ТОС. Вопросы — копия. 1. Обобщенная схема волоконнооптической системы передачи

• Название: 1. Обобщенная схема волоконнооптической системы передачи
• Дата: 22.02.2023
• Размер: 244.25 Kb.
• Имя файла: Вопросы — копия.docx
• Тип: Документы; #950373
• страница: 1 из 3

1. Обобщенная схема волоконно-оптической системы передачи.
Обобщенная схема волоконно-оптической системы передачи включает следующие основные элементы:

1. 
   Источник света: генерирует оптический сигнал, который будет передаваться через оптический кабель. Обычно в качестве источника света используют светодиоды или лазеры.
   
2. 
   Оптический кабель: состоит из стеклянных или пластиковых волокон, которые передают световой сигнал на дальние расстояния без потерь качества сигнала.
   
3. 
   Оптический усилитель: используется для усиления сигнала во время его передачи по кабелю. Оптические усилители могут быть различных типов, например, эрбиевые усилители или регенеративные усилители.
   
4. 
   Оптический ретранслятор: используется для повторной передачи сигнала на большие расстояния, если это необходимо. Он может быть расположен на промежуточных узлах передачи данных.
   
5. 
   Приемник: преобразует оптический сигнал обратно в электрический для последующей обработки и передачи на другие устройства.
   
6. 
   Оборудование передачи данных: может быть использовано для обработки и передачи данных на оптическую систему передачи.
   

Обобщенная схема волоконно-оптической системы передачи может включать также другие элементы, такие как сплиттеры, мультиплексоры или демультиплексоры, в зависимости от конкретных потребностей системы передачи.

В состав волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) вхо­дят следующие технические средства:

1) каналообразующее оборудование (КОО) тракта передачи, обеспечивающее формирование определенного числа типовых каналов или типовых групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи;

2) оборудование сопряжения (ОС) тракта, необходимое для со­пряжения параметров многоканального сигнала на выходе КОО с параметрами оптического передатчика;

3) оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразо­вание электрического сигнала в оптический сигнал, длина волны которого совпадает с одним из окон прозрачности оптического волокна; в состав ОПер входят: источник оптического излучения (ИОИ) - оптической несущей, один или несколько параметров которой модулируются электрическим многоканальным сигналом, поступающим с ОС, и согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно оптического кабеля с минимально возможными потерями; как правило, источник оптиче­ского излучения и согласующее устройство образуют единый блок, называемый передающим оптическим модулем (ПОМ);

4) оптический кабель, волокна которого (ОВ) служат средой рас­пространения оптического излучения;

5) оптический ретранслятор (ОР), обеспечивающий компенсацию затухания сигнала при его прохождению по оптическому волокну (ОВ) и коррекцию различного вида искажений; (ОР) могут быть обслужи­ваемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через опреде­ленные расстояния, называемые ретрансляционными участками; в ОР может производиться обработка (усиление, коррекция, регенера­ция и т.д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и опти­ческого сигнала с помощью оптических квантовых усилителей;

6) оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптиче­ского излучения и преобразования его в электрический сигнала; ОПр включает в себя согласующее устройство (СУ), необходимое для вывода оптического излучения из ОВ с минимальными потеря­ми, и приемник оптического излучения (ПОИ); совокупность согла­сующего устройства и приемника оптического излучения представляетприемный оптический модуль (ПРОМ);

7) оборудование сопряжения (ОС) тракта приема, преобразую­щее сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответст­вующего КОО;

8) каналообразующее оборудование (КОО) тракта приема, осу­ществляющее обратные преобразования многоканального сигнала в сигналы отдельных типовых каналов и трактов.



2. Классификация волоконно-оптических систем передачи.
Волоконно-оптические системы передачи могут быть классифицированы по разным критериям, ниже перечислены наиболее распространенные классификации:

1. 
   По дальности передачи:
   

• 
  Метрополитенские (от нескольких до нескольких десятков километров)
  
• 
  Магистральные (от сотен до тысяч километров)
  
• 
  Междугородные (свыше тысячи километров)
  

2. 
   По применению:
   

• 
  Телекоммуникационные системы (используются для передачи голосовой и видео информации)
  
• 
  Локальные сети (используются для связи компьютеров в рамках одного здания или офиса)
  
• 
  Системы контроля и управления (используются в промышленности, энергетике, авиации и других областях)
  

3. 
   По типу моды распространения света в волокне:
   

• 
  Одномодовые системы (используются для передачи высокоскоростных данных на большие расстояния)
  
• 
  Многомодовые системы (применяются в локальных сетях и коротких магистралях)
  

4. 
   По типу оптического усилителя:
   

• 
  Эрбиевые усилители (широко используются в телекоммуникационных системах)
  
• 
  Регенеративные усилители (применяются в магистральных системах передачи)
  

5. 
   По типу организации каналов связи:
   

• 
  Пучковое распределение (одно волокно для передачи сигналов в одном направлении)
  
• 
  Волоконное рассечение (одно волокно для передачи сигналов в двух направлениях)
  

Классификация волоконно-оптических систем передачи может быть дополнена в зависимости от конкретных параметров, таких как частотный диапазон, мощность передаваемого сигнала, типы оптических разъемов и др.
Существует разнообразная классификация ВОСП, но в основном применяется следующая.

1. ВОСП в зависимости от применяемого каналообразующего оборудования делятся на:

• 
  аналоговые волоконно-оптические системы передачи (АВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе аналоговых методов модуляции параметров гармонической несущей частоты (амплитудная, частотная, фазовая модуляции и их комбинации) или параметров периодической последовательности импульсов (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазоимпульсная модуляции и их комбинации);
  
• 
  цифровые волоконно-оптические системы передачи (ЦВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе импульсно-кодовой модуляции, дельта-модуляции и их разновидностей; самое широкое применение находят ЦВОСП.
  

2. ВОСП в зависимости от способа модуляции оптического излучения подразделяются на:

• 
  волоконно-оптические системы передачи с модуляцией интенсивности оптического излученияи соответствующей его демодуляции, называемые иногда прямой модуляцией и широко применяемой в большинстве ЦВОСП;
  
• 
  волоконно-оптические системы передачи с аналоговыми методами модуляции оптического излучения (оптической несущей): амплитудной, фазовой, частотной модуляциями и их комбинациями.
  

3. ВОСП в зависимости от способа приема или демодуляции оптического сигнала подразделяются на:

• 
  волоконно-оптические системы передачи с прямой демодуляцией или непосредственным приемом, при котором происходит непосредственное преобразование интенсивности оптического излучения в электрический сигнал, напряжение или ток которого однозначно отражают изменение интенсивности оптического сигнала;
  
• 
  когерентные волоконно-оптические системы передачи, в которых применяется гетеродинное или гомодинное преобразование частоты независимо от вида модуляции (синхронная или несинхронная) оптического излучения, осуществляемое на промежуточной частоте. При гетеродинном приеме одновременно с оптическим сигналом частоты  на фотодетектор подается достаточно мощное оптическое излучение местного гетеродина с частотой , на выходе фотодетектора выделяется промежуточная частота , на которой и осуществляются дальнейшие преобразования оптического сигнала в электрический. При гомодинном методе приема частоты колебаний принимаемого оптического излучения и местного гетеродина должны быть одинаковыми ( ), а фазы синхронизированы.
  

4. ВОСП в зависимости от способа организации двусторонней связи ВОСП подразделяются на:

• 
  двухволоконную однополосную однокабельную, при которой передача и прием оптических сигналов ведутся по двум оптическим волокнам (ОВ) и осуществляются на одной длине волны  ;
  
• 
  одноволоконную однополосную однокабельную, особенностью которой является использование одного оптического волокна для передачи сигналов в двух направлениях на одной и той же длине волны;
  
• 
  одноволоконную двухполосную однокабельную, при которой передача в одном направлении ведется на длине волны оптического излучения  , а в другом  .
  

5. По назначению и дальности передачи ВОСП подразделяются на:

• 
  магистральные ВОСП, предназначенные для передачи сообщений на тысячи километров и соединяющих между собой центры республик, краев, областей, крупные промышленные и научные центры и др.;
  
• 
  зоновые ВОСП, предназначенные для организации связи в административных пределах республик, краев, областей и протяженностью до 600 км;
  
• 
  ВОСП для местных сетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях;
  
• 
  ВОСП для распределения информации, обеспечивающие связь между вычислительными машинами, организацию локальных компьютерных сетей и сетей кабельного телевидения.
  

6. По методам уплотнения оптического волокна, в основе которых лежит процесс мультиплексирования ВОСП подразделяются на:

• 
  ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн, при котором по одному ОВ одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальный сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием;
  
• 
  ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнением, при котором в системах передачи исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот;
  
• 
  цифровые ВОСП с временным уплотнением (с временным мультиплексированием), при котором несколько информационных или компонентных потоков объединяются в один, и для передачи каждого компонентного потока по одному ОВ отводится свой временной интервал.
  

3. Принципы построения двусторонних линейных трактов ВОСП.
Двусторонний линейный тракт волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) состоит из оптических компонентов, которые обеспечивают передачу оптических сигналов в обе стороны по оптическому волокну. Основные принципы построения такого тракта ВОСП следующие:

1. 
   Использование двух оптических модулей на обоих концах тракта: для передачи сигналов в обе стороны необходимо использовать два оптических модуля на каждом конце тракта. Каждый модуль включает в себя оптический источник, оптический приемник и электронику управления. Такой подход обеспечивает симметричную передачу сигналов в обе стороны и компенсирует потери сигнала вдоль оптического волокна.
   
2. 
   Использование двух волокон: для передачи сигналов в обе стороны можно использовать два волокна: одно для передачи сигналов в одном направлении, а другое для передачи сигналов в обратном направлении. Этот подход позволяет использовать разные частотные диапазоны для передачи сигналов в каждом направлении и уменьшает влияние дисперсии на передачу сигналов.
   
3. 
   Использование оптических усилителей: для компенсации потерь сигнала вдоль оптического волокна можно использовать оптические усилители на определенных участках тракта. Оптические усилители могут быть расположены на обоих концах тракта или на промежуточных участках.
   
4. 
   Использование компенсаторов дисперсии: дисперсия является одним из главных ограничений для передачи сигналов на большие расстояния по оптическому волокну. Для компенсации дисперсии могут быть использованы компенсаторы дисперсии на промежуточных участках тракта.
   
5. 
   Использование волоконных разветвителей: для обеспечения передачи сигналов в несколько направлений можно использовать волоконные разветвители. Волоконные разветвители позволяют разделять оптический
   

При таком построении передача и прием оптических сигналов ведутся по двум волокнам (рис. 1.12) и осуществля­ются на одной длине волны λ. Каждое ОВ является эквивалентом двух­проводной физической цепи. Так как взаимные влияния между ОВ кабеля практически отсутствуют, то тракты передачи и приема различных систем организуются по одному кабелю, т. е. ВОСП являются однокабельными. Таким образом, данная схема организации оптического линейного тракта (ОЛТ) является двухволоконной однополосной однокабельной, т. е. экви­валентом однополосным четырехпроводным однокабельным системам передачи, работающим по коаксиальным кабелям.



 К достоинствам данной схемы организации связи следует отнести однотипность оборудования передачи и приема оконечных и промежуточ­ных станций. Существенным недостатком является очень малый коэффи­циент использования пропускной способности. ОВ. Учитывая, что доля за­трат на кабельное оборудование составляет значительную часть стоимо­сти системы связи, а цены на ОК в настоящее время остаются достаточно высокими, возникает задача повышения эффективности использования пропускной способности ОВ за счет одновременной передачи по нему большего объема информации» Этого можно добиться, например, передачей информации во встречных направлениях по одному ОВ.

Схема построения одноволоконного однополосного однокабельного показана на рис. 1.13. Особенностью данной схемы является использование ОВ для сигналов в двух направлениях на одной длине волны. Этот способ является перспективным, поэтому остановимся на нем подробнее.



Принципиальной особенностью дуплексных систем передачи информации является наличие переходных помех между информационными по токами, распространяющимися во встречных направлениях. Переходные помехи возникают за счет обратного релеевского рассеяния в ОВ и ответвителях, отражения света от сварных стыков и разъемных соединений н концах линии.

Уровень помехи и ее спектральный состав в значительной степени зависят от передаваемого сигнала (скорости передачи, формы импульсов) и параметров линейного тракта (затухания волокна, его длины, числовой апертуры, профиля показателя преломления). Для практических целей важно знать зависимость переходного затухания помехи обратного рассеяния от параметров ОЛТ.

В ВОСП со спектральным уплотнением (одноволоконные многополосные однокабельные) по одному оптическому волокну одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется, как правило, многоканальным цифровым сигналом. Возможность построения таких систем основывается на сравнительно слабой зависимости коэффициента затухания ОК в пределах используемого спектрального диапазона от частоты (или длины волны) оптической несущей. Поэтому, применяя метод частотного разделения, по одному ОВ, подобно многоствольным радиорелейным система передачи, можно организовать несколько широкополосных оптических каналов, увеличив тем самым результирующую скорость передачи информации. Это позволяет обойти ограничение на скорость передачи по одному ОВ, связанное с дисперсионными искажениями. Структурная схема системы передачи со спектральным разделением оптических каналов показана на рис. 1.14.



На передающей станции имеется n систем передачи, сигналы с которых передаются на п оптических передатчиков ОПер, получающих оптические несущие с длинами волн λ1; λ2; … λn. С по мощью устройств спектрального объединения (УСО) осуществляется ввод различных оптически несущих в одно ОВ. На приемной стороне в устройстве спектрального разделения (УСР) оптические несущие разделяются в пространстве и поступают на оптические приемники ОПр. Таким образом, по одному ОВ организуется п спектрально разделенных оптических каналов, т. е. коэффициент использования пропускной способности увеличивается в n раз по сравнению с традиционным построением линейных трактов оптических систем.

Для объединения и разделения оптических несущих могут использо­ваться различные оптические спектральные устройства: мультиплексоры и демультиплексоры, работа которых основана на известных явлениях фи­зической оптики: дисперсии, дифракции и интерференции. В основе струк­туры мультиплексоров и демультиплексоров может быть оптическая приз­ма многослойный диэлектрик, дифракционная решетка и др.

Источник: https://pc-4you.ru/lokalnaya-set/volp/86-printsipy-postroeniya-dvustoronnikh-linejnykh-traktov-vosp
4. Классификация оптических линейных трактов.
Оптические линейные тракты (ОЛТ) – это системы передачи оптических сигналов, которые используются в различных областях, таких как телекоммуникации, медицинская техника, промышленность и т.д. Классификация оптических линейных трактов может быть проведена по нескольким критериям:

1. 
   По принципу действия:
   

• 
  Прямолинейные оптические линейные тракты – передача сигнала осуществляется по прямой линии от источника света до приемника.
  
• 
  Непрямолинейные оптические линейные тракты – передача сигнала осуществляется по кривой линии или через оптические элементы, такие как отражатели, преломляющие призмы, волоконные зеркала и т.д.
  

2. 
   По использованию оптических компонентов:
   

• 
  Простые оптические линейные тракты – используются только базовые оптические компоненты, такие как волоконные разъемы, волоконные соединители, оптические кабели, оптические усилители и т.д.
  
• 
  Сложные оптические линейные тракты – используются специализированные оптические компоненты, такие как модуляторы, демодуляторы, оптические фильтры, компенсаторы дисперсии и т.д.
  

3. 
   По цели использования:
   

• 
  Тракты передачи данных – используются для передачи оптических сигналов в телекоммуникационных сетях и других сетях передачи данных.
  
• 
  Тракты медицинской оптики – используются в медицинской технике для диагностики и лечения различных заболеваний, таких как заболевания глаз, онкология, нейрология и т.д.
  
• 
  Тракты промышленной оптики – используются в различных отраслях промышленности, таких как машиностроение, авиационная и космическая промышленность, энергетика и т.д.
  

Классификация оптических линейных трактов может быть проведена также по многим другим параметрам, таким как дальность передачи, пропускная способность, диапазон длин
5. Линейные ретрансляторы.
Линейный ретранслятор - это устройство, которое используется в волоконно-оптической связи для усиления и передачи оптических сигналов на большие расстояния. Линейные ретрансляторы часто используются в оптических системах связи, чтобы увеличить дальность передачи сигнала и/или улучшить качество сигнала.

Линейные ретрансляторы работают по принципу усиления оптического сигнала, который принимается на входе устройства, и передачи усиленного сигнала на выходе. В простейшем случае линейный ретранслятор может быть представлен как оптический усилитель, который усиливает сигнал, проходящий через него.

