Модель волоконно-оптической системы передачи

По существу, ВОСП содержат функциональные узлы, присущие любым радиотехническим системам связи. Более того, при формировании сигналов, в принципе, возможно использование тех же разнообразных способов кодирования и видов модуляции, которые известны в радиотехническом диапазоне. Однако ряд особенностей оптического диапазона и используемого в нем элементного базиса накладывают свои ограничения на реализационные возможности ВОСП или приводят к техническим решениям, отличным от традиционных в технике связи.

Рисунок 1.2 представляет простую модель ВОСП. Не нужно большого воображения, чтобы увидеть, что ВОСП аналогична некой радиосистеме или беспроводной системе передач.

Рисунок 1.2 - Упрощенная модель ВОСП

В таблице 1.1 приведено сравнение аналогичных рисунку 1.3 блоков. В ней приведены блоки, последовательно формирующие указанную выше модель. Это сравнение показывает, что во многих отношениях ВОСП не так уж существенно отличается от проводной (медно-жильной) си­стемы или радиосистемы передачи.

Операции в блоках могут быть аналоговыми или цифровыми. Мно­гие кабельные телевизионные системы используют аналоговый фор­мат, со временем, однако, он все больше меняется на цифровой. Дру­гая форму аналоговых приложений - передача радиосигналов в их естественной форме без использования частотной модуляции.

Таблица 1.1 -Сравнение по методу аналогий

ВОСП - совокупность активных и пассивных устройств, предназначаемых для передачи информации на расстояние по ОВ с помощью оптических волн и сигналов. Другими словами, ВОСП – это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи для создания, обработки и передачи оптических сигналов. При этом оптическим сигналом служит модулированное оптическое излучение лазера или светодиода.

На рисунке 1.3 представлены основные компоненты такой системы.

Рисунок 1.3 – Структурная схема волоконно-оптической системы передачи

Передатчик преобразует электрические сигналы в световые. Данное преобразование выполняет источник, представляющий собой либо светоизлучающий, либо лазерный диод. Электронная схема управления преобразует входной сигнал в сигнал определенной формы, необходимой для управления источником.

Волоконно-оптический кабель – среда, по которой распространяется световой сигнал. Кабель состоит из оптического волокна и защитных оболочек. ВОК поставляется на катушках (или барабанах), представляющих одну кабельную секцию, которая имеет длину 1, 2, 5 и 10 км.

Приемник предназначен для приема светового сигнала и его обратного преобразования в электрические сигналы. Его основными частями являются оптический детектор, непосредственно выполняющий функцию преобразования сигнала.

Соединители (коннекторы) предназначены для подключения волокна к источнику, оптическому детектору и для соединения волокон между собой.

В настоящее время при организации связи по ВОЛС предпочтение отдается ЦСП с ИКМ, что обусловлено помимо общих преимуществ ЦСП по сравнению с аналоговыми системами передачи (АСП) особенностью работы и построения ВОСП. Это связано с высоким уровнем шумов фотодиодов, которые используются в качестве приемников оптического излучения. Для получения необходимого качества передачи информации с помощью АСП требуются специальные методы приема и обработки аналоговых оптических сигналов. ЦСП обеспечивает требуемое качество передачи информации при отношении сигнал-помеха на 30...40 дБм меньше, чем АСП. Поэтому реализация ВОСП с использованием ЦСП намного проще по сравнению с АСП.

Проекти­ровщик ВОСП выбирает порог приемника, руководствуясь заданным уров­нем коэффициента ошибок по битам — BER.

Порог приемника — уровень входной мощности, выраженный отрицатель­ной величиной дБм и зависящий от ряда факторов: типа приемника, в ка­кой-то мере, его конструкции, скорости передачи и, конечно, уровня BER. При проектировании системы нужно стараться, чтобы уровень сигнала на входе приемника не был избыточным. На коротких секциях часто требуется использовать оптический аттенюатор последовательно с приемником, что­бы сместить уровень входного сигнала в желаемый диапазон.

Для длины волны обычно используется обозначение λ. Так как это длина, то ее основной единицей измерения является метр. Мы можем связать частоту в герцах и длину волны в метрах (м), используя традиционную формулу

Fλ = 3 × 10⁸ м/с (скорость света в вакууме) (1.1)

Итак, F bгерцах, а λ в метрах.

Полезная ширина полосы одиночно излученного светового импульса определяется импульсной передаточной функцией рассматриваемого ОВ. Математический вывод такой передаточной функции довольно сложен и серьезен. Но мы поста­раемся представить его схематично. Пусть В₀ - ширина полосы ОВ, а В_с полученная после детектирования ширина полосы результирующего электрического сигнала. Учитывая, что оптическая ширина полосы волокна оп­ределяется импульсной передаточной функцией этого волокна, можно по­казать, что измеренная на уровне —3 дБ (по мощности) оптическая ширина полосы В_о оценивается с помощью показателя — полная ширина полосы на уровне половины от максимума (FWHM), формулой вида

В_о = 441/FWHM, (1.2)

полагая, что функция (1.2) имеет вид гауссовской кривой, В_о измеряется в МГц, a FWHM - в нс.

Далее можно показать, что время нарастания t можно оценить через В₀ с помощью формулы вида

t = 315/В₀. (1.3)

Оптическая ширина полосы определяется аналогичным образом, как полоса радиосигнала, отсчитанная на уровне —3 дБ по мощности.

И, хотя математическая сторона этого дела не так проста, если функция имеет форму гауссовой кривой, то можно показать, что

В_с =B₀ = 0,707 В₀ (1.4)