|
Лекция №2
2.1. Классификация волоконно-оптических систем связи
ВОСС по виду используемой модуляции делятся на аналоговые и цифровые.
В аналоговых ВОСС используются аналоговые методы модуляции: модуляция по интенсивности, амплитудная, частотная и фазовая виды модуляции. Применение аналоговых ВОСС ограничено из-за сравнительно высокой нелинейности источников оптического излучения и технической сложности обеспечения требуемой для аналоговой передачи помехозащищенности. Несмотря на этот тип ВОСС применяется в некоторых областях (в оптическом кабельном телевидении, в телеметрии, в оперативных и обслуживаемых системах связи).
В цифровых ВОСС применяются дискретные методы модуляции. При этом дискретно изменяется один из параметров переносчика сигнала, т.е. область значений исходного параметра делится на достаточно большое число уровней квантования, каждому из которых ставится в соответствие определенный дискретный сигнал.
По назначению и протяженности ВОСС подразделяются на магистральные, региональные, местные – городские и сельские, а также на локальные системы связи. Магистральные ВОСС предназначены для передачи сигналов на 1000 и более км, региональные ВОСС - для передачи сигналов на 600 км, местные ВОСС - служат для уплотнения соединительных линий ГТС и СТС, локальные ВОСС – для обеспечения связи между ЭВМ в учреждениях, предприятиях и бортовой связи в самолетах, в космических кораблях и морских судах.
По способу организации двустороннего линейного тракта ВОСС подразделяются на:
двухволоконные однополосные однокабельные;
одноволоконные однополосные однокабельные;
одноволоконные многополосные однокабельные или многоканальные ВОСС со спектральным уплотнением.
2.2. Принципы построения и особенности функционирования цифровых волоконно-оптических систем связи
Рассмотрим принцип передачи речи из одного пункта в другой.
Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием данных, например, телефоном, терминалом, видеокамерой и т.д., приходит на узел коммутации, где аналогово–цифровой преобразователь (кодер) оцифровывает его в битовый поток. Битовый поток используется для модуляции оптоэлектронного передающего модуля, который передает серию оптических импульсов в оптическое волокно. На приёмной стороне импульсы света преобразуются обратно в электрический сигнал при помощи оптического приемника. Декодерная часть системы связи преобразует бинарный электрический поток обратно в аналоговый сигнал оконечного оборудования данных.
Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема цифровой ВОСС с непосредственной модуляцией оптического сигнала
Обычно кодеры и декодеры, а также оптоэлектронные модули приёмника и передатчика совмещаются в одном устройстве, так что образуется двунаправленный канал связи.
Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования входного электрического (цифрового или аналогового) сигнала в выходной оптический (цифровой или аналоговый) сигнал. Последний должен быть введен в волокно с минимальными потерями. Основным элементом передающего оптоэлектронного модуля является источник излучения, в качестве которого используется светодиод или лазерный диод.
Приёмный оптоэлектронный модуль (ПРОМ) осуществляет обратное преобразование входных оптических импульсов в выходные импульсы электрического тока. В качестве основного элемента оптического приемника используются p-i-n и лавинные фотодиоды, имеющие очень малую инерционность.
Если приемная и передающая станции удалены на большое расстояние друг от друга, например на несколько сот километров, то может дополнительно потребоваться одно или несколько промежуточных регенерационных устройств для усиления, ослабевающего в процессе распространения оптического сигнала, а также для восстановления исходной формы импульсов, искаженных в процессе их распространения по оптическому волокну. В качестве таких устройств используются регенераторы и оптические усилители.
Регенератор состоит из оптического приемника, электрического усилителя и оптического передатчика. При передаче дискретного сигнала электрическое усиление, как правило, также может сопровождаться восстановлением фронтов и длительностей передаваемых импульсов.
Регенератор восстанавливает форму оптического сигнала до первоначальной.
