8.2.5 Регенераторы оптических сигналов
Оптические сигналы при распространении по волокну ослабляются вследствие потерь мощности в самом волокне, а также потерь в соединениях строительных длин и оконечных разъемных соединителях в местах подключения аппаратуры. Кроме того, дисперсия составляющих сигнала приводит к искажению сигнала в целом. Поэтому для увеличения дальности связи в ВОЛП вдоль линейного тракта через определенные расстояния определяемым затуханием и дисперсией в волокне, устанавливаются ретрансляционные устройства: линейные регенераторы и оптические усилители.
Простейшие оптико-электронные регенераторы (повторители), чтобы восстановить оптические сигналы на протяженной ВОЛС, считывают их с волокна, преобразуют в электрические сигналы, усиливают и восстанавливают (корректируют) их продолжительность, преобразуют усиленные электрические сигналы снова в оптические и передают дальше по линии связи (рисунок 8.12).
Особенность регенератора состоит в том, что на его вход поступает сигнал, в котором аккумулированы все виды линейных искажений (рисунок 8.12).
.
Рисунок 8.12 − Использование регенераторов на ВОЛС
После преобразования оптических сигналов в электрические и электронного усиления и электрического восстановления его временных параметров (продолжительности отдельных цифровых сигналов) с выхода регенератора поступает в волокно практически идеальная последовательность двоичных оптических сигналов.
Преобразование в регенераторе цифровых сигналов распространяющихся по ВОЛС позволяет использовать их для мониторинга и технического обслуживания линейного тракта.
К недостатку регенераторов следует отнести то, что для питания электрических усилителей в их составе должны быть источники бесперебойного электрического питания. Для этих целей в некоторые типы ВОК приходится вводит одну пару металлических жил для дистанционного питания регенераторов.
Обобщенная структурная схема цифрового ретранслятора с регенератором приведена на рисунке 8.13. На схеме приняты такие обозначения:
OK – оптический кабель (станционный или линейный);
ОЭП – оптоэлектронный преобразователь (фотодетектор), выполненный на основе p-i-n ФД или ЛФД и предназначенный для преобразования оптического сигнала в электрический, т. е. в цифровых ВОСП: с модуляцией интенсивности светового излучения осуществляет прямое детектирование;
ПУс – предварительный усилитель, достаточно широкополосный, усиливающий фототок с выхода фотодетектора ОЭП;
АК – амплитудный корректор, осуществляющий коррекцию частотных искажений, обусловленных частотной зависимостью параметров ОК и чувствительности фотодетекторов;
ПрФ – приемный фильтр, предназначенный для подавления высокочастотных помех, параметры передачи которого (затухание или импульсная характеристика) максимально согласуются с параметрами информационного сигнала и его спектральной плотностью;
АРУ – устройство автоматической регулировки уровня, необходимое для компенсации изменений уровня входного сигнала, вызванных температурными изменениями параметров ОК, а также нестабильностью параметров ОЭП;
УУ – управляющее устройство, обеспечивающее изменение параметров передачи ОЭП под воздействием сигналов, поступающих с устройства АРУ;
Peг – регенератор – устройство, восстанавливающее форму электрических импульсов и тактовых интервалов или временных соотношений в информационных последовательностях или линейном коде;
ЭОП – электронно-оптический преобразователь – устройство, преобразующее последовательность электрических импульсов линейного кода в последовательность импульсов оптического излучения на выходе СИД или ЛД.
Рисунок 8.13 – Обобщенная структурная схема цифрового ретранслятора с регенератором
В зависимости от выполняемых функций различают ЦРт; с коррекцией амплитудно-частотных искажений импульсов, обусловленных дисперсионными явлениями в ОВ, регенерацией формы импульсов и восстановлением временных соотношений между импульсами линейного кода; с коррекцией амплитудно-частотных искажений импульсов и регенерацией формы; только с коррекцией амплитудно-частотных искажений.
Опыт эксплуатации линейных трактов цифровых систем передачи (как по электрическим, так и оптическим кабелям) показывает, что целесообразно строить линейные тракты, комбинируя различные типы ретрансляторов. Такие линейные тракты называют гибридными.
Основным элементом ЦРт является регенератор, обобщенная структурная схема которого приведена на рисунке 8.14, где приняты следующие обозначения: УО – усилитель-ограничитель, срезающий пиковые значения электрического сигнала, а следовально, и аддитивные помехи; АРУ – устройство автоматического регулирования усиления; ПУ – пороговое устройство; РУ – решающее устройство; ВТЧ – выделитель ТЧ; ФУ – формирующее устройство импульсов с заданными амплитудой, длительностью и формой.
Назначение основных элементов регенератора очевидно из рассмотрения временных диаграмм его работы (рисунок 8.15). Здесь 1-6 формы сигналов в различных точках (1-6, рисунок 8.14) регенератора.
Рисунок 8.14 – Обобщенная структурная схема регенератора
Рисунок 8.15 – Временная диаграмма работы регенератора
С выхода ПрФ (рисунок 8.13) на УО поступают сигналы совместно с аддитивной помехой (1). В УО происходят усиление этого сигнала и ограничение его амплитуды и, следовательно, подавление части помех (2). С выхода УО сигнал поступает на вход ПУ и ВТЧ. На входе ПУ сигнал (3) появляется только тогда, когда его значение превысит величину Uпор. Сигнал на выходе ВТЧ представляет периодическую последовательность импульсов (4), следующих с тактовой частотой fT=l/T, где Т – период следования импульсов.
Если на один из входов РУ подается информационная последовательность с выхода ПУ (3), а на другой – тактовая последовательность импульсов (4), то в случае их совпадения на выходе РУ появляются импульсы (5) определенной амплитуды и длительности необходимые для запуска ФУ. В ФУ происходит полная регенерация формы импульсов (6), которые затем поступают на вход ЭОП, где и осуществляется модуляция оптического излучения.
Необходимо отметить, что периодическая последовательность импульсов на выходе ВТЧ (4) обязательно фазируется с откорректированными импульсами на выходе ПУ с целью уменьшения так называемых фазовых флуктуации, обусловленных погрешностями работы ВТЧ.
Пороговое устройство и усилитель-ограничитель являются основными элементами регенератора, обеспечивающими его помехоустойчивость, и требуют точной установки порогового напряжения и стабильного усиления.
Изменение порогового напряжения в любую сторону снижает помехоустойчивость регенератора, так как приводит к нарушению оптимального соотношения между максимальным значением откорректированного импульса на входе УО и пороговым напряжением ПУ. Для поддержания постоянства такого оптимального соотношения в регенераторе применяется АРУ, где в качестве управляющего сигнала используется пиковое значение импульсов на выходе УО.