Главная  Оптические магистрали 

[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] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

в районах с большой плотностью электромагнитных излучений целесообразно ограничивать использование открытой передачи в эфир только там, где это необходимо. Например, когда одно или более оконечных устройств системы связи должны быть подвижными. Однако показано, что единственной областью, где открытая передача имеет большие экономические преимущества по сравнению с направляющими системами, является радиовещание. При этом следует учитывать ограничения, связанные с взаимным влиянием каналов. Так, в Великобритании имеется четыре независимых телевизионных канала, а в некоторых районах США можно принимать до 8 или 10 телевизионных программ. Трудно представить, каким образом можно значительно увеличить число телевизионных каналов, если использовать только свободное распространение радиоволн. Необходимо также учесть связанные с этим скрытые издержки. В настоящее время для радиовещания отведена подавляющая часть спектра радиоволн вплоть до частот 1 ГГц. Часть спектра, оставшаяся для пользователей, нуждающихся в подвижной связи (полиция, такси, личная и служебная радиосвязь, управление воздушным движением, радиотелефон) весьма незначительна и совершенно не удовлетворяет потребностям.

Не будем углубляться в обсуждение этого важного вопроса, поскольку нашей целью является рассмотрение возможных применений в будущем оптических каналов связи. Уже сегодня ясно, что оптические линии связи как направляющие, так и открытые, наилучшим образом подходят для абонентских линий связи, т. е. для первого из четырех перечисленных выше типов систем связи. Поскольку в более сложной системе может потребоваться маршрутизация и коммутация информации, то эти операции должны быть обеспечены традиционной электрической или электронной аппаратурой, для осуществления которых оптические сигналы необходимо преобразовать в электрические. Когда оптические каналы связи будут включены в состав стандартной телефонной системы (системы четвертого типа по приведенной выше классификации), тогда они лучше всего могут быть использованы для связи между телефонными станциями или между телефонной станцией и пользователем.

Вопрос о том, в каком масштабе оптические волокна будут использованы в телефонных сетях разного уровня, остается дискуссионным. Однако уже сейчас ясно, что наибольшие экономические выгоды они обеспечат в каналах связи с высокой информационной пропускной способностью, используемых в системах обмена более высокого уровня иерархии. Вместе с тем кажется вероятным, что когда технология изготовления оптических волокон станет более простой и дешевой, они найдут применение и в системах связи самого низкого уровня, например в качестве местных линий связи между телефонными станциями и абонентами. Тот факт, что эти волоконно-оптические линии связи будут иметь, как мы увидим, значительно большую информационную пропускную способность, чем их электрические аналоги (по-видимому, в тысячу раз), поставит Министерство связи перед ди-



леммой. При широком использовании оптических волокон информационная пропускная способность линий связи станет практически неограниченной по существующим стандартам. Однако обеспечение адекватного увеличения емкости телефонной станции яляется более сложной и очень дорогой задачей. Это обстоятельство, наряду с большими средствами, вложенными в существующие местные линии связи, составляют два серьезных препятствия на пути широкого использования местных широкополосных каналов, интегрированных с существующей системой телефонной связи. Вероятно, было бы хорошо, если бы некоторые организации, такие как Министерство путей сообщения или Министерство электроснабжения, которые могут проявить особый интерес к созданию таких каналов, создали бы свои собственные независимые оптические информационные сети.

1.4. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Вернемся к обобщенной структурной схеме оптической системы связи, изображенной на рис. 1.2. Она включает в себя следующие основные компоненты.

1. Источник оптического излучения.

2. Средства модуляции оптического излучения передаваемым сигналом.

3. Среду, в которой распространяется оптическое излучение.

4. Фотоприемник, который преобразует принятый оптический сигнал в электрический.

5. Электронные устройства усиления и обработки сигнала, служащие для восстановления исходного сигнала и представления его в виде, удобном для использования.

Приведенная структурная схема одинаково пригодна как для аналоговых, так и цифровых систем связи, использующих направленную или открытую передачу оптического излучения. Применение оптических волокон для передачи оптических сигналов позволяет реализовать очень ограниченное число комбинаций разумно сочетаемых источников излучения и фотоприемников различных типов. В качестве излучателей можно назвать полупроводниковые источники излучения, а в качестве фотоприемников - полупроводниковые фотодиоды. Большим достоинством полупроводниковых светодиодов и лазеров как источников излучения является простота осуществления прямой модуляции излучаемой мощности.

При использовании оптического излучения, распространяющегося в свободном пространстве, число возможных комбинаций источников излучения, фотоприемников и методов модуляции значительно больше, и в гл. 16 приводится краткий обзор некоторых систем связи этого типа. Основное требование для излучателей - высокая интенсивность излучения, а это обычно означает, что требуется использовать лазер. В таком случае возникает необходимость во внешних устройствах модуляции лазерного излучения, если только не применен полупроводниковый лазер. Затухание оптического сигнала на пути



распространения часто изменяется, приводя к флуктуациям уровня мощности сигнала на входе приемника. В аналоговых системах связи это приводит к невозможности использования прямых методов модуляции мощности излучения, и поэтому обычно применяют поднесу-щую частоту. В приемнике могут быть применены как полупроводниковые фотодиоды, так и фотоумножители, однако выбор типа фотодетектора зависит от длины волны, на которой он должен работать, а также от требований к габаритам приемника.

К числу двух самых важных технических характеристик канала связи относятся его информационная пропускная способность и максимальное расстояние между ретрансляторами. Как будет видно из дальнейшего, эти два параметра часто тесно связаны между собой. В § 1.2 было показано, что информационная пропускная способность канала связи определяется шириной полосы частот, в которой передается сигнал, и отношением сигнал-шум в приемнике. Проанализируем влияние каждого из этих факторов.

Полоса частот, в которой передается сигнал, может быть ограничена почти в любой точке системы связи допустимой скоростью модуляции источника излучения; модулятором; средой, в которой распространяется сигнал (если среда обладает дисперсией, то это приведет к искажению формы сигнала в процессе его распространения); фотодетектором; электронными элементами приемника.

На практике без особых трудностей можно реализовать модуляцию светодиодов частотами до 100 МГц, а полупроводниковых лазеров - вплоть до 1 ГГц. Имеющиеся в настоящее время полупроводниковые p-i-n и лавинные фотодиоды способны детектировать оптические сигналы с частотой модуляции свыше 1 ГГц. Однако использование самых высоких указанных частот требует разработки совершенно нового весьма сложного усилителя для приемника.

Самым важным является то обстоятельство, что оптическое волокно-представляет собой дисперсионную среду и в процессе распространения по нему световых импульсов последние расширяются, а аналоговые оптические сигналы подвергаются фазовым искажениям. В оптических системах связи волокно ведет себя как фильтр нижних частот, частота среза которого обратно пропорциональна расстоянию распространения, т. е. его длине. Поэтому оптическое волокно можно характеризовать параметром, представляющим собой произведение ширины полосы пропускания на расстояние. В зависимости от типа волокна и характеристики используемого источника излучения это произведение может быть меньше 10 МГц-км или больше 10 ГГц-км. Подробнее дисперсия оптических волокон рассматривается в гл. 2, 5 и 6.

В открытых системах связи, где средой распространения оптических сигналов является воздух или свободное космическое пространство, не наблюдается значительной дисперсии и, следовательно, отсутствует обусловленное ею ограничение полосы пропускания системы связи. Число вариантов построения таких систем связи столь велико, что их рассмотрение здесь нецелесообразно.



[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] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0012