисперсии. Они могут существенно снизить максимальную скорость передачи информации, расширяя импульсы и, таким образом, вызывая дополнительное количество ошибочных битов.
На рисунке 4 показана разработанная в программной среде SystemVue(версия2007.3) схема имитационной модели одномодового оптического волокна с хроматической дисперсией, внутренними потерями, внешним шумом и материальной дисперсией, вызванной возникающими в процессе монтажа ВОЛС микроизгибами и скруткой.
Генератор прямоугольных импульсов (26), генератор случайных импульсов (27) и умножитель (28) формируют входящий поток битов. Настроенная цепь из элемента задержки (29), линейного фильтра (15) и усилителя (24) моделирует хроматическую дисперсию (расширение импульса), наличие дополнительной модовой составляющей с изменяющейся задержкой обеспечивается элементов переменной задержки (30). Нижняя цепь из элемента задержки (19) моделирует идеальную передачу без дисперсии. Гаусовский шум (32) через сумматор (31) добавляет внешнее электромагнитное воздействие на передаваемую последовательность.
Изменяя скорость передачи информации в тракте связи, и, замеряя количество ошибочных битов, мы можем узнать фактическое влияние дисперсии на скорость передачи данных в оптоволокне. На рисунке 5 показаны временные диаграммы при скоростях передачи данных: 1 Мбит/с, 4 Мбит/с, 8 Мбит/с.
На рисунке 6 показаны глазковые диаграммы при скорости передачи данных 3 Мбит/с. Первая (идеальная) диаграмма получилась при передаче по нижней цепи схемы (см. рис. 4). Вторая диаграмма показывает искажения, вызванные хроматической и материальной дисперсией и внешним шумом.
Таблица 1– Результаты экспериментов
Скорость передачи, Мбит/с
Ошибочные биты, Кбит
Ошибочные биты, %
1.0
0
0
2.0
0
0
3.0
0
0
3.5
0
0
4.0
1
2.5
4.5
2
4.4
5.0
6
12.0
5.5
12
27.3
6.0
16
26.7
6.5
17
26.2
7.0
20
28.6
7.5
23
30.7
8.0
24
30.0
Из рисунка 7 видно, что при превышении скорости передачи информации рубежа в 5 Мбит/с доля ошибок резко растет. Это объясняется быстрым увеличением потерь внутри кабеля, вызванных хроматической дисперсией. Незначительное уменьшение доли ошибок на скорости 6 – 6.5 Мбит/с объясняется уменьшением внутренних потерь, однако с дальнейшим увеличением скорости число ошибочных битов продолжает расти и превышает 30 %. Нужно отметить, что использование каналов связи с долей ошибок > 10% крайне не эффективно, поскольку постоянные запросы на повторную передачу значительно уменьшат реальную сорость передачи. Например, в системах с РОСНП в условиях использования оптического волокна отношение времени распространения импульса по тракту больше периода импульса. Это означает, что передатчику придется повторять не один ошибочный бит, а несколько. При этом скорость передачи снижается.
Модель многомодового волокна с дисперсией, внешним шумом, внутренними потерями показана на рисунке 8. Временные диаграммы для различных скоростей передачи данных показаны на рисунке 9.
Таблица 2– Результаты экспериментов
Скорость передачи, Мбит/с
Ошибочные биты, Кбит
Ошибочные биты, %
3
0
0
6
0
0
9
0
0
12
1
2.5
15
9
18
18
19
31.6
21
23
32.9
22.5
22
29.3
24
30
37.5
Из рисунка 10 видно, что главным отличием многомодовых оптических волокон является их большая (в сравнении с одномодовыми) пропускная способность. Это, в первую очередь, достигается путем передачи информации несколькими модами, что обеспечивает снижение рисков потери информации и повышение стойкости к дисперсии и внешнему воздействию. При достижении скорости передачи 12 Мбит/с можно наблюдать резкое увеличение числа ошибочных битов. Видимо, на этой скорости в волокне усиливается межмодовая дисперсия. При этом на скорости 20 – 22,5 Мбит/с в канале незначительно уменьшается доля ошибок. Так проявляется снижение величины материальной дисперсии и потерь внутри кабеля. Как уже отмечалось ранее, использование кабелей при доле ошибок > 10% не эффективно, поэтому наиболее приемлемая скорость передачи по многомодовому оптическому волокну лежит в диапазоне от 10 до 12 Мбит/с.
Таким образом, в работе был рассмотрен вопрос влияния дисперсии на скорость передачи данных в оптическом волокне, который, учитывая постоянный рост объема трафика в телекоммуникационных сетях, является одним из наиболее актуальных на сегодня. В работе были предложены имитационные модели одномодового и многомодового оптических волокон. По результатам моделирования выяснилось, что наиболее эффективными скоростями передачи данных являются диапазоны от 4 до 6 Мбит/с и от 10 до 12 Мбит/с соответственно для одномодового и многомодового оптических волокон.
Литература:
- 1. Р. Фриман. Волоконно-оптические системы связи. 3-е доп. изд. – М.: Техносфера, 2006. – 496 с.
- 2. Р. Р. Убайдуллаев. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2000.
Ваша оценка: Нет Средняя: 5.3 (4 голоса)
