Обобщенная структурная схема оптического линейного тракта

Оптический сигнал при прохождении по оптическому кабелю (ОК), как и при передаче электрических сигналов по металлическим кабелям, испытывает затухание, обусловленное собственными потерями из-за поглощения светового излучения и его рассеяния в материале оптического волокна (0В). Спектральная зависимость этих потерь обуславливает амплитудно-частотные (просто частот­ные) искажения сигналов и, следовательно, изменения их формы.

Дисперсионные явления в ОВ приводят к рассеянию во времени спектральных или модовых составляющих сигнала, т.е. к различно­му времени их распространения. Дисперсия ОВ (различие группо­вых скоростей различных составляющих оптического излучения) приводит к изменению формы и длительности оптических импульс­ных сигналов, т.е. к их уширению. Эти искажения аналогичны фазо - частотным (фазовым) искажениям и при определенных значениях могут вызвать межсимвольные или интерференционные помехи при передаче импульсных сигналов.

Таким образом, прохождение оптических сигналов по ОВ сопро­вождается линейными искажениями: частотными и фазовыми. Кроме того, при прохождении по ОВ происходят затухания и отра­жения оптических сигналов в разъемных и неразъемных соедините­лях строительных длин ОК и компонентов ВОСП.

Совокупность технических устройств, предназначенных для пе­редачи оптического излучения определенной длины волны и обес­печивающих компенсацию затухания светового потока, коррекцию искажений сигналов, минимально допустимую защищенность или вероятность ошибки, называется оптическим линейным трактом - ОЛТ. Обобщенная структурная схема ОЛТ приведена на рис. 16, где приняты следующие обозначения:

ОП-А (Б) - оконечный пункт (оконечная станция (ВОСП, вклю­чающий в себя весь комплекс оборудования каналообразования, сопряжения и формирования оптического линейного сигнала ОЛС); ООЛТ-О - оборудование ОЛТ оконечного пункта, где происходит формирование ОЛС, параметры которого максимально согласова­ны с параметрами передачи оптического волокна (0В), а также ввод его в ОВ с минимально возможными потерями и искажениями; УССЛК - устройство стыка (согласования) станционного (объекто­вого) оптического кабеля (ОК) с линейным; ТК - устройства теле­контроля, обеспечивающие контроль состояния оборудования ОЛТ и отображение информации о наличии неисправностей или предотказного состояния, поступающей от датчиков состояния контроли­руемых параметров; ТМ - устройства телемеханики; СС устройства служебной связи различного типа и назначения (участ­ковой, постанционной, магистральной); УДП_пер - устройства переда­чи дистанционного питания необслуживаемых ретрансляционных пунктов (НРтП), если их электропитание осуществляется по метал­лическим жилам оптического кабеля; УВК-О - устройство ввода линейного ОК в оконечный, обслуживаемый и необслуживаемый ретрансляционные пункты; ЛРт - линейный ретранслятор, осущест­вляющий компенсацию затухания ОК, разъемных и неразъемных соединений, устройств ввода-вывода оптического излучения, кор­рекцию формы оптических и электрических сигналов, восстановле­ние необходимых временных и спектральных соотношений в исходных сигналах; ретранслятор может быть реализован как опти­ческий усилитель или как регенератор электрического сигнала; УДП_пр - устройство приема и распределения дистанционного пита­ния НРтП; ООЛТ_пр (_Пер) - приемное и передающее оборудование ОЛТ обслуживаемого ретрансляционного пункта (ОртП); АВ и ПП -аппаратура выделения или переприема групп каналов в ОртП (воз­можно и в НРтП) или ОП.

Основным элементом ОРтП и НРтП является линейный ретранслятор, обеспечивающий передачу оптического сигнала практически на любые расстояния с заданными показателями каче­ства. От ЛРт зависят основные технико-экономические показатели ОЛТ и ВОСП в целом.

Структура ОЛТ и соответствующих ему ЛРт определяется вы­бранными способами передачи оптического и электрического сиг­нала (аналоговый, импульсный, цифровой и др.), видом модуляции (МИ, AM, ЧМ, ФМ и др.) и приема (непосредственное детектирова­ние, когерентный прием и др.). В настоящее время на телекоммуни­кационных сетях наибольшее распространение получили ВОСП с простой и надежной прямой модуляцией интенсивности излучения аналоговыми или цифровыми электрическими сигналами и прямое детектирование промодулированного по интенсивности оптического излучения с помощью p-i-n или лавинных фотодиодов.

Оптические линейные тракты, как и ВОСП, подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровым оптическим линейным трактом (ЦОЛТ) называется тракт, по которому передается световой поток, интенсивность кото­рого модулируется (управляется) цифровым электрическим сигналом, сформированным с помощью импульсно-кодовой (ИКМ) или дельта - модуляции (ДМ).

Аналоговым оптическим линейным трактом (АОЛТ) называет­ся тракт, по которому передается световой поток, интенсивность которого модулируется аналоговым электрическим сигналом, сформированным с помощью аналоговых AM, ЧМ и ФМ или АИМ, ШИМ и ФИМ.

Такая классификация весьма условна и не охватывает перспек­тивных методов модуляции параметров оптического излучения модуляторами на основе электро- и акустических явлений в соот­ветствующих материалах.

Поскольку в настоящее время самое широкое распространение получили цифровые волоконно-оптические системы передачи с непосредственной модуляцией оптического излучения и прямым детектированием, в дальнейшем будем пользоваться привычной терминологией цифровых систем передачи (ЦСП): регенератор (вместо ретранслятор), регенерационный участок (вместо ретранс­ляционный), обслуживаемый (ОРП) или необслуживаемый (НРП) регенерационный (вместо ретрансляционный) пункт.

Обобщенная структурная схема линейного цифрового регенера­тора приведена на рис. 17, где приняты такие обозначения:

ОИ - оптическое излучение, поступающее из оптического кабеля; ПРОМ - приемный оптический модуль, преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал, скоректированный и усиленный; УО - усилитель-ограничитель, срезающий пиковые значения электрического сигнала, а, следовательно, и аддитивные помехи; ПУ -пороговое устройство; РУ - решающее устройство; ВТЧ - выдели­тель тактовой частоты; ФУ - формирующее устройство импульсов заданной амплитуды, длительности и формы; ПОМ - передающий оптический модуль, преобразующий электрический сигнал в оптиче­ское излучение.

Назначение элементов регенератора очевидно из рассмотрения временных диаграмм его работы (рис. 18). Здесь 1-6 формы сигна­лов в различных точках схемы регенератора (см. рис. 17).

С выхода ПРОМ электрический сигнал совместно с аддитивной помехой поступает на УО (кривая 1, рис. 18). В УО происходит усиление этого сигнала и ограничение его амплитуды значением U_nop. Если входной сигнала больше порогового U_nop, то на выходе УО сигнал появится и, если входной сигнал меньше U_nop, то сигнал на выходе УО не появится, и, следовательно, происходит подавле­ние части помех (см. кривая 2, рис.18).

С выхода УО сигнал, освобожденный от аддитивных помех, по­ступает на вход ПУ (см. 3, рис. 18).

Сигнал на выходе ВТЧ представляет периодическую последовательность импульсов (см. 4, рис.18), следующих с тактовой частотой , где Т - период следования импульсов.

Если на один из входов РУ подается информационная последова­тельность с выхода ПУ (см. 3 рис. 18), а на другой - тактовая после­довательность импульсов (см. 4, рис. 18), то в случае их совпадения на выходе РУ появляются импульсы (см. 5, рис. 18) определенной амплитуды и длительности, необходимые для запуска ФУ.

В ФУ происходит полная регенерация формы импульсов (см. 6, рис. 18), которая затем поступает на вход ПОМ, где и осуществля­ется модуляция оптического излучения или преобразование электрического сигнала в оптический соответствующей длины волны и интенсивности.

Необходимо отметить, что периодическая последовательность импульсов на выходе ВТЧ (см. 4, рис. 18) обязательно фазируется с откоректированными импульсами на выходе ПУ с целью уменьше­ния так называемых фазовых дрожаний (флуктуации), обусловлен­ных погрешностями работы ВТЧ.

Пороговое устройство и усилитель-ограничитель являются ос­новными элементами регенератора, обеспечивающими его помехо­устойчивость, и требуют точной установки порогового напряжения U_nop и стабильного усиления.

Изменение порогового напряжения в любую сторону снижает помехоустойчивость регенератора, так как приводит к нарушению оптимального соотношения между максимальным значением откор­ректированного импульса на входе УО и пороговым напряжением ПУ. Для поддержания постоянства такого оптимального соотноше­ния в регенераторе применяется автоматическая регулировка усиления (АРУ) (см. рис. 17), где в качестве управляющего сигнала используется пиковое значение импульсов на выходе УО.