Расчет потерь в системах волоконно-оптической связи

Понимание причин, вызывающих потери в системах волоконно-оптической связи, а также знание методов их снижения гарантируют правильность проектирования работоспособных систем связи. Перед тем как проанализировать источники потерь, следует слегка освежить в памяти ту терминологию, которая используется для характеристики потерь в системах связи, а также понятий усиления сигнала в электронных системах, которые применяются при обработке сигнала при его подаче в волоконно-оптический кабель или на выходе из него.

В списке терминов, применяемых при измерении сигналов, одно из первых мест занимает понятие децибел (определение которого было дано в книге ранее).

Использование при анализе любой системы простых математических операций по сложению и вычитанию вместо операций умножения и деления является небольшой математической хитростью, применяемой, к примеру, при вычислении математических пропорций. Например, можно взять десятичный логарифм выражения, представленного в виде обыкновенной дроби или отношения, а затем умножить его на какой-нибудь коэффициент (равный 10 или 20). Для системы, в которой используются значения напряжения, например в усилителе напряжений, такое выражение примет следующий вид:

(10-18)

На тот факт, что полученное выражение характеризует усиление, указывает знак перед выражением, показывающий, что величина является положительной. Если бы полученное выражение выражало бы потери в системе (Vo < Vin), то знак выражения был бы отрицательным. Если использовать полученное выражение для отношения величин 0,5/6, то можно было бы выразить потери в виде значения –21,6 дБ. Численное значение для выражения потерь окажется для рассматриваемых уровней напряжения точно таким же, что и для усиления сигнала, с тем только отличием, что знаки выражения окажутся противоположными: минус — для ослабления сигнала и плюс — для усиления. Несмотря на то что отношение было выражено в виде логарифма отношения величин, децибел представляет, тем не менее, только способ выражения отношения двух величин. Таким образом, коэффициент усиления, равный 12, может точно также быть выражен в виде усиления, равного 21,6 дБ. Аналогичное выражение может быть применено для усилителя токов, где величина усиления определяется отношением выходного и входного токов, Io/Iin:

(10-19)

Для измерения мощностей, которые приобретают особое значение в оптических и волоконно-оптических системах, используется несколько видоизмененное выражение, которое должно отразить тот факт, что мощность всегда пропорциональна квадрату тока или напряжения:

(10-20)

Таким образом, выше приведены три основных выражения для расчета отношений сигналов в децибелах: для отношения напряжений, токов и мощностей. Удобство использования единиц децибел заключается в том, что с его помощью можно для нелинейных функций мощности и усиления использовать простые линейные операции сложения и вычитания.

Следует также обратить внимание, что ток, протекающий через фотодиод, пропорционален мощности оптического сигнала. Это означает, что снижение оптической мощности сигнала в 10 дБ приведет к снижению выходной электрической мощности, равному 20 дБ.