ABSTRACT

This work is devoted to the study of the length of a repeater interval of optical fiber. The optical fiber has a major role during the transmission of information over long distances. But the length of a repeater interval limits its application. The length of a repeater interval depends on the fiber parameters, equipment and other factors.

Program was developed with a graphical user interface in the programming language Matlab for the research. With this program, dependence of the length of a repeater interval of the speed of propagation was explored. Dependences of the length of a repeater interval of the fiber parameters, such as attenuation, chromatic dispersion and polarization mode dispersion, were constructed. Also dependence of length of a repeater interval of characteristics of the equipment was investigated. Dependences of the length of a repeater interval of the modulation parameter and the steepness of the front were analyzed.

АННОТАЦИЯ

Данная работа посвящена исследованию длины регенерационного участка оптического волокна. Оптическое волокно играет большую роль при передаче информации на большие расстояния. Но ограничивает его применение длина регенерационного участка, которая зависит от параметров волокна, выбранного оборудования и других факторов.

Для проведения исследований была написана программа с графическим интерфейсом пользователя на языке программирования Matlab. С помощью программы исследовалась зависимость длины регенерационного участка от скорости распространения. Построены зависимости длины регенерационного участка от параметров волокна таких, как затухание, хроматическая и поляризационно-модовая дисперсии. Так же исследована зависимость длины регенерационного участка от характеристик оборудования. Проанализированы зависимости длины регенерационного участка от параметра модуляции и крутизны фронта.

РЕФЕРАТ

Исследование длины регенерационного участка оптического волокна

Магистерская диссертация выполнена на 71 странице, содержит 21 рисунок, 7 таблиц, 37 источников, 1 приложение.

ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО, ОДНОМОДОВОЕ ВОЛОКНО, ДЛИНА РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА, ДЛИНА ЛИНИИ, РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА, ОПТИЧЕСКИЕ ИМПУЛЬСЫ, ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ, ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЧИ, МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ИМПУЛЬСОВ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА, ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ, MATLAB

Объект исследования данной работы – оптические системы, включающие оптическое волокно, предающие и принимающие устройства.

Цель работы – является оценка влияния параметров волоконно-оптического тракта на длину регенерационного участка.

В результате работы написана программа с графическим интерфейсом пользователя для проведения исследования длины регенерационного участка на языке программирования Matlab. Проведены исследования зависимости длины регенерационного участка от параметров волоконно-оптической линии связи.

Полученные результаты можно использовать при проектировании волоконно-оптической линии связи, расчете длины регенерационного участка и подборе оптимальных параметров передачи сигнала.

Ценность работы состоит в том, что её результаты позволяют оценивать текущее состояние предлагаемых на рынке оптических волокон и оборудования, используемого для передачи оптических импульсов, а также дать оценку проектируемой длине регенерационного участка при их использовании. Практическая значимость работы в том, что написанную программу можно использовать при преподавании и обучении.

Результаты работы изложены на трех конференциях: Всероссийской научно-практической конференции творческой молодежи с международным участием «Научно-техническое и социально-экономическое сотрудничество стран АТР в ХХI веке», ДВГУПС, 2016 г. и 2017г.; Всероссийской научно-исследовательской конференции студентов и школьников «Современные тенденции и проекты развития информационных систем и технологий», ХГУЭиП, 2016 г.

ESSAY

The study of the length of a repeater interval of optical fiber

Master dissertation contains 71 pages, 21 figures, 7 tables, 37 sources, 1 app.

OPTICAL FIBER, SINGLE-MODE FIBER, THE LENGTH OF A REPEATER INTERVAL, THE LENGTH OF LINE, THE CALCULATION OF A REPEATER INTERVAL, THE PULSES IN THE OPTICAL FIBER, TRANSMISSION, THE TRANSFER PARAMETERS, SIMULATOR THE PROPAGATION OF PULSES, THE CHARACTERISTICS OF THE OPTICAL FIBER, GRAPHICAL USER INTERFACE, MATLAB

The object of study of this work is the optical system including optical fiber, transmitting and receiving devices.

The objective of this work is to obtain dependency of parameters of fiber-optical line to the length of a repeater interval.

The resulting works program was developed with a graphical user interface in the programming language Matlab for the research the length of a repeater interval. Dependences of length of a repeater interval of characteristics of the optical-fiber communication line were explored.

The obtained results can be used in the projection of fiber-optic communication line, calculating the length of a repeater interval and selection of the optimal parameters for transmission.

The value of the work is that its results allow to estimate the current state of the offer on the market of optical fibers and equipment used for the transmission of optical pulses, and to assess the projected length of a repeater interval in their use. Practical importance of the work is that the program can be used for teaching and learning.

