Дегтярев А.И., Тезин А.В. Волоконно-оптические системы передачи - файл n1.doc

приобрести
Дегтярев А.И., Тезин А.В. Волоконно-оптические системы передачи
скачать (429.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1384kb.29.01.2002 12:10скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
АКАДЕМИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПРАВИТЕЛЬСТВЕННОЙ СВЯЗИ

И ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

А. И. Дегтярев, А. В. Тезин

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

(курс лекций)
Орел 2000

УДК 621.395.44

М33
Дегтярев А. И., Тезин А. В. Волоконно-оптические системы передачи (курс лекций). Орел: АФАПСИ, 2000. – 120 с.


Рецензент  Лабунец А. М.
В пособии излагаются общие сведения о ВОСП, основы построения цифровых ВОСП, устройство и принцип работы передатчиков и приемников оптического излучения. Рассматриваются вопросы ретрансляции оптических сигналов с заданными параметрами качества, а также определения длины регенерационного участка. Курс лекций предназначен для курсантов специальности 201000, а также может быть использован курсантами других специальностей.
Обсуждено и рекомендовано к печати на заседании кафедры №12, протокол № 14 от 25.05.2000 г.
 Академия ФАПСИ. 2000

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………….………………...….4

Лекция 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ…………………………………………………..6

    1. Общие сведения о волоконно-оптических системах передачи…..6

1.2. Классификация ВОСП…………………………………………….18

1.3. Обобщенная структурная схема ЦВОСП………………………..19

1.4. Методы уплотнения в ВОСП……………………………………..22

Лекция 2. ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ……………………...32

2.1. Источники излучения…………………….…………………………..32

2.2. Методы модуляции оптического излучения…..…….…………….48

2.3. Передающие оптоэлектронные модули………………...………….53

Лекция 3. ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ………….…………..60

3.1. Фотодетекторы…………………………………………………….60

3.2. Приемные оптоэлектронные модули…….……………………….69

3.3. Методы приема оптических сигналов……………………………72

Лекция 4 ЛИНЕЙНЫЙ ТРАКТ ВОСП……………………..……………………..79

4.1. Структура и параметры линейного тракта цифровой волоконно-

оптической системы передачи……………………………………79

4.2. Схемы организации двусторонней связи………………………...86

4.3. Кодирование линейного сигнала в цифровых ВОСП…………..90

Лекция 5. ИСКАЖЕНИЯ И ШУМЫ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТАХ……………………………………………..100

5.1. Искажения и шумы в ЦВОЛТ…………………………………..100

5.2. Ретрансляция оптических цифровых сигналов и оценка помехозащищенности регенератора ЦВОЛТ……………………………………………108

5.3. Определение длины участка регенерации……………………...114

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………….119


ВВЕДЕНИЕ

За последние годы достигнут значительный прогресс в создании новых перспективных средств телекоммуникаций, повышающих качество и эффективность передачи информации различного вида, расширяющих услуги связи, снижающих трудозатраты и материалоемкость разрабатываемых систем.

Принято считать, что границы веков особенно богаты значимыми событиями. Двадцатый век не стал исключением, и все мы становимся свидетелями драматических явлений, происходящих в мире телекоммуникаций. По сценкам зарубежных ученых, цивилизованный мир стоит на пороге новой революции в телекоммуникациях, которая уже началась в ведущих зарубежных странах. Грядущая телекоммуникационная революция покоится на двух технологических “китах”. Один из них – передача информации в цифровом режиме. Это компьютерный процесс, с помощью которого информация, передаваемая различными способами (текст, голос, видеоизображение и т. п.), кодируется в серию сигналов на математической основе или в цифровые коды. Эти коды можно передавать с помощью традиционных систем связи (кабельные, радиорелейные, космические). Однако идеальным средством передачи цифровых сигналов является волоконно-оптический кабель. Он и является вторым элементом грядущей информационной революции. Работы по созданию и использованию волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) ведутся во всех экономически развитых странах. Темпы роста производства волоконной оптики и оптических кабелей за рубежом опережают темпы производства электрических кабелей и составляют 40 % в год. Ряд стран уже сейчас отказались от традиционных металлических кабелей, и строительство новых линий связи переводят на оптические. В настоящее время производится десять миллионов километров волокна в год, а уже проложено 100 миллионов километров (примерно 28 расстояний от Земли до Луны). В мире идет интенсивный процесс совершенствования как оптических кабелей, так и оптоэлектронной аппаратуры. В этой связи уместно вспомнить слова профессора Дэвида Пейна, изобретателя оптического усилителя: “В действительности мы живем только в каменном веке оптических коммуникаций”.

