Қалалық телефон желісінде электрондық талшықты-оптикалық беріліс жүйесін тұрғызудың ерекшеліктері

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.6  ОК-8 оптикалық кабельдің құрылысы

 

  ТОБЖ ерекшеліктері

 

Қалалық байланыс желілерінде ТОБЖ-ны кеңінен қолдану түйін арасындағы қосылатын желіні ұйымдастыру үшін, желінің өткізу мүмкіндігін ұлғайту проблемасы шешу мүмкіндігі бар. Жақын арада арна санын тұтынушылар күрт өсуде. ТОБЖ-ның көзінен өткізу мүмкіндігі беріліс жүйелерінде бір оптикалық талшықта беріліс екі рет берілсе, кері бағытта болады. ТОБЖ-да жақсы зерттеліп кеңінен таралған бір талшықты оптикалық беріліс жүйесі бір ғана оптикалық тасушымен, және оптикалық передатчик пен қабылдағыш сияқты, пассивті оптикалық тармақтандырғыш пайдаланылады. Оптикалық тармақтандырғышты циркуляторға ауыстыру желінде 6 дБ жоғалтуды қамтамасыз етеді, ал желі ұзындығын – сәйкесінше үлкейту керек. Бір талшықты оптикалық беріліс жүйесінің әр қайсысы кемшілігі, ерекшелігі бар.

Келесі кестеде (1.1) «+» белгісімен ерекшеліктері, олардың жақсы параметрге жеткен қатынастарының мүмкіндігін көреміз.

 

  Кесте 1.1  Бір талшықты оптикалық беріліс жүйесінің тұрғызу принциптерінің салыстырмалы сипаттамасы

 

ТОБЖ түрі	Аз өшу	Сигналдың қорғалуы	Беретін	Салыстырмалы төмен құны	Сенімділігі жоғары
Оптикалық тармақталуларымен				+
Оптикалық циркуляторларымен	+
Спектрлік нығыздауымен		+	+
Модалы бөліну		+

 

1.5  ТОБЖ-ң беретін және қабылдайтын құрылғыларын тұрғызу

                  Оптикалық тербелістер модуляциясының түрлері

 

Модуляцияның үш түрі бар:

1. Тік модуляция. Осы  кезде модулдеуші сигнал оптикалық  тасушы қарқындылығын басқарады.  Осының нәтижесінде қуат сәулеленуі  модульденген сигнал өзгерісі  заңы бойынша өзгереді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.7. Тік модуляцияның схемасы

  2. Сыртқы модуляция. Осы жағдайда тасығыштар параметрлерін өзгерту үшін шағылысу көрсеткіші электрлік немесе магниттік немесе акустикалық өріс әсерінен байланысты болатын материалдан жасалған. Осы өрістер параметрлері сигналдарының алғашқысын өзгертіп, оптикалық тасығыштар параметрлерін модульдауға болады (сурет 1.8).

3. Ішкі модуляция. Бұл  жағдайда алғашқы сигнал модулятор  праметрлерін басқарады да, ол  лазер резонанстарына енгізіледі (сурет 1.9).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.8. – Сыртқы модуляция схемасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.9. – Ішкі модуляция схемасы

 

  1.6   Тіке модуляцияның оптикалық берушісі

 

Тіке модуляция оптикалық берушісі 1.10 суретінде келтірілген, ол оңтайлы болып табылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.10. – Оптикалық берушінің құрылымдық схемасы

 

 

 

 

 

Сурет 1.10. – Тік модуляцияның оптикалық  берушісі

 

ПК-код түрлендіргіш қиылысатын кодты желіде қолданатын кодқа түрлендіреді, одан кейін сигнал модуляторға түседі. Оптикалық модулятор схемасы  беретін оптикалық модуль түрінде  орындалады (ПОМ) және модулятордан басқа қуатты тұрақтандыру схемасын құрайды. Мұнда модульдаушы сигнал дифференциалды кеңейткіші УС-1 арқылы тіке сәулеленетін модуляторға келеді (МОД). Модульденген оптикалық сигнал ОВ1 оптикалық сигнал қуатын тексеру, бақылау үшін фотодиод (ФД) қолданылады, оған ОВ-2 қосымша талшық арқылы сәулеленген оптикалық сигнал бөлігі беріледі.

