Лабораторные работы №1-3. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Вариант №04

Лабораторные работы 1-3. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Вариант 04

Лабораторная работа No1
Изучение пассивных компонентов волоконно-оптических систем передачи (ВОСП)

Цель работы, порядок выполнения и содержание
• Цель работы состоит в изучении основных конструкций, характеристик и применения ряда пассивных компонентов в технике волоконно-оптических систем передачи (ВОСП)
• Порядок выполнения:
• необходимо изучить пассивные компоненты на предмет их устройства
принципа действия и характеристик;
• ответить письменно кратко и по существу на контрольные вопросы
• решить задачи по варианту
• составить отчёт с выводами по результатам изучения
• В содержательной части работы предметом изучения являются:
волоконные световоды; коннекторы; разветвители; мультиплексоры;
фильтры; компенсаторы дисперсии; коммутаторы; кроссовое
оборудование и т.д.

Контрольные вопросы
• 1. Какие стандарты распространяются на пассивные оптические компоненты?
• 2. Какого масштаба оптические сети предполагают использование пассивных компонент?
• 3. Чем отличаются оптические волокна (ОВ) различных стандартов?
• 4. Что называют длиной волны отсечки одномодового волокна?
• 5. Что относится к характеристикам стандартного оптического волокна?
• 6. Чем принципиально отличаются ОВ стандарта G.652 с индексами a, b от ОВ с индексами c, d?
• 7. В какой части оптического волокна распространяется свет?
• 8. Что в характеристиках передачи сигналов определяет показатель преломления сердцевины оптического волокна?
• 9. В каком спектральном диапазоне волн ОВ имеют наименьшее затухание?
• 10. Какие достоинства имеют волокна стандарта G.653?
• 11. Какие недостатки имеют волокна стандарта G.653?
• 12. Чем отличаются волокна G.652 от волокон G.653?
• 13. Для чего нужны волокна стандарта G.654?
• 14. Что особенного в возможностях волокон типа Tera Wave?
• 15. Под какие технические задачи оптической связи предназначены ОВ стандартов G.655/656?
• 16. Какие возможности по организации оптической связи раскрываются в случае использования волокон MCF?
• 17. К чему может привести прямой стык ОВ различных стандартов, например, G.652 и G.655?
• 18. Для чего нужны оптические коннекторы?
• 19. Чем отличаются различные оптические коннекторы?
• 20. Какое затухание допустимо для системы передачи на стыке оптических коннекторов?
• 21. Что в характеристиках отличается для коннекторов с отшлифованными торцами UPC и APC?
• 22. Для чего нужны соединительные розетки?
Контрольные вопросы
• 23. Какое назначение имеют оптические аттенюаторы?
• 24. Какие разновидности оптических аттенюаторов можно использовать в системах передачи?
• 25. Какие разновидности оптических кроссов производятся для предприятий связи?
• 26. Для чего нужны оптические кроссы?
• 27. Какие разновидности оптических разветвителей используются в технике оптической связи?
• 28. Для чего применяют оптические изоляторы?
• 29. Что можно сделать с оптическими сигналами с помощью оптических фильтров,
мультиплексоров и демультиплексоров?
• 30. Как устроена волоконная брэгговская решетка?
• 31. Какие пассивные оптические компоненты можно создать на основе волоконной брэгговской решетки?
• 32. Что представляет собой тонкоплёночный оптический фильтр?
• 33. Для чего нужны оптические фильтры?
• 34. Что представляет собой фазированная волноводная решетка AWG?
• 35. Для чего применяют AWG?
• 36. Что достигается в оптических схемах с помощью циркулятора?
• 37. Почему нужно компенсировать дисперсию ОВ?
• 38. Какие разновидности компенсаторов хроматической дисперсии применяются в составе систем передачи?
• 39. Какие характеристики имеют компенсаторы дисперсии?
• 40. Для чего нужны оптические коммутаторы и маошрутизаторы?
• 41. Чем отличается оптический коммутатор от оптического маршрутизатора?
• 42. С какой целью создают оптические мультиплексоры OADM?
• 43. Что входит в состав OADM?
• 44. Какое назначение имеют интерливинговые фильтры (ИФ)?
• 45. Какие компоненты ИФ служат формированию спектральных передаточных характеристик?

