АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ОПТИЧЕСКИХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ, ПЕРЕДАЧИ И ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Рассмотрим аппаратные средства оптических систем связи. 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 дискретным электрическим сигналом.

Для этих целей используются инфракрасные светоизлучающие диоды LED или лазерные диоды ILD. Эти устройства способны поддерживать модуляцию излучаемого света с мегагерцевыми 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.

Данное устройство управляется с помощью подачи сигнала на TTL вход (транзисторно-транзисторная логика-название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала).

В настоящее время освоен выпуск специализированных микросхем для управления лазерными модулями - лазерных драйверов.

Эти микросхемы выполняют множество функций управления: усиление, модуляция и т.д.

Для производства таких устройств используются различные, в том числе редкоземельные материалы, как это показано в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Композиционные материалы, используемые для создания источников излучения различных длин волн

Активный

материал

Подложка

Диапазон возможных значений Е8, эВ

Диапазон излучаемых длин волн 1, нм

GaxAs

GaAs

2.02....1.42

610...870

In(i-X)GaxAsyP(i-X)

InP

0.95

1100...1700

Ino.37Gao.27Aso.58Po.42

InP

0.95

1310

Ino.57Gao.42Aso.9P0.1

InP

0.8

1550

Указанные средства конструктивно исполняются в виде волоконно-оптических модулей, главной частью которого является оптический передатчик. Общая схема формирования оптического сигнала представлена на рис. 8.1.

Схема формирования оптического сигнала передатчика

Рис. 8.1 - Схема формирования оптического сигнала передатчика

Основные параметры драйвера следующие:

  • - пороговый ток лазерного диода в диапазоне 5.. .40 мА;
  • - ток накачки лазерного диода, при котором мощность излучения номинальная в диапазоне от 10 до 120 мА

Ток смещения подаётся на источник света для скорейшего приведения светодиода в рабочее состояние. Драйвер должен отслеживать разброс и уход ватт-амперной характеристики при старении лазера и изменении температуры окружающей среды.

Схему на рис. 8.1 можно реализовать, применяя интегральные микросхемы серийных операционных усилителей (для скоростей передачи 2-8 Мбит/сек) или с помощью специализированных микросхем (для скоростей свыше 8 Мбит/сек). Ввод/вывод светового излучения в оптическое волокно осуществляется с помощью системы микролинз и соответствующего прибора.

Микросхемы драйвера как правило включают функцию автоматического контроля мощности для поддержания постоянной средней оптической мощности лазера в течении всего периода эксплуатации.

Связь с лазером современных микросхем осуществляется по постоянному току с напряжением собственного питания 3,3 В. Драйвер обеспечивает необходимые токи смещения (до 100 мА) и токи модуляции светодиода (до 90 мА), входные сигналы находятся в широком диапазоне от 100 мВ до 2400 мВ.

При этом величина тока смещения может контролироваться внешним микроконтроллером. В набор микросхем для приема сигнала также может входить усилитель-ограничитель.

В качестве примера приведем микросхему SY88212L - драйвер лазерного диода Micrel на рис. 8.2.

Эта микросхема разработана для аппаратуры передачи данных, включая ЛВС и городские сети MAN с любой скоростью передачи вплоть до 2,5Гбит/с. Драйвер лазерного диода SY88212L имеет одним источник питания 3,3 В.

Драйвер может обеспечить ток модуляции до 85мА и ток смещения до 70мА и может работать в схемах с подключением лазера по постоянному и переменному току, благодаря широкому диапазону рабочего напряжения. SY88212L так же обеспечивает индикацию аварии АРС, сигнал TXenable/TXdisable для включе- ния/выключения драйвера и вывод контроля мощности, который отслеживает ток пропорциональный сумме тока смещения и половины тока модуляции. Микросхема выпускается в 24-выводом (4x4мм) MLF-корпусе. Рабочий диапазон температур драйвера лазерного диода - от -40°С до + 85°С.

Пример микросхемы драйвера лазерного диода

Рис. 8.2 - Пример микросхемы драйвера лазерного диода

В настоящее время рассмотренная схема формирования оптического сигнала объединяется со схемой оптического приемника и изготавливается в виде трансивера (приемопередатчика) на одном кристалле. Это решение, однако, требует специальных мер по отводу тепла, выделяемого микросхемой оптического трансивера.

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. Тип фотоприемника определяют исходя из требований, предъявляемых к системе. При этом стремятся, чтобы фотоприемник имел максимальную чувствительность в рабочем диапазоне длин волн. Требуемую чувствительность приемника обычно определяют, исходя из заданных значений скорости передачи информации или полосы частот Du.

Оптический приемник состоит из оптического детектора и промежуточных соединительных устройств между оптическим входом и коаксиальным выходом. Оптический приемник обрабатывает полученный сигнал и преобразует импульсы тока в импульсы напряжения, чтобы сигнал с выхода приемника был совместим с системой, передачи которая к выходу и подключается.

Оптические приёмники разных производителей оснащены различным наборам аттенюаторов и эквалайзеров, выполненных в виде встроенных фиксированных или перестраиваемых вставок, а также в виде заменяемых вставок. Число усилительных каскадов у ОП различно. Практически все приёмники имеют системы автоматического регулирования.

