1.Волоконно-оптической системой передачи - ВОСП называется комплекс технических средств, обеспечивающих формирование, обработку и передачу оптических сигналов по оптическому кабелю. Под оптическим сигналом понимается модулированное излучение полупроводникового лазера (ППЛ) или светоизлучающего диода (СИД) определенной длины волны.

Для описания параметров оптических кабелей, компонент ВОСП используется как частота, так и длина волны оптического излучения. Поэтому полезно знать соотношения между этими переменными, что особенно важно при описании полос пропускания и полос непропускания в терминах длины волны или частоты.

Связь между длиной волны и частотой оптического сигнала определяются соотношением

где l - длина волны оптического излучения в среде распространения;

f –частота сигнала; с – скорость света в среде распространения.

Скорость света с при распространении его через оптически прозрачный материал в свою очередь связана с показателем преломления n среды следующим образом: ,

здесь с₀ – скорость света, равная 300 000 км/с;

Очевидно, что длина волны оптического сигнала l изменяется с изменением показателя преломления среды

, (В.3)

где l₀ – называется длиной волны в свободном пространстве, т.е. длиной волны, измеренной в вакууме.

Другими параметрами оптического сигнала (оптического излучения) являются:

Электромагнитный спектр, характеризующий оптическое излучение как электромагнитное видимое излучение с большей частотой или более короткой длиной волны по сравнению с радиочастотами или радиоволнами. В ВОСП используется приграничный с инфракрасным диапазон длин волн от 800 до 2200 нм, но наиболее предпочтительными являются (пока) «три окна прозрачности» ОВ: 850, 1300 и 1550 нм (но постепенно осваивается и диапазон более длинных волн);

Мощность излучения Р(l) - основная энергетическая величина, характеризующая среднюю мощность оптического излучения за время, значительно большее периода электромагнитного колебания. Единицей измерения мощности оптического излучения, принятой в технике ВОСП является ватт и его доли или уровни мощности (дБм). Функция Р(l) характеризует спектральный состав излучения, т. е. зависимость потока излучения (мощности) от длины волны l.

Интенсивность излучения - отношение потока излучения, испускаемого элементом, к площади этого элемента.

Важной частью ВОСП, определяющей качество передачи сигналов является линейный тракт.

Линейным трактом ВОСП называется комплекс технических средств ВОСП, обеспечивающий передачу оптических сигналов соответствующей длины волны.

По оптическому кабелю с большим числом оптических волокон может работать несколько ВОСП с одинаковыми или различными линейными трактами. Такая совокупность технических средств и сооружений образует волоконно-оптическую линию передачи.

Волоконно-оптической линией передачи - ВОЛП называется совокупность линейных трактов ВОСП, имеющих общие оптический кабель, линейные сооружения и устройства их обслуживания.

Основными элементами ВОЛП являются:

линейно-кабельные сооружения, включающие в себя оптический кабель, оборудование его ввода/вывода в обслуживаемые (ОРП) и необслуживаемые (НРП) ретрансляционные пункты, устройства контроля состояния кабеля;

станционные сооружения, включающие в себя оборудование ОРП,

НРП, устройства контроля их работоспособности и оборудование дистанционного питания последних.

Совокупность оборудования оконечных и промежуточных станций различного типа и назначения и оптического кабеля образуют волоконно-оптическую линию связи - ВОЛС.

6. Достоинства волс обеспечили их быстрое и широкое применение:

1. Широкая полоса пропускания, что позволяет получить более высокую скорость передачи и, следовательно, большее число каналов различного назначения по одному ОВ.

2. Возможность получения ОВ с малой величиной коэффициента затухания, что увеличивает длину ретрансляционного участка (расстояние между ретрансляторами не менее 100…150 км).

3. Производство оптических кабелей (ОК) с малыми габаритными размерами и массой при высокой информационной пропускной способности.

4. Постоянное и непрерывное снижение стоимости оптических кабелей и совершенствование технологии их производства.

5. Высокая защищенность от внешних электромагнитных воздействий и переходных помех. Оптическое волокно это диэлектрик и оно не восприимчиво к внешним электромагнитным воздействиям, порождаемым линиями электропередачи, промышленными электро и радиоустановками. Отсутствуют взаимные влияния между ОВ многоволоконного оптического кабеля.

6. Высокая скрытность связи (утечка информации): ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну. Защищенность оптических сетей от несанкционированного доступа.

7. Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: ОВ различных типов позволяют заменить электрические кабели в цифровых системах передачи всех уровней иерархии.

8. Возможность постоянного совершенствования ВОСП по мере появления новых источников оптического излучения, оптических волокон, фотоприемников и усилителей оптического излучения с улучшенными характеристиками или при повышении требований к их характеристикам при полном сохранении совместимости с другими системами передачи.

9. Соответствующим образом спроектированные ВОЛС относительно невосприимчивы к неблагоприятным температурным условиям и влажности и могут быть использованы для подводных кабелей.

10. Надежная техника безопасности (безвредность во взрывоопасных средах, отсутствие искрения и короткого замыкания), возможность обеспечения полной электрической изоляции.

2. Обобщенная схема волоконно-оптической системы передачи

В состав волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) входят следующие технические комплексы.

1. Унифицированное каналообразующее оборудование (УКОО) тракта передачи, обеспечивающее формирование определенного числа типовых каналов или типовых групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи.

2. Оборудование сопряжения (ОС) тракта передачи, необходимое для сопряжения параметров многоканального сигнала на выходе КОО с параметрами оптического передатчика.

3. Оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразование электрического сигнала в оптический сигнал, длина волны которого совпадает с одним из окон прозрачности оптического волокна. В состав ОПер входят:

- источник оптического излучения (ИОИ) или оптической несущей;

М - модулятор, с помощью которого один или несколько параметров оптической несущей модулируются электрическим многоканальным сигналом, поступающим с ОС_пер, и согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно оптического кабеля с минимально возможными потерями. Как правило, источник оптического излучения и согласующее устройство образуют единый блок, называемый передающим оптоэлектронным модулем (ПОМ). Типичный ПОМ состоит из ИОИ на основе полупроводникового лазера (ПЛ) или светоизлучающего диода (СИД), устройства для преобразования входных электрических сигналов и стабилизации режимов работы активных элементов ПОМ.

4. Оборудование оптического линейного тракта оконечного пункта (ОЛТ-ОП) - тракт передачи предназначено для формирования оптического линейного сигнала, параметры которого максимально согласованы с параметрами ОВ, в также ввод его в ОВ линейного оптического кабеля с минимальными потерями и искажениями.

5. Оптический кабель, волокна которого (ОВ) служат средой распространения оптического излучения.

6. Оптический ретранслятор (ОР), обеспечивающий компенсацию затухания сигнала при его прохождении по оптическому волокну (ОВ), коррекцию различного вида искажений и обеспечение заданной помехозащищенности. ОР могут быть обслуживаемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через определенные расстояния, называемые ретрансляционными участками. В ОР может производиться обработка (усиление, коррекция, регенерация и т.д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала, и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и оптического сигнала с помощью оптических квантовых усилителей.

7. Оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптического излучения и преобразование его в электрический сигнал; ОПр включает в себя согласующее устройство (СУ), необходимое для вывода оптического излучения из ОВ с минимальными потерями, и приемник оптического излучения (ПОИ); совокупность согласующего устройства и приемника оптического излучения представляют приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ); типичный ПРОМ включает фотодетектор оптического излучения на основе p-i-n или лавинных фотодиодов, электронные схемы обработки электрического сигнала, устройства стабилизации режимов работы активных элементов ПРОМ.

8. Оборудование оптического линейного тракта оконечного пункта (ОЛТ-ОП) -тракт приема предназначено для ввода оптического линейного сигнала, поступающего от линейного оптического кабеля, в станционный оптический кабель с минимальными потерями и искажениями.

9. Оборудование сопряжения (ОС_пр) тракта приема, преобразующее сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответствующего КОО;

10. Унифицированное каналообразующее оборудование (УКОО) тракта приема, осуществляющее преобразование многоканального сигнала в сигналы отдельных типовых каналов и трактов.

Обобщенная структурная схема ВОСП приведена на рис. 1.1.

Для модуляции оптической несущей многоканальным электрическим сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др.

Отметим, что МИ нашла самое широкое применение при построении волоконно-оптических систем передачи, так как приводит к относительно простым техническим решениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преобразования оптического сигнала в электрический, т.е. демодуляции.