Базовая структура волоконно-оптических систем связи. Базовый состав волоконно-оптической системы связи показан на рисунке 1-1 и в основном включает три основные части: передачу, прием и базовую оптоволоконную систему передачи:
(1) Секция передачи: источник информации преобразует информацию пользователя в исходные электрические сигналы (сигналы основной полосы частот); электрический передатчик преобразует модулирующие сигналы в модулированные сигналы, подходящие для канальной передачи (например, ЧМ, ЧИМ, ШИМ); оптический передатчик модулирует и преобразует электрические сигналы в оптические сигналы.
(2) Секция приема: оптический приемник преобразует оптические сигналы, передаваемые по оптоволокну, в электрические сигналы; электрический приемник восстанавливает электрические сигналы в модулирующие сигналы; приемник информации восстанавливает информацию о пользователе. Примечание. В сегментах электрического сигнала до оптического передатчика и после оптического приемника используется та же технология/оборудование, что и кабельная связь, только передача по кабелю заменяется на «оптический передатчик + оптоволоконная линия + оптический приемник».
(3) Базовая волоконно-оптическая система передачи разделена на три части: оптический передатчик, оптоволоконная линия и оптический приемник:
Оптический передатчик: ядром является источник света (например, светодиод, полупроводниковый лазерный диод, DFB-лазер и т. д.), который должен соответствовать таким требованиям, как высокая выходная оптическая мощность, высокая частота модуляции, узкая спектральная линия и стабильная длина волны; его функция — преобразовывать электрические сигналы в оптические сигналы и соединять их в оптическое волокно.
Оптоволоконная линия: состоит из оптического волокна, сращиваний и разъемов (фактически с использованием оптических кабелей); его функция заключается в передаче оптических сигналов с низкими искажениями и низким затуханием. Оптическое волокно имеет цилиндрическую форму (показатель преломления сердцевины (n_1) > показателя преломления оболочки (n_2)), в котором для передачи света используется полное внутреннее отражение; он имеет 3 окна с низкими-потерями: (0,85 мкм) (коротковолновая), (1,31 мкм) (длинноволновая), (1,55 мкм) (длинноволновая); основными характеристиками являются потери (единицы измерения: дБ/км) и дисперсия (единицы измерения: (пс/(км·нм)), влияющие на полосу пропускания передачи.
Оптический приемник: ядром является фотодетектор (например, фотодиод PIN, лавинный фотодиод APD), который должен отвечать требованиям высокой чувствительности, низкого уровня шума и высокой скорости; важнейший параметр – чувствительность (отражает способность принимать слабые оптические сигналы, важный показатель качества системы); его функция — преобразовывать оптические сигналы в электрические сигналы и восстанавливать исходный сигнал.
Классификация волоконно-оптических систем связи. Распространенными методами классификации являются следующие:
(1) Классификация по типу передаваемого сигнала: подразделяются на волоконно-оптические аналоговые системы связи и волоконно-оптические цифровые системы связи:
Преимущества волоконно-оптических цифровых систем связи:
Высокая защита от-помех и хорошее качество передачи (шум приводит к появлению битовых ошибок только при превышении порогового значения);
Регенеративное повторение, большая дальность передачи (устранение накопления шума);
Объединяет несколько сервисов с большой гибкостью (простота внедрения интегрированных сервисов);
Простота реализации высокоинтенсивной-безопасной связи (сложение открытого текста и ключа по модулю 2);
Использует цифровые схемы, легко интегрируется, миниатюризируется, имеет низкую стоимость и высокую надежность.
Недостатки волоконно-оптических цифровых систем связи: широкая занимаемая полоса пропускания, низкая загрузка полосы пропускания, сложное оборудование и относительно высокая стоимость.
Характеристики волоконно-оптических аналоговых систем связи: узкая занимаемая полоса пропускания, простые схемы (нет необходимости в аналого-цифровом/цифровом/аналоговом преобразовании), низкая цена, подходят для связи на коротких-расстояниях.
(2) Классификация по длине волны оптического волокна и типу волокна: подразделяются на коротковолновые многомодовые волоконно-оптические системы связи и длинноволновые волоконно-оптические системы связи:
Коротковолновые многомодовые системы: рабочая длина волны около (0,85 мкм), скорость менее или равна 34 Мбит/с, расстояние между репитерами менее или равно 10 км.
Длинноволновые системы (разделяются на 3 категории):
(1,31 мкм) многомодовые системы: скорость 34/140 Мбит/с, расстояние между репитерами ≈20 км;
(1,31 мкм) одномодовые системы: скорость 140/565 Мбит/с, расстояние между ретрансляторами 30–50 км (при 140 Мбит/с);
(1,55 мкм) одномодовые системы: скорость выше или равна 565 Мбит/с, расстояние между ретрансляторами ≈70 км.
(3) Классификация по методу цифрового мультиплексирования: делится на системы плезиохронной цифровой иерархии (PDH) и системы синхронной цифровой иерархии (SDH):
PDH: Скорость передачи данных на каждом иерархическом уровне имеет допуск и является асинхронной, что позволяет реализовать положительное обоснование для реализации плезиохронного мультиплексирования; Скорость Меньше или равна 565 Мбит/с.
SDH: подходит для передачи данных по сети «точка----точка» или «многоточка»; скорость одной длины волны может достигать 2,5 Гбит/с, 10 Гбит/с.
(4) Classification by transmission rate: Divided into 3 categories: 1) Low-speed systems: rate 2Mbit/s, 8Mbit/s; 2) Medium-speed systems: rate 34Mbit/s, 140Mbit/s; 3) High-speed systems: rate >565Мбит/с.
(5) Классификация по методу модуляции: Разделена на 2 категории: 1) Системы прямой модуляции интенсивности (внутренняя модуляция): Модуляция в процессе излучения источника света; простое оборудование, низкая стоимость, высокая эффективность модуляции, но расширение спектра влияет на улучшение скорости.. 2) Системы непрямой модуляции (внешняя модуляция): после того, как источник света излучает свет, в выходной тракт добавляется модулятор; минимальное воздействие на спектральную линию источника света, подходит для высокоскоростной-связи.
