Raqamli optik uzatish tizimining liniya trakti parametrlarini baholash

Raqamli optik uzatish tizimining liniya trakti parametrlarini baholash
Optik nurlanishni qabul qilish sathi regeneratsiyalash uchastkasi uzunligi
bo‗ylab energetik potensialning taqsimlanishi, regeneratorning qaror qabul
qilish nuqtasida signalni xalaqitlardan himoyalanganligi, QqUzM ning
tezkorligi va sezgirlik chegarasi bilan aniqlanadi.
Regeneratsiyalash
uchastkasi
uzunligi
bo‗ylab
energetik
potensialning taqsimlanishini hisoblash. Liniya regeneratorining QqUzM
kirishiga tushuvchi, optik quvvatning sathi TOUT ning energetik
potensialiga, OTdagi quvvat yo‗qotishlariga, ajraladigan va ajralmaydigan
ulagichlarda optik nurlanish quvvatining yo‗qotishlariga bog‗liq.
379
Hisoblashlarni bajarishdan avval regeneratsiyalash uchastkasi
uzunligi bo‗ylab energetik potensialning taqsimlanishini hisoblash uchun
boshlang‗ich ma‘lumotlardan iborat jadvalni tuzish kerak (1.2-jadval).
1.2-jadval
Misol. RTOUT uchun regeneratsiyalash uchastkasi uzunligi bo‗ylab
energetik
potensialning
taqsimlanishini
hisoblash,
uning
texnik
parametrlari 1.2-jadvalda keltirilgan.
Yechish.
1. Birinchi ajraladigan ulagichdan (A-OU) keyin optik signalning
sathini aniqlaymiz:
№ Parametrlar
Belgil
a-
nishi
O‘lch
ov
birligi
Parame
tr-ning
qiymati
1
Optik signalni uzatish quvvatining sathi
r
uz
dBq
- 4
2
Optik
nurlanishni
qabul
qilish
quvvatining minimal sathi
r
qq
dBq
-35
3
RTOUT ning energetik potensiali
E
dB
31
4
Regeneratsiyalash
uchastkasining
uzunligi
l
ru
km
24
5
Optik kabelning qurilish uzunligi
l
qur
Km
4
6
Ajraladigan ulashlar soni
q
Au
-
2
7
Ajraladigan ulagichda optik signalning
so‗nishi
A
A
dB
0,5
8
Ajralmaydigan ulashlar soni
q
-
7
9
Ajralmaydigan
ulagichda
optik
signalning so‗nishi
A
Ay
dB
0,1
1
0
Optik kabelning so‗nish koeffitsienti
α
dB/km 0,7
380
r
A1
= r
uz
– A
A
= - 4 – 0,5 = - 4,5 dBq.
2. Stansiya optik kabelining birinchi ajralmaydigan ulagichi (Ay-OU)
dan keyin uzatish sathini aniqlaymiz
R
Ay1
= r
A1
– A
Ay
= - 4,5 – 0,1 = - 4,6 dBq.
3. So‗ng signal qurilish uzunligi l
qur
= 4 km va so‗nish koeffitsienti
α = 0,7 dB/km bo‗lgan liniya optik kabeli bo‗ylabuzatiladi. Ikkinchisi Ay-
OU kirishida signal sathi quyidagiga teng bo‗ladi
r
Ay2kir
= r
Ay1
– α · l
qur
= - 4,6 – 0,7 · 4 = - 7,4 dBq.
Regeneratsiyalash uchastkasining barcha tashkil etuvchilari uchun
shunday hisoblashlarni bajarib, ikkinchi A-OU kirishida oltinchiqurilish
uzunligidan keyinsignal sathi r
Ay7
= -22,0 dBq ga teng bo‗ladi.
Qabul qilish sathi, ya‘ni ikkinchi A-OU chiqishida optik nurlanish
sathi quyidagiga teng
r
qq
= r
Ay7
-A
A
=-22,0–0,5=-22,5 dBq.
Regeneratsiyalash uchastkasining umumiy so‗nishi
A
ru
= r
uz
+r
qq
= - 4 - (-22,5)= 18,5 dB.Hisoblash natijasi bo‗yicha xulosa
qilish mumkinki, RTOUT ning regeneratsiyalash uchastkasining so‗nishi,
E = 31 dB ga teng bo‗lgan energetik potensialidan kichik. Ekspluatatsion
zahirani E
z
= A
t
- A
V
= 6 dB ga teng deb qabul qilish mumkin.
Energetik potensial taqsimlanishining hisoblangan natijalarini jadval
yoki diagramma (4.3-rasm) ko‗rinishida keltirish mumkin. Rasmda
quyidagi belgilashlar qabul qilingan: QqUzM - qabul qiluvchi uzatuvchi
modul; A-OU - ajratiladigan optik ulagich; Ay-OU - ajralmaydigan optik
ulagich; OT - optik tola.
Energetik potensialning taqsimlanish diagrammasining hamma
uzatish sathlari hisoblanganligi uchun, u shartli masshtabda tasvirlanishi
mumkin, lekin diagrammaning xarakterli, asosiy nuqtalari ko‗rsatilgan
bo‗lishi shart.
Energetik potensialning taqsimlanish diagrammasi optik liniya
traktining asosiy parametrlarini hisoblash uchun asos bo‗lib xizmat qiladi.
Bu parametrlar: shovqinlarning har xil turlari, birlamchi regeneratorning
xatolik extimolligi, RTOUT tezkorligi va liniya regeneratori QqOM ning
sezgirlik chegarasi.
381
1.3-rasm. Energetik potensialning taqsimlanish diagrammasi
Optik traktning regeneratorning qaror qabul qilish nuqtasi (RQQN)
da signalni halaqitlardan himoyalanganligini hisoblash.
QqUzM ning qabul qiluvchi optik modulida signalga asosan xususiy
va drob xalaqitlari ta‘sir etadi.
1.4-rasm. Fotodetektor kuchaytirgichining tipli sxemasi
Xususiy xalaqitlar, fotodetektor kuchaytirgichi kirishiga ta‘sir
etuvchi issiqlik xalaqitlari va uning ichki xalaqitlari bilan aniqlanadi. Drob
xalaqitlari fotodetektorda ro‗y beradigan jarayonlarning kvant tabiati bilan
tushintiriladi. Fotodetektor kuchaytirgichi sifatida odatda transimpendansli
deb ataladigan kuchaytirgich ishlatilinadi, u ―tok – kuchlanish‖
o‗zgartirgich hisoblanadi. Bunday kuchaytirgich kuchlanish bo‗yicha
kuchaytirishning katta koeffitsientiga ega operatsion kuchaytirgich (OpK)
dan, va kirish va chiqish bo‗yicha parallel, chuqur umumiy teskari aloqani
QqUzM
Ri
1
Ri
2
Ri
6
Ri
7
RI
r
R, дБқ
А-ОУ1
Ay-OU1
ОТ
ОТ
l, km
QqUzM
А-ОУ6
Аy-OU7
А-ОУ2
+
+
-
Opk
U
kir
R
kir
-
C
kir
I
f
С
ТА
R
ТА
U
chiq
382
hosil qiluvchi R
TA
rezistoridan (15.4-rasm) tuzilgan. R
kir
rezistori FQq
diodining dinamik qarshiligini, uning siljish zanjirlarini va OpK kirish
qarshiligini aks ettiradi. S
kir
kondensator fotodetektorning yig‗indi
sig‗imini, OpK ning kirish sig‗imi va montajini, S
TA
kondensatori esa –
R
TA
ulanish nuqtalarida parazit sig‗imni aks ettiradi. Odatda R
kir
> R
TA
,
S
kir
> S
TA.
Aytib o‗tilgan shartlar bajarilgandaquyidagalarni yozish
mumkin: U
chiq
≈ I
f
·Z
TA
, quyi chastotalarda U
chiq
≈ I
f
·R
TA
, chegaraviy
chastota – f
cheg
= (2π R
TA
· S
TA
)
-1
dan yuqorida uzatish koeffitsientining
2
martadan kattaga kamayishi ro‗y beradi. Agar kirish optik signali o‗znida
NRZ kodi ketma-ketligini namoyon etsa, chegaraviy chastotani signalning
f
t
taktli chastotasiga teng deb olish mumkin, unda teskari aloqa
rezistorining qarshiligi:
R
TA
≤ (2π f
t
· S
TA
)
-1
(15.8)
shartni qanoatlantirishi kerak.
Issiqlik xalaqitlari tokining ta‘sir etuvchi qiymatini Naykvist
formulasi bo‗yicha aniqlash mumkin:
I
is.x
≈ (4kTf
V
/ R)
1/2
,
Bu yyerda k=1,38·10
-23
, Dj/grad - Bolsman doimiysi; T – Kelvin
graduslaridagi temperatura; f
V
, Gs – xalaqitlar toki aniqlanadigan chastota
polosasi; R, Om – xalaqitlar tokini hosil qiluvchi rezistorning qarshiligi.
Ushbu xolatda f
V
= f
t
va R = R
TA
deb taxmin qilish mumkin.
Kuchaytirgichning ichki xalaqitlarini uning xalaqitlar koeffitsienti F
kuch
yordamida hisobga olish qulay. F
kuch
bu kuchaytirgich orqali o‗tuvchi
signalning xalaqitdan himoyalanganligi qanchaga kamayishini ko‗rsatadi.
Shu tarzda, kuchaytirgich kirishidagi xususiy xalaqitlarning toki
I
xx
= (4kTF
kuch
· 0,7f
t
/ R
TA
)
1/2
(1.13)
ga teng bo‗ladi.
Fotodetektor kuchaytirgichi kirishida drob xalaqitlari tokining ta‘sir
etuvchi qiymati SHottki formulasi bo‗yicha aniqlanadi
I
dx
= (2qΙ
f
M
(2+œ)
f
V
)
1/2
, (1.14)
bu yyerda q = 1,6·10
-19
, K - elektron zaryadi; Ι
f
- fototokning o‗rtacha
qiymati; M - ko‗chkisimon ko‗payish koeffitsienti; f
V
- drob toki
aniqlanadigan chastota polosasi; œ – fotodiod materialining
383
xususiyatlariga bog‗liq bo‗lgan koeffitsient ( kremniy diodlari uchun œ =
0,2...0,4; germaniy diodlari uchun - ≈ 1,0; indiy fosfadi va boshqa
materialli diodlar uchun ≈ 0,8).
Ι
f
- fototok o‗rtacha qiymati FQq kirishidagi yorug‗lik nurlanishining
o‗rtacha quvvati R
kir
bilan, monoxromatik tok sezgirligiga bog‗liq
S
i
= Ι
f
/ R
kir
= ληq/(hc), (1.15)
bu yerda λ - nurlanish to‗lqin uzunligi; η- kvant samaradorligi; h
=6,625·10
-34
Dj·s – Plank doimiysi; s – vakuumdagi yorug‗lik tezligi.
Agar λ mkm da ifodalansa, unda S
i
= λη/1,24 A/Vt. r-i-n fotodiodlar
uchun M = 1, ko‗chkisimon fotodiodlar (KFD) uchun chiqish fototoki
birlamchi fototokdan M martaga ko‗p.
Kuchaytirgich chiqishida kutiladigan signal-xalaqit nisbati – Q ni
aniqlaymiz. QqUzM ning keyingi elementlari bu nisbatni amalda
yomonlashtirmaydi deb hisoblash mumkin, shu tarzda bu nisbat RQQN da
signalning xalaqitlaridan himoyalanganligini A
x.him
= 20lgQ xarakterlaydi
Q = Ι
f
M/[2qΙ
f
M
(2+ œ)
+4kTF
kuch
/R
TA
f
V
]
1/2
. (1.16)
YUqori sifatli bo‗lmagan QqUzM ga ega uskunada, (1.16) formulaga
qorong‗ilik tokining o‗rtacha kvadratik qiymatini ham kiritish kerak.
Qorong‗ilik tokining o‗rtacha kvadratik qiymati foydali signal bilan
bog‗liq bo‗lmagan, fonli nurlanish ta‘sirida tashuvchilarning tasodifiy
issiqlik generatsiyasi bilan aniqlanadi
Ι
2
q
= 2eΙ
q
M
(2+ œ)
f
V
,
bu yerda Ι
q
– qorong‗ilik tokining o‗rtacha qiymati, germaniyli fotodiod
uchun (1...8) · 10
-7
A, kremniyli fotodiod uchun (1...8)·10
-8
A ga teng.
384
(1.16) ifodani M funksiya kabi, maksimumga tadqiq etib,
ko‗chkisimon ko‗payish koeffitsientini aniqlaymiz, bunda signal-xalaqit
nisbati maksimal bo‗ladi:
M
opt
=[4kTF
kuch
/(R
TA
qœ Ι
f
)]
1/(2+ œ)
. (1.17)
Ko‗payishning optimal koeffitsientida drob va xususiy xalaqitlar
nisbati 2/œ ga teng.
r-i-n fotodiod uchun M = 1 va drob shovqinlari juda kichik. Shuning
uchun
Q = [Ι
2
f
R
TA
/(4kTF
kuch
f
V
)]
1/2
. (1.18)
(4kTF
kuch
/R
TA
)
1/2
= i
esh
, A / √ f
v
kattaligi ekvivalent shovqin toki
deyiladi va odatda r-i-n diod asosidagi fotodetektor kuchaytirgichlari
parametrlariniko‗rsatadi. Bu holda
|