Задача
Составить схему волоконно-оптической системы передачи из следующих компонент: модуль оптического передатчика (в количестве N по варианту), каждый модуль работает на своей волне в диапазоне С; оптический волновой мультиплексор на AWG; волоконно-оптическая линия длиной L (по варианту) с волокнами G.652d; компенсатор хроматической дисперсии (DC с характеристиками по варианту); оптический волновой демультиплексор на AWG; модуль оптического приёмника (в
количестве N по варианту). Определить величину затухания между точками подключения оптического передатчика и приёмника с учётом затухания мультиплексора/демультиплексора, оптической линии и компенсатора дисперсии на основе волокна с обратной характеристикой дисперсии (у дисперсии знак
минус). Затухание в разъёмных соединениях составляет 0,5 дБ на соединение. Определить требуемую длину оптического волокна компенсатора для полного подавления накопленной в линии хроматической дисперсии. Исходные данные приведены в таблице по вариантам!



Лабораторная работа No2
Изучение модуляции оптического излучения

Цель работы, порядок выполнения и содержание
• Цель работы:
• Изучить способы модуляции оптического излучения в технике волоконнооптических систем передачи
• Порядок выполнения:
• - изучить прямую модуляцию оптического излучения и варианты её
реализации в модулях;
• - изучить варианты внешней оптической модуляции и варианты её
реализации в приборах;
• Составить краткие ответы на контрольные вопросы кратко и по существу.
• Решить задачи по варианту.

Контрольные вопросы
• 1. Что такое модуляция?
• 2. Что подлежит модуляции в оптических излучателях?
• 3. В чем состоит принципиальное отличие прямой и внешней модуляций оптического излучения?
• 4. В чем заключается сущность прямой модуляции в схемах с полупроводниковыми
источниками оптического излучения?
• 5. Почему полоса частот при прямой модуляции ограничена?
• 6. Почему происходит искажение сигналов при прямой модуляции?
• 7. Чем отличаются модуляционные характеристики схем с лазером и светодиодом?
• 8. Какие компоненты входя в состав оптического модуля с прямой модуляцией излучения?
• 9. Какие виды внешней модуляции оптического излучения применяются в системах
передачи?
• 10. Чем отличается электрооптический внешний модулятор от электроабсорбционного?
• 11. Какие виды внешней модуляции оптического излучения обеспечиваются модулятором Маха-Зендера?
• 12. Какие шумы образуются при модуляции?
• 13. Как уменьшить нелинейные искажения при модуляции?
• 14. Как устроен передающий оптический модуль с внешней модуляцией?
• 15. С какой целью в состав передающего оптического модуля вводятся термодатчик и терморегулятор?
• 16. Какие электрические и оптические характеристики имеет передающий оптический модуль?
• 17. Что обозначает оптический нелинейный предел Шеннона?
• 18. Какие форматы оптической модуляции увеличивают спектральную эффективность?
• 19. От чего зависит скоростная ёмкость линии передачи?
• 20. Что представляет собой спектральная эффективность модуляции?

Задача 1. По данным табл. 1 построить зависимость выходной мощности источника
оптического излучения от величины электрического тока, протекающего через него. Для заданных (по варианту) тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов (табл. 2 и 3 ( по предпоследней и последней цифре номера пароля) ) определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции η. По построенной характеристике указать вид источника (светодиод или лазер?).


