5.2. Ретрансляция оптических цифровых сигналов и оценка

помехозащищенности регенератора ЦВОЛТ

По мере распространения оптического сигнала происходит его ослабление, а также уширение импульсов из-за дисперсии. Любой из этих факторов может оказаться причиной ограничения максимальной длины беcретрансляционного участка волоконно-оптического сег­мента. Если же максимальная допустимая длина между приемником и передатчиком превы­шена, то необходимо в промежуточных точках линии связи добавлять один или несколько ретрансляторов. В общем случае ретранслятор выполняет функцию усиления оптического сигнала и дополнительно (при цифровой передаче) может восстанавливать форму импуль­сов, уменьшать уровень шумов и устранять ошибки  такой ретранслятор называется регене­ратором. Структурная схема линейного регенератора ЦВОСП показана на рисунке 5.3.

Рис. 5.3. Структурная схема регенератора оптического сигнала в ЦВОЛТ

В приемном оптическом модуле ПРОМ принимаемый из линии опти­ческий сигнал преобразуется в электрический, который здесь же усиливается и при необходимости корректируется. Далее в электронной части регенератора, построенной по традиционной схеме, в решающем устройстве РУ осуществляются оценка значений принимаемых символов и формирование в ФС регенерированного цифрового сигнала. Так как принятие решений о значениях принимаемых символов осуществляется на фоне шумов, воздействующих на полезный сигнал, то в процессе регенерации возникают ошибки. Качество передачи информации в ЦВОСП принято оценивать по вероятности ошибки р_ош, вели­чина которой определяется соотношением сигнал/ шум (с/ш) на входе решающего устройства (в точке решения регенератора, ТРР), т. е. с/ш = f(р_ош).

Часто используется понятие защищенность сигнала от помех , (дБ). Тогда А_р = f(р_ош).

Для ЦВОСП вероятность ошибки обычно должна составлять величину р_ош = 10^9, что обеспечивается при А_р = 20 ... 30 дБ.

При анализе помехоустойчивости линейного регенератора обычно полагают:

 что результирующий шум на входе решающего устройства имеет гауссово распределение вероятностей мгновенных значений и аддитивно воздействует на сигнал;

 уровень дробового шума пропорционален среднему значению принимаемой оптической мощности и остается постоянным при приеме символов "1" и "0".

Расчет соотношения сигнал/шум (с/ш) в ТРР производится по формуле

, или 5.14)

с учетом I_ф = Р_о S_i ,

. (5.15)

При этом А_р = 20 lg(с/ш). Определить значение вероятности ошибки для рассчитанной защищенности сигнала в ТРР можно по гра­фику зависимости вероятности ошибки р_ош от защищенности А_р, из­вестному из ранее пройденного материала (рис.5.4).

Для определения величины защищенности сигнала в ТРР, при которой будет выполняться требование по вероятности ошибки, можно воспользоваться приближенной формулой, справедливой для гауссова распределения вероятностей при 10^4  р_ош  10^15

А_{р треб} = 10,65 + 11,42 lglg(р_ош) ^1 . (5.16)

Рис. 5 .4. Зависимость вероятности ошибки р_ош от защищенности А_р

Часто на практике требуется определить порог чувствительности ПРОМ, т. е. среднюю оптическую мощность сигнала на входе регенератора, при которой обеспечивается заданная вероятность ошибки р_ош. Решая уравнение (5.15) относительно Р_о имеем

, (5.17)

где (5.18)

Одной из важных характеристик ЦВОСП является энергетический потенциал системы (Э), который определяется как разность средней оптической мощности на выходе ПОМ и порога чувствительности ПОМ, при которой выполняются требования по достоверности передачи информации

Э = Р_пер  Р_о . (9)

В последние годы все более широкое применение в магистральных ВОСП находят оптические усилители. Оптический усилитель был открыт английскими учеными из Саутгемптонского университета во главе с профессором Дэвидом Пэйном (David R. Рауnе) в 1987 году. Это устройство обеспечивают внутреннее усиление оптического сигнала без его преобразования в электрическую форму. В общем случае оптический усилитель включает лазер накачки, мультиплексор по длине волны (WDM), оптические изоляторы и оптическое волокно с эрбиевыми примесями (рис 5.5).

Рис. 5.5. Схема оптического усилителя

Оптический усилитель использует принцип индуцированного излучения, аналогично лазерам: рабочим телом является отрезок волокна, обогащенного редкоземельным элементом  эрбием, а для накачки служит лазер с длиной волны 980 или 1480 нм  в спектре поглощения атомов эрбия.

В первом случае (980 нм) атомы эрбия после взаимодействия с фотоном накачки переходят в возбужденное состояние, из которого очень быстро переходят в другое  метастабильное, в котором могут находиться довольно долго в сравнении со временем пролета фотона через усилитель. Во втором случае атомы сразу переходят в метастабильное состояние  и усилитель готов к работе. Теперь, при попадании в усилитель излучения с длиной волны 1550 нм, составляющие его фотоны будут взаимодействовать с атомами эрбия. Результатом каждого взаимодействия будет еще один фотон с такой же длиной волны и, главное, с той же фазой. Ясно, что процесс на этом не останавливается, наоборот, продолжается далее в геометрической прогрессии. В результате поток света многократно усиливается (усиление может достигать 40 дБ, в коммерчески-доступных устройствах  20  30 дБ). Единственным отличием от лазера является отсутствие отражающих зеркал с торцов световода, но они бы в данном случае скорее мешали, чем помогали.

Оптическое волокно рабочего тела усилителя изготовляется либо на кремниевой основе, либо на фтор-цирконатной основе. На рисунке 5.7 показаны зависимости усиления ОУ от длины волны для различных типов ОВ. Видно, что ОУ на кварцевом стекле довольно чувствительны к длине волны.

Современные ОУ обладают уникальными характеристиками. Они имеют чрезвычайно малый уровень собственных шумов, малые интермодуляционные искажения и очень высокую чувствительность.

Рис. 5.7. Зависимость усиления ОУ от длины волны

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. В ЦВОСП требования по достоверности передачи информации задаются более жесткими, чем в ЦСП, работающим по металлическим кабелям связи (р_{ош ЦВОСП} = 10^9; р_{ош ЦСП} = 10^6), что позволяет более полно реализовать преимущества ЦВОСП перед традиционными ЦСП.

2. Методика оценки помехозащищенности регенератора ЦВОСП практически полностью совпадает с ранее изученной методикой оцен­ки помехозащищенности регенератора ЦСП.

3. Основными параметрами, характеризующими ЦВОСП с точки зре­ния помехозащищенности, являются порог чувствительности ПРОМ и энергетический потенциал системы.

4. Перспективными ретрансляторами оптических сигналов можно считать оптические усилители , которые могут усилить любой сигнал в полосе частот около 3 ГГц.