Узнайте о системе передачи данных с помощью оптического ретранслятора за считанные минуты

Дальность передачи любой оптоволоконной системы связи ограничена такими факторами, как потери в оптическом волокне и дисперсия. Оптоволоконная сеть связи, как и телекоммуникационная сеть, должна включать в себя регенеративную ретрансляционную станцию, расположенную на определённом расстоянии для обеспечения передачи сигналов при передаче на большие расстояния. Усиление и регенерация обеспечивают качество передачи сигнала. В оптоволоконных линиях передачи, помимо использования различных активных устройств с различными функциями, на производительность оптоволоконных сетей влияет качество пассивных оптических устройств.

 

Поглощение и рассеивание оптического волокна приводят к затуханию оптического сигнала и искажению формы волны, и, следовательно, качество передачи информации ухудшается, частота ошибок по битам увеличивается, а дальность связи ограничивается. Для удовлетворения требований связи на больших расстояниях обычно используются два метода ретрансляции оптических сигналов: во-первых, опто-электрический гибридный повторитель, который использовался ранее, и метод оптико-электро-оптического преобразования, структура которого показана на следующем рисунке. Затухание и искажение оптического сигнала будут приняты оптическим приемником и преобразованы в электрические сигналы для обработки, а затем модулированы источником света оптического передатчика, преобразованы оптический сигнал для продолжения передачи; другой метод заключается в использовании оптического усилителя для усиления сигнала. Сигнал напрямую передается и усиливается.

 

В ранних (и до сих пор широко используемых) оптоволоконных реле используется оптоэлектрическое преобразование. Структура типичного цифрового оптического ретранслятора показана на рисунке ниже. Он состоит в основном из фотодетектора, усилителя электрического сигнала (малошумящего предусилителя и основного усилителя с высоким коэффициентом усиления), схемы эквалайзера, схемы автоматического регулятора усиления (АРУ), схемы регенерации, схемы модуляции света и источника света.

 

Фотодетектор используется для приёма полученного оптического сигнала, преобразования его в электрический импульсный сигнал, а затем, через усилитель электрического сигнала для усиления, обработки решения о регенерации и т.д., для восстановления того же цифрового потока сигнала, что и на передающей стороне, и последующей передачи. Модулятор света модулирует источник света, преобразует его в оптический сигнал и подаёт в оптическое волокно для продолжения передачи. То есть, каждая ретрансляционная станция обрабатывает переданный оптический сигнал, используя метод опто-электро-оптического преобразования.

 

Из состава ретранслятора основные функциональные модули можно охарактеризовать следующим образом.

 

Сбалансированное усиление. Это означает, что искажённый слабый электрический сигнал на входе выравнивается, компенсируется, формируется и усиливается в определённой степени для соответствия требованиям обработки сигнала.

Схема извлечения тактовой частоты. Она заключается в извлечении тактовой частоты из последовательности входных электрических импульсов для получения тактового импульса, используемого в таких схемах, как синхронная демодуляция.

Схема восстановления решения. Она заключается в восстановлении формы искаженного сигнала передачи для получения той же формы последовательности электрических импульсов, что и на передающей стороне.

Важнейшей особенностью этого ретранслятора является то, что он может формировать и восстанавливать импульсный сигнал, предотвращая накопление искажений формы сигнала. К недостаткам относятся сложность оборудования, высокая стоимость и неудобства в обслуживании.

 

Технология оптико-электро-оптических преобразователей (ОПП) относительно развита, но её недостатком является сложность оборудования и высокая стоимость, а также то, что она является узким местом в линии передачи сигнала (полоса пропускания электрического сигнала значительно уже полосы пропускания оптического). С развитием оптических устройств она была разработана для непосредственного усиления и ретрансляции оптических сигналов.

 

До появления оптоволоконных усилителей ретрансляторы оптоволоконных систем связи без исключения использовали методы оптико-электро-оптического преобразования. Это приводило к усложнению оборудования в системах связи, что, в свою очередь, приводило к высокой стоимости и снижению пропускной способности. В результате снижалась эффективность системы, увеличивались затраты на сеть и возникали другие проблемы. Поэтому ученые долгое время занимались изучением полностью оптических ретрансляторов, то есть ретрансляторов с прямым оптическим усилением, не требующих оптико-электро-оптического преобразования. Появление оптоволоконных усилителей является важной вехой в истории оптоволоконной связи. Тенденцией развития оптоволоконных систем связи является реализация полностью оптических сетей. Оптические усилители напрямую используются для усиления оптических сигналов. Процесс усиления показан на рисунке.

 

Полностью оптический ретранслятор, т. е. оптический усилитель, характеризуется прямым усилением оптического сигнала и имеет высокую степень прозрачности для формата и скорости пары сигналов (поскольку оптический усилитель усиливает только принятый сигнал, поэтому он может поддерживать различные скорости передачи данных и любой формат сигнала), что делает структуру системы простой и гибкой.

 

Оптические усилители в основном включают полупроводниковые оптические усилители (ПОУ) и волоконные усилители. Название оптический усилитель относится к оптическому усилительному устройству, изготовленному из полупроводникового материала. Если отражающая пленка на обоих концах полупроводникового лазера удалена, то есть полупроводниковый оптический усилитель бегущей волны без обратной связи, может усиливать свет различных длин волн. Волоконные усилители бывают двух типов: нелинейные волоконные усилители и усилители на легированном волокне. Легированный волоконный усилитель — это оптический усилитель, разработанный в последние годы. Он использует ион редкоземельного металла, легированный ионами (Er), неодима (Nd), празеодима (Pr), иттербия (Tm) и т. д., легированный редкоземельным металлом (Er), неодимом (Nd), празеодимом (Pr), иттербием (Tm) и т. д. Ионы включены в оптическое волокно, а источник света накачки применяется снаружи для соблюдения определенных условий для формирования оптического усилителя. Обычные усилители на основе легированного волокна (рабочая полоса 1,55 мкм), усилители на основе легированного эрбием волокна (рабочая полоса 1,3 мкм), усилители на основе легированного эрбием волокна (рабочая полоса 1,55 мкм) и т. д.