Системы передачи по волоконно-оптическому кабелю. Принципы построения, методы модуляции оптического сигнала. Передающие и приёмные оптические модули.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) – это система передачи данных, при которой информация передается по оптически прозрачным диэлектрическим волноводам, называемым “оптическое волокно”.

Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи.

Основные компоненты ВОЛС:

Оптический передатчик обеспечивает преобразование входного электрического (цифрового или аналогового)сигнала в выходной оптический сигнал. При цифровой передаче оптический излучатель передатчика “включается” и “выключается” в соответствии с поступающим на него битовым потоком электрического сигнала. Для этих целей используются инфракрасные светоизлучающие диоды LED или лазерные диоды ILD. Эти устройства способны поддерживать модуляцию излучаемого света с мегагерцовыми и даже гигагерцовыми частотами. При построении сетей кабельного телевидения оптический передатчик осуществляет преобразование широкополосного аналогового электрического сигнала в аналоговый оптический. В последнем случае оптический передатчик должен иметь высокую линейность.

Оптический приемник осуществляет обратное преобразование входных оптических сигналов в выходные импульсы электрического тока. В качестве основного элемента оптического приемника используется p-i-n и лавинные фотодиоды, имеющие очень малую инерционность. Если приемная и передающая станции удалены на большое расстояние друг от друга (~100 и более км), могут потребоваться дополнительно одно или несколько регенерационных устройств для усиления оптического сигнала, ослабевающего в процессе его распространения, а также для восстановления фронтов импульсов. В качестве таких устройств используются повторители и оптические усилители.

Повторитель состоит из оптического приемника, электрического усилителя и оптического передатчика. При передаче дискретного сигнала электрическое усиление, как правило, также может сопровождаться восстановлением фронтов и длительностей передаваемых импульсов. Для этого повторитель принимает оптический сигнал в синхронном или асинхронном режиме, в зависимости от стандарта передачи.

При синхронном режиме приемное устройство повторителя регулярно принимает синхроимпульсы, на основании которых настраивает свой таймер, задающий частоту для последующей передачи. Существует непрерывный битовый поток в линии. И даже если нет передачи данных, синхроимпульсы продолжают поступать. В передающую последовательность повторитель добавляет синхроимпульсы, предназначенные для синхронизации следующего каскада.

При асинхронном режиме передаваемая информация организуется в специальные пакеты данных - кадры. Каждому пакету предшествует последовательность однотипных групп битов - преамбула. Именно преамбула обеспечивает синхронизацию приемного устройства, которое до начала приема находится в ждущем режиме.

Повторитель, который восстанавливает форму оптического сигнала до первоначальной, называется регенератором.

Оптический усилитель не осуществляет оптоэлектронного преобразования, как это делает повторитель или регенератор.Он, используя специальные активные среды и лазеры накачки, усиливает приходящий оптический сигнал, благодаря индуцированному излучению. Таким образом, усилительне наделен функциями восстановления скважности, в чем уступает повторителю.Однако, есть две основные причины, которые делают применение усилителя более предпочтительным.

1. Следует иметь в виду, что качество сигналов, передаваемых по оптическому волокну, даже если сегмент протяженный, остается очень высоким вследствие малой дисперсии и затухания. Также не велик уровень вносимых шумов из-за неподверженности волокна влиянию электромагнитного излучения. Поэтому ретрансляция передаваемых данных простым усилением без полной регенерации становится весьма эффективной.

2. Оптический усилитель является более универсальным устройством, поскольку в отличии от регенератора он не привязан к стандарту передающегося сигнала или определенной частоте модуляции.

На практике на один один регенератор может приходиться несколько последовательно расположенных оптических усилителей (до 4-8). Таким образом, эффективность использования оптических усилителей при построении волоконно-оптических магистралей большой протяженности очень высока.

Волоконно-оптический кабель (ВОК). Характерная строительная длина оптического кабеля (длина непрерывного участка кабеля, поставляемого на одном барабане) варьируется в зависимости от производителя и типа кабеля в пределах 2-10 км. На протяженных участках между повторителями (репитерами) могут помещаться десятки строительных длин кабелей. В этом случае производится специальное сращивание (как правило, сварка) оптических волокон. На каждом таком участке концы ВОК защищаются специальной герметичной проходной муфтой.