The results presented at three conferences: All-Russian scientific-practical conference of creative youth with international participation "Scientific-technical and socio-economic cooperation Asia Pacific in the twenty-first century", the far Eastern state transport University, 2016 and 2017; All-Russian research conference of students "Current trends and development projects of information systems and technologies", the Khabarovsk State University of Economics and Law, 2016.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 7

1 Анализ литературных источников, описывающих текущее состояние исследований по определению и оптимизации длины регенерационного участка 11

2 Анализ факторов, влияющих на качество передачи в оптических системах 14

2.1 Затухание 15

2.2 Дисперсия 17

2.3 Длина регенерационного участка 20

2.4 Стандарты для оптического волокна 22

3 Распространение лазерных импульсов по оптическому волокну 24

4 Разработка приложения в среде Matlab 31

5 Результаты исследования 42

5.1 Исследование длины регенерационного участка от скорости распространения 42

5.2 Исследование длины регенерационного участка от параметров оптического волокна 45

5.3 Исследование длины регенерационного участка от параметров выбранного оборудования 50

5.4 Исследование длины регенерационного участка от параметров и вида импульсов 53

Заключение 59

Список использованных источников 62

Приложение А Листинг программы 66

ВВЕДЕНИЕ

Изучение характера распространения световых импульсов в волокне является одной из центральных задач волоконной оптики.

Практическая важность таких исследований связана с широким использованием оптического волокна в современных сетях связи.

Основными преимуществами применения оптического волокна для построения линий связи являются: широкая полоса пропускания, малое затухание сигнала в волокне, низкий уровень шумов, высокая помехозащищенность, длительный срок эксплуатации и другие.

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного и интерфейсного оборудования [1].

Первым шагом к оптимизации систем волоконно-оптической связи является изучение длины регенерационного участка.

Исходя из экономичности оптической магистрали и качества передачи информации, желательно, чтобы длина участка регенерации была максимальной. Это сможет уменьшить количество дополнительного и промежуточного оборудования, что снизит стоимость волоконно-оптической линии связи и соответственно повлияет на один из её главных недостатков.

Длина регенерационного участка без оптических усилителей зависит от характеристик трех элементов волоконно-оптического тракта: передающего оптоэлектронного модуля (источника светового излучения), оптического кабеля и приемного оптоэлектронного модуля (приемника излучения). Для оптимизации волоконно-оптической системы передачи в общем случае необходимо рассмотреть различные варианты ее построения из названных элементов, а именно, различные типы источников излучения; оптические кабели с разными значениями характеристик; различные приемники излучения, а также возможные комбинации из этих трех элементов с различными техническими характеристиками.

Актуальными научными задачами в связи с этим являются исследования влияния оптической среды существующих волоконно-оптических линий связи и современного оборудования на длину регенерационного участка.

Объектом исследования данной работы являются оптические системы, включающие оптическое волокно, предающие и принимающие устройства, предметом исследования являются основные факторы оптических систем, влияющие на длину регенерационного участка линии.

Основной целью магистерской диссертации является оценка влияния параметров волоконно-оптического тракта на длину регенерационного участка.

Для достижения поставленной цели решаются следующие исследовательские задачи:

• Изучение литературных источников, описывающих текущее состояние исследований по определению и оптимизации длины регенерационного участка;

• Разработка программы с графическим интерфейсом пользователя для проведения исследовательских работ;

• Исследование длины регенерационного участка от скорости распространения импульсов;

• Исследование длины регенерационного участка от параметров оптического волокна;

• Исследование длины регенерационного участка от характеристик выбранного оборудования;

• Исследование длины регенерационного участка от параметров и вида импульсов.

В современных скоростных линиях связи используются, в основном, одномодовые волокна, поэтому в данной работе рассматривались только одномодовые волокна, оптимизированные к дальним расстояниям и большим нагрузкам.

Все исследования проводились на основе характеристик оптических волокон, источников и приемников оптического излучения, представленных сейчас на рынке.

Оценка длины регенерационного участка проводилась с помощью предварительно написанной программы с интерфейсом пользователя на языке программирования Matlab.

Система компьютерной математики Matlab, основанная на мощных и современных матричных методах вычислений, является одним из лучших языков программирования высокого уровня для реализации технических вычислений. Она имеет простой и ненавязчивый интерфейс, удобный редактор листингов программ и вычислительное ядро, поддерживающее параллельные вычисления на многоядерных и многопроцессорных системах [2].

Разработанная программа может быть использована в учебном процессе при преподавании и обучении по курсу «Общая теория связи», «Основы построения инфокоммуникационных систем и устройств», «Оптические цифровые телекоммуникационные системы».

Научная новизна исследования обусловлена тем, что впервые разработана программа с графическим интерфейсом пользователя на языке Matlab для исследования длины регенерационного участка в зависимости от параметров волоконно-оптической системы связи и произведено комплексное обследование длины регенерационного участка при использовании современных оптических волокон и оборудования.

Практическая ценность работы состоит в том, что её результаты позволяют оценивать текущее состояние предлагаемых на рынке оптических волокон и оборудования, используемого для передачи оптических импульсов, а также дать оценку проектируемой длине регенерационного участка при их использовании.