Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE





AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


PROIECT COMUNICATII OPTICE - linie de transmisie punct la punct pe fibra optica (FO)

Comunicatii

+ Font mai mare | - Font mai mic




UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMISOARA

FACULTATEA DE ELECTRONICA si TELECOMUNICATII



PROIECT

COMUNICATII OPTICE

1.Tema proiectului:

Sa se proiecteze o linie de transmisie punct la punct pe fibra optica (FO) cu urmatorii parametrii:

- viteza de transmisie: vT=10m/7 Mbps , unde m reprezinta pozitia in subgrupa;

- distanta la care se face transmisia: L=l*N (km), unde N reprezinta partea intreaga, N=[5+36/m], l=500m;

- rata erorii admise la transmisie: BER=10-9;

Sunt disponibile urmatoarele componente electronice si optoelectronice:

- LED din GaAlAs, cu parametrii:

- l =850nm, lungimea centrala de emisie

- Ps=40mW, puterea sursei de emisie

- l=40nm, largimea spectrala

- Cd=150*K1(pF), capacitatea spatiala a LED-ului

- pretul, 3$/K1;

- LED din InGaAS, cu parametrii:

- l =1,3um, lungimea centrala de emisie

- Ps=40mW, puterea sursei de emisie

- l=100nm, largimea spectrala

- Cd=75*K1(pF), capacitatea spatiala a LED-ului

- pretul, 6/K1 $;

K1=

Ambele surse pot fi comandate cu un curent de deschidere, Id=60mA, care se obtine la iesirea unei porti, de tip 74LS140, si se utilizeaza o schema de tipul:

Se pot alege urmatoarele tipuri de FO:

- FO multimod, cu profil treapta

- apertura numerica: AN=0.05*K1

- atenuarea FO: aFO=4*K1 dB/Km

- banda /Km: B0=400/K1 MHz*Km

- dispersia materiala:

s mat=0.07 (ns/nm)*Km, pentru lo=850nm

s mat=0.005 (ns/nm)*Km, pentru lo=1300nm

- pretul 1/K1 $/m;

- FO monomod, cu parametrii:

- apertura numerica: AN=0.002*K1

- atenuarea FO: aFO= K1 dB/Km

- banda /Km: B0=1500/K1 MHz*Km

- dispersia materiala:

- s mat=0.001 (ns/nm)*Km,pentru lo=850nm

s mat=0 (ns/nm)*Km, pentru lo=1350nm

- pretul 5/K1 $/m

Fotoreceptoarele ce pot fi alese:

- fotodioda in avalansa, care au responsivitatea:

- R0=0.07*K2 A/W

- T=300 0K

- Cd=5pF

- x=0.5

- K2=

- pretul 50*K2$

Se mai cunosc:

- sarcina electronului: q=1.6*10-19 C

- constanta Boltzmann: KB=1.38*10-23 J/K

- constanta Planck: h=6.623*10-34 J*s

- factorul de interferenta-intersimbol

g=(2*nr.grupei+nr.subgrupei)/100+0.7

- x=0.5

Receptorul se proiecteaza in cele patru cazuri cunoscute: cu impedanta ridicata (HiZ) si transimpedanta, folosind tranzistoare bipolare si/sau FET. Acestea se aleg din catalog (BFY90-TB, BF245-FET). Proiectarea se face, folosind cele doua tipuri de bilanturi al timpului de crestere si al atenuarii, utilizand ambele coduri de linie NRZ si RZ.

Din cele opt cazuri posibile se va alege acelea, care are, sau indeplineste criteriul pret/performanta cel mai bun. Asa cum s-a aratat linia de transmisie, este formata din tronsoane de FO cu l=500m.

Aceste tronsoane se sudeaza intre ele, sudurile avand o atenuare de asudura=0.1dB.    Capetele liniilor optice se cupleaza la modulul de emisie si respectiv, modulul de receptie, prin conectori, cu atenuarea aconector=1dB. Pretul unei suduri este de 1$/sudura, iar pretul unei conector este de 10$/conector, pentru fibra optica monomod, respectiv 2.5$/conector pentru fibra optica multimod.   

2. Proiectarea sistemului

2.1 Proiectarea emitatorului

Date initiale: m=6

K1=1

K2=7

Rezulta urmatoarele valori:

viteza de transmisie vT=10m/7=7,196 Mbps

N=(5+36/m)=11

distanta, la care se face transmisia este: L=N*l=5,5 km

durata unui bit Tb, se calculeaza, cu relatia:

Tb=1/vT=138,966 ns

Timpul maxim de degradare a impulsurilor este:

pentru un cod NRZ : dTbit=Tb*0.7=97,27ns

pentru un cod RZ:    dTbit=Tb*0.35=48,63ns

Pentru dioda Laser se ia din catalog o valoare a tensiunii de deschidere a diodei:

Ud=2V

V01=0.5V, pentru 74LS140

Id=60mA

Vcc=5V

Rezistenta R1 se calculeaza conform relatiei:

R=(Vcc-Ud-V01)/Id

R=41.66W

Se alege pentru R valoarea de 42W

Daca se alege pentru C o valoare de 27pF, rezulta timpii de crestere ai ansamblului in cele doua cazuri:

pentru dioda LED1 GaAlAs: tRLC1=R*(C+Cd)=7.434ns

pentru dioda LED2 InGaAs: tRLC2=R*(C+Cd)=3.234ns



Timpii de crestere ai transmitatorilor se calculeaza, cu relatia:

ttx=, unde

tTTL=10ns, si rezulta valorile:

pentru dioda GaAlAs: ttx1=12.460ns

pentru dioda InGaAs : ttx1=10.509ns

2.2 Proiectarea receptorului

Receptorul detecteaza un semnal atenuat, distorsionat si acoperit de zgomot, si se ia decizia asupra timpului, semnalului emis. Sensibilitatea receptorului este BER=10-9, si se calculeaza, cu relatia:

BER=


Cu ajutorul programului Matchad obtinem pentru Q=6.

Tinand cont de numarul grupei=2, si numarul subgrupei=3, rezulta gradul de interferenta intersimbol g

Din relatia: g=erf, vom calcula valoarea lui a

Notam:

t2=u2/2 1/2=u/

t=u/ u=1/2a dt=du/

de unde din tabel pentru se ia valoarea de 1.126

Valoarea lui a

Calculam acum valorile pentru I2 si I3, conform relatiilor:

Calculam acum parametrii, pentru fiecare din cele patru tipuri de amplificatoare utilizate la receptie:

2.2.1 Amplificator cu impedanta ridicata cu tranzistor bipolar

Schema de principiu, se prezinta in figura de mai jos:

Alegem din catalog, tranzistorul BFY90, cu urmatorii parametrii:

b=100, Ic=1mA, UCE=5V, Rin=2.5KW

Alegem R1 si R2>>Rin, avem Ra=R1 R2 Rin Rin=2.5KW

Alegem R1=25 KW

V+=15V

UBE=0.65V

Calculam, acum valoarea lui, R3=(V+-UCE)/Ic=10 KW

R3=10 KW

Din relatiile de mai jos, calculam valoarea lui R2:

Ib=Ic/b mA

IR1=UBE/R1=24 mA

IR2= IR1+Ib=34 mA

R2=(V+-UBE)/IR2= 423,5 KW

Alegem R2=420 KW

Se alege pentru: Cc=100 nF, si respectiv Rb1=Rb2=50 KW, rezulta

Rb=100 KW

Rezistenta de intrare a etajului: Ra=Rin=2.5 KW

Rin=2.5 KW

Capacitatea de intrare a amplificatorului este data de suma dintre capacitatea de intrare a tranzistorului si capacitatea parazita a montajului. Se alege, pentru capacitatea de intrare a amplificatorului, Ca=Cp+Cd=5pF+5pF=10 pF

Ca=10 pF

Urmeaza, sa calculam energia minima a semnalului de intrarea receptorului, folosim relatiile de mai jos:

K=2,949

L=3,28

Tensiunea de zgomot se calculeaza cu relatia de mai jos:

unde, kB reprezinta constanta lui Boltzmann

T, temperatura mediului

q, sarcina electronului

Tb, durata bitului

Rin, rezistenta de intrare

Ca, capacitatea de intrare

Puterea minima a semnalului necesara receptorului (sensibilitatea), este:

unde, , R0 reprezinta responsivitatea fotodiodei, si se calculeaza:

R0=0,07*K2 A/W , K2=7 R0=0,49A/W

Puterea minima a semnalului necesara receptorului (sensibilitatea), este:

Pr=bONmin/Tb=5,92*10-9W

Pr dBm =10log(Pr/1mW)= -52,27dBm

Banda receptorul este:

BHZTB=1/(4* Rin *Ca)=10 MHz

Unde: Rin=2,5 KW

Ca=10 pF

Timpul de crestere al receptorului este:

trx=350/BHZTB=35ns

2.2.2 Amplificator cu impedanta ridicata cu tranzistor FET




Schema unui amplificator se prezinta in figura de mai jos:

Am ales un tranzistor FET de tipul BF245, cu urmatorii parametrii:

Vp=-3V, IG=5nA, gm=5mA/V

Consideram curentul de drena, ID=1mA, si UGS=-1,5V.

Pentru a nu sunta rezistenta de intrare a tranzistorului, se alege Rs=10 MW, rezulta valoarea lui Rs1=-(UGS/ID)=1,5 KW

Rs1=1,5 KW

Stiind, ca UDsat=-V++UGS=-16,5V, V+=15V

Alegem UDS> UDSsat, pentru ca tranzistorul sa functioneze in zona activa(UDS= 3V).

V= V*+UGS

Calculam, acum valoarea lui RD, cu relatia:

RD=(V-UDS+UGS)/ID=10,5 KW

RD=10,5 KW

Rezistenta de intrare a amplificatorului este Ra>>Rb, rezulta, ca rezistenta echivalenta este data de relatia:

1/R=1/ Ra+1/ Rb 1/ Rb, deci R=Rb.

Alegem Rb=2,5 KW, si Cc=100 nF.

Capacitatea de intrare a amplificatorului se alege ca si la punctul precedent, adica, valoarea lui Ca=10 pF.

Consideram, acum valorile pentru K, si L calculate in punctul anterior, tensiunea de zgomot se calculeaza, cu relatia:

Energia minima a semnalului se calculeaza cu aceeasi formula folosita la punctul anterior, adica:

Sensibilitatea receptorului este:

Pr=bOnmin/Tb=2,148*10-9 W

Pr dBm =10log(Pr/1mW)= -56,679dBm

Banda receptorului este:

Rin=2.5 KW

Ca=10 pF

BHZFET=1/(4* Rin *Ca)=10 MHz

Timpul de crestere al receptorului este:

trx=350/BHZFET=35ns

2.2.3 Amplificator cu transimpedanta cu tranzistor bipolar

Schema unui amplificator se prezinta in figura de mai jos:

Acest tip de amplificator difera din cel folosit de le punctul 2.2.1, “Amplificator cu impedanta ridicata cu TB” prin faptul, ca apare in plus o rezistenta, Rf. Valoarea acestei rezistente se alege la 2.5MW

Consideram acelasi valori pentru K si L, tensiunea de zgomot se calculeaza, cu relatia de mai jos:

Utilizam formula de calcul de la punctul anterior, rezulta energia minima a semnalului:

Sensibilitatea receptorului este:

Pr=bOnmin/Tb=6,37*10-9 W sau in dBm:

Pr dBm =10log(Pr/1mW)= -51,96dBm

Banda receptorului este:

BTZTB=BHZTB*A, unde A=R3*h21e/h11e, A=400.

BTZTB=4000Mhz=4Ghz.

Timpul de crestere al receptorului este:

trx=350/BTZTB=0.088ns

2.2.4 Amplificator cu transimpedanta cu tranzistor FET

Schema unui astfel de amplificator se prezinta in figura de mai jos:

Similar cu punctul anterior, se conecteaza o rezistenta Rf si in cazul amplificatorului cu TEC de la paragraful 2.2.2. Alegand aceeasi valoare pentru Rf=2.5MW, si considerand valorile pentru K si L cele calculate tot la paragraful 2.2.2, tensiunea de zgomot se calculeaza cu relatia de mai jos:

Pentru bOnmin utilizand formula:

Sensibilitatea receptorului este:

Pr=bOnmin/Tb=2,996*10-9 W

Pr dBm =10log(Pr/1mW)= -55,233dBm

Banda receptorului este:

BTZFET=A*BHZFET, unde A=gm*Rd=52,5

BTZFET=525Mhz.

Timpul de crestere al receptorului este:

trx=350/ BTZFET=0.636ns

3.Bilantul timpilor de crestere

Calculam timpul de crestere datorat dispersiei materiale pentru cele doua tipuri de FO si respectiv cele doua tipuri de diode Laser:

- FO monomod si LED GaAlAs:

tmat=sl*Dmat*L=40nm*0.001ns/nmKm*5,5Km=0,22ns



- FO monomod si LED InGaAsP:

tmat=sl*Dmat*L=100nm*0ns/nmKm*5,5Km=0ns

- FO multimod si LED GaAlAs:

tmat=sl*Dmat*L=40nm*0.07ns/nmKm*5,5Km=15,4ns

- FO multimod si LED InGaAsP:

tmat=sl*Dmat*L=100nm*0.005ns/nmKm*5,5Km=3,75ns

Calculam timpul de crestere datorat dispersiei modale pentru cele doua tipuri de FO, utilizand relatia:

, q=0.5

Se obtin valorile:

- pentru fibra monomod: tmod=0,48ns

- pentru fibra multimod: tmod=1,81ns

In continuare, vom calcula timpii de crestere a sistemului pentru fiecare combinatie posibila de dioda Laser-fibra-receptor, utilizand relatia:

tsist=(t2rx+t2mod+t2mat+t2tx)1/2

In functie de tipul amplificatorului utilizat si a tipului de fibra, rezulta urmatorii timpi de crestere a sistemului:

-fibra monomod-dioda Ga-Al-As:

receptor de tip HZTB: tsist=37,17ns

receptor de tip HZFET: tsist=37,17ns

receptor de tip TZTB: tsist=12,49ns

receptor de tip TZFET: tsist=12,5ns

-fibra monomod-dioda In-Ga-As-P:

receptor de tip HZTB: tsist=36,55ns

receptor de tip HZFET: tsist=36,55ns

receptor de tip TZTB: tsist=10,52ns

receptor de tip TZFET: tsist=10,53ns

- fibra multimod -dioda Ga-Al-As:

receptor de tip HZTB: tsist=39,75ns

receptor de tip HZFET: tsist=39,75ns

receptor de tip TZTB: tsist=18,83|ns

receptor de tip TZFET: tsist=18,84ns

- fibra multimod -dioda In-Ga-As-P:

receptor de tip HZTB: tsist=36,68ns

receptor de tip HZFET: tsist=36,68ns

receptor de tip TZTB: tsist=10,95ns

receptor de tip TZFET: tsist=10,96ns

Se observa ca toti acesti timpi de crestere, pentru diferite sisteme,indeplinesc conditia timpului maxim de degradare a impulsurilor, atat pentru un cod NRZ, unde :

tsistdTbit=Tb*0.7=97,2 ns

cat si pentru un cod RZ unde

tsistdTbit=Tb*0.35=48,6ns

4.Bilantul puterilor

Puterea optica cuplata in fibra, tinand cont , ca puterea sursei este Ps, este data de relatia:

P s=Ps*(NA)2,

Unde NA reprezinta apertura numerica a fibrei. Rezulta astfel:

a)pentru fibra multimod: P s=40mW*(0.05)2=0.1mW, sau in dBm:

P s=10log(P s/1mW)= -10dBm;

b)pentru fibra monomod: P s=40mW*(0.002)2=0.16mW, sau in dBm:

P s=10log(P s/1mW)= -37.959dBm.

Puterea minima necesara la intrarea receptorului este data de relatia:

PRmin= P s-PT,

Unde PT reprezinta puterea optica pierduta pe lantul de transmisie si care se calculeaza cu relatia:

PT=m* c+n* s aF*L+arez

unde, m-numarul de cuplari;

c-atenuarea de cuplare

n-numarul de suduri

s-atenuarea de sudare

aF-atenuarea fibrei

arez-atenuare de rezerva

arez=6dBm+Dp=6+6.8=12.8dB

s=0.1dB

c=1dB

m=2

n=10

- pentru fibra monomod:

aF=K1dB/Km , rezulta aF=1dB/Km

PT=21,3 , rezulta PRmin= -59,25dBm

- pentru fibra multimod:

aF=4K1dB/Km , rezulta aF=4dB/Km

PT=37,8 , rezulta PRmin= -47,8dBm

5.Concluzii

Se compara tsys pentru fiecare caz in parte cu DTb1 si DTb2 si se observa ca:

tsys < DTb1 , respectiv tsys < DTb2 de unde rezulta ca din punct de vedere a bilantului timpilor de crestere oricare dintre sistemele descrise este functional.

Se compara Pr (Pr min) in cazul fibrelor multimod si monomod cu Pr obtinute

pentru cele patru cazuri de calcul a amplificatoarelor. Se observa ca Pr min > Pr pentru cazul sistemului cu fibra multimod;in acest caz functionarea este optima.

Calculul de pret pentru sistemele cu fibra optica multimod

Componente: Pret:

-LED GaAlAs : 3$

-poarta TTL 74LS140 1,5$

-FO multimod(5km) 5000$

-conectoare pentru multimod(2 buc)    5$

-suduri(10) 10$

-tranzistor bipolar 0.4$

-tranzistor FET 0.5$

-rezistoare 2$

-capacitoare 1.5$

-fotodioda PIN 350$

-amplificator operational 5$

Optam pentru o varianta cu tranzistor bipolar in receptor si pretul unui astfel de sistem este de: 5379$









Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1123
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site