Оптический усилитель не осуществляет оптоэлектронного преобразования, как это делает регенератор. Он, используя специальные активные среды и лазеры накачки, непосредственно усиливает проходящий оптический сигнал, благодаря индуцированному излучению. Есть две основные причины, которые делают применение усилителя более предпочтительным.
Следует иметь в виду, что качество сигналов, передаваемых по оптическому волокну, даже если сегмент протяженный, остается очень высоким вследствие малой дисперсии и затухания. Также не велик уровень вносимых шумов из-за подверженности волокна влиянию электромагнитного излучения. Поэтому ретрансляция передаваемых данных простым усилителем без полной регенерации становится весьма эффективной.
Оптический усилитель является более универсальным устройством, поскольку в отличии от регенератора он не привязан к стандарту передающегося сигнала или определенной частоты модуляции.
На практике на один регенератор может приходиться несколько последовательно расположенных оптических усилителей (до 4-8). Таким образом, эффективность использования оптических усилителей при построении волоконно-оптических магистралей большой протяженности очень высока.
Волоконно-оптический кабель (ВОК) представляет собой совокупность взаимно изолированных оптических волокон. Характерная строительная длина оптического кабеля (длина непрерывного участка кабеля, поставляемого на одном барабане) варьируется в зависимости от производителя и типа кабеля в пределах 2-10 км. На протяженных участках между регенераторами могут помещаться десятки строительных длин кабеля. В этом случае производится специальное сращивание (как правило, сварка) оптических волокон. На каждом таком конце ВОК защищаются специальной герметичной проходной муфтой.
ВОСС по виду используемой модуляции, как уже сказано, делятся на аналоговые и цифровые. При этом модуляция излучения может быть, как непосредственным (или внутренним), так и внешним. В отличие от непосредственной модуляции оптического сигнала, схема осуществления которой показана на рис. 2.1, в случае его внешней модуляции интенсивность выходящего из источника излучения остается постоянной, она модулируется через оптический тракт (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Обобщенная структурная схема ВОСС с внешней модуляцией оптической несущей
В реальных условиях оказалось весьма целесообразным и практичным все элементы оптических передатчика и приёмника изготовлять в виде компактных устройств – передающего оптоэлектронного модуля (ПОМ) и приёмного оптоэлектронного модуля (ПрОМ). Конструктивно указанные модули размером в спичечную коробку содержат несколько микросхем и дискретных элементов, помещенных в герметический корпус с оптическим разъемом.
ПОМ и ПрОМ позволяют подключать с одной стороны аппаратуру передачи или приёма, с другой – оптический кабель.
Передаваемый ИКМ сигнал поступает в преобразователь кода (ПК), который преобразуя двухполярные квазитроичные сигналы, характерные для ИКМ, в однополярные двух уровневые для передачи по световоду, формирует требуемую последовательность импульсов и осуществляет согласование уровней по мощности между электрическими (ИКМ) и оптическими (СД или ЛД) элементами схемы (от аппаратуры ИКМ поступают сигналы высокого уровня, а для СД необходимы сигналы весьма малого уровня).
Рис. 2.3. Коды в электрических и оптических системах связи: двух полярные импульсы квазитроичного сигнала ИКМ в электрических системах связи (а) и однополярный двух уровневые импульсы в оптических системах связи (б)
Через определенные расстояния (50-100 км), обусловленные дисперсией или затуханием кабеля, вдоль оптической линии располагаются линейные регенераторы (ЛР). В ЛР сигнал восстанавливается и усиливается до требуемого значения. В регенераторе, содержащем два полукомплекта (отдельно для прямого и обратного направлений передачи), оптический сигнал преобразуется в электрический. В таком виде он регенерируется, усиливается и затем обратно преобразуется в оптический сигнал, который далее передаётся по ОК.
С появлением за последние десятилетия высокоэффективных волоконно-оптических квантовых усилителей в настоящее время линейный тракт оптических систем строится по схеме преобразования «свет-свет», что привело к удлинению длин регенерационных участков до сотни км.
Do'stlaringiz bilan baham: |
