Принципы построения волоконно-оптических систем передачи информации.

В волоконно-оптических системах передачи информации (ВОСПИ) применяются в основном те же принципы образования многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическим кабелям, а именно, частотного (ЧРК) и временного (ВРК) разделения каналов. В первом случае сигналы разных каналов различаются по частоте и имеют аналоговую форму передаваемого сообщения. Во втором случае каналы разделяются во времени, а сигналы имеют дискретный, импульсный вид. Это соответствует цифровой передаче с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Во всех случаях оптической передачи информации электрический сигнал, создаваемый частотным или временным методом, модулирует оптическую несущую, а затем передается по оптическому кабелю.

Возможны два вида модуляции: внешняя и внутренняя. Для систем с инжекционными лазерами применяется, как правило, внутренняя модуляция. В основном используется метод модуляции интенсивности оптической несущей, при котором от амплитуды электрического сигнала зависит мощность излучения, подаваемого в оптический кабель. При этом закон изменения мощности оптического излучения повторяет закон изменения модулирующего сигнала.

Прием оптического сигнала осуществляется фотодиодом, который по сути представляет собой квадратичный прибор, выходной ток которого пропорционален входной мощности. При этом оптический сигнал преобразуется в электрический, сохраняя форму.

Оптические системы передачи являются, как правило, цифровыми. Это обусловлено тем, что передача аналоговых сигналов требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах. Особенность оптических цифровых систем состоит в том, что передача ведется только однополярными импульсами электрического сигнала, модулирующего оптическую несущую. Это связано с тем, что модулируется не амплитуда, а мощность оптического излучения. При этом в двухуровневый сигнал вносится избыточность для устранения длинных последовательностей нулей или единиц, затрудняющих тактовую синхронизацию.

Системы с ИКМ характеризуются высокой помехоустойчивостью и слабым накоплением шумов. Кроме того, оптические системы с ИКМ легко сопрягаются с существующими цифровыми сетями передачи информации. Двухсторонняя связь осуществляется по двум волоконным световодам. В обоих направлениях сигналы передаются на одной и той же оптической несущей (например, имеющей частоту Гц). В настоящее время принята следующая иерархия цифровых систем связи, которая представлена в табл. 2.2. Таблица 2.2.

Следует отметить, что наряду с цифровыми системами передачи в волоконно-оптической связи находят применение и аналоговые системы передачи. Они используются в тех случаях, когда требуется организация широкополосных каналов (телевидение, видеотелефония и др.).

Структурная схема ВОСПИ с ИКМ приведена на рис. 2.13. Оптический передатчик выполняет роль преобразователя электрического сигнала в оптический, а приемник обеспечивает обратное преобразование. Передающие и приемные согласующие устройства СУ формируют и согласовывают диаграммы направленности и апертуру между приемопередающими устройствами и оптическим кабелем. Преобразователи (ЭОП, ОЭП) формируют требуемую последовательность импульсов и осуществляют согласование уровней по мощности между электрическими (ИКМ) и оптическими элементами схемы.

Рис. 2.13

Через определенные расстояния (L_Р =10…50 км), обусловленные дисперсией и затуханием в кабеле, вдоль оптической линии располагаются линейные регенераторы (ЛР). В регенераторах сигнал восстанавливается и усиливается до требуемого значения. В настоящее время регенераторы оптических систем строятся по схеме преобразования “свет-ток-свет”. Причем процесс регенерации осуществляется в электрической части с помощью электронного преобразователя. Такая система работает по двум оптическим волокнам (световодам), каждое из которых предназначено для передачи сигналов в одном направлении.

Весьма перспективным для ВОСПИ является применение спектрального уплотнения. При этом в световод вводится одновременно излучение от нескольких источников, работающих на разных оптических частотах. На приемном конце с помощью оптических фильтров происходит разделение сигналов. За счет спектрального уплотнения возможна передача значительно большего объема информации по одному световоду, а также организация по одному световоду двухсторонней связи.