29.1. Проектирование передатчика.

Проектирование передатчика за­ключается в основном в определении типа источника излучения и схе­мы модуляции.

При выборе источника передатчика учитывают следующие па­раметры: оптическую мощность источника; длину волны и спектральную ширину излучения; скорость и линейность отклика; температур­ную нестабильность и эффективность схемы температурной ком­пенсации.

Значение оптической мощности источника определяется требуе­мым уровнем сигнала в блоке приемника с учетом всех потерь в ОК и на стыковку элементов. Длина волны выбирается вблизи длин волн, соответствующих минимальным значениям затухания ОВ, а для ООВ с учетом оптимальных длин волн, при которых дисперсия этих ОВ принимает значения, близкие к нулю. Кроме того, необходимо также учитывать спектральную чувствительность детектора. Требо­вания к спектру источника ограничиваются в основном шириной полосы пропускания ВОЛС и требуемой скоростью передачи.

Требования к скорости и линейности отклика источника излуче­ния зависят от системы передачи. При организации АСП основные требования предъявляются к линейности модуляционной характерис­тики источника, которая зависит от допустимого уровня искажения сигналов.

Рисунок 14.1.

Для выполнения этих требований в связи с относительно невысокой линейностью источников излучения приходится ограничи­вать мощность источника, информационную полосу сигналов, а также предельную длину ВОКМ (обычно двумя — тремя РУ). При исполь­зовании цифровой модуляции необходимо учитывать быстродействие источника излучения и выбранный способ кодирования.

После выбора источника излучения и схемы модуляции проверяют достаточность вводимой в ОВ оптической мощности, а затем рассчи­тывают и фиксируют следующие параметры: отношение сигнал-шум, потребляемую мощность и влияние изменения температуры на мощ­ность излучаемого сигнала.

При необходимости в проекте передатчика следует предусмотреть меры по температурной компенсации изменений тока питания источ­ника с помощью соответствующей схемы обратной связи или точного регулятора тока, а также мультиплексирование. Мультиплексирова­ние осуществляется для увеличения информационной емкости ОК путем объединения сигналов от двух или нескольких передатчиков в один групповой сигнал. Это объединение производят до или после преобразования оптических сигналов в электрические.

На рис. 14.2 представлены простейшие варианты объединения двух сигналов в одном ОВ.

При мультиплексировании электрических сигналов (рис. 8.2, а) две серии импульсов, поступающих со входов А и В, с помощью муль­типлексора М объединяются в определенной последовательности в один групповой сигнал. Групповой сигнал в оптическом передатчике Пер модулирует оптический сигнал, направляемый в ОВ. В оптичес­ком приемнике Пр сигнал вновь превращается в электрический. В демультиплексоре ДМ этот сигнал разделяется на две серии импуль­сов, тождественных входным, которые передаются на входы

_{Рисунок 14.1.}

При мультиплексировании оптических сигналов (рис. 14.2, б) две серии электрических импульсов со входов А и В поступают в опти­ческие передатчики и обычно объединенные в один блок, где модулируют оптические несущие с длинами волнсоот­ветственно. Волоконно-оптический разветвитель Р объеди­няет монохроматические световые потоки в групповой поток, который проходит по ОВ в блок оптического приемника Пр. В этом блоке групповой оптический сигнал разделяется на два монохроматических потока с длинами волнкоторые затем в блоках преобразо­вания превращаются в электрические сигналы.

В линиях без регенераторов одно ОВ можно использовать в режиме многоканальной связи во встречных направлениях (дуплекс­ная система) на различных оптических несущих (рис. 14.2, в). Разделение встречных сигналов на концах оптических линий осущест­вляется с помощью оптических разветвителей Р и полосовых оптичес­ких дифракционных фильтровкоторые разделяют оптичес­кие сигналы с длинами волнсоответственно. Возможны идругие конструкции демультиплексоров.

Литература:

Осн. 3.[стр. 90-95]

Доп. 4. [стр. 30-32].

Контрольные вопросы:

1. Основные проблемы выбора оптического кабеля.

2. Выбор типов ОК.

3. Расчет потерь в ВОСП.

4. Выбор и расчет параметров ВОСП.

5. Расчет расстоянии регенерационных участков.

6. Вопросы проектирования передатчиков ВОСП.

7. Мультиплексирование оптических сигналов.

8. Разветвление оптических сигналов.

Лекция 30. Проектирование приемника .

1. Выбора и расчета схемы модулятора.

2. Проектировании динамичного диапазона ретранслятора.

3. Выбор фотодетектора приемника

Фотоприемники выпускаются в виде отдельных элементов или модулей, состоящих из фотодиода и усилителя. Большинство существующих приемников имеет в области максимальной чувствительности относительно узкую полосу пропускания (~30 МГц) и предназначенные для работы в области волн 0,8…0,9 мкм. Для более длиневолновой области спектра (1,3…1,6 мкм), в которой значения параметров кварцевых ВОЛС близки к оптимальным значениям, детекторы менее совершенны и являются предметом исследовании. Для передачи информации с высокими скоростями, как правило, приходится разрабатывать приемники с учетом применения их в заданных условиях, включая и особенности окружающей среды.

Одним из основных вопросов при проектировании приемника является решение вопроса об использовании цифровой и аналоговой модуляции. После выбора и расчета схемы модулятора производят расчет уровня шума.

В ходе определения уровня шума учитываются все его компоненты, а также возможность ослабления шумов за пределами полосы частот передаваемых сигналов. На основании этих расчетов оценивается отношение сигнал/шум на входе системы.

Выбор конкретного типа фотодетектора осуществляется по заданному значению рабочей длины волны, уровню сигнала на входе фотодетектора, допустимых нелинейных искажений и дополнительных шумов. Выбранный тип или модуль детектора должен обеспечивать максимальную мощность электрического сигнала при заданной оптической мощности, высокую надежность и стабильность основных характеристик при заданных условиях эксплуатации, иметь небольшие размеры и невысокую стоимость. В настоящее время этот выбор ограничивается в основном двумя типами фотодетекторов: P-i-n/ЛФД→ максимальная часть 10³…2*10³/500…800 МГц; срок службы 1…10/1…2 * 10⁶ч; λ=0,8…1,6/0,85…1,6 мкм; быстродействие 0,5/1…2 нс; пороговый уровень чувствительности приf=1 МГц -60/-70 дБм; темновой ток 0,1…10/1…10 нА;U_смещ10…100/100…350В.

После определения источника излучателя и фотодетектора выбирают предусилитель из следующих двух типов: интегрирующий на полевых (ПТ) и биполярных (БТ) транзисторах и с изменяющейся обратной связью. При малых скоростях ПТ, а при высоких (≥100Мбит/с) на БТ.

Установив уровень шумов, рассчитывают минимальный уровень детекторного сигнала, генерирующий ток, равный шумовому току в полосе частот сигнала. Затем вычисляют мощность сигнала, обеспечивающую заданное отношение сигнал-шум. Если результат не удается удовлетворить. То следует выбрать рабочую полосу сигналов.

Следующий этап проектировании динамичного диапазона ретранслятора. При этом кроме динамичного диапазона еще учитываются влияния изменяющейся факторов окружающей среды, различие lРУ_i , изменение технических характеристик компонентов и параметров передачи ВОЛС во времени, колебании температуры окружающей среды, а также влияния внешних электормагнитных полей, включая засветку фотодетектора и электрическую схему приемника.

При расчете характеристик приемника обычно предусматривают наихудшие варианты изменения параметров системы. Если ожидаемые изменение технических характеристик приемника недопустимо велики, то в проекте предусматривают мероприятия по их стабилизации; установка схемы температурной стабилизации; предусмотрение определенного запаса динамического диапазона и ширины полосы приемника; введение защитных устройств от влияния внешних электромагнитных полей, влаги, механических нагрузок (вибрации, возникающих на летательных аппаратах) и т.д.

Проектирование ВОСП с высокой скоростью на большие расстояния

Для приблизительной оценки ожидаемой стоимости ВОСП можно использовать примерно стоимость систем передачи по коаксиальным кабелям.

На первом этапе проектирования рассматривается основные технические требования к проектируемой системе. В результате анализа этих требовании определяются: число каналов, широкополосность, пропускная способность, отношение сигнал/шум, дисперсия, способ кодирования, системе телеконтроля и управления ВОКМ. Lру определяются, как правило, расположением населенных пунктов на трассе и в общем случае могут значительно различаться.

Второй этап состоит в определении параметров передачи ВОЛС, обеспечивающих требуемую пропускную способность оптических трактов и ВОКМ в целом, а также заданные или максимальные длины РУ.

Следующий этап определение необходимого на входе приемника уровня мощности. Который зависит от полосы частот принимаемого сигнала. На рис. приведена зависимости уровня этой мощности для Р-i-nфотодиода (сплошные) и ЛФД (штриховые).

Рисунок 15.1 -Зависимостьуровня этой мощности для Р-i-nфотодиода (сплошные) и ЛФД (штриховые)

На следующем рисунке показаны эти же графики для сигналов с ИКМ (кривые 1,2) и ФИМ.

Рисунок 15.2. - График для сигналов с ИКМ

1 – p –i – n P₀=10^-8 2-p-i-n n= 40 дБ

3 – ЛФД P₀ =10 ^-8 4 – ЛФД n = 40 дБ

Средние значения затухания ОВ различных оптических кабелей приведены в таблице (стр.8). Ср. значение дополнительных потерь в разъемах и постоянных соединениях оптических волокон муфтах:

СМОВ – 0,5 . . . . . . 1,0 ГОВ – 0,8 . . . . . . 1,3

СМОВ – 0,1 . . . . . . 0,3 ГОВ – 0,2 . . . . . . 0,5

ООВ – 0,5 . . . . . . . . 1,4

ООВ – 0,1 . . . . . . . . 0,5

Допуски на дополнительные потери, связанные с изменениями температуры в пределах 20 ⁰ С, колеблются от 1 до 4 дБ. Кроме того, при расчетах учитываются допуски на потери , вызываемые деградацией лазеров и светодиодов передающих устройств. Среднее значение этих потерь лазеров 2 . . . 3 дБ.

Широкополосность ВОСП на одномодовом волокне определяются хроматической дисперсией и шумом, возникающим при разделении мод лазера. Этот шум ограничивает РУ ВОКМ№

Пример 8.1 Разработка проекта трансатлантской кабельной магистрали L=6300 км для организации 11500 телефонных каналов. Среднее время нароботки на отказ компонентов д.б. не менее 10⁶ч.

30. 1. Выбор системы передачи.

Учитывая большую протяженность и широкополосность и высокое требование к надежности – необходимо ЦСП. Из существующих ЦСП выбираем 2 ИКМ – 1920 кабелей по одному ОВ 3840 каналов. со скоростью 140 Мбит/с выбор 2 ИКМ – 1920 (вместо ИКМ – 7680 со скоростью 560 Мбит/с) обеспечивает высокую надежность передачи.