Вопрос 1. Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи

Тема № 8. Основные узлы оптических систем передачи

 

Вид занятия: лекция (традиционная)

 

Время: 2 часа (90 мин)

 

Место проведения: учебная аудитория

 

Категория обучающихся: студенты 2-го курса (очная форма обучения)

 

Воронеж ‑ 2014

Цели занятия:

а) рассмотреть варианты излучения по оптическому волокну;

б) изучить способы прохождения сигнала по оптическому кабелю;

в) добиться знания каждым обучаемым роли передачи информации по оптическому кабелю при выполнении служебных задач;

г) воспитать чувство значимости правильной эксплуатации и применения средств электросвязи.

 

Учебно-материальное обеспечение:

план-конспект на занятие по данной теме, методические материалы (разработанные сотрудниками кафедры), мультимедийные презентации, раздаточный материал (рисунки, таблицы), технические средства обучения (мультимедийный проектор, компьютер), доска, мел.

 

Метод(ы) обучения:

объяснение с иллюстрацией.

 

Учебные вопросы:

1. Распространение излучения по оптическому волокну.

2. Способы прохождения сигнала по оптическому кабелю.

 

Основные понятия:

системы и сети электросвязи, оптическое волокно, сигналы электросвязи.

 

Межпредметные связи: системы и средства связи в УИС, системы коммутации.

 

Литература:

1. Гроднев И.И., Верник С.М., Кочановский Л.Н. Линии связи.- M: Радио и связь, 1995

2. Брискер А.С., Руга А.Д., Шарле Д.Л. Городские телефонные кабели. Справочник.- М: Радио и связь, 1991.

 

Ход занятия:	Время, мин
1. Вводная часть: рапорт командира, проверка наличия личного состава, проверка готовности обучающихся к занятию, актуализация темы занятия
2. Основная часть: Сообщение новых знаний преподавателем и усвоение их обучаемыми. Введение термина – сигнал. Объяснение предназначения цифровых систем передачи. Введение и объяснение термина – формирование сигнала. Перечисление требований, предъявляемых к передаче сигналов в цифровых системах. Показ с помощью слайдов и раздаточного материала структуры телекоммуникационной системы.
3. Подведение итогов проведенного занятия, ответ на вопросы обучаемых. Оценка работы обучающихся.
4. Формирование домашнего задания:постановка вопросов для самоподготовки.
5. Организационное завершение занятия:сбор раздаточного материала, рапорт командира группы.

Вопрос 1. Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи

 

В состав волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) вхо­дят следующие технические средства:

1) каналообразующее оборудование (КОО) тракта передачи, обеспечивающее формирование определенного числа типовых каналов или типовых групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи;

2) оборудование сопряжения (ОС) тракта, необходимое для со­пряжения параметров многоканального сигнала на выходе КОО с параметрами оптического передатчика;

3) оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразо­вание электрического сигнала в оптический сигнал, длина волны которого совпадает с одним из окон прозрачности оптического волокна; в состав ОПер входят: источник оптического излучения (ИОИ) - оптической несущей,один или несколько параметров которой модулируютсяэлектрическим многоканальным сигналом, поступающим с ОС, и согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно оптического кабеля с. минимально возможными потерями; как правило, источник оптиче­ского излучения и согласующее устройство образуют единый блок, называемый передающим оптическим модулем(ПОМ);

4) оптический кабель, волокна которого (ОВ) служат средой рас­пространения оптического излучения;

5) оптический ретранслятор (ОР), обеспечивающий компенсацию затухания сигнала при его прохождению по оптическому волокну (ОВ) и коррекцию различного вида искажений; ОР могут быть обслужи­ваемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через опреде­ленные расстояния, называемые ретрансляционными участками;в ОР может производиться обработка (усиление, коррекция, регенера­ция и т.д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и опти­ческого сигнала с помощью оптических квантовых усилителей;

6) оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптиче­ского излучения и преобразования его в электрический сигнала; ОПр включает в себя согласующее устройство (СУ), необходимое для вывода оптического излучения из ОВ с минимальными потеря­ми, и приемник оптического излучения (ПОИ); совокупность согла­сующего устройства и приемника оптического излучения представляет приемный оптический модуль (ПРОМ);

7) оборудование сопряжения (ОС) тракта приема, преобразую­щее сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответст­вующего КОО;

8) каналообразующее оборудование (КОО) тракта приема, осу­ществляющее обратные преобразования многоканального сигнала в сигналы отдельных типовых каналов и трактов.

Обобщенная структурная схема ВОСП приведена на рис.1.

 

 

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема ВОСП

Для модуляции оптической несущей многоканальным электриче­ским сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (AM), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др.

При фиксированных пространственных координатах мгновен­ное значение электрического поля монохроматического оптического излучения можно записать в виде:

где Е_м - амплитуда поля;

ω₀и φ₀соответственно частота и фаза оптической несущей.

Тогда мгновенное значение интенсивности оптического излучения будет равно

а усредненное значение по периоду Т₀=2π/ω₀ равно

Величина Р называется средней интенсивностьюили мощно­стьюоптического излучения.

При модуляции интенсивности (МИ) именно величина Р изме­няется в соответствии с модулирующим многоканальным сигналом.

Обладая волновой природой, оптическое излучение в то же время является дискретным. Оно излучается и поглощается только в виде дискретных квантов - фотонов с энергией hf₀,где_ h- постоянная Планка. Поэтому мощность оптического излучения Рможно характе­ризовать интенсивностью потока фотонов (числом в единицу време­ни) J = P/hfo,которая и модулируется многоканальным сигналом. Отметим, что МИ нашла самое широкое применение при по­строении волоконно-оптических систем передачи, так как приводит к относительно простым техническим решениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преобразования опти­ческого сигнала в электрический, т.е. демодуляции.

Вопрос 2. Классификация волоконно-оптических систем передачи. Способы организации двусторонней связи на основе волоконно-оптических систем передачи. Способы уплотнения оптических кабелей

 

Существует разнообразная классификация ВОСП, но в основном применяется следующая.

1. ВОСП в зависимости от применяемого каналообразующего оборудования делятся на:

- аналоговые волоконно-оптические системы передачи(АВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе анало­говыхметодов модуляции параметров гармонической несущей частоты (амплитудная, частотная, фазовая модуляции и их комби­нации) или параметров периодической последовательности им­пульсов (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазоимпульсная модуляции и их комбинации);

- цифровые волоконно-оптические системы передачи(ЦВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе импульсно-кодовой модуляции, дельта-модуляции и их разновидно­стей; самое широкое применение находят ЦВОСП.

2. ВОСП в зависимости от способа модуляции оптического излу­чения подразделяются на:

- волоконно-оптические системы передачи с модуляцией интен­сивностиоптического излучения и соответствующей его демодуля­ции, называемые иногда прямой модуляциейи широко приме­няемой в большинстве ЦВОСП;

- волоконно-оптические системы передачи с аналоговыми мето­дами модуляции оптического излучения(оптической несущей): амплитудной, фазовой, частотной модуляциями и их комбинациями.

3. ВОСП в зависимости от способа приема или демодуляции оп­тического сигнала подразделяются на:

- волоконно-оптические системы передачи с прямой демодуляци­ейили непосредственным приемом, при котором происходит непосредственное преобразование интенсивности оптического излуче­ния в электрический сигнал, напряжение или ток которого одно­значно отражают изменение интенсивности оптического сигнала;

- когерентные волоконно-оптические системы передачи,в кото­рых применяется гетеродинноеили гомодинноепреобразование частоты независимо от вида модуляции (синхронная или несин­хронная) оптического излучения, осуществляемое на промежуточ­ной частоте. При гетеродинном приеме одновременно с оптическим сигналом частоты f _c на фотодетектор подается достаточно мощное оптическое излучение местного гетеродина с частотой f_Г, на выходе фотодетектора выделяется промежуточная частота f_пром = f _c- f_Г, на которой и осуществляются дальнейшие преобразования оптического сигнала в электрический. При гемодинном методе приема частоты колебаний принимаемого оптического излучения и местного гетеро­дина должны быть одинаковыми (f_c = f_Г), а фазы синхронизированы.

4. По способу организации двусторонней связи ВОСП подразде­ляются на:

а) двухволоконную однополосную однокабельную,при которой передача и прием оптических сигналов ведутся по двум оптическим волокнам (ОВ) и осуществляются на одной длине волны λ. Каждое ОВ является эквивалентом двухпроводной физической цепи и, так как взаимные влияния между оптическими волокнами кабеля отсут­ствуют, то тракты передачи и приема различных систем организу­ются по одному кабелю, т.е. такие ВОСП являются однокабельными однополосными.

Принцип построения двухволоконной однокабельной однополос­нойВОСП показан на рис.2,

 

Рисунок 2 – Принцип построения двухволоконной однокабельной однополос­нойВОСП

 

где приняты обозначения:

КОО - каналообразующее оборудование; ОС - оборудование сопряжения; ОПер - оптический передатчик; ОВ - оптическое во­локно; Опр - оптический приемник; достоинством такой ВОСП является использование однотипного оборудования трактов пере­дачи и приема оконечных и промежуточных станций, а недостатком - весьма низкий коэффициент использования пропускной способно­сти ОВ;

б) одноволоконную однополосную однокабельную(рис.3), осо­бенностью которой является использование одного оптического волокна для передачи сигналов в двух направлениях на одной и той же длине волны; на рис. 3 к ранее принятым обозначениям добави­лись следующие:

 

Рисунок 3 – Принцип построения одноволоконной однополосной однокабельной ВОСП

ОРУ - оптическое развязывающее устройство, осуществляющее поляризацию световых волн или разделение типов направляемой волны оптического излучения;

в) одноволоконную двухполосную однокабельную,при которой передача в одном направлении ведется на длине волны оптическо­го излучения λ₁, а в другом – λ₂, разделение направлений передачи осуществляется с помощью направляющихоптических фильтров (ОФ), настроенных на соответствующие длины волн оптического излучения; обобщенная схема такого способа организации двусто­ронней связи приведена на рис.4,

 

Рисунок 4– Принцип построения одноволоконной двухполосной однокабельной ВОСП

здесь ОФ_{λ 1,2} - направляющие оптические фильтры, выделяющие соответствующие длины волн;

5. По назначению и дальности передачи ВОСП подразделяются на:

а) магистральныеВОСП, предназначенных для передачи сооб­щений на тысячи километров и соединяющих между собой центры республик, краев, областей, крупные промышленные и научные центры и др.;

б) зоновые ВОСП, предназначенные для организации связи в административных пределах республик, краев, областей и протя­женностью до 600 км;

в) ВОСП для местныхсетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях;

г) ВОСП для распределения информации, обеспечивающие связь между вычислительными машинами, организацию локальных компьютерных сетей и сетей кабельного телевидения.

6. По методам уплотнения оптического волокна, в основе кото­рых лежит процесс мультиплексирования,т.е. одноврменной пере­дачи нескольких потоков светового излучения по одному волокну, ВОСП подразделяются на:

а) ВОСП со спектральным уплотнениемили мультиплексиро­ванием с разделением длин волн,при котором по одному ОВ одновременно передается не­сколько спектрально разнесенныхоптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальный сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием. Возмож­ность построения таких систем основывается на сравнительно слабой зависимости коэффициента затухания ОВ в пределах соот­ветствующего окна прозрачности от частоты (или длины волны) оптической несущей. Поэтому, применяя метод частотного разде­ления, по одному ОВ можно организовать несколько широкополос­ных оптических каналов, увеличив тем самым результирующую скорость передачи информации. Структурная схема ВОСП со спек­тральным разделением оптических каналов показана на рис.5,

 

Рисунок 5– Структурная схема ВОСП со спектральным разделением

где ОФМС - оборудование формирования многоканального сигнала, представляющего совокупность каналообразующего оборудования (КОО) и оборудования сопряжения (ОС), предназначенного для формирования электрического сигнала, параметры которого согла­сованы с оптическим передатчиком (ОПер) и оптическим приемни­ком (ОПр); УСО (или MUX - мультиплексор WDM) - устройство спектрального объединения, осуществляющее ввод различных оптических несущих в одно оптическое волокно (ОВ); УСР (или DMUX - демультиплексор WDM) - устройство спектрального разде­ления, где оптические несущие разделяются в пространстве и поступают на оптические приемники.

На передающей станции имеется л систем передачи (однотип­ных или разнотипных), сигналы которых подаются на л оптических передатчиков, излучающих различные оптические несущие λ₁, λ₂,…. λ_n-1, λ_n.С помощью УСО осуществляется ввод различных несу­щих в ОВ. На приемной стороне в УРС оптические несущие разде­ляются и подаются на оптические приемники и далее на ОФМС. Таким образом, по одному ОВ организуется л спектрально разде­ленных оптических каналов,т.е. пропускная способность ОВ уве­личивается в л раз по сравнению с традиционным построением оптических систем передачи. Кроме того, этот метод позволяет обеспечить развитие сетей связи без проведения дополнительных строительных работ, а также создавать разветвленные сети любой структуры с пассивными элементами спектрального уплотнения в местах разделения или выделения световых потоков. При этом расширяются возможности передачи различных сигналов (телефо­нии, телевидения, телеметрии, передачи данных и др.) с различны­ми скоростями или шириной полосы частот и типами модуляции - цифровой и аналоговой. Все это обеспечивает создание экономич­ных многофункциональных телекоммуникационных систем и сетей.

Для объединения и разделения оптических несущих могут ис­пользоваться различные оптические спектральные устройства: мультиплексоры, демультиплексоры,работа которых основана на явлениях физической оптики: дисперсия, дифракция и интерфе­ренция.В основе структуры мультиплексоров и демультиплексоров может быть оптическая призма, многослойный диэлектрик, дифрак­ционная решетка и др.

б) ВОПС с частотнымили гетеродинным уплотнением. В сис­темах передачи с частотным мультиплексированием исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трак­тах отводятся определенные полосы частот. В этом случае для получения группового линейного оптического сигнала требуются близко расположенные стабильные оптические несущие.Однако нестабильность частоты оптического излучения, особенно при высокоскоростной модуляции, приводит к тому, что расстояние по спектру между рабочими длинами волн соседних каналов во много раз превышает полосу информационного сигнала. Поэтому для получения близко расположенных спектральных каналов в ВОСП используются различные несущие не от разных источников, а от одного, но достаточно стабильного, с помощью соответствующего сдвига оптической несущей. Уплотнение, использующее такой принцип формирования оптических несущих, называется частотным или гетеродинным уплотнением. Структурная схема, поясняющая принцип формирования группового оптического сигнала, приведена на рис. 6. Оптическое излучение с выхода источника оптического излучения (ИИ), содержащего ряд несущих f_h f₂,..., f_N, поступает на анализатор A₁, представляющий собой спектральную призму Глана-Тейлора, а затем, пройдя четвертьволновую призму λ/4 -на фильтр первого канала Ф₁. Это фильтр пропускает оптическую несущую первого канала f₁к оптическому модулятору ОМ₁где она и моду­лируется информационным оптическим сигналом. Оптическое излучение с частотами f₂,..., fn(т.е., кроме f₁) отражается фильтром и возвращается к анализатору А₁ По пути оно вторично проходит через четвертьволновую призму и попадает на анализатор А₂.Оптическая несущая первого канала, промодулированная в ОМ₁, информационным сигналом, отражаясь от зеркала также возвраща­ется к анализатору А₁.

 

Рисунок 6 – Схема формирования оптического группового сигнала при частотном (гетеродинном) уплотнении

 

Плоскость поляризации оптического сигнала, дважды прошедше­го четвертьволновую призму, поворачивается на π/2по отношению к плоскости поляризации исходного колебания, в связи с чем свето­вой пучок отклоняется в призме и выходит из нее. Далее общий сигнала поступает на анализатор А₂ и процесс повторяется, с той лишь разницей, что модулируется оптическое излучение с частотой f₂.Таким образом, формируется оптический групповой сигнал, поступающий в оптическое волокно кабеля.

Принимаемый групповой оптический сигнал, содержащий ряд промодулированных оптических несущих, поступает на анализатор А₁ (рис.7), а затем после прохождения через четвертьволновую призму и фильтр первого канала - на оптический смеситель (ОСМ).

 

 

Рисунок 7– Схема приема группового оптического сигнала при частотном (гетеродинном) уплотнении

Фильтр Ф₁пропускает только оптический сигнал с несущей час­тотой f₁ сигнал с другими частотами отражается и поступает на А₂.Оптическая промодулированная несущая частота f₁ перемножается в ОМСс частотой местного гетеродина (Гет), затем промежуточная частота f_промвыделяется полосовым фильтром (ПФ)и поступает на фотодетектор (ФД), на выходе которого формируется электрический информационный сигнал. Таким образом, прием осуществля­ется гетеродинным способом. Аналогично происходит детекти­рование сигнала во всех остальных каналах.

Достоинство метода частотного (гетеродинного) уплотнения за­ключаются в том, что длина регенерационного участка регенерации за счет гетеродинного приема возрастает до 200 км и значительно повышается коэффициент использования пропускной способности ОВ. Недостатками данного метода является то, что требуется опти­ческий тракт приема и передачи с сохранением поляризации, а также ряд дополнительных устройств: сдвигателей частоты, опти­ческих вентилей, контроллеров поляризации, оптических усилите­лей, систем автоподстройки частоты и т.п., что значительно усложняет и увеличивает стоимость ВОСП.

в) ЦВОСП с временным уплотнением (с временным мультип­лексированием),при котором несколько информационных или компонентныхпотоков объединяются в один, и для передачи каждого компонентного потока по одному ОВ отводится свой вре­менной интервал.Объединение может быть осуществлено на уровне электрических сигналови на уровне оптических сигналов.Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов приведено на рис.8, где приняты следующие обозначения:

 

 

 

Рисунок 8 – Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов

1...N - источники компонентных информационных потоков, пред­ставляющих многоканальные электрические сигналы; MUX - времен­ной мультиплексор, который, создавая групповой электрический сигнал, последовательно подключает компонентные многоканальные электрические сигналы к общему оптическому передатчику (ОПер) на определенный временной интервал;ОВ - оптическое волокно; ОПр - оптический приемник, преобразующий оптический сигнал в группо­вой электрический, содержащий N компонентных многоканальных электрических сигналов; DMUX - временной демультиплексор, рас­пределяет принятые компонентные многоканальные электрические сигналы по соответствующим приемникам 1...N. Мультиплексор и демультиплексор должны работать синхронно.Отметим, что компонентные информационные потоки могут быть сформированы как на основе систем передачи с частотным разделением каналов, так и на основе систем передачи на основе импульсных и цифровых методов модуляции.

Схема с временным мультиплексированием (уплотнением) на уровне оптических сигналов приведена на рис.9,

 

 

Рисунок 9 – Временное мультиплексирование на уровне оптических сигналов

где приняты сле­дующие обозначения: Опер_1…N - оптические передатчики, 1...N компонентных информационных потоков (многоканальных электри­ческих сигналов аналоговых или цифровых, преобразованных в оптические сигналы); OMUX - оптический мультиплесор, осущест­вляющий задержку оптического сигнала от каждого ОПер на вели­чину Δτ, 2Δτ..... NΔτ (здесь N - число компонентных информа­ционных потоков или многоканальных оптическихсигналов), объединяющий N многоканальных оптических сигналов в групповой оптический поток и направляющий его в оптическое волокно (ОВ); ODMUX - оптический демультиплексор, осуществляющий на прие­ме обратные преобразования.

При временном мультиплексировании как на уровне электриче­ских сигналов, так и на уровне оптических, требуется передача коротких (наносекундных) световых импульсов. Однако передача субнаносекундных импульсов предъявляет чрезвычайно высокие, близкие к предельным, требования к быстродействию оптоэлектронных компонентов оптических передатчиков и приемников ВОСП. Кроме того, скорость передачи или широкополосность опти­ческих трактов ограничивается дисперсионными свойствами ОВ.

Основными достоинствами временного мультиплексирования являются увеличение коэффициента использования пропускной способности ОВ (уже достигнуты скорости передачи до 16 и выше Гбит/с) и возможность создания полностью оптической сети связи.

 

Методы уплотнения ВОСП

Временное уплотнение. Данный метод предполагает объединение нескольких информационных потоков в один. Объединение может быть осуществлено на уровне электронной аппаратуры (электрических сигналов) и на уровне оптических сигналов. При объединении электрических сигналов (рис.11) две серии импульсов (может быть N источников), поступающие с входов А и В, с помощью устройства объединения (УО) суммируются в определенной последовательности чередования в групповой сигнал. По­следний в оптическом передатчике модулирует оптическую несущую.

Оптическое излучение распространяется по ОВ и в оптическом приемнике вновь преобразуется в электрический сигнал. Затем этот сигнал разделяется устройством разделения (УР) на две серии импульсов, подобных входным, которые поступают на выходы А' и В'.

 

 

Рисунок 11 – Принцип временного уплотнения на уровне объединения

электрических сигналов

 

Схема объединения оптических цифровых потоков показана на рис.12. Электрические цифровые потоки от N источников поступают на N оптических передатчиков, в которых осуществля­ется преобразование электрических сигналов в оптические. Перед объединением оптических сигналов происходит их задержка на ∆t; 2∆t; 3∆t;...; (N-1)∆t. После такой задержки на выходе оп­тического смесителя (ОС) имеем последовательность оптических импульсов. При приеме осуществляется обратное преобразование.

 

 

 

Рисунок 12 – Принцип временного уплотнения на уровне объ­единения

оптических сигналов

При временном уплотнении требуется передача коротких (10^-9 cи менее) световых импульсов. Однако передача субнаносекундных импульсов предъявляет чрезвычайно высокие требования к быстродействию оптоэлектронных компонент приемопередающей аппаратуры ВОСП, близкие к их предельным возможностям. Кроме того, скорость передачи (широкополосность) ограничена дисперсионными свойствами оптического волокна.

К основным достоинствам временного уплотнения относятся: увеличение коэффициента использования пропускной способности оптического волокна (уже экспериментально достигнуты скорости передачи 8...16 Гбит/с); возможность создания полностью оптической сети связи.

Пространственное уплотнение. Этот метод использует преимущества оптических волокон: гибкость и малые размеры Это позволяет создавать оптический кабель, содержащий несколько десятков ОВ. При таком методе (рис. 13) число ВОСП равно числу ОВ в оптическом кабеле, а следовательно, пропускная способность определяется числом ОВ в кабеле. Недостатком пространственного уплотнения являются большой расход оптического во­локна, значительные затраты на каблирование, а следовательно, и высокая стоимость линейного тракта. Для магистральных ВОСП, где стоимость 1 канало-километра определяется в основном стоимостью кабеля, метод пространственного уплотнения не обеспечивает улучшения технико-экономической эффективности.

 

 

Рисунок 13 – Принцип пространственного уплотнения

 

Частотное уплотнение (гетеродинное). В системах передачи с частотным уплотнением исходным сигналам различных источни­ков информации в линейных трактах отводятся определенные по­лосы частот. В этом случае для получения группового линейного сигнала требуются близко расположенные стабильные оптические несущие. Однако нестабильность линии излучения полупроводни­ковых лазеров, особенно при высокоскоростной модуляции, при­водит к тому, что расстояние по спектру между рабочими длина­ми волн соседних каналов во много раз превышает полосу ин­формационного сигнала. Поэтому для получения близко располо­женных спектральных, каналов в ВОСП используются различные несущие не от разных источников, а от одного с помощью сдвига оптической несущей.

 

 

Рисунок 14 – Принцип формирования группового оптиче­ского сигнала при частотном (гетеродинном) уплотне­нии

Оптическое излучение с выхода лазерного источника излуче­ния (ИИ) (рис. 14), содержащего ряд несущих f₁, f₂, f₃, ..., f_N поступает на поляризатор A₁, представляющий собой призму Глана-Тейлора, а затем, пройдя четвертьволновую призму, – на фильтр первого канала Ф₁. Этот фильтр пропускает оптическую несущую первого канала f₁ к оптическому модулятору ОМ, где она и модулируется. Оптическое излучение с частотами f₂, f₃, ..., f_N (т. е. кроме f₁) отражается фильтром и возвращается к анализа­тору A₁, по пути к которому вторично проходит через четверть­волновую призму и попадает на поляриизатор А₂. Оптическая не­сущая первого канала, промодулированная в оптическом модуля­торе OM₁ информационным сигналом, отражаясь от зеркала, так­же возвращается к анализатору A₁.

Плоскость поляризации оптического сигнала, дважды прошед­шего четвертьволновую призму, поворачивается на π/2 по отно­шению к плоскости поляризации исходного колебания, в связи с чем световой пучок отклоняется в призме и выходит из нее. Да­лее общий сигнал поступает на анализатор А₂ и процесс повто­ряется, с той лишь разницей, что модулируется оптическое излу­чение с частотой f₂. Таким образом формируется оптический груп­повой сигнал, поступающий в оптическую линию связи.

На приеме оптический групповой сигнал, содержащий ряд промодулированных оптических несущих, поступает на поляриза­тор A₁ (рис. 15), а затем после прохождения через четвертьвол­новую призму и фильтр первого канала — на оптический смеси­тель (ОС). Фильтр Ф₁ пропускает только оптический сигнал с частотой f ₁, остальные сигналы отражаются и поступают на А₂.

 

 

Рисунок 15 – Принцип приема группового оптического сигнала при частотном (гетеродинном) уплотнении

Оптическая промодулированная несущая с частотой f₁ перемно­жается в ОС с частотой местного гетеродина, затем промежуточ­ная частота f_пр выделяется полосовым фильтром (ПФ) и посту­пает на фотодетектор, на выходе которого формируется электрический сигнал. Таким образом, прием осуществляется ге­теродинным способом. Аналогично происходит детектирование сигнала во всех остальных каналах.

Достоинства метода частотного (гетеродинного) уплотнения заключаются в том, что длина участка регенерации за счет гете­родинного приема возрастает до 100...200 км; значительно повы­шается эффективность использования пропускной способности опти­ческого волокна. К недостаткам относится то, что при данном ме­тоде требуется оптический тракт приема и передачи с сохранени­ем поляризации, а также целый ряд дополнительных устройств: сдвигателей частоты, оптических вентилей, контроллеров поляри­зации, оптических усилителей, системы автоподстройки частоты и т. п., что значительно усложняет систему и увеличивает ее стои­мость.

Заключительная часть. Преподаватель отвечает на вопросы курсантов, отмечает работу курсантов на лекции и дает задание на самостоятельную подготовку – изучить и законспектировать типовые структурные схемы аналоговых и цифровых ВОСП.

 

Подготовил:

доцент кафедры ТКОС, к.ф.-м. н. В.А. Мельник