9. Волоконно-оптические системы связи

9.1. Общие сведения

Под волоконно-оптической системой понимается совокупность технических средств, с помощью которых осуществляется передача ин­формации из одного пункта пространства в другой посредством физи­ческой среды, в качестве которой используется волоконный световод.

Идеальная волоконно-оптическая система передачи преобразует на передающей стороне входной электрический сигнал U_ВХ(t) в опти­ческий P(t) (см. рис. 10.1).

(9.1)

где a и m – параметры, принимающие такие значения, чтобы функция P(t) всегда оставалась положительной, а Р₀ равнялась средней мощности оптического сигнала.

Рис. 9.1. Обобщенная структурная схема ВОСС

Вследствие затухания в волоконном световоде на вход оптичес­кого приемника поступает уменьшенный по мощности сигнал К_С ∙P(t), где K_C=10^-(αL)- коэффициент передачи световода, α – погонное за­тухание световода в дБ/км, L- протяженность световода в км.

Идеальный оптический приемник преобразует свет в электричес­кий сигнал, линейно связанный с входной оптической мощностью, т.е. в величину К_ПК_СP(t), где K_П – коэффициент передачи идеально­го приемника. Приемное устройство может содержать или не содержать устройства преобразования первичного электрического сигнала (демодулятор, декодер). В общем случае на приемной стороне выделяется вы­ходной электрический сигнал U_ВЫХ(t).

Классифицировать BOCC можно в зависимости от назначения, протяженности, быстродействия, используемых элементов и вида модуляции.

9.2. Классификация волоконно-оптических систем распределения

Световодные системы по виду используемой в них модуляции делятся на аналоговые и цифровые. Это деление соответствует общепринятому для других систем связи с иной физической средой распространения сигнала. Напомним основные определения. Аналоговые ВОСС используют аналоговые методы модуляции, характеризующиеся непрерывным изменением одного из параметров переносчика сигнала (интенсивности оптического излучения при модуляции интенсивности, положения оптического импульса при ФИМ или его длительности при ШИМ и т.д.).

Цифровые ВОСС используют дискретные методы модуляции, характеризуются 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. При двоичной двухуровневой модуляции дискретный сигнал передается набором нулей и единиц, которым в случае амплитудной модуляции соответствуют световые импульсы и паузы, в случае фазоимпульсной (позиционной) модуляции – различные положения светового импульса в пределах выде­ленного временного интервала и т.п. Нестабильность выходной характеристики полупроводниковых излучателей ограничивает ис­пользование импульсных многоуровневых оптических сигналов.

По назначению и протяженности ВОСС можно разделить на системы передачи использующиеся в магистральных, зоновых и городских сетях связи. и системы распределения информации. ВОСС магистральных сетей предназначены для передачи сообщений на тысячи километров, зоновые для передачи информации в зоне до 600 км, городские служат соединительными линиями между АТС. Вычислительными центрами качестве части распределительной сети кабельного телевиденья и т.д. Как правило, эти системы предают широкополосные сигналы (телевизионный, видеотелефонный, многоканальный телефонный) и строятся на основе цифровых ВОСС с ретрансляцией. Они становятся сравнимыми по основным показателям с другими системами связи лишь при высоких скоростях передачи информации (порядка 10Мбит/с) и большой протяженности участков приема (не менее 7-10км). Для достижения таких скоростей передачи и дальностей в них используется лазеры и кремневые лавинные фотодиоды, кремниевые при работе в диапазоне 0,8 – 1,1мкм на основе AlGaAs-структур, лазеры и p-i-n фотодиоды на основе InGaAsP-структур в диапазоне 1,3-1,7мкм в сочетании с широкопо­лосным градиентным или одномодовым волокном (∆F >1000 МГц∙км), имеющим малое затухание (α<3 дБ/км).Однако при меньших скоростях передачи возможно применение и светодиодов, особенно в диапазоне 1,3-1,7мкм, где очень мала дисперсия материала световода. Особенно­сти построения компонентов таких систем, будут рассмотрены ниже при анализе цифровых ВОСС.