Сандық опто-волокондық байланыс жүйесі
Сандық техниканың дамуы басымдылық,сандық ақпараттың жіберілуі(жоғары бөгеттен сақтағыш және жіберу трактінің бейсызықтық сезбегіштігі) әртүрліхабарламаны жіберу үшін сандық байланыста кеңінен қолданылады.Сандық сигналдар кабельдер,спутниктер,радиорелейлік желі арқылы таралады.Осыған ВОСС жатқызуға болады.Болашақта бұл модуляцияның түрі светодиодты жүйелерге қолданылады.себебі шалаөткізгішті лазердің шығыстық сипаттамасы бейсызық болып табылады.Электрлік байланыстағы аналогты сигналды сандыққа түрлендірудегі негізгі әдісі импульсті-кодты модуляция (ИКМ) болып табылады.Интерактивті кабельді теледидар жүйесінің типті структуралық схемасы 10.11 суретте көрсетілген.
ВОСС мен ИКМ кабельді жүйелерге сәйкес басты сызықты құрылғылар мен және сигналды тарату ортасына қарай ажыратылады.Сондықтан да,сандық ВОСС жұиысын қарастыру үшін,ең алдымен артықшылықтарын айтып өту керек:сигналды жіберу желісіндегі кіріс,оптикалық қабылдағыш және таратқыш,сызықты тракттің өзінше құрылуы.Бұл жүйенің байланыс проект жүйесіне әсерін бақылауымыз қажет.
Элемнтті юаза мен ВОСС сызықты тракттің параметрін таңдау сандық сигналдың тарату жылдамдығына байланысты болады.МККТТ сандық сигналдардың бірігу ережесін орнатты және электр байланыстағы сандық сигналдардың уақытша қосылуы үшін бағынышты(иерархия) аппаратураны анықтады.Иерархия мәні берілген аппаратураның баспалдақты орналасуы,және әрбір баспалдақта,алдыңғы баспалдаққа сәйкес символдардың бірдей тарату жылдамдығын иемделген сандық сигналдардың анықталған сандардың бірігуі болып табылады,ал электр байланыстағы түрленген сандық сигналдың символдарының тарлу жылдамдығы олардың сондай таралу жылдамдықтағы электр байланыстағы басқа сигналдармен бірігіп кетуіне мүмкіндік туғызады.
10.11 Сурет
Интерактивті кабельді теледидар жүйесінің структуралық схемасы
Европалық мемлекеттер үшін әртүлі иерархия үшін сигналдардың таралу стандартты жылдамдықтары орнатылған(телефон каналдарының сыйымдылығына сәйкес):бірінші саты-2,048 Мбит/с(120 телефон каналдары);екінші-8,448 Мбит/c (120 телефон каналдары);үшінші-34,368 Мбит/c(480 телефон каналдары);төртінші-139,264 Мбит/c(1920 телефон каналдары).Келтірілген жылдамдықтар сандық байланыс каналының біріншілік,екіншілік,үшіншілік,төртіншілік топтарын ажыратады.Басқа иерархиялық жүйелер зерттелініп жатыр.
ИКМ біріншілік жүйенің сигналдары опто-волокондық кабель арқылы таратуға болады,бірақ бұл орынсыз тиімді емес болып келеді,сондықтан светодиодты жүйелерде сандық сигналдардың екіншілігін,үшіншілігін және төртіншілік топтарын жіберуге тиімді болып келеді.ИКМ қарастырылған иерархиялық жүйелері қалалық,зоналық,магистральдық байланыс желісіне бөліне алады.
Екіншілік,үшіншілік.төртіншілік жүйедегі сандық сигналдар бастапқа иерархиялық жүйелердегі сандық сигналдардың бірігуінен алынған.Бұл сигналдар бірігетін аппаратура сандық сигналдардың уақытша біргу құрылғысы деп те аталады,оның схемасы 10.12 суретте көрсетілген.
