I 2 Mod. CoalaN.DocumentSemnatData A elaborat. Conduct. Control n.A aprobat Coal CoalColi 35

xxxxxx Proiectarea sistemelor de transmisiune a informaiei prin fibre optice Xxxx xxx Cuprins Datele iniiale 3 Introducere4 1. Sistemele de transmisiuni a informaiei prin fibre optice(STIFO) 6 2. Alegerea traseului traficului lineic10 3. Emitoarele optice i modulul optoelectronic de emisie12 4. Fotoreceptorii i modulul optoelectronic de recepie16 5. Calculul parametrilor fibrei optice monomod24 6. Determinarea lungimilor sectorului de regenerare pentru STIFO27 7.Determinareavaloriiprobabilitiieroriideregenerareasemnaluluila recepie31 Concluzie34 Bibliografie35 3 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData Datele iniiale: 1.Distana dintre staiile terminale: L=571 (km); 2.Sistemul de transmisiune a informaiei prin cablul optic: STM64 ; 3.Lungimea de und a purttoarei optice: 1=1.55 i 2=1.3 (m); 4.Bugetul energetic al STICO: Q=34.5(dBm); 5.Tipul fibrei optice: monomod 6.Puterea emitorului optic: Pe=1.5 (mW); 7.Atenuarea n conectorul emitor-fibr: efa =4.6 (dBm); 8.Atenuarea jonciunii sudate fibr-fibr: ffa =0.1 (dBm); 9.Atenuarea n conectorul fibr-receptor: fra =1.0 (dBm); 10.Atenuarea n conectorul demontabil: cda =0.5 (dBm); 11.Rezerva bugetului energetic al STICO: ra =4 (dBm); 12.Coeficientul de zgomot: zgF =16.5 (dBm); 13.Diametrul miezului optic al fibrei: d=2 a=7.5 (m); 14.Indicele de refracie pentru miezul optic al fibrei: 1n =1.5156; 15.Diametrul nveliului optic al fibrei: D=2b=125 (m); 16.Indicele de refracie pentru nveliul optic al fibrei: 2n =1.5051; 17.Limea liniei spectrale de emisie pentru emitor: =0.018 (nm); 18.Frecvena maximal de modulaie a emitorului:maxF =13750 (MHz); 18.Frecvena de limit a fotodiodei: limF =12950 (MHz); 19.Valoareaadmisibila probabilitiieroriideregenerarea semnaluluiadm erP.=710-9. 4 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData Introducere Telecomunicaiilereprezintunuldincelemaidinamicedomeniiale economiei mondiale ce se confirm printr-un ritm sporit de dezvoltare a reelelor detelecomunicaiicureutilarealornbazacelormainoirealizritehnico-tiinifice, ce duce la extinderea reelelor de telecomunicaii, sporirea numrului de beneficiari, calitii i spectrului de servicii. Interesul sporit fa de sistemele optoelectronicedecomunicaiiiprelucrareainformaieiestecondiionatde avantajelelorevidenteiutilizareacusuccesnorganizareareelelorde comunicaiimultifuncionalecupromovareacelormaimodernetehnologiii protocoale de telecomunicaii. Sistemele de transmisiune a informaiei prin fibre optice (STIFO)reprezint unansambludemijloacetehnicecareasigurorganizareacanalelorde telecomunicaii prin intermediul circuitului fizic n baza cablului optic (CO). SchemadestructuraSTIFOdepindededestinaie,lungimealinieide transmisiune, tipul informaiei ce se transmite i o serie de ali factori. n STIFO poatefiutilizatattmodulaiaanalogiccticeadigital.nschemelecu modulaieanalogiccomunicareautilnemijlocitmoduleazamplitudinea, frecvenasaufazapurttoareiopticeaemitoruluioptic(EO).Performanele STIFO pe deplin pot fi realizate n cazul utilizrii modulaiei digitale, dup cum estemodulaiaimpulsurilorncod(PCM).PentruSTIFOdigitalecomunicarea utilreprezintoseriedeimpulsuricaremoduleazpurttoareaopticaEO conformintensitii,amplitudinii,frecveneiifazei.nprezent,deregul,se utilizeaz modulaia purttoarei optice conform intensitii. Elementeleimportantealesistemelordetransmisiunialeinformaieiprin cablul optic (STICO) sunt: emitorul optic, fotoreceptorul i regeneratorul. nSTIFOncalitatedeemitoareopticeseutilizeazdiodele electroluminescente(DEL)idiodelelaser(DL),confecionatepebaza semiconductorilor.DeobiceiDELsuntniteemitoareopticecuradiaia necoerentiseutilizeazladistanereduse,iarDLsuntemitoareopticecu radiaiecoerentiseutilizeaznSTICOladistanemediiisporite.La 5 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData recepie,nSTIFO,ncalitatedefotoreceptoareseutilizeazfotodiodele semiconductoare cu structura p-i-n i n avalan. PentruacompensaatenuareasemnaluluiopticcesepropagprinCOpeste anumitesectoarederegenerarepotfiamplasateregeneratoarelesau amplificatoarele optice. Principiul de funcionare al regeneratoarelor se bazeaz peconvertareadublasemnaluluiianume:semnalulopticseamplific,ise restabilete forma iniial i relaiile n timp, apoi din nou, din semnal electric se converteaznsemnaloptic.namplificatoareleopticesemnalulopticse amplific fr convertri i prelucrri suplimentare.

6 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData 1. Sisteme de transmisiuni a informaiei prin fibre optice (STIFO) STIFO se numete un ansamblu de mijloace tehnice care asigur organizarea canalelordetelecomunicaiiprinintermediulcircuituluifizicnbazacablului optic.SchemadeorganizareaSTIFOdepinde de destinaie, lungimealiniei de transmisiune,tipulinformaieicesetransmiteioseriedealifactoriipotfi divizate n 3 categorii: 1)STIFO cu detecie direct; 2)STIFO cu detecie coerent sau cu detecie prin fotomixare; 3)STIFO cu multiplexare spectral a canalelor, adic cnd prin aceeai fibr se propag mai multe purttoare ce difer dup valoarea lungimii de und. n prezent se utilizeaz STIFO cu detecie direct i modulaia impulsurilor n cod, schema de structur a crora este reprezentat n figura1.1: Figura 1.1 STIFO cu detecie direct 7 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData CO convertorul de cod; MOE modulul optoelectronic de emisie; MOR - modulul optoelectronic de recepie; RL regeneratorul liniar; COD conector optic demontabil; CO cablul optic; UT utilajul terminal; TLO traficul lineic optic; SI staiile intermediare (puncte de regenerare sau puncte de amplificare). Conformfigurii1.1,STIFOcudeteciedirectsuntconstituitedin2 complectedeutilajterminalitraficullineicoptic.Utilajulterminaleste amplasat n punctele A i B i const din aparatura digital standard de formare acanalelorigrupelordecanaleidinutilajuldejoncionarecutraficullineic optic.UtilajuldejoncionareconineconvertoruldecoduriCC,modulele optoelectronicedeemisieMOEiderecepieMORiRL.npunctulA,CC converteaz semnalul bipolar HDB-3 ntr-un semnal unipolar. MOE converteaz semnalulelectricunipolarntr-unsemnalopticsubformdeimpulsuri unipolare.LarecepienpunctulB,MORconverteazsemnalulopticntr-un semnal electric care se regenereaz n RL i apoi n CC din impulsuri unipolare setransformncodulbipolarHDB-3.Analogicsenfptuietetransmisia semnalelor n direcia de la B la A.Traficul liniar optic pentru STOE const din CO i staiile intermediare sub formdepunctedeamplificare.COcareconine2imaimultefibrese conecteazlaechipamentulstaiilorterminaleistaiilorintermediarecu ajutorulconectoareloropticedemontabile(COD).Staiileintermediaresunt amplasate peste anumite sectoare numite sectoare de regenerare sau amplificare isuntdestinatepentruamplificareaimpulsurilor,restabilireaformeiiniialea impulsurilor i restabilirea relaiilor iniiale n timp a impulsurilor. 8 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData Lungimeasectoruluideregeneraredepindedevaloareaponderilori dispersiei n FO, viteza de transmisiune i calitatea de transmisiune a informaiei i la fel de parametrii electrici a modulelor optoelectronice de emisie i recepie. Principiuldefucionareapunctelorderegenerareestereflectatnschema de structur reprezentat n figura 1.2 . COD COD CO CO CODCOD Figura 1.2 Schema de structur a punctelor de regenerare CO cablu optic; COD conectorul optic demontabil; MOE, MOR module optoelectronice de emisie i recepie; A amplificator; DS dispozitivul de sincronizare; DL dispozitivul de linie. Conformfigurii1.2observmcregeneratorulfuncioneazconform principiuluiconvertriidubleaenergieiianumedinopticnelectrici invers. Adic semnalul optic propagndu-se prin fibrele cablului se atenueaz i sedistorsioneazinpunctelederegenerarecaresuntinstalatelaanumite distanesemnalulopticseconverteaznsemnalelectriccarencontinuarese amplific,serestabileteformainiialirelaiilentimpapoidinnouse converteaznsemnaloptic.DinpunctulAidinpunctulBctrefiecare regeneratoramplasatnpunctulderegeneraresuntconectatecte2FO,una MORMOE MOEMOR A

DL

A

DL

9 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData pentru a asigura comunicaii din punctul A n B, iar a doua din B n A. Dac n COseconinmperechideFOatuncipentrufuncionareaamsistemede transmisiune se vor utiliza m regeneratoare amplasate n punctul de regenerare. n prezent sunt elaborate STIFO care funcioneaz n regim monomod i n care este posibil combaterea dispersiei semnalului optic ce se propag prin FO monomod prin alegerea lungimii de und a purttoarei optice , parametrilor FO i parametrilor diodei laser. n astfel de STIFO regeneratoarele sunt substituite cu amplificatoare optice care amplific semnalul optic (figura 1.3). Figura1.3 STIFO n regim monomod ST staie terminal; AO amplificatorul optic; FTJ filtrul trece jos.

10 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData 2. Alegerea traseului traficului lineic n baza studierii hrii geografice se traseaz variantele posibile ale traseelor traficului lineic de transmisiune al informaiei prin cablul optic (TLTICO). Apoi se efectueaz caracteristica comparativ a lor i se alege cel mai optim traseu al TLTICO. La alegerea traseului TLTICO pot fi utilizate hri de diferite scri, pe caresuntindicatecileferate,oselele,drumurilenaturale,rurileilacurile, poduriledeciferateipesteruri.Toatevarioanteleposibilealetraseelor TLTICO se compar conform urmtorilor indici: lungimea traeului, ndeprtarea delaoseleidrumuri,numruldetreceripesteciferate,ruriiosele, condiiilesolului,comoditiledeinstalareiexploatare.Dupces-aales varianta potrivit a traseului TLTICO, se traseaz desenul schemei de amplasare a sistemului de transmisiune a informaiei prin cablul optic (STICO), pe care se indicstaiileterminale,traseulTLTICOcustaiileintermediarecereprezint puncteledetranzitsaupunctederegeneraredeservite(PRD)inedeservite (PRN),oselelede-alungulcroraseproiecteazinstalareacabluluiopticcu indicarea distanei de la osea pn la CO, localitile urbane i rurale, lungimile totale ale traseului i ale CO, numrul i caracterul trecerilor, categoriile solului peparcursultraseului,volumullucrrilordeinstalareaCOmanualide instalare a CO cu ajutorul mainii de pozare. TraseulTLTICOsealegelundnconsiderarevolumulminimdelucrui posibilitile de utilizare a mecanismelor i mainilor la instalarea CO. n zonele ceseaflnafaralocalitilorserecomanddeainstalaCOde-alungul oselelor i drumurilor naturale cu condiia c numrul de treceri peste ruri, ci ferate i osele s fie minim. n cazurile cnd sunt prevzute treceri peste ruri, eletrebuiesfieamplasateladistanenumaimicide1000mdelapodurile cilorferateioselelormagistraleiladistanenumairedusede200mpe cursulinferioralrurilordelapodurileoseleloridrumurilornaturalecu destinaie local. Cu sporirea numrului facilitilor sau serviciilor de telecomunicaii acordate populaiei, sporete i numrul centraleor telefonice automate (CTA) i totodat 11 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData sporete distana dintre CTA, depind valori de zeci i sute de kilometri. Astfel, pentruaefectuaconectareadintreCTAceseafl ladistanedezeciisute de kilometricurespectareanormelorredusedeatenuare,esteraionaldeautiliza STICO. Utilizarea CO cu coeficieni redui de atenuare pentru conectrile dintre CTA este o soluie foarte eficient, lund n considerare coeficioenii sporii de atenuarelacablurilemetaliceideficituldecupru.Calculullungimiila instalareaCOesteefectuatcuprevederileuneianumiterezerve,care,conform normativelor stabilite, constituie: -2% pentru CO subteran; -14% pentru CO submarin ce se instaleaz fr adncirea n platoul rului sau lacului; -5.7% pentru CO instalat n canalizaiile CTA urbane.

12 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData 3. Emitoarele optice i modulul optoelectronic de emisie (MOE) Destinaiaemitoruluiopticconstnconvertareasemnaluluielectricn optic,careapoisetransmiteprinCO(cabluloptic)alSTFO(sistemde transmisiuneprinfibraoptic).SpecificuldefuncionareaSTFOnainteaz anumite cerine fa de EO, printre care pot fi menionate urmtoarele: corespunderealungimiideundaradiaieiopticeunuiadinminimurile pierderilor n FO; nivel nalt al puterii radiaiei optice la ieire; existenacondiiilorcareasigurpierderiminimearadiaieiopticela injectarea ei n FO; posibilitatea nfptuirii simple a modulaiei radiaiei cu o rapiditate nalt; fiabilitate i resurse mari de funcionare (106ore); dimensiuni, mas i putere de consum mici. AcestorcerinecelmaipedeplincorespundEOsemiconductoare:diodele electroluminiscente(DEL);diodelesupraluminiscente(DSL)idiodelelaser (DL).CelemaiperformanteEOpentruSTFOsuntDLpebaza heterojonciunilor formate n structurile semiconductoare polistratificate pe baza compuilorGaAsiInP.DLsatisfactoatecerineleenumeratemaisus.ns DEL i DSL cednd DL dup un ir de parametri, la fel se utilizeaz n STIFO pentru asigurarea comunicaiilor la distane reduse posednd un cost redus. EO semiconductoare posed o proprietate important pentru STFO dup cum este posibilitatea modulaiei nemijlocite a radiaiei optice. Modulaia intensitii radiaieiopticesenfptuieteprinschimbareacorespunztoareacurentuluide alimentare (pompaj) a EO. EO se caracterizeaz prin intermediul urmtoarelor caracteristici i parametri: 1.Caracteristicawat-amperic,careestedependenaputeriiradiaieioptice decurentuldepompajasurseilaaplicareatensiuniidepolarizaredirect. Caracteristiciletipicesuntreprezentatenfigura3.1(pentruDELiDSLele sunt aproximativ liniare, iar pentru DL neliniare). 13 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData

Figura 3.1 Caracteristicile wat-amperice ale DL, DSL i DEL LacureniidepompajIpmaimicidectceldeprag,DLfuncioneazca DSL (sursa de radiaie necoerent), iar cnd curentul devine mai mare dect cel deprag,dispozitivulfuncioneaznregimdelaserigenereazradiaie coerent.CuctestemaimareputerearadiaieiPpentruvaloareadata curentului de pompaj, cu att este mai mare randamentul EO. 2.Lungimeadeunddelucru 1 ilrgimeacaracteristiciispectralede emisie o A ~2. n figura 3.2 sunt reprezentate caracteristicile spectrale a sursei de radiaie optic. Figura 3.2 Caracteristicile spectrale ale EO RadiaiaEOrealeposedomrimefinitallimiilinieispectralede radiaie, care se determin dup nivelul jumtate din putere. 14 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData

=pentruDEL nmpentruDSL nmpentruDL nm. .... .... ... ,120 5050 1010 01 0o(3.1) Cu ct este maimic limeacaracteristicii spectrale de emisie a EO cu att este mai mic dispersia semnalului n FO. 3.FrecvenamaximdemodulaiearadiaieiopticeaEOesteegalcu frecvenalacareamplitudineacomponenteivariabileaputeriiradiaiei modulatesereducede2orifadeputerearadiaieinemodulate.Acest parametru este egal cu zeci i sute de MHz pentru DEL i DSL i pn la uniti i zeci de GHz pentru DL. 4.ComponentamodalaradiaieiopticeaEOpoatefidiferit:DELi DSL sunt EO multimod; DL se produc de dou tipuri: monomod i multimod. 5.Caracteristiciledetemperatur.DELiDSLsuntniteelementedestul determostabile,iarputerearadiaieiDLputernicdepindedetemperaturila funcionarentr-undiapazonlargdetemperaturiestenecesardeapromova circuitul de termocompensare. 6. Resursele de funcionare a DEL i DSL alctuiete 6 510 ... 10 ore, iar a DL 5 410 ... 10 ore. ModululoptoelectronicdeemisieMOEesteunarticolaloptoelectronicii, destinatpentruconvertareasemnalelorelectricedetelecomunicaiinoptice. MOE tipic conine: 1.Sursa optic de radiaie (DEL, DSL, DL); 2.Circuitele elctronice pentru prelucrarea semnalelor electrice i stabilizarea regimurilor de funcionare EO; 3.Conectorul optic sau un segment de CO. MOE se produce sub form de construcie unic de modul. MOEsedivizeaznanalogiceidigitalecarecorespunzatorconverteaz semnalele electrice analogice sau digitale n semnale optice. Pentru MOE digitale se normeaz urmtorii parametri: lungimea de und de lucru (m); 15 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData viteza maximal de transmisiune a informaiei (bit/sec); formatul semnalului ce se transmite (LTT, LEC); puterea medie a impulsului radiaiei la ieire (mW); puterea radiaiei de fond (mW); diametrul dispozitivului optic de acordare (m); apertura numeric la ieire; durata frontului impulsului radiaiei conform nivelelor 0,1...0,9; n s; durata de tiere a impulsului radiaiei conform nivelelor 0,1...0,9; n s; tensiunea de alimentare (V). MOEseproiecteazconformconsecutivitii.Iniialsealegeemitorul optic.LaalegereaEOurmeazdealuanconsideraremrimeaputerii, lungimeadeundilrgimeacaractreristiciispectraledeemisieivitezade transmisiune a informaiei. n caz de necesitate urmeaz de a fi utilizat schema de stabilizare a temperaturii. Urmtoarea etap este alegerea metodei de modulaie: analogic sau digital. Lautilizareamodulaieianalogice,pelngputereilrgimeabandei informaionale,trebuieluatnconsideraieneliniaritateacaracteristiciiwat-amperice,caredeterminvaloareadistorsiunilorneliniare.Lautilizarea modulaiei digitale este necesar de a aprecia rapiditatea de funcionare a sursei i metodadecodificare.Dupalegereametodeidemodulaieurmeazdeafi calculate pierderile radiaiei la injectarea ei n FO i de determinat dac puterea injectat este de ajuns pentru funcionarea sistemului. Dac puterea injectat este mai mic dect valoarea puterii necesare, atunci se poate de utilizat alte metode de codificare sau de ales un alt EO. Dup alegerea EO i metodei de modulaie este necesar de a calcula puterea injectat i puterea zgomotului sursei (EO), de determinatputereadeconsumideapreciatinfluenatemperaturiiasupra caracteristicilorMOE.Dacschimbriletemperaturiiputernicinflueneaz asupra niveluluiputeriiradiaiei optice,atunciurmeazdeantreprindemsuri de compensare a temperaturii (rcirea cu ajutorul microfrigiderelor, stabilizarea 16 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData curenilordepolarizaresaupompajasursei,introducereacircuituluidereacie conform semnalului optic). 4. Fotoreceptorii i modulul optoelectronic de recepie (MOR) Destinaia fotoreceptorului const n convertarea semnalului optic n electric, care apoi se prelucreaz de circuitele electronice a MOR. Fotoreceptorul n caz ideal trebuie s satisfac urmtoarelor cerine: s reproduc precis forma semnalului recepionat; s nu introduc zgomot adugtor n semnalul informaional; sasigureputereamaximalasemnaluluielectricnsarcinasapentru puterea dat a semnaluluioptic; s posede diapazon dinamic i rapiditate de funcionare sporit; sposededimensiunimici,fiabilitatenalt,costredusitensiunide alimentare mici. Cel mai pe deplin acestor cerine corespund fotoreceptorii semiconductori. n sistemele carefuncioneaz la =0.85mse utilizeazfotoreceptori produi din Si,iarpentrusistemelecarefuncioneazla=1.3i1.55mdinGei InGaAs. Dintre fotoreceptorii semiconductori n STIFO se utilizeaz fotodiodele semiconductoare (FD) de dou tipuri: FDcustructurap-i-n,careposedosensibilitatemaibundectFD obinuite p-n; FDcuavalan,careposedmecanismulinteriordeamplificarea fotocurentuluiiprinurmaresensibilitatealaeleestemaibundectlaFDcu structura p-i-n. DacpeFDcadeputereaopticP,atuncincircuitulsarciniieicircul fotocurentul If : P RhP qIi f = =vq (4.1) unde este randamentul cuantic; q sarcina electronului; Ri- sensibilitatea dup curent a FD. 17 Coal Mod CoalaN. DocumentSemnatData qvq == 8 . 0hqRi(4.2) unde este lungimea de und a semnalului optic. Analizm caracteristicile i parametrii de baz a FD: 1. Sensibilitatea conform curentului Ri, indic eficacitatea de convertare de ctre fotodiod a puterii optice n curent electric. Cu ct este mai mare valoarea lui Ri cu att este mai bun FD. De exemplu pentru FD ideal =1 sensibilitatea alctuiete:

====m pentru W Am pentru W Am pentru W ARi 55 . 1 : , / 24 . 13 . 1 : , / 04 . 185 . 0 : , / 68 . 0(4.3) PentruFDreale