Фотодиод шығысындағы  кернеу, УС-2 күшейткішімен күшейтіліп, УС-1 күшейткішінің инвертирлеуші  кірісіне келеді. Сонымен теріс кері байланыс пайда болады. Температура өскен кезде лазерлі диодтың энергетикалық сипаттамасы араласып (сурет 1.11) оптикалық қуат деңгейі «0»-ге тең болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.11. – Беретін оптикалық модульдің тұрақтандыру тізбегінің

жұмыс істеу принципі

 

Оптикалық қабылдағыш

Оптикалық қабылдағыштың құрылымдық схемасы 1.11-суретте көрсетілген. Қабылдағыш фотодиодтарды (ФД) құрайды, ол оптикалық сигналды электрге түрлендіреді. Аз шуылдайтын күшейткіш (УС) номиналды деңгейге дейінгі электрлік сигналды алғанға дейін күшейтеді. Күшейтілген сигнал фильтр (Ф) арқылы, қабылдағыштың жиіліктік сипаттамасын қалыптастырып, квазиоптикалық қабылдауды қамтамасыз етеді және желілі коррекция құрылғысына келеді.

Оптикалық қабылдағыш шығысында  ПК код түрлендіргіші бар, ол сызықты кодты қиылысушы кодқа түрлендіреді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 1.12. – Оптикалық қабылдағыштың құрылымдық схемасы

 

 

 

 

 

2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ

 

2.1 Оптикалық жіберетін құрылғы схемасында сыйымдылықты есептеу

2.1.1 Эмиттерлі сыйымдылық есебі

 

С_Э – эмиттер сыйымдылығы, эмиттер тоғының күрт өзгеруінен және ақпараттың сигналда импульстер қайталану периодымен анықталады. Жобаланатын құрылғының беріліс жылдамдығы 8,5 МБит/с, бірақ НДВ сигналының жиілігі, код кірісіндегі түрлендіргіш FHDB = 8,5 МГц. Демек, СМІ сызықты кодында импульс ұзындығы НДВ сигналына қарағанда екі есе аз болады, бірақ модульденген сигналының жиілігі FСМІ = 8,5 · 2 = 17 МГц.

Осыдан импульстарды іздеу периоды:

        (2.1)

онда эмиттер сыйымдылығы:

      (2.2)

 

2.1.2  Бөлетін сыйымдылық есебі

 

Сб – бөлетін сыйымдылық импульс  фронттарының барлық бұрмаландарын  аз енгізеді. Осы үшін тізбектің  тұрақты уақыты келесі шартты қанағаттандыру керек:

 

        (2.3)

 

Онда бөлетін сыйымдылық мәні:

 

    (2.4)

 

мұндағы:

R_ж – келісуші күшейткіштің кедергісінің жүктемсі;

R_{шығ.кел.күш.} – келісуші күшейткіштің шығатын кедергісі,

R_{шығ.кел.күш.} = R5 + R_ок.шығ = 8,4 + 300 = 308,4 Ом;

мұндағы: R_ок.шығ = 300 Ом – операционды күшейткіштің шығатын кедергісі.

 

2.1.3 Фильтр сыйымдылығының есебі

 

Сф модулятор тізбегінде фильтр сыйымдылығын келесі формуламен анықтаймыз:

,      (2.5)

 

мұндағы: - 10% импульстің жазық ұшының көтерілісі.

АРУ тізбегінде фильтр сыйымдылығының мәнін келесі формуламен табамыз:

 

   (2.6)

 

мұндағы:

F_H = FCMI/10000 = 850 Гц – фильтрдің кесілген жиілігі.

Ары қарай резистор мен конденсатор схемаларының командалары, сәйкес келетін өндіріспен шығарылатын стандартты номиналдармен анықталады. Сонымен модулятор схемасында келесі резистор номиналдарын аламыз:

R_б’ = 5,6 КОм;  

R_б” = 1,8 КОм;   

R_Э’ = 33 Ом;

R_Э” = 10 Ом;    

R_K’ = 33 Ом;      

R_Ф = 22 Ом.

