549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_
.pdf
Рис.6. Два входные и выходные потоки для сеанса связи аудио видеопрограммы Skype в тестовом режиме с Echo/Sound Test Service для двух ПК, подключенных к серверу локальной сети
На рис.7 показан входной и выходной потоки сервера за тот же промежуток времени.
Рис. 7. Входной и выходной потоки сервера для сеанса связи аудио видеопрограммы Skype в тестовом режиме с Echo/Sound Test Service для двух ПК, подключенных к серверу локальной сети
Для расчета сумм трафиков, представленных на Рис.6 и сравнения суммы с графиком на рис.7 была проведена оцифровка этих графиков. Построены три массива: значения трафика от первой ЭВМ – X1[i], от второй ЭВМ – X2[i] и от сервера – X0[i].
С элементами этих массивов можно совершать арифметические операции.
График рассчитанной суммы X1[i] + X2[i] и график экспериментально измеренного выходного потока от сервера X0[i] показаны на рис.8.
Обращаем внимание, что время в Tmeter возрастает справа налево.
131
Рис.8. Сумма выходных потоков от двух ПК и выходной поток от сервера
5.2. Суммирование трех потоков
На рис.9 представлены 3 сеанса связи аудио видеопрограммы Skype в тестовом режиме с Echo/Sound Test Service работы трех ПК. Компьютеры соединены локальной сетью и подключены к серверу. Сеансы накладываются друг на друга во времени (времена наложения сеансов показаны серыми прямоугольниками).
Рис.9. Три входных и выходных потоков для сеанса связи аудио видеопрограммы Skype в тестовом режиме с Echo/Sound Test Service для трех ПК, подключенных к серверу локальной сети
132
На рис.10 показаны входной и выходной потоки сервера за тот же промежуток времени.
Рис.10. Входной и выходной потоки сервера для сеанса связи аудио видеопрограммы Skype в тестовом режиме с Echo/Sound Test Service для трех ПК, подключенных к серверу локальной сети
Для расчета сумм трафиков, представленных на Рис.9 и сравнения суммы с графиком на рис.10 была проведена оцифровка этих графиков. Были построены четыре числовых массива: значения трафика от первой ЭВМ – X1[i], от второй ЭВМ – X2[i], от третьей ЭВМ – X3[i] и от сервера – X0[i].
График рассчитанной суммы X1[i] + X2[i] + X3[i] и график экспериментально измеренного выходного потока от сервера X0[i] показаны на рис.11.
Рис.11. Сумма выходных потоков от трех ПК и выходной поток от сервера
6.Заключение
Встатье приведены результаты измерений, подтверждающие правило суммирования трафика в локальной сети ЭВМ.
Выражение благодарности
Автор благодарит доктора технических наук, профессора А.Б. Мархасина за консультации при выполнении работы.
133
Литература
1.Филимонова Н.А. Модель элементарного потока данных в Интернете // Вестник СибГУ-
ТИ, 2013, N 2.с.54-68.
2.Головко Н.И. Исследование моделей систем массового обслуживания в информационных сетях//Автореферат … доктора технических наук. Владивосток 2007.
3.Семенов Ю.А. Протоколы и ресурсы Интернет. М.: Радио и связь. 1996.
4.Мархасин А.Б. Свойства одного класса нестационарных случайных потоков с последействием//В сб.: Большие системы. Массовое обслуживание. Надежность. 1970, 326-337.
5.Мархасин А.Б. Асимптотическая модель суммирования нестационарных потоков однородных событий с последействием в беспроводных сетях множественного доступа // Вест-
ник СибГУТИ, 2011, N 4. С.19-31.
6.Филимонова Н.А. Построение и исследование класса потоков случайных событий, ориентированных на иммитационное моделирование передачи данных в беспроводных сетях // Вестник СибГУТИ, 2012, N 2. С.24-34.
7.Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.
8.http://www.tmeter.ru
9.Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебник / под ред. В.И. Нефедова, А.С. Сигова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк, 2005. - 599с.
