Erfahren Sie in wenigen Minuten mehr über das optische Repeater-Übertragungssystem

Die Übertragungsdistanz jedes Glasfaserkommunikationssystems wird durch Faktoren wie Glasfaserverlust und -dispersion begrenzt. Glasfaserkommunikationsnetzwerke müssen, wie Telekommunikationsnetze, in einer bestimmten Entfernung eine regenerative Relaisstation hinzufügen, um die Signalübertragung über große Entfernungen sicherzustellen. Verstärkung und Regeneration gewährleisten die Signalübertragungsqualität. In Glasfaserübertragungsverbindungen beeinflusst neben der Verwendung verschiedener aktiver Geräte mit unterschiedlichen Funktionen auch die Qualität optischer passiver Geräte die Leistung von Glasfasernetzen.

 

Absorption und Dispersion der Glasfaser führen zu einer Dämpfung des optischen Signals und einer Verzerrung der Wellenform. Dadurch verringert sich die Qualität der Informationsübertragung, die Bitfehlerrate steigt und die Kommunikationsdistanz wird begrenzt. Um den Anforderungen der Fernkommunikation gerecht zu werden, gibt es üblicherweise zwei Methoden zur Relaisübertragung optischer Signale: Erstens wird ein optisch-elektrischer Hybrid-Repeater verwendet, der früher verwendet wurde, und zweitens wird ein optisch-elektrisch-optisches Umwandlungsverfahren angewendet. Der Aufbau ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Dämpfung und Verzerrung des optischen Signals werden vom optischen Empfänger empfangen und zur Verarbeitung in elektrische Signale umgewandelt. Anschließend moduliert die Lichtquelle des optischen Senders das optische Signal und setzt die Übertragung fort. Eine andere Methode besteht darin, ein optisches Signal mithilfe eines optischen Verstärkers direkt zu verstärken und zu übertragen.

 

Frühe (und immer noch weit verbreitete) Glasfaserrelais verwenden eine optisch-elektrisch-optische Umwandlung. Der Aufbau eines typischen digitalen optischen Repeaters ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Er besteht hauptsächlich aus einem Fotodetektor, einem elektrischen Signalverstärker (einem rauscharmen Vorverstärker und einem Hauptverstärker mit hoher Verstärkung), einer Equalizer-Schaltung, einer automatischen Verstärkungsregelung (AGC) und einer Entscheidungs-Regenerationsschaltung, einer Lichtmodulationsschaltung und einer Lichtquelle.

 

Der Fotodetektor wird verwendet, um das empfangene optische Signal zu erfassen, es in ein elektrisches Impulssignal umzuwandeln und dann durch einen elektrischen Signalverstärker zur Verstärkung, Regenerationsentscheidungsverarbeitung usw. zu leiten, um denselben digitalen Signalstrom wie am Übertragungsende wiederherzustellen und dann weiterzuleiten Der Lichtmodulator moduliert die Lichtquelle, wandelt sie in ein optisches Signal um und gelangt in die Glasfaser, um die Übertragung fortzusetzen. Das heißt, jede Relaisstation verarbeitet das übertragene optische Signal mithilfe einer optisch-elektrisch-optischen Umwandlungsmethode.

 

Aus der Zusammensetzung des Repeaters lassen sich die wichtigsten Funktionsmodule wie folgt zusammenfassen.

 

Ausgewogene Vergrößerung. Dies bedeutet, dass das verzerrte schwache elektrische Eingangssignal ausgeglichen, kompensiert, geformt und bis zu einem gewissen Grad verstärkt wird, um die Anforderungen der Signalverarbeitung zu erfüllen.

Taktextraktionsschaltung. Bezieht sich auf die Extraktion der Taktfrequenz aus der elektrischen Eingangsimpulssignalfolge, um den Taktimpuls für die Verwendung in Schaltungen wie der synchronen Demodulation zu erhalten.

Entscheidungsregenerationsschaltung. Bezieht sich auf die Regeneration der Übertragungsverzerrungswellenform, um denselben elektrischen Impulssequenzformprozess wie am Übertragungsende zu erhalten.

Das wichtigste Merkmal dieses Repeaters ist, dass er das Impulssignal formen und regenerieren kann, sodass sich die Verzerrung der Wellenform nicht ansammelt. Die Nachteile sind die komplexe Ausrüstung, die hohen Kosten und die umständliche Wartung.

 

Die optisch-elektrisch-optische Umwandlungs-Repeater-Technologie ist relativ ausgereift, ihr Nachteil ist jedoch die Komplexität und die hohen Kosten der Ausrüstung. Zudem stellt sie einen Engpass bei der Signalübertragungsverbindung dar (die elektrische Signalbandbreite ist viel kleiner als die optische Signalbandbreite). Mit der Entwicklung der optischen Gerätetechnologie wurde die Möglichkeit geschaffen, optische Signale direkt zu verstärken und weiterzuleiten.

 

Vor der Einführung von Glasfaserverstärkern nutzten Repeater in Glasfaserkommunikationssystemen ausnahmslos optisch-elektrisch-optische Umwandlungsverfahren. Dies führte zu einer Komplexität der Geräte in Kommunikationssystemen, was wiederum hohe Kosten und eine verringerte Kapazität zur Folge hatte. Die Folge war eine verringerte Systemeffizienz, erhöhte Netzwerkkosten und weitere Probleme. Daher widmen sich Wissenschaftler seit langem der Erforschung rein optischer Relais, d. h. direkt optischer Repeater mit Verstärkung, die keine optisch-elektrisch-optische Umwandlung erfordern. Die Einführung von Glasfaserverstärkern stellt einen wichtigen Meilenstein in der Geschichte der Glasfaserkommunikation dar. Der Entwicklungstrend bei Glasfaserkommunikationssystemen geht in Richtung rein optischer Netzwerke. Optische Verstärker werden direkt zur Verstärkung optischer Signale eingesetzt. Der Verstärkungsprozess ist in der Abbildung dargestellt.

 

Ein rein optischer Repeater, also ein optischer Verstärker, zeichnet sich dadurch aus, dass er das optische Signal direkt verstärkt und eine hohe Transparenz hinsichtlich des Signalpaarformats und der Signalrate aufweist (da der optische Verstärker nur das empfangene Signal verstärkt, kann er verschiedene Bitraten und jedes beliebige Signalformat unterstützen), was die Systemstruktur einfach und flexibel macht.

 

Optische Verstärker umfassen hauptsächlich Halbleiter-Optikverstärker (SOA) und Faserverstärker. Der Begriff „Optikverstärker“ bezieht sich auf ein optisches Verstärkergerät aus Halbleitermaterial. Wenn die Reflexionsschicht an beiden Enden des Halbleiterlasers entfernt wird, d. h. ein optischer Halbleiter-Wanderwellenverstärker ohne Rückkopplung, kann dieser Licht unterschiedlicher Wellenlängen verstärken. Es gibt zwei Arten von Faserverstärkern: nichtlineare Faserverstärker und dotierte Faserverstärker. Der dotierte Faserverstärker ist ein in den letzten Jahren entwickelter optischer Verstärker. Er verwendet ein mit Seltenerdmetallionen dotiertes (Er), Neodym (Nd), Praseodym (Pr), Ytterbium (Tm) usw., das mit einem seltenen Erdmetallion dotiert ist. Die Ionen werden in die optische Faser eingearbeitet, und die Pumplichtquelle wird extern angelegt, um bestimmte Bedingungen zu erfüllen und einen optischen Verstärker zu bilden. Üblicherweise werden dotierte Faserverstärker (1,55 μm Betriebsband), Erbium-dotierte Faserverstärker (1,3 μm Arbeitsband) und Erbium-dotierte Faserverstärker (1,55 μm Arbeitsband) usw. verwendet.