АНАЛОГОВІ ВОЛОКОННО – ОПТИЧНІ СИСТЕМИ СВЯЗИ.

1. Переваги й недоліки аналогової модуляции

Раніше вказувалося, що оптичні системи зв'язку можна сконструювати з дуже низьким загасанням (< 1 дБ/км) і реставрацію широкої смугою пропускання (ГГц/км). З'ясувалося достеменно, що, порівняно з електричними системами передачі вони значно менше повний наявний запас потужності. Попри те що, що це компенсується низькими втратами передачі, переваги оптичної системи значно нижчі від у випадках, коли потрібно високе ставлення сигнал-шум До тому, що додаткова необхідна на вході приймача потужність сигналу «з'їдає» частина запасу потужності на втрати. Один із особливостей импульсно-кодовой модуляції у тому, які можна отримати малу ймовірність помилки при щодо низькому відношенні сигнал-шум на вході приймача. Відповідно до теорією щоб одержати ймовірності помилок РЄ == Ю-9 потрібно До == 12 (21,6 дБ). Динамічний діапазон кодованого аналогового сигналу, що у багатьох випадках має становити 50 ... 60 дБ, визначається кількістю біт на відлік, і це на ширині смуги пропускання, необхідної передачі сигналу з ІКМ. Що стосується прямий аналогової передачі у смузі спектра модулирующего сигналу динамічний діапазон зазвичай визначається ставленням сигнал-шум на вході приймача, що має бути вулицю значно більше 21,6 дБ. Отже, потенційні переваги волоконно-оптичних систем зв'язку, мабуть, найбільші під час передачі двійкових сигналів з допомогою ІКМ за інтенсивністю, швидше за все, будуть значно знижуватися, якщо потрібно пряма аналогова модуляція за інтенсивністю в смузі спектра модулирующего сигналу. Проте багато споживачі наполягають на передачі сигналів в аналогової формі над краю через дорожнечу і труднощі цифрових кодеров і декодерів оконечной апаратури. Компромісним рішенням між аналогової модуляцією і ІКМ є використання імпульсної модуляції за інтенсивністю як поднесущей, яка може надалі легко модулироваться за частотою (ЧИМ) чи фазі (ФИМ). Побіжні вимоги до аналогової волоконно-оптичній системі передачі пред'являє проста телеметрія і розподіл телевізійних сигналів. Перш ніж розглянути спеціальні приклади, досліджуємо трохи докладніше наявний запас потужності оптичних й у електричних систем зв'язку. І тому виберемо системи, призначені передачі сигналу із шириною смуги пропускання 100 МГц. Вочевидь, що у волокну з діаметром серцевини 50 мкм можна буде передавати сигнали потужністю приблизно ФТ = 1 мВт (0 дБм). З використанням як джерела випромінювання СД порядок цієї величини буде порівняємо з порядком втрат, а при більшому діаметрі серцевини може бути ба більше. Було показано, що межа квантового шуму ідеального оптичного приймача з шириною смуги пропускання Л/ визначається выражением

де Фц — потужність прийнятого оптичного сигналу, необхідна для забезпечення необхідного відносини сигнал-шум До " , бф — енергія фотона, р — квантова ефективність фотодетектора і F — коефіцієнт шуму. Для ідеального випадку, коли (= F = 1

Визначимо повний запас потужності через ставлення ФТ/ФR при К.=1. Тоді на довжині хвилі 1 мкм (еф = 1,24 еВ) і (( = 100 МГц, получаем

фR= 2 Еф((= Ц = 40 пВт (— 74 дБм); отже, повний запас потужності становитиме 74 дБ. Насправді в системах з такою смугою пропускання додатковий шум, внесений приймачем чи підсилювачем, може зменшити динаміка загального запасу потужності на 10 ... 20 дБ.

Рис. 1. Залежність необхідного запасу потужності від відстані між ретрансляторами, показує значний вплив вимоги більш високого відносини сигнал-шум на вході приймача на наявний запас потужності оптичної системі связи

Не виключено, що у електричних системах, що працюють у смузі частот 100 МГц, потужний високочастотний транзистор вводить сигнал потужністю 100 мВт (+ 20 дБм) в лінію опором 50 Ом (среднеквадратическое значення одно 2,2 У) з достатньої лінійністю. Потужність можна збільшити на 10 ... 20 дБ, якщо використовувати передавальну лампу. Потужність шуму на вході ідеального підсилювача електричного приймача тоді становитиме kT((, де k — стала Больцмана і Т—абсолютная температура. При Т==ЗООК і ((=100 МГц потужність дорівнює 0,4 пВт (— 94 дБм), а повний запас потужності, системи буде 114 дБ. Насправді підсилювач, працював у смузі 100 МГц, повинен мати шум лише кілька децибел. Залишивши резерв 10 дБ, отримуємо повний запас потужності зменшеним до 104 дБ. Зауважимо, що у обох випадках вплив шуму пропорційно ((. Це означає, що попри те, що абсолютне значення запасу потужності залежить від ширини смуги пропускання каналу, відносного переваги електрична система зв'язку немає. Висновки від цього зіставлення наведено на рис. 1, що робить собою графік залежності відносини сигнал-шум на вході приймача від відстані між ретрансляторами. Показано, що електрична система має повний запас потужності 104 дБ і загасав ние при смузі 100 МГц, однакову 10 дБ/км.. Оптична система має повний запас потужності 60 дБ, а згасання 1 і трьох дБ/км. Порівнянні лінії відповідають відносинам сигнал-шум 21,6 (ІКМ) і 55 дБ. Зазначимо, що це результати залежить від особливостей систем, вибраних порівнювати. Проте справедливо загальне висновок: при імпульсної модуляції очевидні значні переваги оптичних систем. Це значить, що вони безкорисними при аналогової передачі даних. Оптичні аналогові системи слід розглядати у випадках, коли можливість передачі по волокну обмежена шириною смуги пропускання, а чи не загасанням і коли важлива вартість кінцевого оборудования.

2. Пряма модуляція за інтенсивністю в смузі спектра модулирующего сигнала

Крім необхідності отримання великого відносини сигнал-шум, використання прямий модуляції за інтенсивністю для аналогової передачі обмежена двома іншими чинниками. Одне з них — це модальний шум, з'являється під час використання лазерних джерел випромінювання. Інший — це обмежена лінійність характеристик джерела випромінювання, яка особливо важлива частотного об'єднання каналів через те, що перехресна модуляція викликає межканальные перешкоди. З іншого боку, передача сигналів кольорового телебачення вразлива щодо малим величинам фазових спотворенні. Деякі способи збільшення лінійності оптичного передавача вже були розглянуті. Вони включають попереднє спотворення електричного сигналу і електронної прямий і зворотний зв'язок. Проблема попереднього спотворення переданого сигналу у тому, що, як лише вона введено, її буде нелегко змінити для підстроювання характеристик джерела випромінювання, змінюються під час експлуатації. Проте легко можна домогтися значного поліпшення лінійності інакше. Істотне зменшення другої і третьої гармонік нелінійних спотворень можна було одержати, використовуючи просту ланцюг зворотний зв'язок, показану на рис2. Проте затримка сигналу зашморгу зворотний зв'язок є недоліком, і якщо потрібно здобути добру фазову характеристику) потрібні широкосмугові підсилювачі. Ще найкраща компенсація нелінійності джерела випромінювання отримали з допомогою схеми прямого зв'язку з цими двома ідентичними світлодіодами, наведеної на рис.3. Кожен СД, будучи некомпенсированным, давав снижение

[pic] Рис. 2. Структурна схема простого устрою реалізації зворотної зв'язку з свету

[pic] Рис.3. Структурна схема устрою корекції нелінійності характеристик випромінювача, реалізує управління вперед. [Взято зі статті J. Straus and I. Про. Szentesi. Linearisation of optical transmitters by a quasifeediorward compensation technique.—Efs. Letts. 13, 158—9, (17 Mar. 1977).]

уровня другої і третьої гармонік до - 35 і —55 дБ стосовно основний гармоніці, а працюючи з ланцюгом прямого зв'язку, знижував їх до — 70 дБ. Для розрахунку очікуваного відносини сигнал-шум спочатку визначимо коефіцієнт модуляції оптичного сигналу, модулируемого по интенсивности

де Ф0 — рівень оптичної потужності за відсутності модуляції, аФ—максимальное відхилення миттєвою потужності від Фц. Вочевидь, що 0