Оптический аттенюатор применяют, чтобы намеренно снижать величину мощности сигнала, передаваемого по оптоволоконным кабелям. Делать это нужно для недопущения перегрузок оптического прибора, на который будет подаваться слишком мощный сигнал. Перегрузка может привести к тому, что возможны поломки дорогостоящего оборудования и выход из строя всей сети.

С помощью оптических аттенюаторов (ATT) вносятся запланированные затухания в сети. В частности, если есть оптический приемник и передатчик с большой дистанцией работы, а нужно будет осуществить передачу сигнала на небольшое расстояние, то аттенюатор позволит создать оптические потери и сохранит в исправном состоянии оптический приемник. Кроме аттенюатора в последнее время используются также устройства автоматического регулирования мощности, АРУ.

Пример структурной схемы оптического приемника на примере приемника ТА8130 приведен на рис. 8.3.

Данный оптический приемник работает на длине волны 1290 - 1600 нм. Уровень входного оптического сигнала находится в диапазоне -5 .... +2 дБ.

Тип оптического коннектора SC/APC или FC|APC. Полоса частот для прямого канала 47/87 ...860 МГц, обратный канал 5— 30.. .65 МГц. Напряжение питания дистанционное +24В, местное электропитание 220 В, частотой 50 Гц.

Структурная схема оптического приемника для кабельного ТВ

Рис. 8.3 - Структурная схема оптического приемника для кабельного ТВ

Если приемный и передающий узды удалены на расстояние ~100 и более км, могут потребоваться дополнительно одно или несколько регенерационных устройств для усиления оптического сигнала, ослабевающего в процессе его распространения. Также требуется восстанавливать фронты оптических импульсов. В качестве таких устройств используются повторители и оптические усилители, совокупно являющимися ретрансляторами оптического сигнала. В целом ретранслятор выполняет функцию усиления оптического сигнала, и дополнительно (при цифровой передаче) может восстанавливать форму импульсов, уменьшать уровень шумов и устранять ошибки.

Повторители чаще используются в волоконно-оптических системах ЛВС, в то время как при построении оптических транспортных сетей (магистралей) преимущественно используются оптические усилители.

Повторитель сначала преобразует оптический сигнал в электронную форму, усиливает, корректирует, а затем преобразовывает обратно в оптический сигнал (см. рисунок 8.4 а).

Можно представить повторитель, как последовательно соединенные приемный и передающий модули. Аналоговый повторитель, в основном, выполняет функцию усиления сигнала. При этом вместе с полезным сигналом усиливается полезный шум.

При цифровой передаче повторитель наряду с функцией усиления может регенерировать сигнал. Обычно блок регенерации охватывает компаратор, логический блок (принятие решения) и блок восстановления отметки времени (таймер).

Блок регенерации сигнала восстанавливает прямоугольную форму импульсов, устраняет шумы, ресинхронизирует передачу так, чтобы выходные импульсы попали в соответствующие канальные временные интервалы (тайм-слоты).

Типы ретрансляторов

Рис. 8.4-Типы ретрансляторов: а) электронно-оптический повторитель; б) оптический усилитель

Повторитель работает с одним сигналом. Оптический усилитель может одновременно усиливать несколько оптических сигналов, представленных несколькими длинами волн (WDM сигнала) в пределах определенного интервала, который называется зоной усиления. Это позволяет наращивать пропускную возможность ВОЛС без добавления новых волокон.

Таблица 8.2 Сравнительные характеристики повторителей и оптических усилителей

Характери

стика

Повторитель

Оптический усилитель

Конструкция

Сложная

Простая

Цена

Низкая

Высокая, но падает

Надежность

Высокая

Очень высокая

Регенерация сигнала

Допустимая

Исключена

Возможность одновременной передачи нескольких сигналов

Не допускается

Допускается

Рабочая длина волны, нм

850, 1300, 1550

Область 1530-1560

Отношение сигнал шум

Высокое

Низкое

Область применения

ЛВС, региональные и межрегиональные транспортные сети

Региональные, межрегиональные, национальные и международные транспортные сети

По мере распространения оптического сигнала вдоль ВОЛС происходит его ослабление, а также уширение импульсов из-за дисперсии. Любой из этих факторов может оказаться причиной ограничения максимальной длины безретрансляционного участка волоконно-оптического сегмента.

Если же максимально допустимая длина между приемником и передатчиком превышена, то необходимо в промежуточных точках линии связи добавлять один или несколько ретрансляторов.

На рис. 8.5 представлена структурная схема ретранслятора для системы PDH. Искаженный и ослабленный оптический сигнал, поступает на фотодиод, где происходит его преобразование в электрический сигнал.

Структурная схема оптического ретранслятора для

Рис. 8.5 - Структурная схема оптического ретранслятора для

сети PDH

Малошумящий усилитель блока ВЧ усиливает принимаемый сигнал. Эквалайзер компенсирует влияние приемника и дисперсию волокна, уменьшает межсимвольные помехи. Если дисперсия в системе ограничена, то при помощи эквалайзера можно увеличить расстояние между ретрансляторами. Эквалайзер не требуется, если главной задачей является сохранение оптической мощности.

Устройство для восстановления сигнала в целом состоит из компаратора сигнала, цепей восстановления отметки времени и формы сигнала, задающего устройства и источника излучения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >