Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [ 148 ] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

ющими малую волноводную дисперсию или вообще ее не имеющими Можно принять затухание для любого типа волокна равным 1 дБ/км < учетом потерь на изготовление кабеля и монтаж. При этом дисперсии составила менее 10 пс/км, благодаря чему произведение скорости пере дачи на расстояние будет больше 50 (Гбит/с)- км вместо ожидаемых 250 (Гбит/с)-км. Расстояние между ретрансляторами в таких системах связи сведено в табл. 17.7, из которой видно, что дисперсия не должнг ограничивать информационную пропускную способность. В лабора торных условиях были получены значительно лучшие результаты, Kai-видно из примечаний 1, 2, и 4 к табл. 17.8.

Третий подход к созданию одиомодовых ВОЛС состоит в поиска возможностей получения волокна с минимальным затуханием is диапа зоне длин юлн 1,5 ... 1,7 мкм, где можно снизить потери до 0,2 дБ/км Нормируемые потери волокна в данном случае можно уменьшить дс 0,5 дБ/км. Как было показано в § 5.5, следует ожидать, что парамет]: полной материальной дисперсии лежит в области значений 0,005< < (Ктот) <С 0,01, так что при нормальной спектральной нлирине из лучения лазерного источника дисперсия волокна ограничит произведе ние скорости передачи на расстояние значением 5-10 (Гбит/с)- км Однако можно создать лазер, стабильно работающий в режиме одноь продольной моды в течение каждого импульса. Благодаря этому значе ние произведения информационной пропускной способности на расстоя ние можно увеличить на один-два порядка. Для реализации этогс пытались использовать лазерные структуры с распределенной обратной связью, а для управления режимом работы лазера применяли внеш нюю оптическую обратную связь. Если таким путем устранить диспер сионные ограничения, то снижение затухания увеличит вдвое расстоя иие между ретрансляторами по сравнению с данными табл. 17.7. В при мечаниях 3 и 5 к табл. 17.8 суммируются результаты последних лабо раторных экспериментов, в которых удалось достичь передачи сигна лов без ретрансляторов более чем на 100 км. Одномодовая ВОЛС бе: ретранслятора длиной 27 км будет со.здана в рамках программы раз работок волоконно-оптических систем связи фирмы British Telecom

17.3.3. Другие применения

До сих пор мы рассматривали только возможности иcпoльзoвaни ВОЛС в телефонной сети общего пользования. Однако есть и другие по требители, которым по различным причинам может не подходить теле фиэнная сеть общего пользования, но могут подойти ВОЛС. Например банки и другие финансовые учреждения могут пожелать введения соб ственной системы связи с целью сохранения независимости и обеспече ния своей безопасности. Кроме того, руководителям радиовещатель ных систем может потребоваться контроль за содержанием передавае мой программы на участке между студией и передатчиком. В Велико британии для использования в этих целях телефонной сети общеп пользования необходимо получить специальное разрешение, причем п(



своим техническим характеристикам она вполне подходила бы для этого. Однако если было бы официально разрешено создавать свои собственные каналы связи, они предпочли бы сделать это.

В двух рассматриваемых ниже случаях применения более вескими причинами поиска независимости от телефонной сети общего пользования являются технические. Речь идет о системах связи для управления службами электроснабжения и железными дорогами. Заметим, что в девятнадцатом веке необходимость обеспечения безопасности на железных дорогах послужила важным стимулом для развития электрического те-1еграфа. Эффективность работы этих служб всецело зависит от скорости и надежности передачи информации на большие расстояния в условиях воздействия помех для обеспечения удовлетворительной работы соответствующих систем. В них с самого начала проводились активные эксперименты с оптическими волокнами. Колея электро-фицированной железной дороги-источник не только значительных электромагнитных помех и паразитных контуров с замыканием через землю, но и значительных колебаний температуры. Линии электропередач образуют естественную трассу для линий связи, однако опять-таки электроизоляция и отсутствие помех является главным преимуществом воле. Японские комешнии разработали ряд волоконно-оптических систем, используемых для защиты энергетических систем, наблюдения и контроля, а также обмена информацией между ЭВМ. Проектируются ВОЛС длиной до 10 км с информационной пропускной способностью 30 Мбит/с и более. В Великобритании созданы экспериментальные ВОЛС, в которых волоконный кабель или подвешен на расстоянии от обратного провода заземления балансированных шестифаз-ных линий электропередачи, или находится внутри него. В данном случае, вероятно, будет важна способность оптического волокна выдерживать механические и вибрационные нагрузки. Руководящие органы энергетики и железных дорог не в состоянии окупить разработки ВОЛС, по они должны способствовать их общему развитию.

17.4. АНАЛОГОВЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

17.4.1. Преимущества и недостатки аналоговой модуляции

Ранее указывалось, что оптические системы связи можно сконструировать с очень низким затуханием (< 1 дБ/км) и широкой полосой пропускания О ГГц/км). Выяснилось совершенно точно, что по сравнению с электрическими системами передачи данных у них значительно меньше полный имеющийся запас мощности. Несмотря на то, что это компенсируется низкими потерями передачи, преимущества оптической системы значительно ниже в тех случаях, когда требуется высокое отношение сигнал-шум К нз-за того, что дополнительная требуемая на входе приемника мощность сигнала «съедает» часть запаса мощности на потери. Одна из особенностей импульсно-кодовой модуляции состоит в том, что можно получить малую вероятность ошибки при



относительно низком отношении сигнал-шум на входе приемника. В соответствии с теорией (см. § 15.3) для получения вероятности ошибок РЕ = 10~* требуется К -- 12 (21,6 дБ). Динамический диапазон кодированного аналогового сигнала, который во многих случаях должен составлять 50 ... 60 дБ, определяется числом бит на отсчет, и это отражается на ширине полосы пропускания, требуемой для передачи сигнала с ИКМ. В случае прямой аналоговой передачи в полосе спектра модулирующего- сигнала динамический диапазон обычно определяется отношением сигнал-шум на входе приемника, которое должно быть гораздо больше 21,6 дБ. Таким образом, потенциальные преимущества волоконно-оптических систем связи, вероятно, наибольшие при передаче двоичных сигналов с использованием ИКМ по интенсивности, скорее всего, будут значительно снижаться, если требуется прямая аналоговая модуляция по интенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала. Тем ие менее многие потребители настаибают на передаче сигналов в аналоговой форме не в последней степени из-за дороговизны и сложности цифровых кодеров н декодеров оконечной аппаратуры. Компромиссным решением между аналоговой модуляцией и ИКМ является использование импульсной модуляции по интенсивности в качестве поднесущей, которая может в дальнейшем легко модулироваться по частоте (ЧИМ) или фазе (ФИМ). Самые общие требования к аналоговой волоконно-оптической системе передачи данных предъявляет простая телеметрия и распределение телевизионных сигналов. Перед тем как рассмотреть специальные примеры, исследуем немного подробнее имеющийся запас мощности в оптических и в электрических системах связи. Для этого выберем системы, предназначенные для передачи сигнала с шириной полосы пропускания 100 МГц. Очевидно, что гю волокну с диаметром сердцевины 50 мкм имеет смысл передавать сигналы мощностью приблизительно Фт - 1 мВт (О дБм). При использовании в качестве источника излучения СД порядок этой величины будет соизмерим с порядком потерь, а при большем диаметре сердцевины он может быть даже больше. В § 14.4 было показано, что предел квантового шума идеального оптического приемника с пшриной полосы пропускания А/ определяется выражением

Фя-=2(е,,/Л)А/,

где Фц - мощность принимаемого оптического сигнала, необходимая для обеспечения требуемого отношения сигнал-шум К; - энергия фотона, т) - квантовая эффективность фотодетектора и F - коэффициент шума. Для идеального случая, когда т) = f = 1

Ф«==2е„,/(А/. (17.4.1)

Определим полный запас мощности через отношение Фг/Ф/? при К --1. Тогда на длине волны 1 мкм (Сф = 1,24 эВ) и А/ = 100 МГц, получаем Ф = 2 Еф А/ - 40 пВт (- 74 дБм); следовательно, полный запас мощности составит 74 дБ. На практике в системах с такой полосой про-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [ 148 ] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011