4. Принципы построения двусторонних линейных трактов восп.
Для обеспечения естественного диалога между абонентами, между человеком и вычислительной машиной, между вычислительными машинами, между вычислительными машинами и объектами управления связь должна быть двусторонней. Рассмотрим способы организации двусторонних линейных трактов.
Хронологически первым, по аналогии с коаксиальным кабелем, был освоен и широко применяется двухволоконный однокабельный однополосный способ организации двустороннего линейного тракта ВОСП.
Принцип построения двухволоконной однокабельной однополосной ВОСП показан на рис. 1.2, где приняты обозначения, аналогичные обозначениям на рис. 1.1.
Достоинством такой ВОСП является использование однотипного оборудования трактов передачи и приема оконечных и промежуточных станций, а недостатком – весьма низкий коэффициент использования пропускной способности ОВ.
С учетом особенностей светового излучения, использования эффекта его поляризации возможна организация двустороннего одноволоконного однополосного однокабельного линейного тракта ВОСП, рис. 1.3, где к ранее принятым обозначениям добавилось новое: – ОРУ – оптическое развязывающее устройство, осуществляющее поляризацию световых волн или разделение типов направляемой волны оптического излучения. Такой способ построения ВОСП является весьма перспективным, но при этом следует учитывать наличие переходных помех между информационными потоками, распространяющими во встречных направлениях.
Переходные помехи возникают за счет обратного релеевского рассеяния в ОВ и ОРУ, отражения света от сварных стыков и разъемных соединений на концах линии. Уровень переходной помехи и ее спектральный состав в значительной степени зависит от передаваемого сигнала (скорости передачи, формы импульсов оптического излучения) и параметров линейного тракта (затухания волокна, его длины, числовой апертуры, профиля показателя преломления ОВ).
Развитие оптоэлектроники, появление различного вида оптических фильтров и мультиплексоров позволяет организовать оптические линейные тракты по одноволоконной однокабельной двухполосной схеме, при которой передача в одном направлении ведется на длине волны оптического излучения l1, а в другом - l2. Разделение направлений передачи осуществляется с помощью направляющих оптических фильтров (ОФ), настроенных на соответствующие длины волн оптического излучения.
Обобщенная схема такого способа организации двусторонней связи приведена на рис. 1.4, здесь ОФl 1,2 – направляющие оптические фильтры, выделяющие соответствующие длины волн.
5. Методы уплотнения оптических кабелей
Основной задачей техники многоканальной электрической связи является повышение эффективности использования пропускной способности направляющих систем электросвязи: электрических и оптических кабелей. Исторически первым был метод частотного разделения каналов, который в настоящее время он находит широкое применение в технике ВОСП как технология спектрального уплотнения или мультиплексирования с разделением длин волн (Wavelength Division Multiplexing, WDM). При этом методе по одному ОВ одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальным сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием.
Возможность построения таких систем основывается на сравнительно слабой зависимости коэффициента затухания ОВ в пределах соответствующего окна прозрачности от частоты (или длины волны) оптической несущей. Поэтому, применяя метод частотного разделения, по одному ОВ можно организовать несколько широкополосных оптических каналов, увеличив тем самым результирующую скорость передачи информации.
Повышение эффективности волоконно-оптических линий связи возможно и с использованием временного разделения каналов, которое может быть реализовано на уровне электрических сигналов и на уровне оптических сигналов.
Временное мультиплексирование на уровне электрических сигналов приведено на рис. 1.8, где приняты следующие обозначения:
1…N – источники компонентных информационных потоков, представляющих собой многоканальные электрические сигналы;
MUX – временной мультиплексор, который последовательно подключает компонентные многоканальные электрические сигналы к общему оптическому передатчику (ОПер) на определенный временной интервал, создавая групповой электрический сигнал;
ОВ – оптическое волокно; ОПр – оптический приемник, преобразующий оптический сигнал в групповой электрический, содержащий N компонентных многоканальных электрических сигналов;
DMUX – временной демультиплексор, распределяющий принятые компонентные многоканальные электрические сигналы по соответствующим приемникам 1…N. Мультиплексор и демультиплексор должны работать синхронно.
Отметим, что компонентные информационные потоки могут быть сформированы как на основе систем передачи с частотным разделением каналов, так и на основе систем передачи с использованием импульсных и цифровых методов модуляции.
Схема с временным мультиплексированием (уплотнением) на уровне оптических сигналов приведена на рис. 1.9, где приняты следующие обозначения:
ОПер1…N – оптические передатчики 1…N компонентных информационных потоков (многоканальных электрических сигналов аналоговых или цифровых, преобразованных в оптические сигналы);
ОMUX – оптический мультиплексор, осуществляющий задержку оптического сигнала от каждого ОПер на величину Dt, 2t...NDt (здесь N – число компонентных информационных потоков или многоканальных оптических сигналов), объединяющий N многоканальных оптических сигналов в групповой оптический поток и направляющий его в оптическое волокно (ОВ); ODMUX – оптический демультиплексор, осуществляющий на приеме обратные преобразования.
При временном мультиплексировании, как на уровне электрических сигналов, так и на уровне оптических, требуется передача коротких (наносекундных) световых импульсов, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к быстродействию оптоэлектронных компонентов оптических передатчиков и приемников ВОСП. Кроме того, скорость передачи или широкополосность оптических трактов ограничивается дисперсионными свойствами ОВ.
Основными достоинствами временного мультиплексирования являются увеличение коэффициента использования пропускной способности ОВ (уже достигнуты скорости передачи до сотен и даже более Гбит/с) и возможность создания полностью оптической сети связи.
7.Оптическое волокно
Основу оптического кабеля составляет оптическое волокно (ОВ), представляющее собой диэлектрический волновод, изготовленный из оптически прозрачного диэлектрика, который из-за малых размеров поперечного сечения обычно называют волокном.
Конструктивно ОВ состоит из сердечника, изготовленного из материала с коэффициентом преломления n1 и отражающей оболочки, выполненной из материала с коэффициентом преломления n2. Напомним, что коэффициент или показатель преломления материала определяется по формуле:
,
где e - относительной диэлектрической постоянной и m - относительной магнитной проницаемостью.