Задача 2. Для модулятора Маха-Зендера рассчитать и построить передаточную
(модуляционную) характеристику по варианту согласно табл. 4 (по предпоследней цифре номера пароля). Выбрать на построенной характеристике напряжение начального смещения с учётом амплитуды и полярности модулирующего сигнала, представленного по варианту в табл.5 ( по последней цифре номера пароля). Показать на рисунке изменение относительной величины оптической мощности при модуляции (пример на рис. ранее). По рисунку определить глубину модуляции.




Лабораторная работа No3
Изучение когерентных оптических приёмников

Цель работы, порядок выполнения и содержание
• Цель работы: изучить принципы когерентного оптического приёма и построение приёмников для высокоскоростных оптических каналов.
• Порядок выполнения:
• - изучить теорию когерентного оптического приёма
• - изучить схемы когерентных оптических приёмников и их реализации в практических схемах
• - изучить характеристики когерентных приёмников
• - ответить кратко и по существу на контрольные вопросы
• - решить задачи.

Контрольные вопросы
• 1. Чем принципиально отличаются ВОСП некогерентного и когерентного типа?
• 2. В чем состоят преимущества когерентных ВОСП?
• 3. Какие предусмотрены форматы модуляции в ВОСП?
• 4. Какой формат модуляции и вид приема обеспечивают максимальную чувствительность приемника?
• 5. Что относится к порядку и алгоритмам преобразований в когерентных оптических приемниках?
• 6. В каких форматах может поступать оптический сигнал на вход когерентного приемника?
• 7. Какие проблемы с обработкой сигнала решаются в оптическом когерентном приемнике?
• 8. Какие методы детектирования оптических сигналов различных форматов могут использоваться в когерентных приемниках?
• 9. Что входит в состав простого когерентного оптического приемника?
• 10. Что входит в состав квадратурного когерентного оптического приемника?
• 11. От чего зависит результирующий фототок на выходе балансного детектора?
• 12. Какие токовые составляющие балансного детектора присутствуют в гомодинном квадратурном приемнике?
• 13. Какие методы демодуляции принятого сигнала могут применяться в когерентных гомодинных приемниках?
• 14. Что входит в состав цифровой схемы когерентного приемника?
• 15. Что относится к процедурам цифровой обработки сигнала в когерентном приемнике?
• 16. Что представляет собой схема цифрового корректора хроматической дисперсии?
• 17. Чем компенсируется ПМД в цифровой части когерентного приемника?
• 18. Какие функции выполняет алгоритм Витебри при цифровой обработке сигнала (DSP) в когерентном приемнике?
• 19. Чем определяется отношение OSNR при когерентном приеме?
• 20. Почему OSNR определяется при коэффициенте ошибок 10-3?
• 21. С чем может быть связана некогерентность детектирования на приеме?
• 22. Чем оценивается некогерентность детектирования на приеме?
• 23. Чем обусловлен фазовый шум в когерентных приемниках?
• 24. Какими техническими характеристиками описывают когерентные оптические приемники?
• 25. Какие этапы развития схемотехники оптических передатчиков и приёмников можно выделить?

Задачи (номер пароля не учитывать)
• Задача 1. Определить во сколько раз гетеродинное детектирование при когерентном приёме оптического сигнала превышает по чувствительности прямое
детектирование для заданных соотношений сигнал/шум: 5дБ, 10дБ, 15дБ, 20дБ, 25дБ, 30дБ. Для решения задачи использовать график на слайде 9.

• Задача 2. Определить величину мощности сигнала гетеродина на входе когерентного приёмника, если уровень мощности оптического сигнала составляет: -
18дБм, -15дБм, -13дБм, -10дБм, -5дБм, 0дБм. Для решения задачи использовать график на слайде 37.

Уважаемый студент, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Волоконно-оптические системы передачи
Вид работы: Лабораторная работа 1-3
Оценка: Зачет
Дата оценки: 03.04.2021
Рецензия: Уважаемый ,

Фокин Владимир Григорьевич