Волоконно-оптические системы распределения

ВОСС можно использовать для сбора и обмена информацией между удаленными оконечными устройствами (терминалами).Такие системы мо­гут устанавливаться внутри объектов, учреждений, на борту корабля или летательного аппарата, служить в качестве распределительной се­ти интерактивного кабельного телевидения (interaction – взаи­модействие).

В настоящее время получили распространение несколько видов таких систем, упрощенные схемы которых с N терминалами показана на рис 9.2:

- последовательная с ответвляющими соединениями (рис. 9.2, а);

- последовательная замкнутая (кольцевая) (рис. 9.2, б);

- параллельная с соединениями типа «звезда» (рис. 9.2, в);

- гибридная, использующая соединение типа «звезда» и ответвляв­шие соединения (рис. 9. 2, г).

В этих системах используется как симплексный, так и дуплексный режим работы. Максимальная длина между терминалами может изменять­ся от десятков метров до единиц километров, а ширина полосы пере­даваемого сигнала - от нескольких килогерц до десятков мегагерц. Отличительной особенностью рассматриваемых систем является наличие компонентов, обеспечивающих подключение терминалов к информа­ционным шинам и осуществляющих распределение информации. В этих компонентах возникают дополнительные потери, которые следует учиты­вать при выборе типа и проектировании системы.

В последовательной системе с одинаковыми и постоянными пара­метрами связующих компонент (вносимые потери в информационную шину, коэффициент ответвления направленного ответвителя и т.д.,) наименьшее значение отношения оптической мощности на входе прием­ника к оптической мощности на выходе любого другого передатчика будет для терминалов с номерами 1 и N (рис. 9.2, а), кроме того, приемные устройства должны иметь АРУ с большим динамическим диапазоном, чтобы обеспечить одинаковые условия приема сигнала от лю­бого передатчика.

а)	б)
в)	г)

Рис.9.2. Схемы волоконно-оптических систем распределения информации

 

В параллельной системе такая проблема невозникает, поскольку имеется возможность скорректировать разницу в затуханиях, вызванную различной длиной световодов.

Увеличение количества терминалов в последовательной системе приводит к быстрому уменьшению доли полезного сигнала на входе приемников. В каждом конкретном случае требуется точный расчет ха­рактеристик систем с учетом всех влияющих факторов, на основании которого производится окончательный выбор схемы построения. Однако, как правило, при N>10 целесообразнее оказывается применять параллельную систему распределения. Получаемый при этом выигрыш в уровне сигнала и менее жесткие требования к приемникам и передат­чикам оказываются более весомыми по сравнению с увеличением необ­ходимого количества кабеля.

Большое разнообразие типов распределительных систем, переда­ваемых по ним сигналов, различная длина соединительных информаци­онных шин определяют значительное количество возможных схем их построения.

В таких системах могут использоваться аналоговый и цифровой методы модуляции, двухслойные и градиентные световоды, различные сочетания излучателей и фотодетекторов. Например, бортовая система протяженностью несколько десятков метров, предназначенная для пе­редачи сигнала с полосой несколько десятков килогерц, может быть выполнена (из соображений минимальной стоимости) с использованием недорогого двухслойного оптического волокна с затуханием 10 дБ/км и выше, светодиода в качестве источника излучения с аналоговой мо­дуляцией и р-i-nфотодиода в качестве фотодетектора.

Система интерактивного кабельного телевидения, структурная схема которой изображена на рис.10.3 обеспечивает двустороннюю пе­редачу видеосигнала, сигналов звукового сопровождения и служебной связи; коммутатор, управляемый ЭВМ, реализует двустороннюю видеосвязь абонентов, а также подключение абонентов к источникам видео и зву­кового сигнала: телестудии, аудиостудии, банку служебной информации.

Создание таких систем при расстоянии между абонентами в несколько километров потребует использования градиентного или одномодового оптического волокна, полупроводниковых лазеров с цифровой модуляцией излучения и ЛФД.

Оптические передатчики

Обобщенная структурная схема оптического передатчика приведена на рис. 9.3. Оптический передатчик содержит переключатель тока, управляющий током накачки полупроводникового излучателя (СИД или лазер), и цепи стабилизации уровня излучений.

Регенерированный цифровой сигнал с устройства обработки сигнала поступает на вход переключателя тока, который в соответствии с «0» или «1» включает или выключает источник смещения тока I_М, изменяя уровень излучаемой оптической мощности от P`<sub>0</sub> при передачи «0» до пикового значения P`₁ при передачи «1». Модулирующий ток I_М накладывается на ток постоянного смещения I_δ, который определяет уровень остаточной мощности P`₀. Ток I_δ поступает от источника регулируемого базового тока. Величины токов I_М и I_δ устанавливаются в соответствии с требованиями к параметрам оптического цифрового сигнала.

Для стабилизации отношений С/Ш на входе решающего устройства регенератора в передатчике необходимо поддерживать постоянной разность пиковой и остаточной мощностей P`<sub>1</sub>- P`₀ и снижать фазовые флуктуации переднего фронта оптического импульса.

Постоянство разности P`<sub>1</sub>- P`₀ при изменении температуры и старении полупроводникового излучателя обеспечивается с помощью автоматической регулировки тока I_М. Величины фазовых флуктуаций переднего фронта оптического импульса и уровня шумов излучателя зависят от установки величины тока I_δ относительно порогового тока. При достижении порогового тока отношение С/Ш на приемной стороне уменьшается. При лазерном режиме генерации (I_δ > I_t), кроме уменьшения шумов источника излучения уменьшается время задержки включения излучателя. В связи с этим как правило величина I_δ в оптическом передатчике на полупроводниковом лазере выбирается близко к I_t, но не должна превышать это значение. Для стабилизации I_δ относительно I_t в схеме передатчика имеется цепь стабилизации средней мощности излучения с помощью изменения величины I_δ.

 

Рис. 9.3. Структурная схема оптического передатчика

 

Для устранения влияния низкочастотной составляющей энергетического спектра оптического сигнала, дестабилизирующей величины P_СР и P`<sub>1</sub>- P`₀, в состав цепи обратной связи включен фильтр нижних частот. Принцип работы цепей стабилизации режима излучателя поясняет рис. 9.4. При повышении температуры ватт - амперная характеристика лазера смещается и при отключенных цепях стабилизации мощности P`<sub>1</sub>- P`₀ уменьшаются, разность I_δ и I_t увеличивается, разность P`<sub>1</sub>- P`₀ уменьшается.

Рис. 9.4. К пояснению принципа работы цепей стабилизации

 

После времени установления переходных процессов в цепях стабилизации устанавливаются новые значения I_δ2 и I_t2 и восстанавливается прежнее значение разности P`<sub>1</sub>- P`₀ и P_СР. Для уменьшения температурной зависимости I_t в передатчике имеется схема термокомпенсации. В этом случае старение лазера контролируется по изменению тока I_δ, а информация об уровне тока смещения от каждого промежуточного регенератора по цепям контроля передается на оконечные станции.

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны быть введены в волокно с минимальными потерями. Производятся весьма разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а также по типу источника излучения. Одни
работают на телефонных скоростях с максимальным расстоянием до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.

Один из вариантов ПОМ в виде структурной схемы представленной на рис 9.9

Рис. 9.5 Структурная схема оптоэлектронного модуля

Главным элементом ПОМ является источник излучения. Перечислим основные требова­ния, которым должен удовлетворять источник излучения, применяемый в ВОЛС: излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. В тра­диционных оптических волокнах существует три окна, в которых достигаются меньшие потери света при распространении: 850, 1300, 1550 нм; источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспе­чения передачи информации на требуемой скорости; источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть излу­чения источника попадала в волокно с минимальными потерями; источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не на столько, чтобы излучение приводи­ло к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник; температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излу­чения; стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой.

Два основных типа источников излучения, удовлетворяющие перечисленным требовани­ям, используются в настоящее время - светодиоды (LED) и полупроводниковые лазерные диоды (LD).

Главная отличительная черта между светодиодами и лазерными диодами - это ширина спектра излучения. Светоизлучающие диоды имеют широкий спектр излучения, в то время как лазерные диоды имеют значительно более узкий спектр (рис. 9.10). Оба типа уст­ройств весьма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями.

а б

в

Рис. 9.6 Спектры излучения светодиодов и лазерных диодов

Для организации передачи оптических сигналов не достаточно иметь только источник излучения. В любой конструкции ПОМ есть специальный держатель (housing), который позво­ляет закрепить и защитить составные элементы передатчика: источник излучения, узел элек­трического интерфейса и место сопряжения с волокном. Иногда требуются дополнительные внутренние элементы для оптимального подсоединения волокна. Важным элементом лазер­ных диодов является цепь тока накачки, и система контроля температуры. Для сложных ла­зерных систем добавляют выходной мониторинг оптического сигнала.

⇐ Предыдущая54555657585960616263Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: