Цифровые волоконно-оптические системы передачи. Часть 2

Оконечный усилитель обеспечивает повышение уровня цифрового сигнала, поступающего  от предусилителя и меняющегося в диапозоне 20..50 дБ, до уровня, необходимого для надежной работы решающего устройства (РУ) при малых нелинейных и линейных искажениях. Для устранения перегрузки выходного каскада оконечного усилителя при изменении выходного сигнала и применении коротких линий, когда запас по затуханию линейного тракта велик, в фотоприемнике имеется цепь автоматической регулировки усилителя (АРУ). Цепь АРУ, как правило, работает двумя ступенями: при минимальном уровне оптического сигнала порядка 10 дБ усиление фотоприемника меняется за счет изменения напряжения смещения на ЛФД, а при больших значениях уровня оптического сигнала усиление фотоприемника меняется за счет изменения коэффициента усиления первых каскадов оконечного усилителя. Выходной каскад оконечного усилителя в цепь АРУ включать нельзя, так как регулировка усиления указанного каскада приводит к уменьшению его динамического диапозона (увеличение нелинейных искажений). Таким образом можно обеспечить регулировку усиления фотоприемника до 50 дБ. С целью уменьшения нелинейных искажений при заданной амплитуде сигнал на входе РУ выходной каскад оконечного усилителя лучше выполнять на дифференциальном каскаде с парафазным выходом и соответственно с парафазным входом реализовать компаратор РУ.

При работе системы АРУ амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) приёмника, как правило, меняется (изменяются линейные искаже­ния), но должна при этом оставаться в заданном интервале изменений. При минимальном уровне оптического сигнала на входе приемника на ЛФД за счет АРУ должен восстанавливаться оптимальный режим с точки зре­ния максимума отношения сигнал-шум. Обычно фотодетектор и усилитель помещаются в общий экранирующий кожух и представляет собой единую конструкцию ПРОМ.

Устройство обработки сигнала предназначено для восстанов­ления формы амплитуды, длительности и положения сигнала относитель­но тактового интервала. В его состав входит РУ, в котором осуществляет­ся сравнение усиленного и фильтрованного сигнала, поступающего от ПРОМ, с пороговым сигналом в момент внутритактового интервала эле­ментарной посылки (момент принятия решения), определяемого хрони­рующим колебанием, которое выделяется с помощью соответствующей схемы. Если линейный код ВОСП имеет низкочастотную составляющую непрерывной части энергетического спектра, то перед схемой РУ включа­ется схема восстановления низкочастотной составляющей. При этом фик­сируются минимальный уровень сигнала, относительно которого устанав­ливается пороговый уровень U_nрешающего устройства, т. е. производится оптимальная установка порогового уровня при приеме.

Схема выделения хронирующего колебания по структуре не отли­чается от соответствующей схемы ретранслятора цифровой системы пе­редачи с другой средой распространения сигнала при использовании идентичных кодов. Основным узлом этой схемы является узкополосный фильтр, добротность которого должна быть на уровне 500…1000. Этой ве­личины добротности оказывается практически достаточно, несмотря на то, что в ВОСП фазовые флуктуации хронирующего колебания оказываются на порядок выше, чем, например, в кабельной цифровой системе переда­чи. Фильтр с такой добротностью может выполняться на основе акустиче­ски связанных кварцевых резонаторов или кварцевых фильтров на по­верхностных акустических волнах. В высокоскоростных цифровых ВОСП целесообразно строить схему выделения хронирующего колебания на ос­нове системы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАП). На рис. 1.4 по­казан один из примеров выполнения такой схемы. В устройстве нелиней­ной обработки происходит преобразование спектра принимаемой цифро­вой последовательности, в результате чего появляется дискретная со­ставляющая тактовой частоты. Этот сигнал сравнивается в импульсном фазовом детекторе (ФД) с сигналом генератора, управляемого напряже­нием, которое поступает через ФНЧ с выхода этого детектора. Таким об­разом, частота генератора изменяется в соответствии с разностью фаз сигнала принимаемой цифровой последовательности и стробирующего сиг­нала, поступающего на РУ. При изменении частоты следования посылок принимаемого сигнала изменяется фаза хронирующего колебанания, так что момент принятия решения остается по-прежнему оптимальным.