В более сложных системах связи линейные ретрансляторы могут включать в себя не только оптические усилители, но и другие компоненты, такие как оптические фильтры, устройства компенсации дисперсии, и т.д. Эти компоненты могут быть использованы для оптимизации производительности системы связи, устранения шумов и искажений сигнала, а также для повышения качества передачи данных.

Линейные ретрансляторы могут использоваться в различных типах волоконно-оптических систем связи, включая оптические линейные тракты, оптические кабели, оптические системы передачи данных и т.д. Они также могут быть использованы в различных областях, включая телекоммуникации, промышленность, науку и технологию.
6. Основные параметры линейных трактов ЦВОСП.
Основными параметрами линейных трактов цветно-волоконной оптической связи (ЦВОСП) являются:

1. 
   Пропускная способность (битрейт): это количество битов, которые могут быть переданы через оптический канал в единицу времени. Пропускная способность измеряется в битах в секунду (bps) или его кратных величинах (Kbps, Mbps, Gbps).
   
2. 
   Дальность передачи: это максимальное расстояние, на которое можно передавать оптические сигналы без потерь качества сигнала. Дальность передачи зависит от нескольких факторов, таких как тип волокна, уровень мощности сигнала, качество компонентов системы и т.д.
   
3. 
   Уровень мощности: это мощность сигнала, передаваемого через оптический канал. Уровень мощности может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, таких как длина оптического канала, тип волокна, потери сигнала и т.д.
   
4. 
   Шум: это неизбежная случайная величина, которая вносится в оптический сигнал в процессе передачи. Шум может возникать из-за различных факторов, таких как физические шумы, искажения сигнала и т.д.
   
5. 
   Коэффициент передачи: это отношение мощности на выходе к мощности на входе линейного тракта. Коэффициент передачи может быть различным в зависимости от длины оптического канала, типа волокна, качества компонентов системы и т.д.
   
6. 
   Дисперсия: это явление, при котором различные частоты оптического сигнала распространяются с разными скоростями, что может привести к искажению сигнала и ухудшению его качества. Дисперсия может возникать из-за различных факторов, таких как тип волокна, длина оптического канала и т.д.
   
7. 
   Джиттер: это случайная вариация задержки при передаче оптического сигнала. Джиттер может возникать из-за различных факторов, таких как физические шумы, дисперсия и т.д. Джиттер может приводить к ошибкам при передаче данных и ухудшени
   

7. Принцип мультиплексирования в цифровых ВОСП плезиахронной

цифровой иерархии.
Мультиплексирование в цифровых волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) осуществляется путем комбинирования отдельных потоков данных в единую цифровую передачу на основе их временного сдвига.

ПЦИ используется для передачи цифровых сигналов, в которых данные передаются в виде фиксированных блоков (так называемых кадров), каждый из которых содержит определенное количество битов. Количество битов в кадре может варьироваться в зависимости от уровня иерархии, который определяет скорость передачи данных.

Для мультиплексирования сигналов на разных уровнях иерархии в ЦВОСП используется технология временного деления (TDM), которая позволяет передавать несколько потоков данных одновременно через один оптический канал. Каждый поток данных передается в отдельном временном интервале, и все потоки собираются вместе для передачи в виде единого цифрового сигнала.

Процесс мультиплексирования в ПЦИ осуществляется на уровне TDM-мультиплексора, который получает отдельные потоки данных на входе и передает их через общий канал на выходе в виде единого цифрового сигнала. TDM-мультиплексор использует сигналы тактовой частоты (clock signals) для синхронизации передачи каждого потока данных и их корректного комбинирования.

Таким образом, мультиплексирование в ПЦИ позволяет повысить эффективность использования оптических каналов и увеличить пропускную способность системы передачи данных.
Принцип плезиохронного мультиплексирования состоит в следующем:

• 
  объединяемые цифровые данные, имеющие различные тактовые интервалы (в известных нормативных пределах), должны быть синхронизированы, т.е. согласованы по фазе и частоте тактов;
  

• 
  для синхронизации объединяемых данных должен быть применен буфер памяти;
  

• 
  скорость и фаза записи данных в параллельные буферы может различаться, но скорость считывания этих данных из буферов одинакова;