Kako je optički predajnik razvijen i kako radi
Upotreba svetlosnih talasa za prenos televizijskih signala i podataka je nova nauka i tehnologija razvijena krajem 20. veka. Njegov izgled je omogućio svijet'da se informatička industrija brzo razvija. Sada se tehnologija prijenosa pomoću optičkih vlakana razvija brzinom većom od ljudi's maštom. Njegova optička brzina prijenosa je 100 puta veća nego prije 10 godina, a procjenjuje se da će se u budućem razvoju povećati za oko 100 puta. Uz kontinuirani razvoj tehnologije prijenosa optičkih vlakana, multipleksiranje, demultipleksiranje, rutiranje i komutacija se mogu izvoditi u optičkom domenu. Mreža može koristiti ogromne resurse propusnog opsega optičkih vlakana da poveća kapacitet mreže i ostvari "transparentan" prijenos višestrukih usluga.
Sistem optičkog prenosa se uglavnom sastoji od optičkih predajnika, optičkih prijemnika, optičkih razdelnika, optičkih kablova i drugih komponenti.
I. Osnovni princip prijenosa optičkih signala optičkim vlaknima
Optički prijenos je tehnologija koja prenosi u obliku optičkih signala između pošiljatelja i primaoca. Radni proces optičkog prenosa TV signala odvija se između optičkog predajnika, optičkog vlakna i optičkog prijemnika; optički predajnik u centralnoj kompjuterskoj sobi pretvara ulazni RF TV signal u optički signal, koji se sastoji od električno/optičkog pretvarača (Električko-optički pretvarač (E/O) je završen, a pretvoreni optički signal prima optički prijemnik za prijenos signala (optički prijemnik), a optički prijemnik pretvara optički signal dobiven iz optičkog vlakna u električni signal optički prijenosni signal je cijeli proces električne/optičke i optičko/električne konverzije, koji se još naziva i optička veza.
Trenutna metoda optičkog prijenosa koristi modulaciju intenziteta svjetlosti. Na primjer, laserski uređaj koji emituje svjetlost emituje takozvanu koherentnu svjetlost sa istom fazom. Stoga je usvojena metoda modulacije koja mijenja ukupni intenzitet svjetlosti. Koristi linearnu promjenu izlazne optičke snage koja odgovara promjeni struje ulaznog signala električnog/optičkog pretvarača. karakteristika.
U optičko-električnom pretvaraču (O/E), izlazna struja je proporcionalna intenzitetu ulaznog optičkog signala. Valni oblik izlazne struje optičkog/električnog pretvarača je stoga sličan talasnom obliku ulazne struje električno/optičkog pretvarača, čime se postiže svrha prijenosa signala.
Dakle, kako optičko vlakno vodi optički signal? Trenutno, optičko vlakno koje se koristi u sistemu kablovske televizije je cilindrično optičko vlakno, koje se sastoji od cilindra sa optičkim vlaknima i omotača i predstavlja materijal od kvarcnog stakla. Obloga ima ulogu da čvrsto zatvara svjetlost u optičko vlakno, štiti jezgro i povećava snagu samog optičkog vlakna. Uloga jezgra vlakna je da prenosi optičke signale. Iako su i jezgro i obloga napravljeni od materijala od kvarcnog stakla, postoje razlike u doping sastavu njih tokom proizvodnje, što dovodi do različitih indeksa prelamanja (jezgra je 1,463~ 1,467, a obloga je 1,45~1,46), naravno, takođe se odnosi na različite materijale koji se koriste. Kada izvor svjetlosti koji emituje laser uđe u jezgro vlakna, kada svjetlost uđe u sučelje omotača, sve dok je upadni ugao veći od kritičnog ugla, potpuna refleksija će se dogoditi u jezgri, a svjetlost neće procuriti u oblogu. Optički signal u jezgri će nastaviti da se širi bez prekida sve dok se ne usmjeri na optički prijemnik. Ovaj proces je osnovni princip prijenosa optičkog signala u optičkom vlaknu.
II. Distorzija u optičkom prenosu
Kada se svjetlost prenosi u optičko vlakno, također će doći do izobličenja. Razlozi izobličenja su sljedeći:
(1) U sistemu prijenosa optičkih vlakana, zbog nelinearnosti karakteristika električne/optičke konverzije poluvodičkog lasera, izlazni optički signal nije u skladu sa promjenom pobudne struje, što rezultira izobličenjem, što se naziva modulacijskom distorzijom. Vrijednost indeksa modulacije M ne smije biti prevelika. Neophodno je odabrati optički predajnik visokih performansi i jake tehnologije obrade pred-distorzije. Tehnologija obrade pred-izobličenja koristi veštački dizajn za generisanje pred-izobličenja kako bi se poboljšala linearnost modulacije, kako bi se eliminisao i smanjio sistem prenosa optičkih vlakana. Svrha OCD i CTB.
(2) U sistemu optičkog prenosa, pošto pogonsko RF pojačalo i prijemno RF pojačalo imaju male šanse za izobličenje, linearna PIN fotodioda može zanemariti neznatno izobličenje jer nivo signala nije previsok. Glavni razlog je distorzija modulacijskih karakteristika poluvodičkog lasera i disperzija vlakana.
(3) Kada laser modulira intenzitet svjetlosti, talasna dužina svjetlosti će se promijeniti, a pojavit će se i dodatna frekvencijska modulacija koja će proširiti frekvenciju signala i izazvati chirp efekat, koji se uglavnom manifestira kao CSO distorzija.
(4) Karakteristike disperzije optičkog vlakna će uzrokovati razlike u grupnom kašnjenju različitih valnih dužina, što će rezultirati izobličenjem uzrokovanim nedosljednim vremenom dolaska na terminal, uglavnom CSO izobličenjem.
Distorzija proizvedena u sistemu prenosa optičkih vlakana je uglavnom izobličenje CSO, a stepen CTB izobličenja je mnogo manji od CSO izobličenja. Kako bi se osigurao kvalitet prenosa sistema i odnos nosioca prema šumu sistema i performanse izobličenja u razumnom opsegu, preduzete mjere su opšte Koristi CNR indikatore za balansiranje CSO i CTB indikatora. Ako povećate ili smanjite CNR vrijednost za 1dB, onda će se CSO pogoršati ili poboljšati za 1dB, a CTB indeks će se pogoršati ili poboljšati za 2dB.
III. Principi rada optičkog predajnika
Najvažniji optički uređaj u optičkom predajniku je poluvodički laser. U stvari, radi se o laserskoj diodi (LD). Naravno, neki ne koriste laserske diode već koriste poluvodičke diode koje emituju svjetlost (Light Emitting Diode, LED). of.
1310nm optički odašiljač generalno prihvata direktnu modulaciju (vestigial sideband-amplituda modulation, VSB-AM mod). Njegova funkcija je pretvaranje električnih signala u optičke signale, što se može postići promjenom napajanja ubrizganog lasera preko vanjskog kola. Krug za pristrasnost koji postavlja može osigurati najbolje napajanje za prednapon za laser. Laser će imati različitu izlaznu snagu kada je struja prednapona drugačija. Da bi se osigurala stabilna izlazna optička snaga, treba dizajnirati automatski kontrolni krug za optičku snagu i temperaturu lasera, kao što je korištenje mikroračunara za postizanje najboljeg radnog stanja automatske kontrole optičkog predajnika.
Laseri se široko koriste kao optički oscilatori (tj. uređaji koji emituju svjetlost), koji se oslanjaju na interakciju između energetskog stanja materijala laserskog medija i svjetlosti.
Da bi laser radio, mora postojati određena količina struje. Postoji određeni odnos između veličine ove struje i intenziteta svjetlosti. Kada se struja poveća, intenzitet svjetlosti naglo raste. Ovo ukazuje da je laser počeo da radi. To omogućava da laser radi. Struja se naziva struja praga. Što je manji, to bolje, jer je laseru već omogućio rad. Ako struja praga nastavi da raste, formiraće se zona zasićenja izlaza. Kada struja zone zasićenja dostigne određenu vrijednost, signal će se prenijeti. U smislu snage potrebne za prijenos optičkih vlakana, izlazna snaga od nekoliko megavata u linearnom području može zadovoljiti zahtjeve prijenosa signala i informacija na velike udaljenosti. Pored količine intenziteta svjetlosti, kvalitet prijenosa svjetlosti povezan je i sa problemima kao što su spektar i šum.
Viševalni spektar nije prikladan za prijenos visokokvalitetnih analognih signala. Čak i ako radi u jednom modu, njegov emisioni spektar ima širinu. Što je širina uža, svjetlosni val postaje čišći i vremenski koherentniji. To su svetlosni talasi sa dobrom koherentnošću. Svjetlosni val sa dobrom koherentnošću ne treba sočiva i druge uređaje da ga konvergira u malu tačku, a pogodniji je za upad optičkih vlakana.
IV. Principi rada optičkog prijemnika
Glavna komponenta optičkog prijemnika je fotodetektor, odnosno fotodioda visoke osjetljivosti (PIN). Fotodioda koristi fotoelektrični efekat poluprovodnika da završi detekciju optičkog signala tako da se optički signal vrati u RF TV signal, a zatim RF signal Nakon pojačanja i kontrole nivoa AGC, kvalificirani RF signal se emituje za mrežna distribucija.
Glavne tehnologije optičkih prijemnika su C/N, C/CTB i C/CSO. Ova tri tehnička indikatora su određena performansama modula za fotoelektričnu konverziju. U slučaju istog ulaza optičke snage, RF nivo izlaza konverzije je različit. Kada je efikasnost konverzije fotoelektričnog modula visoka, njegova izlazna snaga Čak i ako je nivo visok, indeks vrednosti C/N koji donosi je dobar, i obrnuto, indeks vrednosti C/N postaje lošiji. Dva tehnička indikatora C/CSO i C/CTB određena su linearnošću fotoelektričnog modula. Visokokvalitetni fotoelektrični moduli omogućavaju širi raspon snage prijema pod istim C/CSO i C/CTB indikatorima.
V. Perspektive razvoja optičkih uređaja
Uz kontinuirano ažuriranje tehnologije prijenosa optičkih vlakana u širokopojasnim mrežama i kontinuirano poboljšanje multifunkcionalnih usluga, zahtjevi za prijenosnim karakteristikama optičkih uređaja i optičkih vlakana su sve veći i veći. Konačno dolazi era optičkih vlakana koja zamjenjuju bakarne žice. Stopama informatičkog doba Sa pojavom, izgledi za razvoj tehnologije optičkog prenosa su veoma široki.
Izbor i upotreba optičkog predajnika
Optički predajnik je osnovna oprema sistema optičkog kabla. Njegova funkcija je optička modulacija ulaznog električnog signala radio-frekvencije kablovske televizije u optički predajnik kako bi se postigla električna i optička konverzija (E/O) i slanje kontinuiranih, stabilnih i pouzdanih optičkih signala u sistem optičkih kablova. Vrste optičkih predajnika koji su trenutno na tržištu: prema različitim metodama modulacije, dijele se na dva tipa: direktno modulirani optički predajnici i vanjsko modulirani optički predajnici. Direktno modulirani optički predajnici se uglavnom koriste u sistemima od 1310nm optičkih vlakana, a eksterno modulirani optički predajnici se uglavnom koriste u sistemima od 1550nm optičkih vlakana. Bez obzira da li se radi o direktno moduliranom ili eksterno moduliranom optičkom predajniku, njegova osnovna komponenta se sastoji od lasera.
Direktno modulirajte laserski predajnik
1. Sastav
Sastav optičkog odašiljača s direktnom modulacijom, pored osnovne komponente DFB laserskih komponenti, uključuje napajanje, laserski krug za pristrasnost, krug za sporo pokretanje lasera, krug za zaštitu od preopterećenja i krug zaštite pogona, krug kontrole snage i hlađenja, svjetlo krug za detekciju, krug za kompenzaciju izobličenja, fotodetektor (PIN) čip (za optičku detekciju snage i automatsku kontrolu snage), poluvodički hladnjak i termistor za dvosmjernu automatsku kontrolu temperature (ATC) itd.
2. Radni proces
Ulazni signal optičkog predajnika je signal TV radio frekvencije (RF). Na prednjem kraju, višestruki RF signali se miješaju u jedan signal pomoću multipleksora i zatim šalju na ulaz optičkog predajnika. Nakon što se pojača pretpojačalom, elektronski kontroliše slabljenje, kompenzaciju izobličenja i automatsku kontrolu nivoa snage. , A zatim pokrenite laserski čip da izvrši električnu/optičku modulaciju i pretvorite električni signal u signal optičke modulacije. Dodavanje optičkog izolatora na kraj izlaza može uvelike smanjiti uticaj reflektovanog svetlosnog talasa od optičkog kabla na laser. Optički signal se šalje optičkom kablu kroz optički pokretni spoj, a optički signal se prenosi do svake optičke tačke preko optičkog kabla.
Može se vidjeti da snaga prijenosa i nelinearna distorzija lasera zavise od struje prednapona (IO), pa je optički predajnik opremljen krugom prednapona i krugom za kompenzaciju izobličenja lasera kako bi se osigurala stabilnost nelinearnog indeksa i izlaz prijenosa.
Kada se temperatura lasera poveća, prag će se povećati, intenzitet zasićenog izlaznog svjetla će se smanjiti, a linearni raspon PI krive će se smanjiti (to jest, 2 samodinamički raspon će se smanjiti). Kako bi se osiguralo da optički predajnik uvijek radi normalno, mora se osigurati da laser radi na konstantnoj temperaturi (obično 25stepenC). Poluprovodnički hladnjak i termistor koji se koriste za dvosmjernu automatsku kontrolu temperature (ATC) optičkog predajnika garantovano rade na konstantnoj temperaturi od 25stepenC.
U optičkom odašiljaču nalazi se mikroprocesor, a podaci o najboljem radnom stanju lasera su pohranjeni u čipu. Laser se može sporo pokretati, a struja RF TV pogona može se automatski isključiti kako bi se zaštitio laser. Različitim prekidačima na prednjoj ploči optičkog predajnika upravlja mikroprocesor.
Promjene temperature i starenje uređaja će uzrokovati promjene u struji laserskog praga i efikasnosti fotoelektrične konverzije. Ako želite precizno kontrolirati optičku izlaznu snagu lasera, trebali biste to riješiti s dva aspekta: jedan je kontrolirati struju prednapona lasera tako da automatski prati prag. Promjena struje osigurava da laser uvijek radi u najboljem prednaprednom stanju; druga je kontrola amplitude struje laserske modulacije kako bi se automatski pratila promjena efikasnosti električne i optičke konverzije. Automatska kontrola snage dovršava gornja dva zadatka kako bi osigurala da laser ispušta preciznu optičku snagu.
Eksterno modulirani optički predajnik
Eksterno modulirani optički predajnik se sastoji od eksternog modulatora, lasera, laserskog upravljačkog kruga, modulacijskog upravljačkog kruga, mikroprocesora, kola pred-izobličenja, fotodetektora, atenuatora RF signala, pojačala, napajanja itd.
3. Poređenje direktnih modulacionih i eksternih modulacionih optičkih predajnika
Predajnici direktne modulacije se uglavnom koriste za DFB lasere. DFB laseri imaju dobru linearnost i mogu dobiti bolje CTB i CSO vrijednostibez kompenzacije kola pred-izobličenja. Međutim, zbog direktne modulacije, postoji dodatna frekvencijska modulacija i indikatori nelinearne distorzije (naročito vrijednost CSO) teško mogu biti vrlo visoki.
DFB predajnik ima stabilne performanse, jednostavnu strukturu i nisku cijenu, tako da se široko koristi.
Snaga optičkog odašiljača s direktnom modulacijom općenito nije prevelika, unutar 18nw, stoga je udaljenost prijenosa ograničena i općenito se koristi u lokalnim distribucijskim mrežama i mrežama za prijenos optičkih kablova na nivou općina. Ovaj tip optičkog predajnika se uglavnom koristi u mrežama optičkih vlakana od 1310nm, a slabljenje optičkih vlakana od 1310nm iznosi 0,35db/km, tako da maksimalna udaljenost prijenosa ne prelazi 35 kilometara.
Eksterno modulirani optički predajnik: visoka izlazna snaga, do 2×20mw ili više (dva izlaza), nizak šum i bez cso izobličenja uzrokovanih kombinacijom dodatne frekvencijske modulacije i karakteristika disperzije vlakana sličnih LD. Stoga se često koristi u prijenosu na velike udaljenosti velikih žičanih sistema. Eksterno modulisani optički predajnici uglavnom koriste YAG lasere. Nakon što su YAG laseri eksterno modulirani, linearnost je vrlo loša, a za kompenzaciju se moraju koristiti sklopovi pred-izobličenja. Zbog svoje manje disperzije, YAG optički predajnik je vrlo pogodan za optičko vlakno od 1550 nm talasne dužine, koje se uglavnom koristi u mrežama optičkih vlakana od 1550 nm. YAG svjetlost se prenosi u mreži optičkih vlakana od 1550nm, koja se može koristiti za pojačanje i releji. Optičko vlakno od 1550 nm ima malo slabljenje (0,25 db/km), tako da se YAG optički predajnik može koristiti za prijenos na ultra velike udaljenosti. Eksterno modulirani optički predajnik se koristi u mreži optičkih vlakana od 1310nm, a udaljenost prijenosa može doseći 50 kilometara, što je također brže od udaljenosti prijenosa direktno moduliranog optičkog predajnika. Međutim, vanjski modulirani optički predajnici su skupi, a mreže optičkih vlakana za prijenos na kratke udaljenosti rijetko koriste eksterno modulirane optičke predajnike
4. Tehnički indikatori optičkog predajnika
Tehnički pokazatelji optičkog predajnika su osnova za odabir optičkog predajnika, a dobri parametri performansi optičkog predajnika direktno utiču na dobre tehničke pokazatelje cjelokupnog sistema kablovske televizije.
5. Izbor optičkog predajnika
Za tehničare kablovske televizije veoma je važno da razumeju i savladaju sastav, princip rada i parametre performansi optičkih predajnika, jer samo savladavanjem osnovnih principa rada i tehničkih pokazatelja performansi optičkih predajnika, optički predajnici se mogu efikasno i razumno koristiti. Dobro svakodnevno održavanje.
Trenutno postoji mnogo stranih i domaćih proizvođača optičkih predajnika. Postoji više vrsta optičkih odašiljača, a pokazatelji performansi i samostalne cijene su također vrlo različiti. Razuman odabir je od velike koristi za osiguranje kvaliteta mreže sa optičkim vlaknima i smanjenje troškova izgradnje mreže. Visok omjer performansi i cijene, pouzdan sistem osiguranja kvaliteta i dobra garancija nakon prodaje su izbor optičke opreme