Оптический передатчик, обобщенная структурная схема которого приведена на рис. 1.5, содержит переключатель тока, управляющий током накачки полупроводникового излучателя, и цепи стабилизации уровня излучения.

Восстановленный цифровой сигнал с устройства обработки посту­пает на вход переключателя тока, который в соответствии с тем, какой сигнал пришел: “0” и “1” выключает или включает источник тока смещения I_п, изменяя уровень излучаемой оптической мощности от Р₀ при передаче “0” до пикового значения Р1 при передаче «1”. Модулирующий ток I_т накла­дывается на ток постоянного смещения I₆, который определяет уровень остаточной мощности Р₀. Ток I₆ поступает от источника регулируемого ба­зового тока. Значения токов I_т и I₆ устанавливаются в соответствии с тре­бованиями к параметрам оптического цифрового сигнала.

Для стабилизации отношения сигнал-шум на входе РУ ретрансля­тора в передатчике необходимо поддерживать постоянной разность пико­вой и остаточной мощностей Р, — Р₀ и снижать фазовые флуктуации переднего фронта оптического импульса.

Обнаружитель ошибок предназначен для контроля ошибок. Это устройство должно быть простым по структуре, надежным в работе, иметь малое энергопотребление (так как располагается, как правило, в НРП). Контроль ошибок может производиться по нарушению структуры кода (вы­членив запрещенных комбинаций, чередование символов), по наруше­нию свойств кода (обнаружение ошибок, основанное на контроле текущей цифровой суммы, текущей диспаритетности, значения дискретной состав­ляющей спектральной плотности мощности процесса на нулевой частоте и т.д.).

Для различных участков цифровой сети задается допустимая веро­ятность ошибки, исходя из которой можно определить требования к ретранслятору ВОСП. Для магистрального участка, например, допустимая вероятность на один ретранслятор составляет величину порядка 10′¹¹, для местного участка — порядка 10′⁹.

Устройство телеконтроля и служебной связи обеспечивает передачу на оконечные станции информации о состоянии узлов ретранслятора, ве­личины вероятности ошибки, сигналов служебной связи. Для передачи этой информации можно выделить отдельные оптические волокна в кабе­ле либо использовать металлические симметричные пары, если они предусматриваются конструкцией кабеля. Однако такие технические решения зачастую экономически невыгодны. Сигналы телеконтроля и служебной связи целесообразнее передавать по информационным волокнам. Объе­динение информационного цифрового потока и сигналов телеконтроля и служебной связи может выполняться различными способами: объедине­нием и разделением сигналов в цифровой форме, спектральным объеди­нением и разделением сигналов в оптическом диапазоне на различных оптических частотах, частотным объединением и разделением на подне­сущих частотах, при этом сигналы телеконтроля и служебной связи пред­варительно модулируют электрические поднесущие колебания с частотой, лежащей за пределами спектра информационного цифрового сигнала. За­тем промодулированные сигналы управляют током накачки излучателя. Чаще всего применяется частотная модуляция поднесущих. При послед­нем способе передачи ухудшается помехоустойчивость в основном ин­формационном канале; энергетический проигрыш составляет несколько Децибел.

Для настройки цифрового тракта могут использоваться кодовые слова, не входящие в алфавит информационного сигнала, при этом их диспаритетность должна быть такой же, что и у кодовых слов информационного сигнала.

Для низкоскоростных систем во всех странах используются коды с большой избыточностью типов CMI, 1В2В, для высокоскоростных систем в европейских странах в основном применяются блочные коды 5В6В и 7В8В, а в Японии – коды mВ1С: 8В1С и 10В1С, избыточность которых имеет не­большое значение. В последнее время получают распространение ВОСП c применением дуобинарных и многоуровневых кодов передачи.