Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [100] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119

Кардинальное решение проблемы коммутации большого числа каналов (10... 10) связано с созданием голографических дифракционных реп!еток в оптических реверсивных средах (рис. 9.12,е). При изготовлении отклоняющей пластины, например из оксида висмута-кремния (BSO), можно записывать и стирать го-лографические дифракционные решетки в реальном масштабе времени. Р1зменением пространственной частоты дифракционной решетки можно получать различные отклонения луча света в двух взаимно перпендикулярных направлениях и осуществлять тем самым коммутацию пХт каналов. Дополнительное достоинство BSO-кристаллов - наличие внутренней памяти: наведенная решетка сохраняется и после прекращения записывающего воздействия. Кроме рассмотренных трех основных групп пассивных элементов ВОЛС имеется много других. Оптические аттенюаторы, фильтры, линии задержки, смесители мод, оптические мультиплексоры, светоделители оказываются очень полезными, а часто и необходимыми при создании разветвленных волоконно-оптических сетей передачи.

Новыми и достаточно специфическими являются элементы ввода-вывода излучения. Они выполняют функцию оптического согласования угловых апертур активных элементов (в первую очередь излучателя) и волокна. Оптимизация ввода излучения в волокно (рис. 9.15) может дать выигрыш по мощности до 10 дБ.

Объединение элементов в систему. Волоконно-оптическая связь с момента своего появления основывается на принципах передачи цифровой информации. Это обусловлено тремя основными причи-

Рис. 9.15. Повышение эффективности ввода излучения в волокно с помощью согласующих (линзовых) элементов:

/ - излучатель; 2 - световод; 3 - линзовый элемент

нами. Во-первых, появление ВОЛС совпало со временем, когда преимущества цифровых методов обработки и передачи информации перед аналоговыми стали очевидными; при этом зарождающееся направление не было связано какими-то старыми традиционными рещениями. Во-вторых, щирокополосность ВОЛС сразу удовлетворяла требованиям цифровой связи. В-третьих, оптоэлектронный канал лазер - волокно - фотодиод не обладает необходимой линейностью передаточной характеристики и линеаризация ее очень сложна.

При передаче аналоговой информации (а исходная, первичная информация чаще всего имеет аналоговую форму) она перед поступлением в ВОЛС проходит ряд преобразований; дискретизацию (стробирование), кодирование (аналого-цифровое преобразование) и мультиплексирование (уплотнение отдельных информационных каналов).

Код передачи (или код системы связи) характеризует такие специфические отметки в передаваемой двоичной информации, которые в приемнике позволяют установить их однозначное соответствие цифровому сигналу, возбуждающему передатчик. РТзвестно много вариантов кодирования; при выборе оптимального кода руководствуются такими соображениями, как простота кодирующего устройства, узкая полоса рабочих частот (это упрощает схему приемника и уменьшает эквивалентный входной щум), возможность одновременно с сообщением передавать и синхросигналы, исключение случайных ошибок передачи и т. п.

Широко распространенными являются (рис. 9.16) код «без возврата к нулю» (БВН или NRZ в английском написании) и двухфазный код типа L (или «Манчестер-11»). Для подавляющего большинства случаев простейший код БВН удовлетворяет всем требо-

1 \ О \ О \ 1 \ О \ а)

Рис. 9.16. Кодирование:

а - передаваемая информация; б - тактовые (сиихро-) сигналы; в - код «без возврата к нулю»; г - код «Манчестер-П»

Рис. 9.17. Связь минимально допустимой мощности на входе приемного модуля и скорости передачи дискретной информации в ВОЛС:

/ - р-г-/г-фотодиод и полевые транзисторы; 2 - р-г-л-фотодиод и биполярные транзисторы; 3 - ЛФД и полевые транзисторы;. 4 - ЛФД н биполярные транзисторы

ваниям передачи данных. Поскольку он не требует операций кодирования и декодирования и эффективно использует полосу частот канала связи, характеристики кода задают некоторый стандарт, относительно которого оцениваются показатели других кодов.

В БВН-коде поток данных отображается серией уровней напряжений, постоянных на интервале каждого передаваемого разряда. В манчестерском коде, напротив, каждый двоичный разряд соответствует переходу уровней, причем направление перехода определяет значение двоичной переменной (лог. 1 - переход «вниз»,, лог. О - переход «вверх»). В БВН-коде длинная последовательность единиц (или нулей) образует постоянный уровень, поэтому спектр БВН-сигнала занимает полосу от постоянной составляющей до половины тактовой частоты; манчестерский код занимает полосу от половины до полного значения тактовой частоты (поэтому приемник может быть узкополосным). Другими достоинствами манчестерского кода являются свойство самосинхронизации (передача тактового сигнала одновременно с сообщением), простота обнаружения ошибок, сбалансированность по постоянной составляющей. Эти особенности кода «Манчестер-П» проявляются с наибольшим эффектом при мультиплексировании нескольких каналов передачи информации в одном световоде; для одноканальной связи вполне достаточным (и оптимальным) является БВН-код.

Ошибки па приемном конце (восприятие лог. 1 вместо лог. О или наоборот) возникают из-за искажения сигнала при прохождении по тракту (затухание, дисперсия, шумы). Мерой качества передачи сигнала является вероятность ошибки У, приемлемый уровень этого параметра Y<.iO~, т. е. не более одного сбоя на 10 бит информации. Дальнейшее повышение надежности передачи обеспечивается не аппаратурными, а логическими методами зашиты. Если шумовой ток на входе приемника 1ш.экв есть случайная гаус-совская переменная, то его колебания подчиняются распределению Пуассона и нетрудно получить

у 0,5 erfc [1ф/(2 V2 (9.21)

где 1"ф - ток фотоприемника, обусловленный оптическим сигналом. Из (9.21) следует, что У<105 обеспечивается при 1ф.ми11> >12гш .экв-

При расчете системы учитывается последовательное ослабление сигнала во всех элементах ВОЛС;

ВОЛС = Ьиэл + Ьвв + + + Ьньтв + Ьфп, (9-22>

где В правой части приведены потери сигнала в излучателе, при вводе в волокно, в тракте [тр = 5полн из (9.20)], в оптических соединителях, при выводе и в фотоприемнике. При наличии кроме соединителей других коммутационных элементов их потери пропускания также вводятся в правую часть (9.22). Из-за неопределенности ряда членов правой части (в частности, практически невозможно оценить значения Ь, Ъя, Ьд в (9.20)) недопустимо рабо-

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [100] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119