10.12 Сурет
Сандық опто-волоконды тарату жүйесіндегі шет құрылғысы:
1-уақытша бірігу құрылғысы;2-скремблер;
3,4-кодты түрлендіргіш;5-оптикалық таратқыш.
Бұл аппаратураның шығысында сандық сигнал скремблер2 арқылы скремблерленеді,яғни структурлы түрде түрленеді,оның ерекшелігі мен кездейсоқ сигналдың ерекшелігіне жақындау үшін символдарды таратудағы жылдамдық өзгеріссіх қалады.Байланыс желісінің орнықтылық жұмысына жету үшін ақпарат көзінің статикалық ерекшеліктен тәуелсіз болуы мүмкін емес.
Скремблерден кейін сандық сигналдың кез келген сандық байланыс жүйесінің электрлік торап көмегімен кіріске беріле алады.МККТТ әрбір иерархиялық жылдамдығы үшін арнайы тораптар коды ұсынылған.Уақытша бірігу ұүрылғысынан торап кодына түсетін бинарлы кодтың түрлену операциясын кодты түрлендіргіш3 орындайды.Торап құрылғысына сандық опто-волокондық тарату жүйесінің екі құрылғысын қосатын желіні жатқызуға болады;бұндай желінің ұзындығы бірнеше метрден жүздеген метрге дейін жетеді.Торап коды оптикалық сызықты тракттен алынған кодтан айырмашылығы бар болады.Торап кодының сандық ВОСС кодына түрлендіру операциясын код түрлендіргіш4 орындайды,шығысында оптикалық таратқыш5 модульдейтін сәулеленуі бар сандық электр сигналы шығады.
Модульденген оптикалық сәулелену келістіруші құрылғы көмегімен ВОК-ға жіберіледі.Кабельдер ажырайтын және ажырамайтын қосылулар арқылы қосылады,идеалды светодиодтың өткізу жолағының кеңдігі оның ұзындығына кері проорционалды болып келеді:ΔFL=ΔF/L, мұндағы ΔF-волоконның өткізу жолағы,МГц*км;L-волоконның ұзындығы,км.Ондай жолақ волоконда мод түрлендіруінің болмауынан жүзеге асады және топтық уақыт пен мод таралуының әртүрлігі анықталады,сонымен қатар ішкімодты және материалды дисперсиямен анықталады.
Оптикалық сызықтық трактте оптикалық корректорлар кіруі мүмкін,олар модтың светодиодта орналасу кезіндегі топтық уақыттың тегістеін орындайды.Модты араластырғышты (модты скрембелр)қолданғанда оптикалық волоконның өткізу жолағынығ кеңдігі былай анықталады
Біртексіз өткізу жолағындағы бағытталған кодтың реалды светодиодқа әсері пропорционалды L-δ (0,5<δ<1) болып келеді.Толық модтың ығысуы δ~0,5,скремблену кезіне сәйкес келеді.
ΔFL жиілікті жолақ кеңдігінің пайдалы эффектісі кезінде,мод әсерлесуі δсмL өлшеміндегі светодиодта өшудің артуымен орындалады,жолақ кеңдігі неғұрлым көп болған сайын ΔFL’=ΔFL соғұрлым қосымша өшуі де артады.Модтың орналасуы орнатылған бұл өлшемдердің байланысы мына теңдік арқылы анықталады
Мұндағы k-тұрақты,волоконның өлшеміне тәуелсіз,волоконнан бөлек мод байланысының өшуі мен статикалық орналасуСвымен,көрсеткіш пішінінің сынуымен анықталады.Параболалық пішінді волокон үшін k~0,18 дБ.
Светодиодтың өшуі онымен таралған оптикалық импульстердің интенсивтілігінің азаюына алып келеді,ал өткізу жолағының кеңдігінің өзгеруі импульстерді кеңейтіп тастайды.Форманы қайта қалыпқа келтіру үшін,ВОСС-дағы сандық тізбектелген амплитуда және уақытша сипаттамасы,сандық байланыс жүйесіндегідей регенератор қолданылады.Регенератор фотоқабылдағыштан,сигналды өңдеу құрылғысынан,оптикалық таратқыштан және бақылау құрылғысынан тұрады.Қызмет етпейтін пункттердегі сызықты тракттегі жүйелерден тыс орнатылған сызықты регенераторлар ажыратылады,ал кепілді электр көзі бар қызмет көрсететін пункттерде немесе жол жөнекей АТС,және стационарлық регенераторлар соңғы станциялар мен қабылдағыш бөліміне кіретін станциялық сызықты тракттің құрылғысын орнатады.
Регенераторлардың арақашықтықтары фотоқабылдағыштың және оптикалық тракттің амплитуда-жиіліктік сипаттамасы бар светодиодқа келтірілген таратқыш жағындағы және оптикалық сигналдың қабылданатын минималды қуатты қажет ететін оптикалық қуат,оптикалық тракттағы жалпы шығынға байланысты болады.Техникалық әдебиеттерде қуатты (дБм)ретінде алу қажет:децибельдегі қуат бір милливатқа тең болады,ол P=10lgP анықталады.
Қажетті қуатты мына формулалармен анықтауға болады,дБм:
B<50 Мбит/с үшін:
B>50 Мбит/c үшін:
Регенераторлардың арасындағы қашықтық световодта оптикалық импульстердің кеңейтілуіне тәуелді.Импулсьтің ортаквадтратты кеңдігі Т импульсі мен екі көрші импульстердің арасындағы интервалдың жартысынан көбірек болып келеді.
Егер световодтың жолақ кеңдігі импульстің кеңейтілуі 0,25T-дан аз болса,онда оптикалық таратқыш пен регенератордың арасындағы қашықтық оптикалық тракттағы шығынмен анықталады.Егер импульстің кеңейтілуі 0,5T-дан артып кетсе,онда кабельдің ұзындығы шығынмен шектелген ұзындықпен салыстырғанда аз болуы керек,ол импульстің қажеттілгін жабуын азайту үшін керек.
Регенераторда бұрмаланған сандық сигнал амплитуда бойынша берілген нақтылықпен қалпына келтіріледі,және формасы мен уақытша сипаттамасымен қатар оптикалық таратқыш келтірілген құрылғы көмегімен ВОК-ға беріледі.Сигнал жаңа регенерация аумағына келеді де,келесі регенераторды қайта қалпына келтіріледі және т.б.Бұл процесс оптикалық сигналдың станциялық регенратор фотоқабылдағышына жетпейінше орындала береді.
Станциялық регенраторда қайта қалпын келтірілген соң,торап кодындағы электрлік сандық сигнал кодты түрдлендіретін сандық сигналға түрленеді,яғни аналогты код түрлендіргіш4,кейін қосқыш желі арқылы торап құрылғысының код түрлендіргішіне дейін жетеді,шығысында бинарлы кодты сигнал шығады.Бұдан кейін дескремблер атты құрылғы кері скремблировалау және шығатын сандық сигнал көмегімен операцияны орындап уақытша бөлу құрылғысына түседі.Сандық световодты тарату жүйесінің сызықты трактінің ерекшеліктерінің құрылуы,кодты таңдау немесе кодты түрлендіруі арқылы жүзеге асады.Бұл ерекшеліктерді түсіну үшін,ең алдымен,ВОСС бойынша таралатын сандық байланыс сигналына қандай талаптар қойылатынын білуіміз қажет.
Световодты сандық сигналды тарату жүйесінің талаптары.Байланыс желісінде сызықты тракт үшін сандық сигналдың негізгі көзі торап(стык) болып табылады.Сызықтық тракттің таралу ортасы одан бұрын сандық сигналдар мен тораптардың уақытша бірігу құрылғысының жалпы талаптары өңделгенге қатысы болмауы керек.Ортаға тәуелсіз сандық сигналдардың таралу параметрлері сызықты тракттің кірісінде шығысында да МККТТ ұсынылған.
Оптикалық волокон сигналдың таралу ортасы сияқты,және де фотоқабылдағыштың оптоэлектронды компоненттері мен оптикалық таратқыш сызықты трактке түсетін сандық сигналдың құрылымының шексіздігін орнатады,сондықтан да торап құрылғысымен және ВОСС сызықтық трактілерінің арасына код түрлендіргішті орналастырады.Световодты жіберу жүйесінің кодты таңдауы шұғыл қажет болады.Желідегі код жіберілетін екілік ақпаратқа сәйкес сандық сигнал,оптикалық таратқышты модульдейді.Кодты таңдау кезінде бірнеше факторларды ескеру қажет.
Біріншіден,бейсызық модуляцияланған сипаттама және лазердің сәулеленетін оптикалық қуаттың температуралық тәуелділігі екідеңгейлі код қолданады.
Екіншіден,энергетикалық спектрдің түрі төменжиілікті және жоғарыжиілікті компоненттері үшін қажет.Энергетикалық спектр екі бөліктен тұрады:үзіліссіз және дискретті.Үзіліссіз бөлігі ақпараттық сигналдың мазмұнынан және кодтың типіне тәуелді болады.Төменжиілікті құраушы энергетикалық спектрдің үзіліссіз бөлігін басу керек.Бұл фотоқабылдағыштың айнымалы тоқ күшейткішіндегі сандық сигналдың бұрмаланбас үшін қажет.Регенератордың шешетін құрылғысының алдында оптимальді қабылдауды орындау үшін сызықты тракт құрылғысын күрделендіретін төменжиілікті құраушыны қалыптастыратын қосымша құрылғыларды орнату қажет.Төменжиілікті құраушыны басу үшін басқа да себептер қажет.Шалаөткізгішті лазермен сәулелендіретін оптикалық қуат қоршаған температураға байланысты болады және теріс кері байланыс арқылы оңай тұрақтандырыла алады.
Үшіншіден,кодты таңдау үшін сызықты сигналдағы тактілік синхросигнал жайлы ақпараттың анализі қажет болады.Қабылдағышта бұл ақпарат хрондалатын тербелістің фазасын және жиілігін қайта қалпына келтіру үшін қолданылады.Сандық ауысу деңгейі көп болса,яғни <10> немесе <01> түрдегі ауысу онла синхронизация байқалады. Тактілік жиіліктің қайта қалпына келуі және хрондайтын ақпараттың белгілену қарапайым орындалатын схемасы жақсы болады,егер де,сандық сигналдың энергетикалық спектрінің дискретті құраушысы тактілік жиілікте орналасқан болса.
Төртіншіден,код жіберілетін хабарламаға қандай да бір шектеу қоймауы керек және кез келген тізбектелген екілік сигналдың бірмәнді жіберілуін қамтамасыз етеді.
Бесіншіден,код қателіктерді анықтап немесе жөндеуді қамтамасыз етеді.Байланыс сапасының негізгі сипаттамасы қателіктердің пайда болу жиілігі немесе қателік коэффициенті болып табылады.
Байланыстың сапасын бақылау қателіктің жиілік бойынша пайда болуы арқылы желі жұмысын үзбей-ақ орындалады.Бұл талап артықшылығы бар кодтың қолдануы формалау ережесінің бұзуына алып келеді.Дұрыс таңдалған код оптикалық таратқыштың қарапайым орындалуына кепіл береді және сызықты тракттің арзан бағада электроэнергиясының аз мөлшерде қолдануына мүмкіндік береді.Код түрі қателікті бақылау және сигналды өңдеудегңіоптикалық таратқыш пен фотоқабылдағыш кодер және декодердің күрделі орындалуын анықтайды.Мысалы,сандық сигналдағы деңгейлер ауысуы бөлек бөлек жүрсе.Бұл аппаратураның сандық тораптарының элементтерінің тез жұмыс ісиеуін азайтуға мүмкіндік береді.НРП электр көзі қосымша сым арқылы жіберіледі немесе автономды қорек көзі қолданылады.Осыған байланысты регенератордың және НРТ электр көзінің аз мөлшерде қолданылуын қаматамасыз ету керек. Сандық бинарлы сигналдың құрылымын жақсарту мүмкіндіктерін қарастырсақ.
Скремблерлену көмегімен бинарлы сигналдың құрылымының статикалық жақсартылуы.Екілік мәліметтер сигналдың әртүрлі көзінен келіп түседі:сандық сигналдардың уақытша бірігу құрылғысы,факсимальді,видеотелефонды немесе теледидарлы ИКМ кодектерінің жіберілуі және т.б,сондықтан да олардың статикалық сипаттамалары ажыратылады.Бинарлы импульстің параметрлерін жақсарту бинарлы кодтың көмегімен екілік ақпаратты көрсетеді және ақпарат көзіне түсетін екілік ақпаратты шағылыстырады.Егер де бұл шағылыстыру сатысыз болса,онда импульстік код формасының есебінен бинарлы кодты NRZ-L немесе RZ-L аталады.NRZ(non return to zero-нөлге қайтып келмейтін) және RZ(нөлге қайтып келетін) әртүлі кодты хабарлама сипатталынады,ал L символ ақпаратты сатысыз кодтауды білдіреді.NRZ кезінде импульсті кодтың ұзақтығы τи такт ұзындығына T сәйкес келеді,ал RZ кезінде τи<T болады.
Егер тізбектелген шығыс импульсі кездейсоқ сигналдың құрылымын қажет етеді,сигналдың статикалық екілік мәлімет көзінен скремблеровалау қолданылады.Бұл жағдайда кодталған сигнал скремблероваланған сигнал деп аталады.Оған не бір не нөл болу ықтималдығы сәйкес келеді:m бірдей символдар ықтималдығы (0,5)m,ал автокорреляцияланған функция ВОСС-да скремблирленеді.Ол хрондалған импульстердің жіберілетін ақпаратты сигналдың структурасынан тәуелсіз таңдауын жақсартады және сигнал/шум қатынасыноңайлатады,ал RZ қорғау форматын қолданғанда кейбір дисперсиялы бұрмаланулар қорғалып қалады.Скреблирленген бинарлы сигнал таралу жылдамдығы 140 Мбит/с қолайлы болвп келеді.
Скремблердің негізгі элементі кері байланыс ығысуы бар n-каскадты регистр болып табылады,ол максималды ұзындығы 2n-1 периоды бар сигналды ала алады.Екі жүйе түрі ажыратылады:”скремблер-дескремблер”:өзіндік синхрондалатын және орнатуы бар.Өзіндік синхрондалу жүйесі қолданылса,қабылдағыш жағындағы дескремблер ешқандай ақпаратты қажет етпейді,бірақ қабылданатын жақтағы скремблердің әсерін жою үшін сандық сигналдың жіберілетін скремблерін қажет етеді.Өзіндік синхрондалатын жүйе “скремьле-дескремблер” негізінен,ақпарат көзі түсініксіз немесе синхрондалатын ақпаратты жіберу дескремблер жолында жоқ болса қолданылады.
10.13 суретте көрсетілген скремблерлеудің өзіндік жүйесінің структуралық схемасы көрсетілген.Екілік ақпаратты αк сигналы жіберілетін жақта rk сигналы бар mod2 арқылы комбинацияланады.Кері байланыс функциясы кездесоқ максималды ұзындықты 2n-1 алу үшін таңдалынады,бұл жағдайда жіберілетін сигнал нөлге тең болады.
Өзіндік синхрондалатын скремблерлену кері функциясы дескремблердің қабылданатын жағында оны болады.Сигнал жүйенің шығысында “скрембле-дескремблер”жіберу жағында кіріс сигналына сәйкес келеді,егер қателіктер болмаса,яғни онда мына теңдіктер орындалады:
мұндағы α1, α2………… αn 1 немесе 0 тең болады,ол кері байланыстың формалау n-каскадты ығысуы бар регистрдің қолданатын және қолданбайтынына байланысты.
