Название: Оптико-волоконные системы связи - Учебное пособие (Нечаев В.Г.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1474


3.1. структуры, топология и технические характеристики восп

Основой разработок любых систем связи является их функциональное назначение, сопровождаемое комплексом основных технических требований, охватывающих эксплуатационные, экономические и технические характеристики системы. В общем случае возможны самые различные сочетания задач по двустороннему обмену непрерывными сообщениями и данными между различными терминалами (абонентскими устройствами), обслуживаемыми системой. Сюда относятся телефонная, видеотелефонная, телетайпная и другие виды связи. В подобных системах необходимо решать задачи коммутации на основах предоставления так или иначе выделяемых каналов либо с помощью пакетной коммутации. Могут ставиться задачи «дносторонней» ередачи либо «дностороннего»приема в системах передачи команд, вещательных передач, в системах сбора информации от групп абонентских устройств, датчиков и т.п.

Рассмотрим для примера систему с передачей информации от одного источника ко многим пассивным (работающим только на прием) абонентам. Это может быть система кабельного телевидения, система звукового вещания и т. п. Такую систему можно реализовать с различной структурой и топологией. Типичные решения – «линия» либо «звезда»– показаны на рис. 3.1. а, б, где A1,…, Аn обозначают абонентские пункты. При топологии типа «линия» получается наиболее экономное по длине световодных

соединений решение.

Риc. 3.1. Топологии ВОСП (а – «линия», б – «звезда», в – «кольцо – звезда»)

Передача распространяется по общей для всех потребителей линии, подается на приемники (Пр) абонентов с помощью волоконных ответвителей (ВО). При таком способе передачи сигнал относительно быстро затухает в результате потерь на ответвителях и многочисленных разъемных соединениях (РС). При значительном числе абонентов даже на малых расстояниях приходится прибегать к периодическому восстановлению уровня сигнала с помощью ретрансляционных усилителей (Р). Проблема линейного усиления сигнала в оптическом диапазоне до сих пор не имеет хорошего технического решения. При необходимости приходится регенерировать сигнал с использованием достаточно сложного приемно-передающего устройства. Поэтому в оптическом диапазоне для решения данной задачи может оказаться значительно более целесообразным переход к топологии типа «звезда», представленной на рис. 3.1б. В данном случае с помощью единственного оптического разветвителя (ОР) осуществляется разветвление сигнала на несколько индивидуальных для каждого абонента световодов. Уменьшение числа разъемных соединений и потерь, связанных с неидеальностью волоконных ответвителей, позволяет обслужить большее число абонентов без регенерации сигналов. При большом числе абонентов и (или) больших расстояниях одна «звезда» может не обеспечить необходимый уровень сигнала на всех приемниках системы. В этом случае придется также прибегнуть к регенерации. Структура, в которой линия с регенераторами имеет звездообразные разветвления, называется гибридной. Топология сложных систем, как правило, является гибридной, сочетающей «звездообразные», «линейные» и «кольцевые» структуры. Рассмотрим еще один пример системы с коммутируемыми дуплексными каналами, когда целесообразной оказывается гибридная топология типа «кольцо – звезда», представленная на рис.3.1в. Группы близко расположенных абонентов по структуре «звезда» соединены с блоками местных коммутаций БМК, которые объединены кольцевой линией с временным разделением каналов. Применение единой кольцевой линии для всех абонентов позволяет существенно уменьшить суммарную длину волоконного световода и эффективно использовать оптические приемопередатчики кольцевого тракта, в которых формируются и одновременно регенерируются сигналы многих каналов. Временными каналами кольцевой линии могут пользоваться любые абоненты, подключенные к различным БМК.

Кроме того, терминалы каждой звезды отдельных БМК могут иметь коммутируемые соединения без использования каналов группового кольцевого тракта. Это увеличивает пропускную способность системы.

Рассмотренная выше система с незакрепленными за абонентами временными каналами кольцевого тракта и децентрализованной коммутацией (децентрализованный доступ к свободным каналам) может «наращиваться» простым включением в кольцевой тракт дополнительных БМК. Здесь нет жесткого ограничения, присущего коммутаторам с фиксированным числом абонентских портов.

Важнейшей технической характеристикой ВОСП, а в сложных структурах – отдельных каналов ВОСП является энергетический бюджет. На его основе в процессе проектирования уточняются требования к элементной базе, оптимизируются структура и топология системы, оцениваются эксплуатационные качества и возможности развития системы.

Энергетический бюджет определяют соотношением:

,       (3.1),

где Pпер – мощность оптического излучения на выходе передатчика, Рпр – минимальная мощность на входе приемника (в системах прямого приема – на фотодетекторе), при которой обеспечивается заданное качество приема;  a– километрическое затухание в волоконном  световоде, дБ/км; l – длина волоконного световода, км; пер  – потери при вводе излучения передатчика в световод;  пр – потери, вызванные несогласованием выхода  световода, αзап и δ – запас на временной уход и прочие учитываемые потери, дБ (например, потери на соединениях строительных участков, на разъемных соединениях, на разветвителях, фильтрах и других элементах, включаемых в линию).

Разность между левой частью выражения (3.1) и суммой всех потерь представляет собой энергетический резерв (запас) системы, дБ. Этот резерв должен быть достаточно велик, чтобы гарантировать компенсацию возможных неучтенных потерь, разброс параметров элементов, входящих в состав канала связи, старение элементов. Значение этого резерва обычно выбирают в пределах 6...10 дБ. Соотношение (3.1) со всеми составляющими потерь в правой части позволяет выбирать наиболее целесообразные (по технико-экономическим и другим критериям) технические решения. Нужно помнить, что составляющие соотношения (3.1) зависят от многих взаимосвязанных факторов. Так, Рпр определяется не только качествами приемника, но и длиной линии l, если последняя выполнена на волокне с заметными дисперсионными искажениями. Выбирая тот или иной источник оптического излучения с подходящей мощностью Рпер, следует учитывать, что в связи с диаграммой направленности его излучения и модовым составом могут изменяться потери на ввод и дисперсионное уширение импульсов в волокне. Зависят результаты и от способов кодирования, модуляции, мультиплексирования и т п. Все это сказывается на выборе структуры и топологии системы.

Определение мощности на входе приемника Р, обеспечивающей заданное качество приема в заданных условиях, – важная самостоятельная задача. Этой задаче, а также связанному с ней выбору способов кодирования, модуляции, алгоритмов обработки сигналов и структур приемных устройств посвящены последующие разделы главы.