ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.08.2025
Просмотров: 1818
Скачиваний: 0
Введение в радиооптику
раметром, ограничивающим длину линии, остаются потери в линейном тракте.
4.Возможность использования когерентной модуляции: фазовой
ичастотной с известными из радиотехники преимуществами этих видов модуляции.
5.Уплотнение по оптической частоте с очень точным разделением несущих в приемнике.
Благодаря преимуществам цифровых систем передачи [91] в большинстве ВОСС используются именно цифровые сигналы, которые модулируют оптическое излучение источников. Для передачи цифровой информации в настоящее время системы строят почти исключительно с импульсно-кодовой модуляцией, которая характеризуется высокой помехоустойчивостью и слабым накоплением шумов; кроме того, оптические системы с ИКМ легко сопрягаются с существующими цифровыми сетями передачи информации. При выборе линейного сигнала (кода) ИКМ систем приходится учитывать две категории факторов [85, 103, 104].
1.Высокую помехоустойчивость кода, которая определяет минимальную среднюю мощность сигнала в линии, обеспечивающую заданное качество приема на фоне принципиально неустранимых шумов (фотодетектирования, лавинного умножения в ЛФД, теплового) при условии идеально работающей аппаратуры (идеальной синхронизации, отсутствии флуктуации порога в решающем устройстве цифрового приемника, температурной стабильности параметров элементов ВОСС и т.д.).
2.Технические преимущества кода, к которым относятся: возможно низкая скорость передачи в линии, что упрощает требования к электронным компонентам системы и ее широкополосности; простота кодера и декодера, т.е. преобразователей сигналов оконечной аппаратуры
ксигналам линейного тракта и обратно; высокое содержание информации о синхрочастоте, что упрощает систему синхронизации; минималь-
ное содержание в коде низкочастотных компонент − это снижает флуктуации уровней; возможность обнаружения ошибок.
С точки зрения помехоустойчивости в оптическом диапазоне существует оптимальный ИКМ сигнал, когда единица передается импульсом, ноль − пауза (код NRZ). Недостатками такого кода являются невозможность обнаружения ошибки и высокое содержание низкочастотных компонент. Чтобы устранить эти недостатки и выполнить вторую группу требований, предъявляемых к линейному коду, нужно ввести избыточность в линейный сигнал. Это можно сделать, увеличив скорость передачи в линейном тракте или применив многоуровневый код. При выборе второго пути в ВОСС, вследствие нелинейности модуляционной характеристики лазерного диода, приходится неравномерно размещать
239
Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько
уровни линейного сигнала и пороги решающего устройства приемника, что делает регенератор весьма сложным устройством. Кроме того, межсимвольная интерференция [103] приводит к более быстрому, чем в двухуровневых системах, росту требуемой мощности сигнала. Поэтому в большинстве практических случаев используются двухуровневые коды.
Для устойчивой работы системы синхронизации в ИКМ трактах частота синхронизации должна извлекаться из приходящего оптического сигнала. Если в коде двоичные посылки используются для передачи информации, а 0 и 1 равновероятны, то вероятность появления подряд N идентичных символов равна 2−N. Ряд из большого количества N идентичных посылок не содержит временной информации, и приемник может ошибиться при приеме посылок, если система синхронизации не является достаточно стабильной. Кроме того, в цифровых системах предполагается, что должно пройти определенное время включения высокостабильной системы синхронизации для вхождения в синхронизм после длинной последовательности одинаковых посылок, и за это время теряется информация.
На практике применяются коды, в которые в исходную информационную последовательность введены дополнительные символы, располагающиеся на регулярных и логически обоснованных позициях. При этом минимизируется или уменьшается число возможных последовательных идентичных символов и снижается содержание в коде низкочастотных компонентов. Примером простого кода такого типа является код, в котором исходный символ 0 представляется символами 01, а 1 − символами 10 (двухфазный код типа L или Манчестерский код).
9.3 Подход к расчету длины регенерационного участка ВОСС
Длину регенерационного участка ВОСС определяют на основе требований качества связи и пропускной способности линии, после того как выбраны типовая аппаратура передачи, тип линейного оптического сигнала, ВОК. Качество связи в цифровой системе передачи характеризуется вероятностью ошибки при приеме символов «0» или «1» − Рош, которая в первом приближении определяется уровнем флуктуационных шумов на выходе фотоприемника и межсимвольной интерференцией, т.е. перекрытием импульсов при их расширении в процессе передачи по ВОК. С ростом длины линии расширение импульсов (характеризуемое величиной L, где σn − погонное уширение импульса на единицу длины) увеличивается и Рош возрастает. Следовательно, длина усилительного участка ограничена требованием допустимого уширения импульсов передаваемых по линии, обеспечивающим нужное Рош, т.е. временными характеристиками направляющей системы. Для качественного приема
240
Введение в радиооптику
ИКМ сигналов достаточно выполнить требование, чтобы длительность импульса на выходе приемного устройства не превышала длительности тактового интервала.
Для типовых цифровых систем передачи в настоящее время выполнен анализ влияния уширения импульсов в линейном тракте на качество связи. На основе представления импульсов на выходе приемника с помощью гауссовской случайной величины, что в значительной мере соответствует реальным системам, показано [105], что уширением можно пренебречь практически для всех форм используемых для передачи импульсов, если выполняется соотношение
σ < 0,25T, (9.1)
где Т − длительность тактового интервала ИКМ сигнала; σ − среднеквадратичная длительность импульсного отклика (импульсной характеристики) ОВ, определяемая как
∞
∫t 2 h(t)dt
σ = 0∞
∫h(t)dt
0
∞ |
|||
∫th(t)dt |
|||
0 |
|||
− |
|||
∞ |
|||
∫t |
2 |
h(t)dt |
|
0 |
|||
2 |
0,5 |
||
, |
(9.2) |
||
где h(t) − импульсная характеристика ОВ.
При условии (9.1) энергия импульса по сравнению с предельными значениями, соответствующими очень коротким импульсам, для обеспечения постоянного значения Рош в системах с корректирующими форму сигнала схемами должна возрасти при увеличении σ от очень малых величин до 0,25Т не более чем на 25 % или 1 дБ. При σ > 0,25Т межсимвольная интерференция приводит к уменьшению ширины глаздиаграммы системы [91, 103] и чувствительности приемника. При
σ > 0,5Т (9.3)
межсимвольная помеха становится довольно существенной, и чувствительность приемника быстро падает. Таким образом, степень уширения импульса при прохождении по ОВ накладывает ограничение на длину регенерационного участка ВОЛС.
С другой стороны, величина регенерационного участка L ограничена уровнем сигнала лазера, вводимого в ОВ, порогом чувствительности приемника при требуемом Рош и потерями в линейном тракте, т.е. энергетическими характеристиками системы. Поскольку мощность полезного сигнала на входе ФД должна превышать заданную минимально допустимую мощность Рпр min, при которой обеспечивается необходимая величина Рош, можно записать
Рпер – Рлт ≥ Рпр min , |
(9.4) |
241 |
Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько
где Рпер − уровень мощности источника излучения, вводимой в ОВ; Рлт − потери линейного тракта, учитывающие погонное затухание в ВОК, потери в разъемных и неразъемных соединениях. Рлт можно представить в виде
Pлт = α′L, |
(9.5) |
где α′ − приведенные суммарные потери на единицу длины (1 км) линии. Тогда соотношение (9.4) перепишем в виде
Рпер – α′L ≥ Рпр min |
(9.6) |
или |
|
α′L ≤ Рпер – Рпр min, |
(9.7) |
накладывающем ограничения на величину L. Величина L определяется из условий одновременного выполнения неравенств (9.3) и (9.7). Таким образом, возможна ситуация, когда одно из неравенств (9.3) или (9.7) будет выполняться с запасом. Это означает, что при заданных требованиях на линию (Рош, Fт, L) можно ослабить требования к линейному сигналу, аппаратуре или кабелю, удешевив тем самым систему связи. Уширение импульса из-за временных характеристик системы можно уменьшить выравниванием частотной характеристики в последетекторных цепях, но это сопряжено либо с увеличением Рош, либо с необходимостью увеличения мощности на входе фотодетектора М [77]. Тогда два рассмотренных неравенства, в которых определялось значение L, (9.3) и (9.7) сводятся к одному [77]:
α′L ≤ Рпер – Рпр min − М. |
(9.8) |
Значения М зависят от формы и длительности импульсов [85, 104], Поскольку ошибки, возникающие в каждом регенераторе цифрового линейного тракта, Рош можно считать независимыми случайными величинами, вероятность ошибки при включении n регенераторов увеличивается в n раз:
Рош = nРош, |
(9.9) |
т.е. в цифровых системах передачи для сохранения защищенности от шума при увеличении числа регенерационных участков необходимо уменьшить в n раз вероятность ошибки в каждом регенераторе, для чего потребуется лишь незначительно увеличить защищенность от шума (уровень сигнала) на входе каждого регенератораторе, для чего потребуется лишь незначительно увеличить защищенность от шума (уровень сигнала) на выходе каждого регенератора.
Вероятность Рош в системах с ИКМ сигналами наиболее часто рассчитывают на основе методики [105], когда сигналы на выходе приемника представляются гауссовскими случайными величинами и Рош ориентировочно оценивается через величину отношения с/ш системы
242