8.2.5 Регенератори оптичних сигналів
Оптичні сигнали при розповсюдженні по волокну послаблюються внаслідок втрат потужності в самому волокні, а також втрат у з'єднаннях будівельних довжин і кінцевих з'єднувачів у місцях підключення апаратури. Крім того, дисперсія складових сигналу призводить до спотворення сигналу загалом. Тому збільшення дальності зв'язку у ВОЛП вздовж лінійного тракту через певні відстані обумовленим загасанням і дисперсією в волокні, встановлюються ретрансляційні пристрої: лінійні регенератори і оптичні підсилювачі.
Найпростіші оптико-електронні регенератори (повторювачі), щоб відновити оптичні сигнали на протяжній ВОЛЗ, зчитують їх з волокна, перетворюють на електричні сигнали, підсилюють і відновлюють (коригують) їх тривалість, перетворюють посилені електричні сигнали знову на оптичні і передають далі по лінії зв'язку ( рисунок 8.12).
Особливість регенератора у тому, що у його вхід надходить сигнал, у якому акумульовані всі види лінійних спотворень (рисунок 8.12).
.
Малюнок 8.12 − Використання регенераторів на ВОЛЗ
Після перетворення оптичних сигналів на електричні та електронного посилення та електричного відновлення його тимчасових параметрів (тривалості окремих цифрових сигналів) з виходу регенератора надходить у волокно практично ідеальна послідовність двійкових оптичних сигналів.
Перетворення в регенераторі цифрових сигналів, що розповсюджуються по ВОЛЗ, дозволяє використовувати їх для моніторингу та технічного обслуговування лінійного тракту.
До нестачі регенераторів слід віднести те, що для живлення електричних підсилювачів у їхньому складі мають бути джерела безперебійного електричного живлення. Для цих цілей удеякі типи ВОК доводиться вводить одну пару металевих жил для дистанційного живлення регенераторів.
Узагальнену структурну схему цифрового ретранслятора з регенератором наведено на малюнку 8.13. На схемі прийнято такі позначення:
OK – оптичний кабель (станційний чи лінійний);
ОЕП – оптоелектронний перетворювач (фотодетектор), виконаний на основі p-i-n ФД або ЛФД і призначений для перетворення оптичного сигналу в електричний, тобто цифрових ВОСП: з модуляцією інтенсивності світлового випромінювання здійснює пряме детектування;
ПУс - попередній підсилювач, досить широкосмуговий, що посилює фотострум з виходу фотодетектора ОЕП;
АК – амплітудний коректор, який здійснює корекцію частотних спотворень, зумовлених частотною залежністю параметрів ОК та чутливості фотодетекторів;
ПрФ - приймальний фільтр, призначений для придушення високочастотних перешкод, параметри передачі якого (загасання або імпульсна характеристика) максимально узгоджуються з параметрами інформаційного сигналу та його спектральної щільністю;
АРУ – пристрій автоматичного регулювання рівня, необхідне компенсації змін рівня вхідного сигналу, викликаних температурними змінами параметрів ОК, і навіть нестабільністю параметрів ОЭП;
УУ – керуючий пристрій, що забезпечує зміну параметрів передачі ОЕП під впливом сигналів, що надходять із пристрою АРУ;
Peг – регенератор – пристрій, що відновлює форму електричних імпульсів та тактових інтервалів або часових співвідношень в інформаційних послідовностях чи лінійному коді;
ЕОП - електронно-оптичний перетворювач - пристрій, що перетворює послідовність електричних імпульсівлінійного коду послідовність імпульсів оптичного випромінювання на виході СІД або ЛД.
Рисунок 8.13 – Узагальнена структурна схема цифрового ретранслятора з регенератором
Залежно від виконуваних функцій розрізняють ЦР; з корекцією амплітудно-частотних спотворень імпульсів, обумовлених дисперсійними явищами в ОВ, регенерацією форми імпульсів та відновленням тимчасових співвідношень між імпульсами лінійного коду; з корекцією амплітудно-частотних спотворень імпульсів та регенерацією форми; лише з корекцією амплітудно-частотних спотворень.
Досвід експлуатації лінійних трактів цифрових систем передачі (як електричними, і оптичним кабелям) показує, що доцільно будувати лінійні тракти, комбінуючи різні типи ретрансляторів. Такі лінійні тракти називають гібридними.
Основним елементом ЦРт є регенератор, узагальнена структурна схема якого наведена на малюнку 8.14, де прийняті такі позначення: УО - підсилювач-обмежувач, що зрізає пікові значення електричного сигналу, а отже, і адитивні перешкоди; АРУ - пристрій автоматичного регулювання посилення; ПУ - порогове пристрій; РУ - вирішальний пристрій; ВТЧ - видільник ТЧ; ФУ – формує пристрій імпульсів із заданими амплітудою, тривалістю та формою.
Призначення основних елементів регенератора очевидне з розгляду тимчасових діаграм роботи (рисунок 8.15). Тут 1-6 форми сигналів у різних точках (1-6, малюнок 8.14) регенератора.
Рисунок 8.14 – Узагальнена структурна схема регенератора
Рисунок 8.15 – Тимчасова діаграма роботи регенератора
З виходу ПрФ (рисунок 8.13) на УО надходять сигнали разом з адитивною перешкодою (1). В УО відбуваються посилення цьогосигналу та обмеження його амплітуди і, отже, придушення частини перешкод (2). З виходу УО сигнал надходить на вхід ПУ та ВТЧ. На вході ПУ сигнал (3) з'являється тільки тоді, коли його значення перевищить величину U пор. Сигнал на виході ВТЧ представляє періодичну послідовність імпульсів (4), наступних з тактовою частотоюfT=l/T, деТ- період проходження імпульсів.
Якщо один із входів РУ подається інформаційна послідовність з виходу ПУ (3), але в інший – тактова послідовність імпульсів (4), то разі їх збігу на виході РУ з'являються імпульси (5) певної амплітуди і тривалості необхідні запуску ФУ. У ФУ відбувається повна регенерація форми імпульсів (6), які потім надходять на вхід ЕОП, де здійснюється модуляція оптичного випромінювання.
Необхідно відзначити, що періодична послідовність імпульсів на виході ВТЧ (4) обов'язково фазується з відкоригованими імпульсами на виході ПУ з метою зменшення про фазових флуктуації, обумовлених похибками роботи ВТЧ.
Пороговий пристрій і підсилювач-обмежувач є основними елементами регенератора, що забезпечують його стійкість до перешкод, і вимагають точної установки порогової напруги і стабільного посилення.
Зміна порогової напруги в будь-який бік знижує перешкодостійкість регенератора, так як призводить до порушення оптимального співвідношення між максимальним значенням відкоригованого імпульсу на вході УО і граничною напругою ПУ. Для підтримки сталості такого оптимального співвідношення в регенераторі застосовується АРУ, де в якості сигналу, що управляє використовується пікове значення імпульсів на виході УО.