3.3. Методы приема оптических сигналов.
В ВОСП могут использоваться два метода приема оптических сигналов: прямого детектирования и гетеродинный.
На рисунке 3.10 представлена схема приемника прямого детектирования для приема сигналов с непосредственной модуляцией оптического излучения.
ФД Предусилитель ФНЧ Выходной Решающее ЦС
усилитель
устройство
Рис. 3.10. Схема приемника прямого детектирования оптических сигналов
В приемном устройстве после фотодетектирования и усиления в предусилителе электрический сигнал дополнительно фильтруется ФНЧ, чем обеспечивается снижение мощности дробовых и тепловых шумов на входе решающего устройства, затем сигнал усиливается видеоусилителем и поступает на решающее устройство. Фотодетектор выполняет одновременно и роль демодулятора.
На рисунке 3.11 представлена схема приемника прямого детектирования оптического сигнала при модуляции излучения по интенсивности поднесущей, которая, в свою очередь, модулирована исходным сигналом по амплитуде, частоте или фазе.
ДМ
ЦС
ФД Пред.Ус.
ПФ УПЧ ФНЧ
ВУ РУ
fпч
fпч
Рис. 3.11. Схема приемника прямого детектирования оптических сигналов
Приемники, построенные по методу прямого детектирования, нашли в настоящее время наибольшее применение в силу простоты схемы построения, относительной дешевизны. Однако они не реализуют требуемой избирательности и не обеспечивают достаточно высокого энергетического потенциала.
Мощным инструментом повышения отношения сигнал/шум является когерентный прием, обеспечивающий повышение энергетического потенциала ВОСП на 20 ... 25 дБ по сравнению с прямым детектированием. Объясняется это нечувствительностью когерентного приема ко всем внутренним и внешним шумам, кроме дробовых шумов оптического гетеродина. В основе когерентных ВОСП лежит гетеродинный прием независимо от вида модуляции. Структурная схема ВОСП, реализующая метод гетеродинного приема, приведена на рис.3.12.
Ic
ПОМ В М
ОО ФД ПФ УПЧ ДМ
ФНЧ Ус РУ
ПК
Гет. АПЧ
Рис. 3.12. Структурная схема ВОСП, реализующая метод
гетеродинного приема
Лазерный излучатель ПОМ генерирует оптический сигнал. Оптический вентиль (В) обеспечивает изоляцию лазера ПОМ от обратного отраженного излучения, которое может привести к дестабилизации процесса генерации (перескок с одной моды на другую) и вызвать уширение линии генерации. Выбранный вид модуляции реализуется с помощью внешнего электрооптического модулятора (М), на который подается цифровая информация. В качестве среды распространения используется одномодовое однополяризационное ОВ, сохраняющее одно состояние поляризации излучения, так как когерентное оптическое детектирование очень чувствительно к поляризационным состояниям излучения и излучения местного лазерного гетеродина (поляризации обоих лучей должны совпадать). При использовании обычного одномодового волокна на приемной стороне необходимо установить поляризационный корректор (ПК), совмещающий плоскость поляризации излучения местного гетеродина (Гет.) с плоскостью поляризации принимаемого излучения.
В оптическом объединителе (ОО) принимаемый сигнал суммируется с излучением местного лазерного гетеродина и подается на квадратичный фотодетектор ПРОМ. В результате нелинейного преобразования суммарного сигнала на выходе ФД появляется сигнал промежуточной частоты fпч, амплитуда, частота или фаза которого пропорциональны соответствующим параметрам сигнального излучения. Затем сигнал демодулируется обычным образом. Контур автоматической подстройки частоты (АПЧ) необходим для регулирования частоты местного лазерного гетеродина и удержания значений разностной частоты fпч в пределах частотной полосы УПЧ, следующего за фотодетектором.
При гомодинном оптическом преобразовании демодулированный НЧсигнал непосредственно выделяется после фотодетектора, так как частота излучения местного лазерного гетеродина совпадает с частотой несущей оптического сигнала (рис.3.13). При этом необходим контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) местного гетеродина.
Ic
ПОМ В
М ОО ФД ФНЧ
Ус. РУ
ПК
Гет.
Рис.3.13. Структурная схема ВОСП, реализующая метод гомодинного приема
Методы гетеродинного приема оптических сигналов являются более сложными по сравнению с методами прямого детектирования и предъявляют очень высокие требования к отдельным элементам ВОСП, однако они обладают рядом неоспоримых достоинств:
чувствительность гетеродинных и гомодинных приемников ограничивается только уровнем дробовых шумов излучения местного гетеродина. Такая чувствительность соответствует квантовому пределу детектирования в оптическом диапазоне. По чувствительности когерентные оптические приемники существенно превосходят реальные приемные устройства прямого детектирования (примерно на 20 ... 25 дБ, в зависимости от схем модуляции-демодуляции);
сочетание этих систем и спектрального разделения каналов позволяет достаточно полно реализовать пропускную способность “окон прозрачности” 1,3 и 1,55 мкм;
очень узкая спектральная линия генерации лазерных излучателей, присущая когерентным сигналам, снижает ограничения на увеличение длины оптического канала связи, поэтому основным фактором, ограничивающим длину линии, остаются лишь линейные потери в ОВ. Расчеты показывают, что перечисленные достоинства позволяют увеличить расстояние между оптическими ретрансляторами до 300 км (на длине волны 1,55 мкм).
Таким образом, в данной лекции были рассмотрены назначение, требования и параметры оптических приемников, структура приемных оптических модулей, методы приема оптических сигналов. Было показано, что наиболее целесообразно в качестве фотодетекторов применять p-i-nдиоды и ЛФД. Причем для магистральных линий предпочтительнее применение ЛФД, несмотря на значительные недостатки, которые им присущи. Наиболее распространенным и технологически проработанным является метод прямого детектирования, но более перспективными методы гетеродинного и гомодинного приема.