Тема 3 инсталляция, настройка и эксплуатация оборудования ВОСП на базе технологии SDH.

Вопрос: Принцип построения ВОСП.

В настоящее время в развитых странах волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) широко внедряются на всех участках сетей связи. По сравнению с существующими системами связи на медных кабелях ВОСП обладают рядом преимуществ, основны­ми из которых являются:

Ø широкая полоса пропускания, позволяю­щая организовывать по одному волоконно-оптическому тракту необходимое число каналов с дальнейшим их наращиванием, а также предоставлять абоненту наряду с телефонной связью лю­бые виды услуг связи (телевидение, телефакс, широкополосное радиовещание, телематическое и справочное обслуживание, рекламу, местную связь и др.);

Ø высокая защищенность от электро­магнитных помех;

Ø малое километрическое затухание и возмож­ность организации регенерационных участков большой протяжен­ности;

Ø значительная экономия меди и потенциально низкая стои­мость оптического кабеля (ОК) и др.

Упрощенная схема ВОСП.

СП

ОС

ПОМ

ПС

СП

ОС

ПРОМ

… N

… N

Рисунок 3.1 – Упрощенная схема ВОСП.

На передающей станции (рис. 3.1) первичные сигналы в электрической форме поступают на аппаратуру системы передачи (СП), с выхода которой групповой сигнал подается в оборудова­ние сопряжения (ОС). В ОС электрический сигнал преобразуется в форму, целесообразную для передачи по волоконно-оптическо­му линейному тракту. Передающий оптоэлектронные модуль (ПОМ) преобразу­ет электрический сигнал с помощью модуляции оптической несу­щей в оптический сигнал. Для модуляции оптической несущей информационным сигна­лом можно использовать частотную модуляцию, фазовую, амплитудную, модуляцию по интенсивности (МИ), поляризационную модуляцию (ПМ) и др. В подавляющем большинстве случае применяется модуляция по интенсивности оптического излучения.

При распространении последнего по оп­тическому волокну (ОВ) происходят его ослабление и искажение. Прохождение оптического сигнала по оптическому волокну сопровождается линейными, частотными и фазовыми искажениями. Кроме того, сигнал затухает и отражается в разъемных и неразъемных соединителях.

Сигнал подвергается воздействию помех:

1) от шумов источников оптического излучения из-за дробовых явлений в СИД и ЛД (лавинный детектор);

2) из-за шумов от интерференции мод, распространяющихся в оптическом волокне;

3) шумы из-за отражения оптического излучения от торцевой поверхности волокна;

4) из-за межсимвольных искажений (дисперсия);

5) из-за дробового эффекта в фотодиодах;

6) из-за тепловых шумов резисторов, транзисторов и т.д.;

7) квантовый или фотонный шум в самом оптическом сигнале.

Для увеличения дальности связи через определенное расстоя­ние, называемое участком ретрансляции, устанавливаются проме­жуточные обслуживаемые или необслуживаемые станции, где осу­ществляются коррекция искажений и компенсация затухания.

На промежуточных станциях главным образом по техническим причинам целесообразно производить обработку (усиление, кор­рекцию, регенерацию и т. д.) электрического сигнала. Поэтому промежуточные станции ВОСП строятся с преобразованием на входе оптического сигнала в электрический и обратным преобра­зованием на выходе. В принципе возможно построение чисто оп­тических промежуточных станций на основе оптических квантовых усилителей.

На приемной оконечной станции осуществляется обратное преобразование оптического сигнала в электрический в приемном оптоэлектронном модуле (ПРОМ).

Дистанционное питание необслуживаемых ретрансляционных пунктов может организовывать или по специальным металлическим жилам предусмотренным специально для этого в оптическом кабеле или от автономных источников питания.

Телеконтроль может обнаружить: вскрытие крышки, неисправность регенератора, нарушение температурного режима, повышение влажности, понижение давления, неисправность блоков электропитания и т.д.

Таким образом оконечная станция (ОС ВОСП) содержит:

-аппаратуру формирования АЦП (например ИКМ 30, ОГМ или STM-1 и др.);

-устройство сопряжения – ПК4

-оптический передатчик и приёмник;

-оборудование служебной связи, телеконтроля и ДП.

На волоконно-оптических кабельных магистралях могут применятся несколько систем телеконтроля и служебной связи:

Ø создание для этих целей специального оптического тракта или металлических симметричных пар.

Ø разделение информационного тракта и тракта телеконтроля и служебной связи по оптическим несущим (спектральное разделение).

Ø объединение и разделение информационного цифрового потока и сигнала телеконтроля и служебной связи в цифровой форме и т.д.

Классификация ВОСП.

1) по протяженности уплотняемых линий:

а) локальные (в сетях ПД внутренние сети)

б) средняя протяженность (для связи специального назначения)

в) магистральные (на магистральных и внутризоновых сетях)

2) по типу исходного сигнала:

а) ВОСП на основе ЦСП

б) ВОСП на основе АСП

3) по способу модуляции несущей

а) с внутренней модуляцией

б) с внешней

4) по виду передаваемых потоков и скорости передачи

а) ВОСП для Е1

б) ВОСП для Е2

в) ВОСП для Е3

г) ВОСП для Е4

д) ВОСП для STM-1 и выше (4,16,64)

5) по способу уплотнения компонентных информационных потоков:

а) с TDM (с временным уплотнением)

б) с FDM (с частотным уплотнением)

в) с SDM (с пространственным уплотнением)

г) с WDM (с волновым уплотнением)

д) с OTDM(с оптическим временным уплотнением)

Основные характеристики современного ВОСП определяется параметрами оконечной и промежуточной аппаратурой ЛТ и параметрами ОК.

В ВОСП энергетический потенциал достигает 35-50 дБ. ЭП определяется как разность введенной в волокно мощности (Р_пер) и мощности на входе приемного устройства (Р_пр), при которой коэффициент затухания не превышает заданного значения.

Э [дБ]

[км]

 

Вопрос: Модуляции оптической несущей.

Для модуляции оптической несущей информационным сигналом можно использовать следующие виды модуляции: по интенсивности (МИ); частотную (ЧМ); фазовую (ФМ); поляризационную (ПМ). В подавляющем большинстве используется модуляция по интенсивности оптического излучения.

Фактическим переносчиком данных в оптическом волокне является оптическая несущая, излучаемая источником. Она и должна быть, в конечном счете, промодулирована. Сделать это можно четырьмя способами:

ü непосредственной модуляцией оптической несущей линейной кодовой последовательностью (ЛКП);

ü модуляцией несущей с использованием специального модулятора,
сигнал которого и видоизменяется с помощью ЛКП;

ü модуляцией с использованием промежуточной несущей, которая затем
непосредственно модулирует оптическую несущую;

ü модуляцией с использованием поднесущей и модулятора.

Таким образом, различают модуляцию без поднесущей, когда модулируют непосредственно параметры оптической несущей, и с поднесущей, когда сначала модулируют промежуточное СВЧ колебание, которое затем модулирует оптическую несущую. Модуляция может быть внутренней и внешней.

Непосредственная модуляция оптической несущей. Эта модуляция может быть осуществлена, например, путём непосредственной модуляции тока накачки лазерного диода по типу «включено – выключено» в соответствии с ЛКП. Такая внутренняя модуляция интенсивности излучения ЛД током накачки может производиться с высокой скоростью.

Модуляция с использованием промежуточной несущей. Вместо применения внутренней модуляции, можно осуществить процесс модуляции, используя промежуточную несущую, или поднесущую, на радиочастоте в диапазоне fн=10МГц–10ГГц. Этой модулированной поднесущей можно затем модулировать основную оптическую несущую. Главное отличие этой схемы модуляции от схемы прямой модуляции в том, что при этом могут быть использованы различные стандартные методы и устройства модуляции: амплитудные, частотные, фазовые и комбинированные, хорошо разработанные для диапазона радиочастот.

Использование поднесущей необходимо и при многоканальной модуляции в системах с оптическим мультиплексированием по длинам волн (МДВ). В этом случае отдельные входные потоки модулируют свои поднесущие, которые затем мультиплексируются в одну поднесущую, модулирующую оптическую несущую.

 

Вопрос: Передающий оптоэлектронный модуль.

На каждом конце волоконно-оптической линии находится преобразователь, преобразующий энергию одного вида в другой. На передаче этот источник преобразует электрическую энергию в оптическую. В состав оптического передатчика входят:

1) источник оптического излучения

2) согласующее оптическое устройство

3) электронные схемы модуляции и стабилизации режимов работы источников излучения.

Согласующее устройство позволяет повысить эффективность ввода оптического луча в ОВ.

Основные параметры источника излучения:

1. средняя мощность излучения при работе в непрерывном режиме

2. длина волны излучения.

3. углы расходимости пучка световых лучей

4. ширина спектра излучения

5. срок службы, наработка на отказ.

Источник излучения должен излучать на длине волны, соответствующей одному из окон прозрачности ОВ, обеспечивать высокий рост излучения, обладать простотой, надежностью и малыми габаритами. По этим требованиям выделены 2 вида источников излучения: светодиоды СД и лазеры.

Оба прибора основаны на малых полупроводниковых кристаллах размером с песчинку, которые излучают свет при пропускании вдоль них тока.

Рисунок 3.2 – Атомная структура вещества.

Электрон, покидая валентную зону, попадает в зону проводимости, обеспечивая проводимость материала. Чем меньше электронов в валентной зоне, тем проводимость лучше.

СИД и ПЛ используют p-n-переход в легированных полупроводниках. Участок n-имеет свободные электроны, а участок p-избыток дырок.

Когда эти участки приводят в соприкосновение, они начинают просачиваться через контакт, и рекомбинируются. Электрон переходит из зоны проводимости в валентную зону. При этом происходит выделение энергии. В зависимости от вещества эта энергия может выделяться, например, в виде кванта света, так происходит в кремнии.

В лазерах и светоизлучающих диодах используются элементы 3-ей и 5-й групп периодической системы Менделеева. При комбинации равного кол-ва атомов 3-й и 5-й групп получаем структуру, близкую к структуре кремния.

Для создания полупроводников типа n- и p- комбинируют в разных пропорциях вещества 3-й и 5-й групп, например арсенид галлия.

В основе светоизлучающих диодов находится полупроводник p-n-типа, излучающий свет, когда “ - “ батареи присоединяется к участку n- (прямое напряжение).

Рисунок 3.3 – Включение СИД и ПЛ в электрическую цепь.

СИД используют гетерогенный переход p-n-типа, при этом получается спонтанное узконаправленное излучение. СИД могут быть с поверхностным излучением и с боковым излучением.

Используемые в СИД вещества определяют длину волны выходного излучения. СИД на основе арсенида галлия с добавками алюминия имеют окно прозрачности в диапазоне от 820 до 850 нм.

Лазер - устройство, усиливающее вынужденное излучение активной среды. Для усиления излучения в лазере используется специальная оптическая система, она представляет собой полированные строго параллельные грани кристалла для получения отражающих поверхностей.

Спонтанно излученные фотоны захватываются резонатором Фарби-Перо, отражаясь от полированных боковых граней делают несколько переходов от одного зеркала к другому. При взаимодействии этих фотонов с электронами, находящимися в возбужденном состоянии происходит немедленная рекомбинация, сопровождающаяся излучением света, т.о. спонтанные фотоны вызывают подобные себе вынужденные фотоны с той же длиной волны, фазы и направления.

Другими словами падающий фотон приводит к излучению еще одного такого фотона, и при многократном повторении этого процесса число фотонов растет лавинообразно и излучение усиливается. Часть фотонов остается захваченной в резонаторе и продолжает двигаться между зеркалами, а некоторая часть излучения, проходя через полированные грани, формирует интенсивный пучок света.

Отличия лазера от СИД: высокая монохромность лазера (излучение имеет узкую спектральную ширину); когерентность, т.е. излучение синхронизировано, фазы фотонов совпадают; узкая направленность (пучок света имеет малую поперечную дисперсию).

Для организации передачи оптического сигнала недостаточно иметь только источник излучения. В любой конструкции передающего оптического модуля ПОМ имеется держатель, который позволяет закрепить и защитить составные элементы передатчика: источник излучения, узел электрического интерфейса и место сопряжения с волокном. Важным элементом лазерных диодов является цепь тока накачки и система контроля температуры. Для сложных лазерных систем добавляют выходной мониторинг оптического сигнала.

 

Вопрос: Приемный оптоэлектронный модуль.

Детектор (приемник) выполняет противоположную функцию по сравнению с источником. Детектор преобразует оптическую энергию в электрическую. Он является фотоэлектронным преобразователем, вырабатывающим ток при попадании на него света.

В состав оптического приёмника входит:

1. фотодетектор

2. приёмное оптическое устройство

3. электронная схема усиления и обработки электрического сигнала.

4. схема стабилизации или автоматической регулировки усиления.

ФД

ПУ

ГУ

РУ

ФС

УТС

ОК

Рисунок 3.4 – ПРОМ.

Световой поток, переданный по ОВ в оптический приёмник,преобразуется в электрический сигнал который после усиления в малошумящем предусилителе подается на главный усилитель. Далее на решающее устройство РУ, где производится решение о принятых символах, для этого осуществляют стробирование сигнала на выходе главного усилителя и сравнение его с порогом. В формирователе сигнала, при превышение порога вырабатывается импульс. УТС выделяет из принимаемого сигнала СС тактовой частоты и вырабатывает короткие импульсы которые осуществляют стробировании сигнала в наиболее удобные моменты.

Основные требования к фотодетекторам:

1. высокая чувствительность

2. быстродействие

3. стабильность рабочих характеристик

4. минимальный уровень шумов, вносимых в приёмную систему

5. малый вес и габариты

6. высокая надёжность и невысокая стоимость.

Более всего этим требованиям удовлетворяют полупроводниковые фотодетекторы из кремния, а также некоторых сложных соединений. Наибольшее применение нашли полупроводниковые фотодиоды (PIN ФД) и лавинные фотодиоды (ЛФД). В основе их лежит явление внутреннего фотоэффекта, при котором поглощение фотона образует носители зарядов.

PIN – фотодиоды. Поглощение фотона приводит к появлению возбужденных электронов, переходящих из валентной зоны в зону проводимости. Если к фотодиоду приложено обратное напряжение, то свободных электронов в области перехода почти нет и сопротивление обедненной зоны очень велико. При поглощении падающего фотона, электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости, образуются пары и во внешнем контуре возбуждается ток.

Обедненная зона сделана максимально широкой. Слабо легированный слой (i) разделяет более сильно легированные слои P и N. Промежуточный слой (i) легирован до такой степени, чтобы он не относился ни к полупроводникам типа P, ни к N.

В устройстве диода учитывается то, что более эффективен диод с широким слоем I, а скорость срабатывания при этом увеличивается, поэтому нужно выбирать оптимальные размеры.

Рисунок 3.5 – Конструкция и характеристика PIN - фотодиода.

Лавинные фотодиоды (APD). В PIN-диодах каждый помещенный фотон приводит к образованию одной электронно-дырочной паре, в лавинных фотодиодах несколько падающих фотонов приводят к образованию большого числа носителей, поэтому к большому току во внешнем контуре.

Рисунок 3.6 – Конструкция и характеристика ЛФД.

Имеется очень сильное электрическое поле в некоторой части объединенной зоны. Под действием фототока первоначальные носители ускоряются этим полем, приобретая несколько эВ кинетической энергии. При столкновении этих быстрых носителей с нейтральными атомами происходит передача энергии, и электроны с валентной зоны перемещаются в зону проводимости, которые называются вторичными. А вторичные, в свою очередь, ускорившись, порождают новые носители. Эта лавина как бы усиление (фотомультиплексия) и характеризуется фактором мультиплексии, который может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Например, фактор мультиплексии 70 означает, что один фотон приводит к появлению во внешней цепи 70 фотонов.

Недостатком лавинных фотодиодов являются: шумовой ток; необходимость использования высокого напряжения.

Характеристики детекторов:

1) Чувствительность - отношение выходного тока к оптической энергии (А/Вт).Типичная чувствительность фотодиода от 0.4 до 0.6А/Вт, а лавинного фотодиода-75А/Вт. Чувствительность зависит от длины волны.

2) Квантовая эффективность – число первичных пар электрон-дырка к числу падающих фотонов (типичное значение-70%,т.е. только 7 пар образуется в результате поглощения 10 фотонов).

3) Фотонный ток - ток, возникающий из-за тепловых эффектов (зависит от температуры материала).

4) Минимальная детектируемая мощность - минимальный уровень оптической мощности, который может быть зафиксирован.

5) Время отклика - время, которое требуется фотодиоду для преобразования оптической энергии в электрическую (от 0.5 нс до десятков нс).

6) Приложенное напряжение (PIN-диоды работают от 5В, а лавинные - до нескольких сотен Вольт).

Выбор фотодетектора осуществляется в зависимости от особенностей ВОСП, где не требуется высокой чувствительности применяют PIN ФД.

 

Вопрос: Оптические регенераторы и усилители.

Регенератор принимает искаженный оптический сигнал на свой вход и преобразует его в почти идеальную копию сигнала, похожую на ту, какая была передана предыдущим передатчиком. Этот регенерированный сигнал практически свободен от искажений. Функция регенерации выполняется полностью цифровым передатчиком и приемником. Оптические усилители не регенерируют цифровой оптический сигнал. На рис. 3.7 показана блок-схема цифрового оптического регенератора.

Регенератор должен восстанавливать форму, тактовую синхронизацию и передавать оптический сигнал дальше.

ПРОМ

Схемы принятия решения

ПОМ

Терминирование транспортной функции SONET

Восстановление сигнала синхронизации

Рисунок 3.7 - Упрощенная блок-схема цифрового оптического регенератора.

Вход регенератора представляет собой оптический сигнал, искаженный и ослабленный за счет накопленной дисперсии и потерь в секции, которую он прошел. Оптические импульсы, которые представляют двоичные 1, преобразуются в электрические 1, а битовые позиции, где такой импульс отсутствует или он очень мал, преобразуются в электрические двоичные 0.

Этот электрический сигнал передается через электрическую схему приемника, где осуществляется восстановление сигнала тактовой синхронизации. Окончательное решение о том, что существует в той или иной битовой позиции 1 или 0, определяется в процессе демодуляции оптического сигнала. В современных системах все эти функции выполняются в интегрированном PIN-приемнике.

Двоичный сигнал передается в блок терминирования транспортной функции SONET. Здесь получают доступ к транспортному заголовку SONET, что позволяет передать центру управления сетевых операций статус регенератора и качество битового потока.

Электрический сигнал блока терминирования транспортной функции SONET передается затем лазерному передатчику, который генерирует эквивалентные оптические импульсы, инициируемые потоком бит. Уровень оптической мощности лазерного передатчика, передаваемый в отходящее волокно, лежит в диапазоне от 0 до +3 дБм. Однако, если инженер-проектировщик волоконно-оптической линии связи хочет удлинить пролет/секцию (расстояние между соседними регенераторами, между регенератором и мультиплексором ввода-вывода или между регенератором и оптическим терминалом), он может разместить оптический усилитель на выходе регенератора, где сигнал может быть усилен на 20-25 дБ.

Регенератор имеет два преимущества, которых не имеет усилитель. Усилитель не регенерирует цифровой сигнал, тогда как регенератор делает это. Преимущество здесь состоит в том, что на вход усилителя подается сигнал, в котором аккумулированы все формы искажений. Этот же цифровой сигнал, содержащий те же самые плюс добавленные усилителем шумы и искажения, выходит из усилителя. В противоположность этому, регенератор устраняет большинство искажений и ухудшений цифрового сигнала и подает на выход прямоугольную последовательность двоичных импульсов. Второе преимущество регенератора состоит в том, что он имеет доступ к заголовку поля ОА&М (управления, эксплуатации и технического обслуживания) в SONET или SDH для обеспечения статуса регенератора и битового потока, проходящего через него. Этот статус сообщается в сетевой центр управления, ответственный за данную сеть. Это обеспечивает сетевому оператору прекрасную возможность для мониторинга и технического обслуживания. Усилитель же не имеет такого легкого доступа к битовому потоку.

Усиление света в оптических системах осуществляется за счет энергии внешнего источника. Основой усилителя является активная физическая среда, в которой благодаря энергетической подкачке увеличивается мощность излучения. В качестве активной среды применяются полупроводники и стекловолокна с различными примесями, например, редкоземельными эрбием (Er), неодимом (Nd), празеодимом (Pr), тулием (Tm). Накачка этих сред осуществляется непрерывно или импульсно. При усилении может происходить преобразование спектра входного сигнала, т.е. выходной сигнал может быть смещен по частоте. Классификация различных видов оптических усилителей приведена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Классификация усилителей.

К усилителям, которые используются в оптических системах передачи, предъявляется ряд требований:

Ø высокий коэффициент усиления в заданном диапазоне оптических частот;

Ø малые собственные шумы;

Ø нечувствительность к поляризации;

Ø хорошее согласование с волоконно-оптическими линиями;

Ø минимальные нелинейные и линейные искажения оптических сигналов;

Ø большой динамический диапазон входных сигналов;

Ø требуемое усиление многочастотных (многоволновых) оптических сигналов;

Ø длительный срок службы;

Ø минимальная стоимость и т.д.

Этим требованиям в наибольшей степени отвечают полупроводниковые и волоконные усилители, настроенные на окна прозрачности стекловолокна (около 0,85 мкм; 1,31 мкм; 1,55 мкм).

Нелинейные усилители пока получили незначительное применение в ВОСП. Однако для некоторых перспективных методов передачи, например, солитонных и многоволновых, их использование может оказаться ключевым.

Полупроводниковые и волоконно-оптические усилители применяются в качестве усилителей мощности, совмещаемых с оптическими передатчиками, в качестве предусилителей перед фотоприемниками и в качестве промежуточных станций в линейных трактах оптических систем передачи.

Волоконно-оптические усилители (ВОУ) получили наибольшее распространение в волоконно-оптических системах передачи.

 

 

Вопрос: Оптические усилители с примесью редкоземельного материала.

Достоинства: простота конструкции; высокая надежность; большие коэффициенты усиления; малые шумы; широкая полоса усиления; нечувствительность к поляризации усиливаемого света и т.д. Функциональная схема ВОУ приведена на рисунке 3.7.

Основу конструкции ВОУ составляет оптическое волокно с примесью редкоземельного материала. Например, для длин волн усиления 1,53 ¸ 1,55 мкм это эрбий Er. Длина волокна с примесью - от 20 до 50 м.

Для того чтобы волокно стало усиливающей средой, оно накачивается излучением l_Н от отдельного лазера. При этом возможна и двусторонняя накачка от двух лазеров. Система контроля усиления управляет током накачки лазера благодаря обратной связи, устанавливаемой через делитель мощности. Усиливаемый сигнал l_С и волны накачки l_Н объединяются в мультиплексоре и направляются в оптическое волокно с примесью, где происходит увеличение мощности сигнала. Большая часть (95%) мощности усиленного сигнала проходит через фильтр на выход. Фильтр отсекает волны накачки l_Н и шумы вне полосы частот сигнала. Оптический изолятор исключает проникновение отраженных в усилителе сигналов во входящую оптическую линию.

Рисунок 3.9 – Функциональная схема ВОУ.

Принцип действия ВОУ основан на эффекте возбуждения посредством внешней накачки атомов редкоземельного материала, помещенных в сердцевину обычного одномодового стекловолокна. Редкоземельные материалы выбраны с таким расчетом, чтобы имелись зоны поглощения внешней энергии и создавалась инверсная населенность, которая приводит в конечном результате к спонтанной и вынужденной люминесценции. При этом вынужденное свечение будет обусловлено входным сигналом и совпадает с ним по длине волны. Наиболее подходящими для ВОУ считаются редкоземельные празеодим Pr, неодим Nd, эрбий Er, тулий Tm, в связке с эрбием применяется иттрий Y. ВОУ применяются, как правило, на протяженных линиях, где передача происходит на длине волны 1,55 мкм. Применяются эрбиевые ВОУ.

В сердцевине стекловолокна помещены ионы эрбия (Er ³⁺). Для накачки ионов могут применяться излучения с λ = 1480, 980, 800, 670 и 521 нм. Реально используют 1480 и 980 нм. Это обусловлено рядом причин: эффективностью п/п лазеров большой мощности, малым затуханием ОВ, низкими требованиями к точности длины волны накачки. На длине волны 980 нм наблюдаются наименьшие шумы усиления, а на длине волны 1480 нм нет жестких требований к точности настройки. Оптический усилитель с накачкой на длине волны 1480 нм называют двухуровневым, а усилитель с накачкой на длине волны 980 нм - трехуровневым (рисунок 3.10).

Ионы эрбия возбуждаются за счет поглощения энергии волн генератора накачки (l_Н). Они переходят с основного уровня на более высокие энергетические уровни, а затем снижаются до метастабильного уровня. Одновременно на возбужденные атомы воздействует излучение сигнала l_С, вызывающее стимулированное излучение на всей длине активного волокна.

Рисунок 3.10 – Уровневая диаграмма переходов трехвалентного иона эрбия.

Однако не все атомы взаимодействуют с излучением сигнала и спонтанно переходят на основной уровень за время примерно 10 мс. Спонтанная эмиссия фотонов порождает шум излучения, который тоже может усиливаться. При достаточно интенсивном входном сигнале спонтанное излучение в эрбиевом усилителе может быть подавлено.

Рисунок 3.11 – Характеристики ВОУ.

Зависимости усиления от длины активного волокна, мощности накачки (а) и входного сигнала (б) показаны на рисунке 3.11.

Важнейшие характеристики волоконных усилителей приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Характеристики волоконных усилителей.

Окно прозрачности	0,82 – 0,85 мкм	1,28 – 1,33 мкм	1,53 – 1,56 мкм
Химическое соединение	Tm 3+ +SiO2	Pr 3+ +SiO2	Er 3+ +SiO2
Назначение усилителя	ПУ	МУ	ПУ	МУ	ПУ	МУ
Величина усиления, дБм		10 - 12	20 - 30	10 - 15	35 - 50	10 - 15
Полоса частот усиления, нм
Мощность накачки, мВт	40 - 60	40 - 80	60 - 80	100 - 150	60 - 80	100 - 150
Потребляемая мощность, Вт		7,5			2,4	7,5

 

Вопрос: Пассивные компоненты ВОСП.

К ним относятся: преобразователи длин волн, оптические соединители, оптические изоляторы оптические ответвители, оптические фильтры, конверторы, мультиплексоры.

Рассмотрим некоторые из них:

1) Оптические соединители (разъем, коннектор). Бывают разъемные (сплат) и неразъемные соединители. Они позволяют передавать свет от одной компонентной части ВОЛС к другой с минимальными потерями оптической мощности. Ключевым моментом является точное размещение волоконных сердечников для полной передачи света.

Требования к соединителям:

1. Малые вносимые потери;

2. Малое обратное отражение;

3. Устойчивость к внешним механическим, климатическим и др. воздействиям;

4. Высокая надежность и простота конструкции;

5. Возможность многократных повторных соединителей(500-1000).

По конструкции различают несимметричные и симметричные соединители. Несимметричные соединители нашли меньшее распространение. При симметричной конструкции для организации соединения требуется 3 элемента: 2 соединителя и переходная розетка.

Все одномодовые соединители используют керамические наконечники.

Неразъемные соединители. Предназначены для сварки строительных длин оптического кабеля (2-6км). Сварка оптических волокон основана на их точном центрировании, после чего волокна сваривают друг с другом дуговым разрядом между электродами. Лучшие соединители – неразъемные (потери от 0.05 до 0.1дБ). Недостатки: дорогостоящее оборудование.

Таблица 3.2 - Характеристика типичных соединителей.

Тип	Применение (материал наконечника)	Потери (дБ)	Возвращаемые потери для 1 мод. Волокна (дБ)	Срок службы (циклов)
A	B	C	D	E
FC/PC ST	SM/MM* или SM Керамика (мм) Периссталь (мм) Пластик (мм)	0.3 0.3
SC	SM/MM	0.3
ГDDI	SM	0.3	35(min)
ESCON	MM	0.5
SMA	MM	1.5
DNP	пластиковое волокно SM/MM	0.2		NA

*SM-одномодовые соединители, MM-многомодовые соединители

2) Оптические разветвители. Представляют собой в общем случае многополюсное устройство, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными полюсами. Различают направленные и двунаправленные (приемные и передающие полюса могут меняться друг с другом) разветвители.

Древовидный разветвитель

Вход

Выход n

Ответвитель

Вход

Выход n

50% мощности

Звездообразный разветвитель

Выход

Вход

1.

2.

3.

Рисунок 3.12 - Оптические разветвители.

Основными категориями оптических разветвителей являются:

1. Древовидный разветвитель. Разделяет оптический сигнал или объединяет.

2. Звездообразный разветвитель. Имеет обычно одинаковое количество входов и выходов. Оптический сигнал приходит на один из полюсов и в равной степени распределяется между остальными.

3. Ответвители. Выходная мощность распределяется не обязательно в равной пропорции. Конфигурации: 1на 2, 1 на 3, 1 на 4, 1 на 5, 1 на 6, 1 на 8, 1 на 16, 1 на 32.

3) Оптические изоляторы. Оптический изолятор обеспечивает пропускание света в одном направлении почти без потерь, а в другом (обратном) – с большими потерями. Они нужны, чтобы отраженный от неоднородности сигнал не возвращался обратно, например в лазер, что приведет к дополнительным шумам.

В основе работы оптических изоляторов лежит эффект Фарадея – вращение плоскости поляризации света оптически не активными веществами под действием продольного электрического поля.

4) WDM фильтры. WDM устройство волнового уплотнения. Они выполняют функции мультиплексирования или демультиплексирования (выделение или фильтрации оптических сигналов разных длин волн). В одно волокно из множества волокон, или из одного волокна в несколько.

 

Вопрос: Линейные коды ВОСП.

Основные характеристики ВОСП (длина регенерационного участка, метод обработки сигналов, система контроля ошибок в регенераторах, система синхронизации, помехозащищенность, искажение сигналов в линии и др.) в значительной степени зависят от выбора кода в линии.

Особенности построения линейных кодов для цифровых волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) зависят от физических свойств среды распространения сигналов. Оптическое волокно как среда передачи сигналов, а также источник излучения в передающем и фотодетектор в приемном оптических модулях предъявляют специфические требования к свойствам цифрового сигнала.

Поскольку импульсные посылки излучаемой оптической мощности могут быть только положительными или нулевыми (интенсивность оптического излучения является по самой природе положительной величиной), невозможно непосредственное использование биполярных кодов, применяемых при передаче информации по электрическим кабелям связи.

При реализации цифровых систем передачи в общем случае устанавливается n возможных значений уровня цифрового сигнала (n = 2, 3, 4...). Однако в цифровых ВОСП использование кода с основанием n>2 (многоуровневые коды) не нашло широкого применения. Таким образом, в ВОСП с прямом детектированием и применением модуляции по интенсивности света, линейный сигнал в большинстве случаев представляет собой дискретное сообщение, выраженное в двоичном коде.

К линейным кодам ВОСП предъявляются следующие основные требования:

1. Непрерывная часть энергетического спектра кода должна быть сосредоточена в относительно узкой части спектра и иметь минимальную спектральную плотность на нулевой частоте, а также НЧ и ВЧ составляющие. Это связано с требованием безыскаженной передачи принимаемого цифрового сигнала. Второй причиной является то, что оптическую мощность излучателя, зависящую от окружающей температуры, можно стабилизировать путем введения отрицательной обратной связи по среднему значению излучаемой мощности только при отсутствии НЧ части спектра линейного кода.

2. Линейный код должен содержать информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала. В приемнике эта информация используется

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: