8.6. Оптический линейный тракт

Прохождение оптического сигнала по волоконно-оптическому кабелю (ВОК) сопровождается рядом нежелательных явлений (избавиться от которых полностью невозможно, но значительно ослабить их влияние на качество передачи возможно):

◊ затухание ВОК, обусловленное собственными потерями – потерями на поглощение и потерями рассеяния – в оптическом волокне (ОВ); дополнительными потерями, называемыми кабельными потерями, обусловленными деформацией ОВ в процессе производства ВОК (скрутка, изгибы, отклонения от прямолинейности, термомеханические воздействия на ОВ при наложении оболочек и покрытий и др.); потери за счет примесного поглощения оптического излучения из-за наличия ионов металлов (никель, железо, кобальт и т. п.) и гидроксильных групп (ОН) и потери за счет инфракрасного поглощения, приводящего к всплескам затухания ОВ. Спектральная зависимость этих потерь приводит к амплитудно-частотным искажениям сигналов и, следовательно, к изменению их формы;

◊ дисперсионные искажения, обусловленные дисперсией ОВ, приводящей к рассеянию во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, т. е. к различному времени их распространения, что приводит к изменению формы и длительности импульсов; эти искажения аналогичны фазочастотным (фазовым) искажениям, приводящим к межсимвольным или интерференционным помехам;

◊ затухания и отражения оптического сигнала в разъемных и неразъемных соединителях строительных длин ВОК и компонентов ВОСП;

◊ снижение помехозащищенности (защищенности), обусловленное шумами и помехами при прохождении оптического сигнала по линейному тракту ВОСП.

Оптический линейный тракт (ОЛТ) представляет собой «совокупность технических средств, предназначенных для передачи оптического излучения определенной длины волны и обеспечивающих компенсацию затухания оптического сигнала, коррекцию искажений, необходимую защищенность или вероятность ошибки». Кроме того, оборудование ОЛТ включает в себя устройства контроля параметров передаваемых оптических сигналов и качества функционирования основных компонентов ВОСП, образующих в целом систему мониторинга всего комплекса волоконно-оптических систем и линий передачи. Обобщенная структурная схема ОЛТ ВОСП приведена на рис. 8.27.

Информационный электрический сигнал с выхода аппаратуры сопряжения оконечного пункта А поступает на оборудование ОЛТ оконечного пункта (ООЛТ-О) тракта передачи. Здесь происходит формирование оптического линейного сигнала (ОЛС), параметры которого максимально согласованы с параметрами ОВ, а также обеспечение номинального уровня мощности оптического излучения. С выхода оптического передатчика ООЛТ-О излучение через устройство стыка (согласования) станционного (объектового) ОК с линейным (УССЛК) поступает на устройство ввода/вывода линейного ОК в оконечный пункт (УВК-О).

В состав ООЛТ-О входит комплекс устройств сервисного обслуживания (УСО), включающий в себя:

– устройства телеконтроля (ТК) параметров ОЛС и качества функционирования основных элементов ВОСП (передающих и приемных модулей, усилителей, ретрансляторов и др.),

– устройства телемеханики (ТМ), управляющие работой аппаратуры поддержания кабеля под избыточным давлением, следящие за температурой, влажностью в контейнерах необслуживаемых ретрансляционных пунктов (НРтП), формирующие сигналы несанкционированного проникновения в НРтП и др;

– устройства служебной связи (СС), позволяющие организовать: участковую служебную связь (УСС) между ОП, ОРтП с одной стороны и НРтП с другой; постанционную служебную связь (ПСС) между ОП и ОРтП и последних между собой и магистральную служебную связь между ОП.

При необходимости организации дистанционного питания НРтП по металлическим жилам линейного ОК в состав оборудования ОЛТ входят устройства передачи и контроля дистанционного питания (УДП_пер).

После прохождения по линейному ОК сигнал поступает на НРтП, в состав которого входят:

1) устройства ввода/вывода линейного ОК в ретрансляционный пункт (УВК-П);

2) линейный ретранслятор (ЛРт), осуществляющий фильтрацию, коррекцию и усиление (регенерацию) оптического сигнала;

3) устройства сервисного обслуживания (УСО);

4) устройства приема и распределения дистанционного питания (УДП_пр).

Через определенное число НРтП (определяемого схемой организации связи, возможностями оборудования дистанционного питания и др.) устанавливается обслуживаемый ретрансляционный пункт (ОРтП). Если в ОРтП осуществляется только восстановление параметров оптического излучения после его прохождения по ОК и организация дистанционного питания НРтП, их технического обслуживания, то такой пункт является основным – ОртП-0 и его схема практически не отличается от схемы НРтП. Если в ОРтП схемой организации связи предусмотрены транзит или ввод/вывод каналов и трактов, то такой пункт является транзитным (ОРтП-Т) или пунктом ввода/вывода (ОРтП-В). Эти пункты оборудуются аппаратурой транзита (АТ) или аппаратурой ввода/вывода соответствующих информационных структур (потоков, групп каналов), приемным и передающим оборудованием ОЛТ_{пр (пер)} по типу оконечных пунктов.

В оборудовании тракта приема оконечного пункта (ОП-Б) происходит преобразование принятого линейного оптического сигнала в электрический, параметры которого максимально согласованы с параметрами тракта приема оборудования сопряжения.

Расстояние ОП-НРтП, НРтП-НРтП, НРтП-ОРтП называется длиной регенерационного участка; расстояние ОП-ОРтП, ОРтП-ОРтП и ОРтП-ОП называется секцией обслуживания или секцией дистанционного питания, если оно организовано по металлическим жилам ОК.

Структурная схема цифрового оптического линейного тракта приведена на рис.8.28., где приняты следующие обозначения: АФЦП – аппаратура формирования типовых цифровых потоков ПЦИ или СЦИ; Т и Т^′ – точки стыка тракта АФЦП с оптическим линейным трактом; ПК_пер – преобразователь кода тракта передачи, предназначенный для преобразования стыкового кода АФЦП в линейный код ВОСП; ПОМ – передающий оптический модуль; ОЛТ-О_пер – оборудование линейного тракта оконечного пункта; точки S – линейная сторона оптического шнура («pigtail») в точке окончания участка на передающем конце и R – линейная сторона оптического шнура («pigtail») на приемном конце – оптические стыки ВОСП; ОВ – оптическое волокно;

ПРОМ – приемный оптический модуль, преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал; ЛР – линейный регенератор электрического цифрового сигнала; СР – станционный регенератор электрического цифрового сигнала; ПК_пр – преобразователь линейного кода ВОСП в код АФЦП.

Оптический сигнал через оптический стык поступает на фотодетектор ПРОМ, где преобразуется в электрический сигнал, усиливается, корректируется и через фильтр нижних частот (ФНЧ), предназначенный для подавления высокочастотных помех, поступает в схему регенератора (Рег). Параметры ФНЧ (затухание, импульсная или переходная характеристики) максимально согласованы с параметрами информационного цифрового сигнала, его спектральной плотностью. Часть сигнала с выхода ФНЧ поступает в устройство автоматической регулировки усиления (уровня) – АРУ, предназначенное для компенсации изменений уровня входного сигнала, вызванных влиянием различных дестабилизирующих факторов. Сигнал с выхода АРУ поступает в устройство управления (УУ), осуществляющее изменение параметров передачи ПРОМ. Как правило, УУ представляет собой управляемый источник напряжения (УИН) смещения на р-i-n или лавинные фотодиоды. Регенератор (Рег) представляет устройство, восстанавливающее форму электрических сигналов и временные соотношения в информационных последовательностях или в линейном коде. Далее восстановленный сигнал поступает в ПОМ, где происходит преобразование регенерированного электрического сигнала в оптический с соответствующими параметрами. Процесс регенерации электрического сигнала аналогичен ранее рассмотренному в регенераторах систем передачи, работающих по металлическому кабелю.

Оптическими линейными трактами с оптическими усилителями (рис. 8.29.) называются тракты, где формирование параметров оптического линейного сигнала осуществляется соответствующим включением оптических усилителя мощности (ОУМ), линейного усилителя (ЛОУ) и предусилителя (ПРОУ).

Оптическим усилителем (ОУ) называется компонент ВОСП, предназначенный для усиления оптического сигнала без преобразования его в электрический. Обобщенная схема ОУ представлена на рис. 8.30.

Оптическое излучение мощностью Р_вх через входное оптическое волокно (ОВ_вх) поступает на усилительный элемент (УЭ), где происходит процесс усиления оптического сигнала до мощности Р_вых, который затем через выходное оптическое волокно (ОВ_вых ), поступает к соответствующему компоненту ВОСП. Оптический усилитель увеличивает амплитуду входных оптических сигналов чисто оптическими операциями, не выполняя при этом никакого восстановления формы оптического сигнала, т.е. оптический усилитель не привязан к протоколу или скорости передачи и может усиливать входной сигнал любого формата. Один ОУ способен усиливать одновременно большое число независимых спектральных каналов.

В зависимости от технологии изготовления различают следующие типы ОУ:

– лазерные полупроводниковые ОУ – ППОУ (Semiconductor Optical amplifiers – SOA);

– ОУ на оптическом волокне (ОВ), легированном редкоземельными элементам (РЗЭ);

– ОУ на основе нелинейных явлений в оптическом волокне;

– комбинированные ОУ, использующие ОВ, легированные РЗЭ и нелинейные явления в нем;

2) в зависимости от места включения в линейном тракте ВОСП различают:

– усилители мощности (бустеры), включаемые на выходе передающего оптического модуля (ПОМ) оконечной станции и предназначены для увеличения мощности оптического сигнала на входе оптического линейного тракта;

– предварительные усилители, устанавливаемые на удаленных концах линейного тракта ВОСП, и предназначаются для повышения чувствительности фотоприемника;

– линейные усилители, устанавливаемые в тех точках линейного тракта ВОСП, где необходимо усиление оптического сигнала до такого уровня, чтобы он соответствовал чувствительности приемника оконечной станции;

– компенсаторы потерь, предназначенные для компенсации потерь, вносимых пассивными элементами: модуляторами, фильтрами и др.

Гибридными оптическими линейными трактами (рис.8.31.) называются тракты, в которых используются и регенераторы, и оптические усилители. Усилители, усиливая оптический сигнал, добавляют к нему собственные шумы, уменьшая отношение сигнал/шум. Происходит накопление шумов от усилителя к усилителю, избежать которого позволяет использование регенераторов. В этом случае уменьшается число цифровых регенераторов в линейном тракте, что приводит к значительному снижению накопления фазовых дрожаний, обусловленных погрешностью работы устройства выделения тактовой частоты.