8.3. Расчет проектной полосы пропускания

Следующим требованием проектирования волоконно-оптической системы является определение того, достаточна ли полоса пропускания системы связи для поддержки требуемых скоростей передачи данных системы. Поскольку большая часть волоконно-оптических систем связи используется для цифровой передачи, в данном обсуждении будут рассматриваться требования к полосе пропускания для стандартной цифровой передачи.

8.3.1. Временная характеристика

Простейшим способом оценки требуемой пропускной способности системы передачи данных является изучение и сравнение временных характеристик сигнала и системы передачи. Это позволяет (некоторые математики добавили бы: "неправильно") избежать необходимости анализировать систему и сигналы с точки зрения {частотных характеристик, что может оказаться довольно сложным.

Световой сигнал, излучаемый передатчиком, будет в форме прямоугольной волны. Если он имеет форму без возврата к нулю (поп return to zero - NRZ), период сигнала будет равен периоду одного бита. Следовательно, для скорости передачи данных R и длительности импульса Т:

Это показано на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Иллюстрация длительности импульса и временной характеристики

Например, если период сигнала 1 мкс (1 х 10^-6 секунд), скорость передачи данных для сигнала NRZ будет 1 Мбит/с.

Теоретически временные характеристики системы передачи данных (в систему входят передатчик, приемник и волоконно-оптический кабель) должны быть быстрее (период ответа короче) по сравнению с временными характеристиками сигнала (время нарастания сигнала) чтобы сигнал успешно прошел через систему. Волоконно-оптическую линию связи можно представите как фильтр нижних частот, частота среза которого должна быть выше, чем наиболее высокочастотный компонент сигнала, пытающегося пройти через него. Если временные характеристики системы передачи слишком медленные, у импульсов на выходе из принимающего конца системы время нарастания будет снижено до времени ответа системы, и они начнут перекрывать друг друга.

Влияние эффекта низкочастотного фильтра системы связи на прямоугольный импульс создает на выходе из приемника искривленный импульс, как показано на рис. 8.5 (подобно зарядке или разрядке низкочастотного фильтра или конденсатора). Для определения предела временной характеристики системы связи часто применяется эмпирическое правило, согласно которому предполагается худший вариант (самое медленное время ответа системы). Это означает нарастание выходного импульса до 90% или более от значения амплитуды входного импульса за время, равное 70% периода входного импульса. То есть время нарастания системы связи должно быть не более 70% длительности входного импульса.

T_r = 0,7 T = 0.7/R,

где T_r - время нарастания системы; Т - период входного импульса. Затем допустимое время нарастания становится максимально допустимой временной характеристикой системы связи. Например, если система связи должна быть способна передавать данные со скоростью 1 Мбит/с, где длительность импульса входного сигнала для импульса NRZ равна 1 мкс, необходимая максимальная временная характеристика системы связи равна:

0,7 х 1 мкс = 0,7 мкс.

Временная характеристика 0,7 мкс представляет минимально необходимую волоконной системе связи для передачи сигнала 1 Мбит/с пропускную способность 1/(0,7 мкс) = 1,43 МГц.

Если сигнал кодируется с возвратом к нулю, период импульса составляет половину от периода сигнала без возврата к нулю. Это показано на рис. 8.5,б. Необходимая временная характеристика системы связи следующая:

T_r = (0.7 х 7)/2 = 0.35 Т = 0.35/R.