Филимонова Нина Анатольевна
cтарший преподаватель кафедры телекоммуникационных сетей и вычислительных средств (ТС и ВС) СибГУТИ, (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86), тел. (383) 2-698-273, e-mail: filipok_@mail.ru.
134
Секция 6 МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ
И ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Диаграмма направленности полупроводниковых лазеров с торцевым излучением.
Приближенный анализ
В.А. Варданян
В работе предложены аналитические выражения для расчета диаграммы направленности полупроводниковых инжекционных лазеров в зависимости от геометрических размеров торца активной области, основанные на приближенном представлении оптического поля в активной области и дифракции Фраунгофера, наблюдаемого в дальней зоне.
Ключевые слова: полупроводниковый лазер, диаграмма направленности, дифракция Фраунгофера.
Измерение расходимости излучения полупроводниковых лазеров(ППЛ) с торцевым излучением имеет большое значение для последующего эффективного согласования с оптическими волокнами разного назначения (телекоммуникация, телеметрия, биомедицина). В некоторых случаях, например, при разработке согласующих устройств в интегрально- оптическом исполнении, возникает необходимость иметь аналитические выражения для оценки расходимости излучения ППЛ. В данной работе приводятся формулы расходимости излучения ППЛ, наблюдаемого в дальней зоне. Вывод формул основан на явлении
дифракции Фраунгофера от торца ППЛ. |
и высотой . Если |
На рис.1 показан торец активной области ППЛ с шириной |
предположить, что оптическое поле монохроматично, то расчет диаграммы направленности
по полю |
сводится к расчету пространственного двойного интеграла Фурье в |
|||
зависимости от распределения электрической составляющей |
оптического поля разных |
|||
мод на торце ППЛ[1]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
,(1) |
где |
, |
, проекции волнового вектора |
по направлениям |
|
«x» и «y» и под углами |
и , соответственно. - постоянный коэффициент, который не |
|||
будет учитываться, т.к. рассматривается нормированная диаграмма направленности по интенсивности.
Применительно к ППЛ, для получения результатов, согласованных с реальными
диаграммами направленности ППЛ, вводится множитель |
(ламбертовский |
излучатель) [2-3]. Таким образом (1) преобразуется в вид: |
|
|
(2) |
На рис.1 показаны поперечные моды TE-поляризации 4 порядка (q=1,2,3,4),
возникающие в направлении оси «x». В нашем случае |
, где ширина активной область |
|
ППЛ |
мкм, следовательно, можно предположить, что для оптического диапазона |
|
длин волн по направлению оси «y» возникает только одна поперечная мода. Рассчитаем диаграмму направленности по оси «y» для одной моды, а по оси «x» для первых нескольких мод.
135
Рис.1 Предполагая, что распределение электрической составляющей оптического поля имеет
вид:
|
, для q=1,3,5… |
(3а) |
|
, для q=2,4,6… |
(3б) |
можно упростить расчет по (2), переходя от двумерной функции к одномерным функциям 
, . Подставляя (3а) и (3б) в (2) и рассчитав определенные
интегралы, окончательно получим диаграммы направленности по интенсивности оптического поля для нечетных и четных мод:
, (4а)
, для q=1(4б) , для q=3,5… (4в)
, для q=2,4,… (4г)
На рис.2 а), б), в), г) представлены нормированные диаграммы направленности, рассчитанные по формулам (4а)-(4г) для первых четырех мод при 
мкм,
мкм,
мкм. Заметим, что на рис.2 а)верхняя кривая - диаграмма направленности по оси
«y», рассчитанная по формуле(4а).
Как видно из рис.2 а), б), в), г) и формул (4а)-(4г), главные максимумы интенсивности оптических мод соответствуют углам расходимости:
, |
для q= 1, |
, |
для q= 2,3,4,5,… . |
Суммарная диаграмма направленности с учетом первых 7 мод представлена на рис.2 д). Как видно из рис.2 д), на половинный уровень от максимального значения интенсивности излучения попадают боковые побочные лепестки.Такаядиаграмма направленности характернадля ППЛ с широкой поверхностью инжектируемой области носителей заряда.
В телекоммуникации стремятся применять одномодовые ППЛ, для этого используют полосковые структуры, где в центре полоски поддерживаетсямаксимальное поле основной моды, а вне полоски создаются механизмы для поглощения поля мод, т.е. создаются условия для генерации только q=1 моды. В этом случае диаграмма направленности в двух направленияхпринимает вид, показанный на рис.2 е).
136
Рис.2 Полученные аналитические выражения позволяют упростить проектирование
согласующих компонент в когерентных оптоэлектронных приборах, а также полезны в учебном процессе для расчета и построения диаграмм направленности излучения ППЛ в зависимости от физических размеров торца и длины волны излучения лазера.
Литература
1.F.Graham Smith, Terry A. King, Dan Wilkins. Optics and Photonics: An Introduction. Willey, 2007. -506.
2.С.Зи Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. – М.: Мир,
1984. – 456 с.
3.Х.Кейси, М.Паниш Лазеры на гетероструктурах: В 2-хтомах. Т. 1. Пер. с англ. – М.: Мир,
1981. – 300 с.
Варданян Вардгес Андраникович
к.т.н., доцент кафедры МЭС и ОС СибГУТИ (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86) тел.
(383)269-82-52, e-mail:vardgesvardanyan@mail.ru
Beam divergence of edge-emitting semiconductor lasers. Approximate analysis
V. Vardanyan
Analytical expressions are proposed for calculation beam divergence of semiconductor injection lasers, depending on the geometry of the edge face of active region, based on the approximate representation of the optical field in the active region and Fraunhofer diffraction observed in the far zone.
Keywords: semiconductor laser, beam divergence, Fraunhofer diffraction.
137
Оценка чувствительности оптического приемника с предварительным усилителем
для ВОСП с поднесущими каналами
В.А. Варданян
В работе рассматривается волоконно-оптическая система передачи с уплотненными поднесущими каналами, где на приемной стороне применяется предварительный оптический усилитель. Критерием оценки характеристик ВОСП является вероятность появления ошибки в зависимости от чувствительности приемника при разных форматах модуляции цифровых поднесущих каналов и их количества.
Ключевые слова: мультиплексирование поднесущих, оптический усилитель, вероятность появления ошибки, чувствительность оптического приемника.
Обеспечение пользователей широкополосными услугами в сетях доступа или «транспортировка» (без преобразований) цифровых скоростных радиоканалов в беспроводных сетях на большие расстояния с помощью оптического волокна вполне возможна с применением ВОСП с поднесущими каналами. В таких системах каждый поднесущий канал гарантировано обеспечивает определенную скорость передачи, не зависит от других каналов, не требует синхронизации и протоколов передачи, а на приемной стороне сигнал требуемого канала демодулируется отдельно [1-2]. Для уменьшения нелинейных и переходных искажений в каналах, а также для увеличения длины оптического тракта на передающей стороне используют внешний модулятор, а на приемной стороне перед детектированием и демодулированием поднесущего канала возможно применение предварительного оптического усилителя. В данной работе оценивается чувствительность приемного устройства (ПУ), на входе которого подключен эрбиевый волоконный усилитель (EDFA). Целью работы является найти зависимость чувствительности ПУ от количества поднесущих каналов и от вероятности появления ошибки (BER). Отметим, что ошибки могут появляться на выходе фотодетектора из-за спонтанного шума усиления (ASE) EDFA. Было выведено аналитическое выражение для сигнала на приемной стороне, позволяющее оценить наихудшее значение BER при разных форматах поднесущих и их количества. Коэффициент шума EDFA при расчетах был принят 6дБ. Здесь приводятся основные результаты расчетов в графическом виде для ВОСП, где ширина спектра оптического сигнала составляет 0,1нм после модуляции многоканальным электрическим сигналом, состоящим из поднесущих каналов разных форматов в количестве N=10 (рис.1) и N= 100 (рис.2). Обозначения на рисунках соответствуют: PSK – фазовая манипуляция, ASK - амплитудная манипуляция, QPSK – четырехуровневая фазовая манипуляция, 16/64/256-QAM–квадратурная амплитудная модуляция.
На рис.1 представлена зависимость BER от чувствительности ФПУ при количестве каналов N=10. Как видим, самым помехозащищенным форматом модуляции при данных условиях является PSK (чувствительность порядка -45дБм при BER=10-12), а наихудшей помехозащищенностью обладает (в нашем случае) формат поднесущей 256-QAM (чувствительность порядка -19дБм при BER=10-12). Тем не менее, полученные результаты подтверждают, что в наихудшем (по помехозащищенности) случае можно сформировать и передать 10 каналов 256-QAM со скоростью 1 Гбит/c на одной длине волны. Однако, с увеличением количества поднесущих каналов, уменьшается доля оптической мощности сигнала, распределенная между всеми поднесущими каналами, а также глубина оптической
138
модуляции в расчете на один канал, что приводит к уменьшению чувствительности ФПУ. Как видно из рис.2, где представлена зависимость BER от чувствительности ПУ при количестве каналов N=100, применение 64/256-QAM модуляции крайне нежелательно без упреждающей коррекции ошибок (FEC). Применение форматов модуляции PSK, QPSK, ASK позволяет использовать сотни поднесущих каналов. Следовательно, при проектировании ВОСП с N>10 поднесущими каналами с предварительным усилителем EDFA на приемной стороне необходимо учитывать спонтанные шумы оптического усилителя и оптимально выбирать формат модуляции. Одним из способов дальнейшего увеличения количества поднесущих каналов в системе является использование технологии спектрального уплотнения.
Рис.1 |
Рис.2 |
Литература
1.Варданян В.А. Высоконадежная частично-пассивная кольцевая ВОСП с коммутацией поднесущих // Электросвязь. 1996. №9. С. 14-16.
2.Варданян В.А. Кольцевая волоконно-оптическая система коммутации с частотным разделением каналов // Электросвязь. 2002. №4. С. 30-32.
Варданян Вардгес Андраникович
к.т.н., доцент кафедры МЭС и ОС СибГУТИ (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86) тел.
(383) 269-82-52, e-mail:vardgesvardanyan@mail.ru
Estimation of the sensitivity for a digital subcarriers multiplexed fiber optic communication system with an optically pre-amplified receiver
V.Vardanyan
The paper describes a fiber optic communication system with subcarrier multiplexed channels, where optical preamplifier is applied at the receiving side. A criterion of performance estimation for a fiber optic communication system is the Bit Error Rates depending on the sensitivity of the receiver at different modulation formats of digital subcarriers and channel numbers.
Keywords: fiber-optics, communication system, subcarrier multiplexing, optical amplifier, BER, sensitivity.
139
О возможности увеличения длины пролѐта волоконно-оптических систем передачи
при совместной работе усилителей Рамана и EDFA
К.Е. Заславский
Рассмотрена возможность увеличения длины пролѐта в волоконно-оптических системах передачи при совместной работе усилителей EDFA и Рамана. Показано,что,исходя из заданных величин длины пролѐта и требуемой OSNRт можно рассчитать мощность лазера накачки,при которой реализуется заданная длина пролѐта.
Ключевые слова: усилитель Рамана, пролѐт, коэффициент передачи, накачка, OSNR
1.Введение
При проектировании волоконно-оптических систем передачи со спектральным уплотнением (ВОСП-СПУ),иногда желательно увеличить длину пролѐта выше (80-100)км, не применяя дорогостоящие линейные усилители. Ниже рассматривается одно из возможных решений этой задачи.
2.Совместное включение усилителей Рамана и EDFA
При необходимости, увеличить длину пролѐта оптических систем связи можно, используя совместное включение усилителя Рамана и предусилителя (ПРУ, рисунок 1).Здесь усилитель Рамана компенсирует потери в пролѐте, а ПРУ восстанавливает на своѐм выходе необходимый уровень передачи.
При встречной накачке усилителя Рамана, мощности сигнала Рс(0) на входе ОВ и Рс(L)
на его выходе связаны соотношением: |
|
Рс(l} = Рс(0) GR, |
(1) |
где GR-коэффициент усиления усилителя Рамана [1,2], |
|
GR= exp((gRLэфPр(l)/Aэф)-αsl), |
(2) |
140 |
|