Развитие ВОСП не может идти по пути простого копирования известных систем электро- и радиосвязи. Технические решения отражают специфику оптического диапазона, и каждое новое поколение ВОСП углубляет использование этой специфики.

Для успешного освоения и эксплуатации оптических систем связи нужны высококвалифицированные кадры, которым необходима фундаменталь­ная подготовка в сочетании с конкретными инженерными знаниями.


Лекция 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ


    1. Общие сведения о волоконно-оптических системах передачи


Идея использовать световые сигналы для передачи информации стара как мир. Преимущества этого способа были очевидны даже нашим предкам. Например, отражающие солнечный свет сигнальные зеркала в Древней Греции, сигнальные костры на сторожевых вышках древней Руси в период татаро-монгольского нашествия использовались для предупреждения о приближении неприятеля.

Первым в истории телеграфом стал именно оптический телеграф. “Поставленное на возвышении орудие, посредством которого передаются в короткое время известия на значительные расстояния” – так объяснял слово “телеграф” толковый словарь русского языка 1847 года. На обложке журнала “Московский телеграф”, выходящего с 1825, года был изображен именно такой оптический (семафорный) телеграф.

Впервые его применил Клод Шапп в годы французской революции. Станция Шаппа (рис. 1.1) представляла собой здание, увенчанное мачтой с подвижной перекладиной («регулятором») наверху. К концам перекладины были приделаны крылья, тоже подвижные. Впоследствии там стали устанавливать фонари, зажигаемые ночью или в пасмурную погоду.

Определенные положения регулятора и крыльев, передвигаемых посредством ременной передачи, согласно специальному коду могли передавать те или иные сообщения на расстояние 3040 км. Для увеличения дальности применялись цепочки переприемных сигнальных постов. Первая линия оптического телеграфа была устроена между Парижем и Лиллем в 1794 г. (сообщения на расстояние 230 км передавались за 15 минут), затем между Парижем и Брестом в 1798 г.
Р
ис. 1.1. Станция оптического телеграфа
В 30-х годах XIX века инженер Ж.П. Шато, приглашенный на русскую службу, создал оптический телеграф несколько иного устройства, чем шапповский. В 1839 г. была проведена – самая длинная в то время в Европе  линия телеграфа системы Шато между Санкт-Петербургом и Варшавой протяженностью 1200 километров. Депеша из 100 сигналов передавалась по этой линии за 35 минут.

В 1870 году английский физик Джон Тиндалл продемонстрировал возможность распространения света в направляющей системе за счет полного внутреннего отражения от границы двух сред с различными показателями преломления. В опыте Тиндалла, известного из школьного курса физики, роль направляющей системы играла падающая струя воды. При этом свет распространялся зигзагообразно внутри изогнутой части струи (рис. 1.2). Аналогичное распространение света происходит и в оптическом волокне.





Рис. 1.2. Опыт Тиндалла
Попытка использования аналогичного эффекта была предпринята в 1881 г. американским инженером Уильямом Уиллером для освещения помещений с помощью электродугового источника света и системы труб с зеркальным внутренним покрытием.

В 1882 году Александр Грэхем Белл запатентовал оптический телефон (?фотофон?), позволявший передавать речевой сигнал на расстояние более 200 метров (рис. 1.3). В этом устройстве с помощью системы линз и зеркал свет направлялся на плоское зеркало, закрепленное на рупоре. Под воздействием звука зеркало колебалось, что приводило к модуляции отраженного света. В приемном устройстве использовался детектор на основе селена, электрическое




Рис 1.3. Принцип действия “фотофона” Белла.
сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего света. Модулированный голосом солнечный свет, падающий на селеновый элемент, изменял силу тока в телефоне и воспроизводил голос. Однако с появлением радиосвязи, изобретенной А.С. Поповым и Г. Маркони, и успешным развитием проводной и кабельной связи оптические линии связи были забыты. Лишь спустя десятилетия возобновился интерес к оптической передаче.

В 1927 году английский ученый Хензел и американский физик Берд предложили использовать тонкие стеклянные волокна для передачи телевизионных изображений, а в 30-е годы впервые были проведены лабораторные испытания подобной системы. Однако самые прозрачные на то время стекла имели затухание около 1000 дБ/км. Ясно, что с такими световодами никакой речи о длинных линиях связи быть не могло.

В 50-е годах в Англии при участии Нариндера Капани был создан гибкий эндоскоп – волоконно-оптическое устройство, позволяющее рассматривать внутренние органы человека. Доктор Капани был первым, кто ввел термин «волоконная оптика» (1956 год). Фактически именно с этого времени и началось коммерческое использование световодных систем. В таких световодах коэффициент пропускания в видимой области спектра составлял 30 – 70 % на длине, примерно равной 1 метру. Это было обусловлено значительным поглощением оптического излучения содержащимися в стекле примесями. Естественно, что в телекоммуникационных системах эти световоды с затуханием более 1000 дБ/км использоваться не могли. Применение таких во­локон не прогнозировалось даже не столько из-за низкой прозрачности, сколько из-за отсутствия эффективного источника излучения, способного запустить мощный луч в тончайшее волокно.

Ситуация резко изменилась в начале 60-х годов, когда Т. Мейманом (США) был изобретен первый лазер на кристалле рубина. Уже к этому моменту было ясно, что необычайно высокая частота лазерного излучения позволяет передавать информацию в очень широкой полосе частот, т. е. со скоростью гораздо большей, чем в обычной электросвязи. К этому же времени относятся и первые работы по созданию лазерной связи. В качестве тракта передачи информации использовались приземные слои атмосферы. Например, первая в России лазерная линия оптической связи была испытана в Москве между зданием МГУ и высотным зданием на Зубовской площади. Однако эти первые опыты показали, что открытые линии, подверженные влиянию атмосферных осадков, птиц и т. д., не обеспечивали необходимой надёжности связи. Стало понятно, что необходимо изолировать лазерный луч от окружающей среды. В настоящее время открытые системы оптической связи находят применение в космосе, в радиолокации, а также для решения некоторых специальных задач для связи между подвижными объектами.

Наиболее значительным событием для развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) явилось создание полупроводниковых лазеров. В 1968 году группой отечественных ученых под руководством академика Ж. И. Алфёрова были созданы полупроводнико­вые лазеры на основе двойных гетеропереходов (подобного результата достиг в 1970 г. и японский ученый Хакаяси). И вот сегодня мы являемся свидетелями возврата к использованию света для передачи информации на современной основе  с применением достижений современной науки и техники, квантовой физики, оптоэлектроники. Создание высоконадежных кабельных систем оптической связи стало возможным после разработки в начале 70-х годов оптических волокон с малыми потерями.

В 1966 году англичане Као и Хокэм предсказали возможность волоконно-оптической связи, мысленно объединив лазер и оптическое волокно. Они показали, что только примеси в стекле мешают уменьшению оптических потерь. Совершенствуя технологию возможно получить кварцевое волокно с потерями не более 20 дБ/км. Интересно, что в 1970 году в одном из наиболее авторитетных технических журналов ТИИЭР (IEEE, США) после анализа развития оптической связи следовало откровенно пессимистическое резюме: прошедшее десятилетие не привело к ощутимым результатам и каких-либо перспектив этого вида связи не видно. Но именно в нюне 1970 года специалисты американской стекольной фирмы "Корнинг глас" (Corning Glass) сообщили об изготовлении кварцевого волокна с потерями 16 дБ/км, что даже меньше пороговой цифры, приведённой в статье Као и Хокэма. С этого времени началось стремительное освоение и промышленное внедрение ВОСП в эксплуатацию. В 1977 году были получены предельные для используемой технологии потери в 0,15 дБ/км.

Уже в 1972 году в окрестностях Бирмингема была проложена волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) длиной несколько десятков километров; в 1976 году на восточном побережье США начала функционировать ВОЛС длиной 1000 км; в 1984 году была построена ВОЛС под Ламаншем; в 1988 году была введена первая трансатлантическая подводная ВОЛС, а уже в 1989 году вошла в строй вторая ВОЛС, созданная на средства частных фирм. Длина её подводного участка превышает 7000 км, она соединяет Англию и США с ответвлением на Бермудские острова. В системе три рабочие пары и одна запасная. Пропускная способность волокна примерно 420 Мбит/с, всего в каждой паре одновременно могут быть реализованы 5760 ТФ каналов. На всем протяжении ВОЛС предусмотрена установка 114 ретрансляторов  конструктивно каждый из них выглядит как небольшое утолщение (около 50 мм) кабеля.

Грандиозная транстихоокеанская волоконно-оптическая система протяженностью 8 300 км со скоростью 840 Мбит/с соединила США с Японией. С декабря 1997 года начата реализация глобального проекта OXYGEN, который предусматривает прокладку 320 000 км оптического кабеля с пропускной способностью от 320 Гбит/с до 1 Тбит/с. В России точки “приземления”: С-Петербург, Калининград, Новороссийск, Владивосток, Волгоград.

Первая протяженная (121 км) отечественная система была введена в опытную эксплуатацию между Ленинградом (С.-Петербургом) и Сосновым Бором в 1987 году. В настоящее время эксплуатируется ВОЛС протяженностью 801 км Минск  С.-Петербург.

В 1997 году введена в действие транссибирская ВОЛС с выходом на Европу и Японию. Её протяженность около 15 000 км. Общее число каналов 15 360, из них половина будет выделена для связи внутри Российской Федерации.

В настоящее время концепции ВОСП в основном разработаны. Уже сформулированы рекомендации Международного электротехнического союза (МЭС), относящиеся к характеристикам оптических кабелей и систем передачи по ним.

Чем же объясняется столь стремительное внедрение ВОЛС в мире и в нашей стране? Почему на волоконно-оптическую связь возлагается столько надежд? Рассмотрим основные достоинства ВОСП, связанные в первую очередь с оптическим волокном.

1. Низкие потери сигнала в оптических кабелях. На длине волны 1,55 мкм потери в световодах отечественных кабелей доведены до 0,3 дБ/км, в зарубежных  0,15 дБ/км. Характеристика распределения потерь в кварцевом световоде показана на рисунке 1.4.

Чтобы эта цифра была более наглядной, можно заметить, что через такое стекло толщиной 15 км свет пройдет ослабленным всего в два раза.

2
. Чрезвычайно широкая полоса передаваемого сигн
ала, а следовательно, и огромная пропускная способность. Известно, что при модуляции несущего колебания сигналом, полоса частот получаемого излучения составляет около одного процента от несущей частоты.
Рис. 1.4. Распределение потерь в кварцевом ОВ
Частота несущей (на длине волны  = 1,55 мкм) fн = 3 1014 Гц, тогда f = 3 1012 Гц = 3 ТГц. При этом ограничивающим фактором в скорости передачи сигнала является электроника, имеющая предел быстродействия около 10 Гбит/с. В оптическом канале со скоростью 10 Гбит/с можно организовать передачу по 130 000 телефонным каналам или по16 каналам телевидения высокой четкости, или передать содержание 1000 книг за одну секунду. Для систем передачи на электрическом кабеле подобные возможности отсутствуют, поэтому оптические системы становятся незаменимыми для передачи сигналов на большие расстояния с высокой скоростью.

3. Значительно меньшие габариты и масса оптических кабелей по сравнению с электрическими. Диаметр одного оптического волокна 125 мкм. Если взять сотню таких световодов и плотно скрутить, то площадь сечения полученного жгута будет лишь около 1мм2. На практике, конечно, такого не делают из-за возникновения переходных помех, кроме того, необходимо механическое упрочнение кабеля. Поэтому каждый световод покрывается защитной оболочкой, что естествен­но ведёт к увеличению диаметра волоконно-оптического кабеля, однако при сравнении с коаксиальным кабелем, способным передавать такой же объем информации, сечение оптического кабеля составляет 1/40 от сечения коаксиального. Наружный диаметр кабеля лежит в пределах от 10 до 25 мм, в зависимости от назначения. Диаметр типового 144-х волоконного оптического кабеля чуть больше 1 см.

Масса одного световода без пластмассовой оболочки длиной 1 км составляет всего 27 г. Для сравнения  масса одной медной жилы такой же длины диаметром 1 мм равна примерно 7 кг.

4. Высокая прочность при растяжении. Предельное натяжение оптического волокна диаметром 125 мкм составляет 7 кг (69 Н). Это значение превышает примерно в 2 раза аналогичную характеристику фортепьянной струны той же толщины. Растягивающее усилие для оптического кабеля связи колеблется от 2000 до 3500 Н.

5. Высокая помехоустойчивость, нечувствительность к внешним электромагнитным полям и практически отсутствие перекрёстных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель. Это качество трудно переоценить. Проблема борьбы с электромагнитными помехами самой различной природы, включая взаимные помехи многочисленных средств связи, является в современных условиях едва ли не самой остро. В наше время электромагнитные помехи перестали быть просто случайными помехами. К разрядам молний добавились бесконечные радиопередатчики, электродвигатели, силовые установки и многое другое, порождающее и распространяющее электромагнитные волны всего мыслимого спектра частот. По сути дела история радиотехники и электросвязи  это поиск и нахождение всё более эффективных средств выделения полезного сигнала на фоне шумов и помех. Использование волоконно-оптических линий связи радикально решает проблему электромагнитной совместимости.

С военной точки зрения, ВОЛС не подвержены воздействиям умышленных электромагнитных помех, а также электромагнитного импульса (ЭМИ) высотного ядерного взрыва.

6. Конфиденциальность передачи информации. ВОЛС не только не воспринимают электромагнитных помех, но и сами не излучают, поскольку сигнал в них передается посредством электрически нейтральных частиц – фотонов. Перехват информации возможен только путем непосредственного подключения к волокну.

7. Потенциально низкая стоимость. Волоконные световоды изготав­ливаются из ультрачистого кварцевого стекла, имеющего примеси несколько долей на миллион. При совершенствовании технологических процессов и массовом производстве их стоимость постоянно уменьшается, так как после преодоления первоначальных технологических и аппаратурных трудностей стоимость изделий определяется главным образом стоимостью сырья и исходных материалов. Современные промышленные световоды (выпускаемые фирмой Corning Glass) стоят 5…10 центов за метр. При использовании волоконных световодов не используются такие дорогостоящие материалы, как медь и свинец, запасы которых на Земле ограничены. Посчитано, что если бы развитие телефонии шло лишь на технологической базе 60-х годов, то в 2000 году всю извлечённую из недр медь пришлось бы вновь закопать уже в виде теле­фонных кабелей. Неплохой бы получился "круговорот меди" в природе.

Оптические волокна изготавливаются из кварца, а он, в свою очередь, из песка, запасы которого несметны. Но, разумеется, дело не только в дешевизне и доступности сырьевой базы. Большая длина регенерационных участков ведет к сокращению радиоэлектронного обеспечения, упрощает прокладку и эксплуатацию ВОЛС. Стоимость предоставляемых ВОСП услуг при более высоком качестве не превышает стоимости услуг от традиционных сетей и имеет тенденции к снижению (рис 1.5).



Рис. 1.5. Тенденция снижения удельной стоимости каналов, образуемых ВОСП
В качестве положительных качеств отметим также отсутствие явлений искрения при обрывах и коротких замыканиях, ненадёжных контактах, что позволяет обеспечить безопасность ВОЛС во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи, позволяющая исключить общее заземление передатчика и приёмника, а также проводить ремонт оптического кабеля без выключения оборудования.

При всех достоинствах оптического диапазона нельзя не учитывать и те проблемы, которые стоят на пути его освоения. Многие эле­менты и узлы здесь изготавливаются с очень сложной технологией, почти на пределе технических возможностей. Достаточно принять во внимание, что допуски на геометрические размеры составляют долю длины волны, то есть долю микрометра. В полной мере элементный базис оптического диапазона еще далеко не разработан, а тем более не освоен промышленностью.

В этом диапазоне есть и некоторые принципиальные, диалектически неизбежные недостатки. Отметим наиболее существенные из них.

Сложность технологии производства высококачественных световодов. Световод должен иметь исключительно однородную, с оптической точки зрения, структуру без вкраплений примесей, что обеспечивается химически чистым производством. Геометрические размеры световода должны быть постоянны по всей его длине (диаметр одномодовых оптических волокон соизмерим с длиной волны  = 1,5 мкм).

Повышение несущей частоты на несколько порядков по сравнению с радиотехническим диапазоном приводит к очень большим трудностям в решении задач стабилизации частот и синхронизации генераторного оборудования. При небольших относительных расстройках частоты оптического сигнала их абсолютные значения оказываются намного больше ширины спектра, обусловленной модуляцией. Ясно, что при этом ограничиваются возможности эффективности полосовой фильтрации, соответственно ухудшается соотношение сигнал/шум. Нестабильность частоты, а также эффекты связанные с многомодовостью оптических сигналов, приводят к относительно большим дисперсионным искажениям, ограничивающим качество и дальность связи. Указанные эффекты затрудняют использование когерентных способов обработки сигналов.

Существуют проблемы осуществления надежных соединений между стро­ительными длинами кабельных магистралей и компонентами ВОСП.

К недостаткам оптических кабелей можно отнести подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание, а также водородную коррозию стекла, приводящую к ухудшению его свойств, связанных с потерями мощности оптического излучения.

    1. Классификация ВОСП


Все ВОСП делятся: по виду используемой модуляции на аналоговые и цифровые.

В аналоговых ВОСП используются аналоговые методы модуляции, характеризующиеся непрерывным изменением одного из параметров переносчика сигнала: интенсивности оптического излучения при модуляции по интенсивности (МИ), положения оптического импульса при фазоимпульсной (ФИМ) или его длительности при широтно-импульсной (ШИМ) модуляции и т. д.

В цифровых ВОСП применяются дискретные методы модуляции, характеризующиеся дискретным изменением одного из параметров переносчика сигнала, при этом область значений исходного параметра делится на достаточно большое число уровней квантования, каждому из которых ставится в соответствие определенный дискретный сигнал.

По назначению и протяженности ВОСП подразделяются на магистральные, зоновые, городские, сельские и системы распределения информации.

Магистральные ВОСП предназначены для передачи сообщений на тысячи километров, зоновые  для передачи информации до 600 км, городские служат для уплотнения соединительных линий ГТС. Системы распределения информации обеспечивают связь между ЭВМ, сеть кабельного телевидения и т.п. Как правило, эти системы передают широкополосные сигналы (телевизионный, видеотелефонный, многоканальный телефонный) и строятся на основе цифровых ВОСП с ретрансляцией.

По принципу построения линейного тракта различают ВОСП: двухволоконные однополосные однокабельные (четырехпроводные однополосные однокабельные); одноволоконные однополосные однокабельные (двухпроводные однополосные однокабельные или дуплексные); одноволоконные многополосные однокабельные или системы со спектральным разделением (ВОСП-СР).

По методу уплотнения волоконно-оптической линии связи различают ВОСП с временным, пространственным, частотным и спектральным уплотнением.

    1. Обобщенная структурная схема ЦВОСП


Обобщенная структурная схема цифровой волоконно-оптической системы передачи представлена на рисунке 1.6.

Основными элементами схемы являются передающий оптический модуль ПОМ, приемный оптический модуль ПРОМ и оптическое волокно ОВ.

Передающий оптический модуль играет роль преобразователя электрического сигнала в оптический, а приемный оптический модуль обеспечивает обратное преобразование оптического сигнала в электрический.

Преобразователи кода передачи и приема (ПКпер, ПКпр) обеспечивают стык между электрическими (АВГ ЦСП) и оптическими (ПОМ, ПРОМ) элементами схемы.

Передающее и приемное согласующие устройства (СУ) формируют и согласуют диаграммы направленности и апертуру между ПОМ (ПРОМ) и оптическим волокном (ОВ).Передаваемый цифровой сигнал от АВГпер ЦСП поступает в ПОМ, где модулирует оптическую несущую, создаваемую источником оптического излучения, входящим в состав ПОМ, и через СУ поступает в оптическое волокно. Электронно-оптическое преобразование обеспечивается полупроводниковыми лазерными диодами (ЛД) или светоизлучающими диодами (СИД). В подавляющем большинстве используется модуляция по интенсивности оптического излучения.

При распространении оптического сигнала по ОВ происходят его ослабление и искажение. С целью увеличения дальности связи через определенные расстояния устанавливаются оптические ретрансляторы (ОР),



Рис.1.6. Обобщенная структурная схема цифровой волоконно-оптической системы передачи

АВГ – аппаратура временного группообразования ЦСП;

ПК – преобразователь кода;

ПОМ – передающий оптический модуль;

ПРОМ – приемный оптический модуль;

СУ – согласующее устройство;

ОР – оптический ретранслятор;

ОВ – оптическое волокно;
осуществляющие коррекцию искажений и компенсацию затухания. В ОР может осуществляться как регенерация, так и усиление сигналов. При регенерации оптический сигнал преобразуется в электрический, затем осуществляется его обработка (усиление, коррекция, восстановление формы, амплитуды импульсов и т. д.), а затем  снова в оптический сигнал. При усилении используются специальные оптические квантовые усилители, ретранслирующие чисто оптический сигнал.

На приеме оптический сигнал через приемное согласующее устройство поступает в ПРОМ, где преобразуется в электрический, усиливается и через ПКпр поступает в АВГпр ЦСП. Для оптоэлектронных преобразований применяются фотодиоды (ФД).

Приведенная структурная схема послужила основой построения ВОСП различного назначения.

Таким образом, в ВОСП оптический сигнал передаётся по оптическому кабелю от передающего оптического модуля до приёмного оптического модуля. Поэтому ЦВОСП создаются как сочетание волоконно-оптического линейного тракта с унифицированной каналообразующей аппаратурой и аппаратурой группообразования цифровых систем передачи различных ступеней иерархии. В результате они имеют унифицированные параметры стыка, что позволяет без дополнительных согласующих устройств организовать комбинированные линии передачи, содержащие ЦВОСП и ЦСП с применением других сред распространения сигналов электросвязи.


    1. Методы уплотнения в ВОСП


В ВОСП применяют временное, пространственное, частотное и спектральное уплотнения.

Временное уплотнение. Данный метод предполагает объедине­ние нескольких информационных потоков в один. Объединение может быть осуществлено как на уровне электрических, так и на уровне оптических сигналов. Схема, реализующая первый вариант, показана на рисунке 1.7.





Рис. 1.7. Временное уплотнение на уровне электрических сигналов
При объединении электрических сигналов, поступающих на входы А и В (может быть N источников), с помощью устройства объединения (УО) эти сигналы суммируются в определенной последовательности чередования в групповой сигнал. Групповой сигнал в оптическом передатчике ОПер модулирует оптическую несущую. Оптическое излучение распространяется по оптическому волокну ОВ и в оптическом приемнике ОПр вновь преобразуется в электрический сигнал. Затем он разделяется устройством разделения (УР) на два, подобных входным, которые поступают на выходы А и В.

Объединение на уровне оптических сигналов поясняется рисунком 1.8. Электрические цифровые потоки от N источников поступают на N оптических передатчиков, в которых электрические сигналы преобразуются в оптические. Перед объединением опти­ческих сигналов происходит их задержка на t; 2t; Зt  (N 1)t. После такой задержки на выходе оптического смесителя (ОС) имеем последовательность оптических импульсов. На приеме осуществляется обратное преобразование.





Рис. 1.8. Временное уплотнение на уровне оптических сигналов
При временном уплотнении требуется передача коротких (109 с и менее) световых импульсов. Однако передача субнаносекундных импульсов предъявляет чрезвычайно высокие требования к быстродействию оптоэлектронных компонентов приемопередающей аппаратуры ВОСП, близкие к их предельным возможностям. Кроме того, скорость передачи (широкополосность) ограничена диспер­сионными свойствами ОВ.

Основными достоинствами временного уплотнения являются увеличение коэффициента использования пропускной способности ОВ и возможность создания полностью оптической сети связи.

Пространственное уплотнение
  1   2   3   4   5


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации