63655 (Волоконно-оптичні системи передачі)

Вступ

В електрозв'язку в якості фізичних каналів передачі застосовуються різні види направляючих структур (мідні проводи та кабелі, оптичні кабелі), середовища передачі з вільним розповсюдженням сигналів (ефір). Для передачі сигналів використовують кабельні, радіорелейні, тропосферні, космічні (супутникові) і оптичні лінії зв'язку, а також системи радіодоступа.

Кабельні лінії зв'язку являють собою сукупність кінцевих і проміжних підсилюючих пунктів з'єднаних між собою кабелями зв'язку. В залежності від умов прокладки їх поділяють на підземні, проводні та повітряні кабелі зв'язку, а по конструкції на симетричні та коаксіальні.

Радіорелейні лінії являють собою ланцюг з прийомо-передаючих станцій, працюючих у сантиметровому, дециметровому чи метровому діапазонах довжин хвиль. Особливістю даних ліній зв'язку є умова прямої видимості між антенами станції.

Тропосферні лінії використовують явище розсіювання ультракоротких хвиль в тропосфері. В таких лініях застосовують вузьконаправлені антени, які орієнтують так, щоб їх діаграми направленості пересікались в тропосфері на висоті 10-12 км.

Космічні (супутникові) лінії використовують космічні (супутникові) ретранслятори розташовані на орбітах висотою до кількох десятків тисяч кілометрів. Вони знайшли широке застосування для телевізійного мовлення та радіонавігації.

Оптичні лінії зв'язку засновані на застосуванні в якості середовища передачі оптичних волоконних світловодів, вмонтованих в оптичний кабель, або (що значно рідше) це світлові хвилі, що розповсюджуються у вільному просторі. Оптичні кабелі зв'язку мають значні переваги перед мідними кабелями, а оптичний зв'язок перед усіма видами радіозв'язку. До них відносяться висока широкосмуговість, захищеність від зовнішніх електромагнітних полів, низькі втрати і, відповідно, велика довжина ділянки ретрансляції, малі габарити та маса, висока економічність та інше.

Проведемо порівняльний аналіз основних середовищ передачі. На сьогодні системи зв'язку з ВОЛЗ по основним показникам конкурентно здатні з супутниковими системами зв'язку, а по деяким, наприклад, широкосмуговість чи пропускна здатність, не мають собі рівних. Для порівняння різних середовищ передачі і систем зв'язку основні характеристики занесені до таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 Порівняльні характеристики різних середовищ передачі сигналу

Застосування ВОСП доцільно, економічно і ефективно на всіх ділянках Єдиної Національної Мережі Зв'язку України. Це не тільки підвищує техніко-економічні показники галузі зв'язку, але й забезпечує можливість поетапного переходу до цифрових мереж інтегрального обслуговування Волоконно-оптичні системи мають великі можливості при використанні їх у військових мережах. Метою даної роботи є короткий огляд існуючих систем передачі та їх побудова.

1. Загальні відомості про волоконно-оптичні системи передачі

Волоконно-оптичною системою передачі називається сукупність активних та пасивних пристроїв, призначених для передачі інформації на відстань по оптичних волокнах. Таким чином, ВОСП – сукупність оптичних приладів та оптичних ліній передачі для створення, передачі і обробки оптичних сигналів. В цьому разі оптичним сигналом є модульоване оптичне випромінювання джерела (лазера або світлодіода), що передається по ОВ у вигляді сукупності різноманітних типів оптичних хвиль (мод). Середовищем передачі у ВОСП є оптичне волокно, а носієм інформації – електомагнітні коливання оптичного діапазону.

О птичний діапазон на шкалі електромагнітних хвиль охоплює проміжок від 0,4 до 4 мкм (рис 1.1.), що відповідає частотам близько 1014 Гц.

Рентгенівське випромінювання

Ультрафіолетове випромінювання

Видиме випромінювання

Ближній інфрачервоний діапазон

0,01

0,4

0,75

4

λ, мк

Рис 1.1. Шкала електромагнітних хвиль

Для передачі та обробки інформації використовується не тільки видима частина спектра електромагнітних хвиль, але й частина інфрачервоного діапазону. У нинішній час використовуються довжини хвиль з інтервалом від 0,85 до 1,55 мкм.

У сучасній техніці зв'язку затвердилися цифрові засоби передачі – висока завадозахищеність, нечутливість до нелінійних спотворень, незалежність якості передачі від довжини лінії зв'язку, стабільність параметрів каналу зв'язку та інше.

У нинішній час для організації зв'язку по волоконно-оптичних лініях перевага віддається ЦСП з імпульсно-коловою модуляцією. Це зумовлено не тільки загальними перевагами ЦСП у порівнянні з АСП, але й особливістю роботи й побудови ВОСП.

Джерела оптичного випромінювання мають нелінійні модуляційні характеристики. Це ускладнює виконання вимог щодо припустимих нелінійних спотворень, при невиконанні цих вимог довжина підсилювальної ділянки ВОСП стає майже такою, як і в системах з металевими кабелями (3-6 км). Для одержання необхідної якості передачі інформації при відношенні сигнал/шум на 30-40 дБ менше, ніж АСП. Тому реалізація ВОСП з використанням ЦСП значно простіша у порівнянні з АСП.

2. Реалізація волоконно-оптичних систем передачі

Як і системи, що використовують традиційні кабелі з мідними провідниками, ВОСП є проводовими, бо сигнали оптичного діапазону передаються по направляючій системі волоконним світловодом. Тільки середовище передачі та форма сигналів в лінії відрізняють ВОСП від традиційних проводових ліній передачі. Тому побудова ВОСП аналогічна побудові будь-якої проводової багатоканальної системи передачі, в складі якої є прикінцева та проміжні станції, з'єднані безперервною направляючою системою. На рис 2.1. наведена узагальнена структурна схема ВОСП.

Обладнання лінійного тракту

Прикінцева

станція А

Прикінцева

станція Б

Проміжна

станція

1

2

1

2

3

3

4

4

5

5

6

6

1

1

п

п

Рис 2.1. Узагальнена структурна схема ВОСП

Ця схема вміщує в собі типову прикінцеву апаратуру багатоканальної системи передачі 1, апаратуру спряження2, передавальний оптоелектронний модуль 3, оптичний кабель 4, приймальний оптоелектронний модуль 5, електронний регенератор 6.

На передавальній прикінцевій станції А первинні сигнали тональної частоти надходять на прикінцеву типову апаратуру, де об'єднуються в груповий сигнал, що подається на апаратуру спряження. В ній електронний сигнал перетворюється у форму, необхідну для передачі по волоконно-оптичному лінійному тракту, тобто формується лінійний сигнал. Після цього в ПОМ здійснюється модуляція потужності оптичної несучої лінійним електричним сигналом і оптичний сигнал надходить в ОК.

При проходженні сигналу по ОК він послаблюється, а тому для збільшення дальності зв'язку встановлюються проміжні станції (регенератори). Роль регенератора підсилення, корекція та регенерація сигналу. На проміжній станції оптичний сигнал перетворюється в електричний, зворотнє перетворення відбувається на виході. Ці перетворення здійснюються у ПОМ та ПрОМ відповідно.

3. Передавальні пристрої

Оптичний передавальний пристрій – один з головних функціональних вузлів будь-якої волоконно-оптичної системи передачі. Призначення ОперП перетворення вхідного електричного сигналу в ідентичний йому оптичний сигнал з високою точністю.

Для всіх ОперП незалежно від галузі їх застосування та типу оптичного випромінювача характерні такі властивості:

• використання напівпровідникових випромінювачів (світлодіодів, лазерів);

• використання внутрішньої (прямої) модуляції оптичного випромінювання по інтенсивності;

• типовий ОперП містить електронні схеми для узгодження параметрів випромінювання з параметрами вихідних каскадів прикінцевих електронних пристроїв;

• ОперП містить схеми підсилення та перетворення вхідних сигналів, а також схеми стабілізації режимів роботи;

• ОперП має оптичний узгоджуючий пристрій або пристрій введення випромінювання у волоконний світловод.

На рис 3.1. наведені типові структурні схеми ОперП.

УП

П