Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью (стр. 19 из 31)
Оптический модуль состоит из: двух лазерных диодов FitelFOL1402PLF (1480 нм) c элементами Пелтье, четырёх лазерных диодов AgilentFPL4916/U4 (980 нм) и четырёх фотодиодов (рис. 3.7)
Рис. 3.7. Структурная схема оптического модуля
На данной схеме 1/99 – оптический разветвитель, разделяющий оптический сигнал на входе на два потока 1% и 99% (1% - для контроля входной мощности подаётся на фотодиод, 99 % передаётся дальше). IS - оптический изолятор, обеспечивает прохождение света только в заданном направлении. MS – оптический мультиплексор, позволяет в ввести в эрбиевое волокно (Er+) не кроме сигнала излучение накачки от лазерного диода (980/1550 нм – объединение данных длин волн). В схеме используются различные способы накачки, на различных длинах волн (980 и 1480 нм, попутная и встречная накачка). Представленная оптическая схема состоит из двух каскадов. Первый каскад работает с малым входным сигналом и называется предусилителем, второй каскад обеспечивает большую выходную моность и называется усилителем мощности. Применительно к каскаду усилителей EDFA имеют место следующие практические выводы: конструкция предусилителей EDFA должна обеспечивать минимально возможное значение шум – фактора, а конструкция усилителей мощности должна обеспечивать наибольшее значение выходной мощности и эффективности накачки. Наименьшее значение шум – фактора достигается в усилителях, использующих сонаправленную накачку на длине волны 980 нм, и именно их целесообразно использовать в качестве предусилителей. Наибольшую эффективность накачки и выходную мощность можно получить при использовании встречной накачки на длине волны 1480 нм. Такую конструкцию целесообразно использовать в усилителях мощности.
Таблица 3.5 основные параметры усилителя VS56
| Рабочий диапазон | 1529 … 1562 nm |
| Мощность насыщения ( -3dBm на входе) | > 25dBm |
| Входная мощность | -10 … +3dBm |
| Коэффициет шума @ Pвх= -10dBm, λ=1550нм | < 5dB |
| Режимы управления | ACC, APC, AGC |
| Безопасность | InterlockОтсутствие входного сигнала Перегрев |
| Оптический вход/выход | FC/APC коннекторы |
| Габаритные размеры | 90мм x 225мм x 315мм |
| Поддерживаемые протоколы | GPIB, RS-232 |
| Питание | 90 … 240 В, 47 … 63 Гц |
| Диапазон рабочих температур | +5 … +40°C |
Разработка структурной схемы приемника
Задачей оптического приемника является преобразование входного оптического сигнала в электрический (рис. 3.8).
Рис. 3.8 Обобщенная структурная схема приемника
Структурная схема приемника для обеспечения низкого коэффициента шума должна содержать два каскада усиления, фильтр а также систему АРУ. В схеме должен быть предусмотрена возможность восстановления тактовой частоты из информационного сигнала, при использовании кода с синхронизацией.
Рис 3.9. Структурная схема оптического приемника
Предусилитель – ключевой элемент, который определяет характеристики приемника в целом. Выход сигнала, принятого фотодиодом, - это точка, где сигнал самый слабый и наиболее подвержен искажениям от действия шума. Этот сигнал является входным для предусилителя. Роль предусилителя – усилить сигнал для дальнейшей его обработки.
При выборе предусилителя приходится идти на компромисс между высокой скоростью и чувствительностью. Входное напряжение предусилителя может быть увеличено путем использования большого нагрузочного сопротивления RL. В этом случае часто используется схема с высоким импедансом (рис 3.10)
Рис. 3.10. Упрощенная электрическая модель с высоким входным импедансом
Большое значение RL уменьшает тепловой шум и улучшает чувствительность приемника. Однако такое решение имеет свой недостаток – низкую полосу пропускания. Полоса частот приемника определяется его самым низкочастотным компонентом. Если полоса частот приемника с высоким сопротивлением значительно меньше, чем требуется для данной скорости передачи, то он не может быть использован. Для преодоления этого недостатка, иногда используется схема выравнивания частотной характеристики (в сторону высоких частот). В этой схеме фильтр ослабляет низкочастотные составляющие больше, чем высокочастотные, что позволяет эффективно скорректировать (увеличить) полосу пропускания. Там, где чувствительность не столь важна, можно уменьшить RL, чтобы увеличить полосу пропускания. Такое решение носит название схемы с низким импедансом. Это решение позволяет получить большую полосу пропускания и высокую чувствительность. Здесь RL расположен в цепи ОС инвертирующего усилителя. В этом случае RL может быть достаточно большим, так как ООС уменьшает эффективный входной импеданс пропорционально усилению G такого усилителя. Полоса пропускания такой схемы увеличивается также в G раз, по сравнению со схемой с высоким импедансом. Многие типы оптических приемников используют схему с трансимпедансом, благодаря ее большой ширине полосы и высокой чувствительности. Однако и здесь есть определенные вопросы, связанные со стабильностью петли обратной связи.
Следующими компонентами такого приемника являются усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления и низкочастотный фильтр. Коэффициент усиления усилителя управляется автоматически, с помощью схемы АРУ, для ограничения изменения среднего значения относительно фиксированного уровня, вне зависимости от средней оптической мощности, падающей на приемник. Фильтр нижних частот формирует импульс напряжения. Фильтр используется с целью уменьшения шума без внесения межсимвольных искажений. Этот фильтр также определяет ширину полосы пропускания приемника. Его полоса пропускания меньше, чем эквивалентная скорость передачи, тогда как полоса пропускания других компонентов приемника проектируется так, чтобы быть больше эквивалентной скорости передачи.
Последним компонентом является схема принятия решений. Восстановленные сигналы таймера обеспечивают синхронизацию и побитное таймирование. Схема принятия решения сравнивает выходное напряжение усилителя напряжения на выходе фильтра с пороговым уровнем и определяет, для каждого битового интервала, является ли принятый сигнал двоичной 1 или 0. Длительность битового интервала для формата NRZ равна 1/B, где В – скорость передачи. Например, сигнал формата NRZ 1 Мбит/с имеет длительность битового интервала 1 мкс. Сигнал при скорости передачи в 1 Гбит/с имеет длительность 1 нс, а при скорости передачи в 10 Гбит/с – 0,1 нс или 100пс.
Еще одна важная характеристика фотодиодного приемника - динамический диапазон. Допустим, приемник работает на 10 ГГц, при BER 10-10, порог порядка -34,0 дБм, динамический диапазон – 26 дБ. Любой принятый сигнал больше, чем - 8 дБм, будет перегружать приемник. Во избежание этого – установка аттенюатора, и принятый сигнал всегда будет укладываться в динамический диапазон приемника.
3.2.2 Разработка аппаратуры ОЛТ
В ЦВОСП можно выделить линейный оптический тракт, который может работать на одной длине волны оптического излучения (рис. 3.11, а) или на нескольких волнах с использованием аппаратуры спектрального уплотнения (рис. 3.11, б).
Рис.3.11. Общая схема передачи ИКМ сигналов по волоконному тракту (ВТ)-оптический линейный тракт ЦСП со спектральным уплотнением
Для компенсации вносимого затухания в оптическом кабеле между точками S (передатчик) и R (приемник) используются регенерационные пункты (РП), которые восстанавливают ослабленный и зашумленный сигнал. В состав РП помимо ИИ и ФП входят решающие устройства (РУ), определяющие характер принятого сигнала ("единица" или "ноль").
Точки T и T' являются точками стыка канала передачи цифрового группового тракта соответствующей цифровой иерархии с оптическим линейным трактом. Параметры цифровых групповых трактов в точках стыка нормированы с учетом рекомендаций ITU-T. Определены параметры входного и выходного сигналов в точках T и T' , типы кодов, сопротивления нагрузок, скорости передачи в электрическом и оптическом трактах, коэффициент ошибок, характеристики дрожания фазы.
Точки R и S являются оптическими стыками ВОСП. Оптические параметры отнесены для передатчика к точке S, для приемника к точке R, а длина оптического пути определяется расстоянием между точками S и R.
Линейный оптический тракт (рис. 3.11, б) позволяет передавать по двум волокнам несколько высокоскоростных цифровых потоков на разных длинах волн (λl,λ2,3….n), которые объединяются в один поток с помощью мультиплексора MX DWDM. В связи с тем, что в мультиплексоре при объединении потоков возникают значительные потери, на его выходе устанавливается выходной оптический усилитель (ОУ). На приемном конце ослабленный сигнал перед поступлением на демультиплексор DMX DWDM также усиливается во входном ОУ.
Параметры цифровых восп синхронной иерархии. Параметры оптических стыков для синхронной цифровой иерархии (СЦИ) рассмотрены в рекомендации МСЭ G.957 и в. Для стыков ВОСП всех иерархий рекомендовано бинарное кодирование сигнала кодом NRZ (без возврата к 0). Для исключения длинных "1" и "0" сигнал скремблируется в соответствии с рекомендацией G.709. Предъявлены более жесткие требования к форме импульса передатчика (контроль осуществляется по шаблону "глаз-диаграммы" передающего устройства в точке S, а также к спектральным характеристикам источников излучения. Введены требования по возвратным потерям, приведенным к точке S, и на максимальный коэффициент отражения между точками S и R.