Энергетические процессы в волоконно-оптических системах передачи - Дипломная работа
Шумовые параметры
ЭОП на основе лазерного диода (ЛД) характеризуют относительной интенсивностью шума RIN*(1/Гц) = 
или в относительных единицах
rin(дБ) = 10lg(
) = ро ш (дБм) – 2ро ср (дБм) – 10lgDf(Гц),
где Ро ш – среднеквадратическое значение мощности оптического шума, Вт, Ро ср – среднее значение мощности излучаемой лазером, Вт; Df – ширина полосы частот (Гц) в которой измеряются шум. Уровень электрической мощности шума ЛД в нагрузке ОЭП
рэ ш лд (дБм) = rin(дБ) + 2ро вых ср(дБм) + 10lg[Df(Гц)] + ri(дБ) + 10lg(Rн/Rи).
В ОЭП (с пренебрежимо малым темновым током) шумы имеют тепловой характер и обусловлены резистором нагрузки Rн
Рш т(Вт) = (4kTDf/Rн)Rн = 4kTDf, рш т(дБм)= 10lg[Рш т(Вт)/10–3Вт],
где k = 1,38×10-23 Вт/К – постоянная Больцмана, 
T – абсолютная температура, К. Суммарные шумы, создаваемые и ЛД, и резистором нагрузки,
Рш сум(Вт) = Рэ ш лд(Вт) + Ршт(Вт).
Шумы ЭЭП (сигнального процессора), устанавливаемого на выходе ЭОП учитываются коэффициентом шума Кш = ОСШвых/ОСШвх, где ОСШвх, вых – значение отношения сигнал шум (ОСШ) по мощности на входе и выходе усилителя соответственно. В относительных единицах kш(дБ) = 10lg[(ОСШвых/ОСШвх)].
Отношение сигнал/шум
Значение ОСШ на электрическом выходе ВОЛП
ОСШэ(дБ) = рэ вых(дБм) – рэ ш вых (дБм),
где рэ вых и рэ ш вых – уровни электрической мощности сигнала и суммарного среднеквадратического значения шума на выходе ВОЛП. Оптическое ОСШ в любой точке оптического тракта остается постоянным
ОСШо(дБ) = ро вх, вых(дБм) – ро ш вх, вых (дБм) = [rin(дБ) + 10lg[Df(Гц)]]/2.
Если оптический сигнал с таким значением ОСШо подается на ОЭП с идеальной (не шумящей) нагрузкой, то измеряемое значение электрического ОСШ (вследствие шумов ЛД) ОСШлд(дБ) = 2×ОСШо(дБ).
Значение ОСШэ, обусловленное тепловыми шумами нагрузки ОЭП ОСШR(дБ) = рэ вых(дБм) – рш т(дБм). Суммарное ОСШэ, учитывающее шумы и ЛД, и нагрузки ОЭП – ОСШволп(дБ) = рэ вых(дБм) – рш сум(дБм). В реальной системе передачи после ОЭП устанавливается ЭЭП с коэффициентом шума kш(дБ). При этом ОСШволп(дБ) = ОСШэ(дБ) – kш(дБ).
6.2 Блок-схема программы «POWER-FOTL»
Рисунок 6.2 Структурная схема программы «POWER_FOTL»
6.3 Описание методики работы с программой
Программа состоит из основного файла, содержащего расчетную и интерфейсную части, и файлов баз данных со списком компонентов и их параметров.
Интерфейс программы имеет вид стандартного окна ОС Windows с семью страницами-вкладками: «Тип ЭОП», «Тип ООП», «Тип ОЭП», «Тип ЭЭП», «Результаты», «График 1» (диаграмма уровней мощности сигнала) и «График 2» (диаграмма изменения значения ОСШ).
На странице-вкладке «Тип ЭОП» задается тип ИИ и его параметры (рис. 6.3):
Рисунок 6.3- Окно ввода исходных данных ЭОП
ток сигнала накачки Iвх, ваттовый отклик Rр, сопротивление источника сигнала Rи и относительная интенсивность шума RIN (для ЛД).
На странице-вкладке «Тип ООП» задается тип ОВ, его длина L и коэффициент затухания a (рис. 6.4).
Рисунок 6.4 - Окно ввода исходных данных ООП
На странице-вкладке «Тип ОЭП» задается тип ПИ, токовый отклик Ri, темновой ток Iт и сопротивление нагрузки Rн (рис. 6.5).
Рисунок 6.5 - Окно ввода исходных данных ОЭП
На странице-вкладке «Тип ЭЭП» задается тип усилителя – полевой (ПТ) или биполярный (БТ) транзистор, коэффициенты передачи мощности Кр и шума Кш, соответственно (рис. 6.6).
Рисунок 6.6 - Окно ввода исходных данных ЭЭП
Программа предоставляет пользователю простой интерфейс, который позволяет по очереди выбирать компоненты ВОЛП, формируя линейный тракт, изменять и уточняя их параметры. Страницы размещены таким образом, что пользователь мог выбирать компоненты «слева направо» идя от ЭОП к ЭЭП. Внутри каждой из страниц меню расположены в логической последовательности «сверху вниз». Программа имеет встроенный редактор, который позволяет пополнять, корректировать и изменять записи в базах данных компонентов.
В результате работы программы на странице-вкладке «Результаты» выдаются следующие вычисленные значения параметров ВОЛП (в абсолютных и относительных единицах): коэффициентов передачи тока Кi и электрической мощности Кэр, электрического Qэ и оптического Qо потенциалов, выходного тока Iвых и выходной электрической мощности Рэ вых, мощности шума на выходе Рэ ш вых и отношения сигнал шум в оптическом тракте ОСШо, вследствие шумов ЛД ОСШлд и шумов сопротивления нагрузки ОСШR и, наконец, суммарными шумами ОСШволп (рис. 6.7).
Рисунок 6.7 - Окно вывода результатов счёта программы «POWER-FOTL»
При обращении к страницам-вкладкам «График 1» и «График 2» пользователь наблюдает на экране монитора соответственно диаграмму уровней мощности сигнала (рис. 6.8) и значений ОСШ (рис. 6.9) исследуемой ВОЛП.
Рисунок 6.8 – Диаграмма изменения уровней мощности сигнала
Рисунок 6.9 – Диаграмма отношения сигнал/шум в ВОЛП
6.4 Пример моделирования ВОЛП
Для запуска программы необходимо загрузить ОС Windows и запустить исполняемый файл «POWER-FOTL.exe». После запуска программы появиться окно с семью страницами-вкладками. В качестве общесистемных параметров вбираем длину волны излучения l = 850 нм и требуемую ширину полосы пропускания Df = 109 Гц (оптическая магистраль аналоговой системы кабельного ТВ). На первой странице-вкладке «тип ЭОП» используем в качестве источника ЛД с параметрами: ток сигнала Iвх = 10-2 А, сопротивление источника Rн = 50 Ом, ваттовый отклик Rр = 0,1 Вт/А, RIN = 10-14 1/Гц.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19