Келісуші күшейткіш  схемасында:

R1=R3=R4=180 КОм;

R2=120 Ом;

R5=10 Ом.

АРУ құрылғы схемасында:

R_ФД =220 Ом;

R _Ф1 =22 Ом;

Конденсаторлар номиналдары:

С_Э = 0,068 мкФ;

С_Р = 10 мкФ;

С_Ф = 0,022 мкФ;

С_Ф1 = 100 мкФ.

Оптикалық жіберуші құрылғының принципиалды схемасының біткен, соңғы  варианты келесі 2.1. суретте көрсетеміз.

Бұл схемада ИЛПН-203 жартылай өткізгішті кодер қолданылған, 0,85 мкм толқын ұзындығында жұмыс істеп, және сәулеленудің оптикалық қуатының шығысы бар. Тік модулятор схемасында кремнийлі п-р КТ660Б транзисторы қолданылады. Олар қосып-ажырататын импульсті құрылғыларға арналған. Кодты түрлендіргіш шығысын келістіру үшін, модулятор кірісіне тез әсер ететін операционды КР140УД11 күшейткіші енгізілген.

Лазерлі сәулелену орта қуатын тұрақтандыру үшін автоматты реттеу құрылғысы енгізіледі, ол оптикалық сигнал деңгейін реттеп, өзіне р-і-п ФД-227 фотодиодын К175ДА1 интегралды схемасына салады.

Осы жасалып жатқан жіберуші құрылғы сандық көп арналы беріліс  жүйесінің құрамында есептелген МБит/с жылдамдығымен жұмыс істеп, ҚТС қосатын желілерінде жұмыс істеу үшін арналған.

 

2.2  Бергіштің схемасының құрылымдық схемасын таңдау және негіздеу

 

Алдыңғы бөлімдерде байланыс желілерінде талшықты-оптикалық  беріліс жүйесі спектрлі нығыздалуы кеңінен таралғаны айтылды.

Будан басқа, 140МБит/с-ке дейінгі төмеңгі жылдамдықтағы  берілісте бір-біріне қарсы бағытталған сигналдар кері шшырадуы салдарынан әсерленеді, уақыт бойынша бөлініп тиімді қолдануы мүмкін.

Төменде бір талшықта оптикалық беріліс жүйесінің  әртүрінің бірнеше әдеттері мен  әртүрлі міндеттерін қарастырамыз.

 

2.2.1  Оптикалық сигналдардың әртүрлі тармақталу әдісі негізінде талшықты-оптикалық беріліс жүйесі

 

Берілген схема топтары  өздеріне ТОБЖ-ның оптикалық тармақталуы, оптикалық циркуляторлар, спектрлі нығыздалу құрылғылары және оптикалық  сәулелену модаларының фильтрмен бөлінуі енгізеді.

2.1 суретте сигналдардың интенсивтілігі модуляциялы оптикалық беріліс жүйесінің схемасы көрсетілген.

Бұл схема оптикалық  передатчик блогынан (ОП), оптикалық  қабылдағыш (ОП), станциялы және желілі кабельді қосу құрылғысы (УСЕЛК), разъемды қосқыштар (РС), оптикалық сигналдардың тармақталуы мен біріктіретін құрылғы (УОРС) арқылы қарастырылған.

ОП – оптикалық  передатчик, код түрлендіргіштің  қиылысқан кодты, кодқа түрлендіреді, ол желіде қолданылады; УС – күшейткіш, ол электрлі сигналды деңгейге дейін күшейтеді; ЛГ – лазерлі генератор, ол өзіне термостабилизация құрылғысы мен тіке модулятор қосады; С – келісетін құрылғы, ол жартылай өткізгішті лазердің оптикалық талшықпен келісуін білдіреді; Опр – оптикалық қабылдағыш келісетін құрылғыны (С) ұстап тұрады, ол фотодиодпен бірге жұмыс істейді; ФД – фотодетектор; У – аз шуылы бар транзисторлы күшейткіш; Ф – фильтр, ол қабылдағыштың жиіліктік сипаттамасын қалыптастырады, сигналдың квазиоптималды қабылдануын керек етеді; ЛК – желіні коррекциялайтын құрылғы; РУ – шешуші құрылғы; ВТЧ – такт жиілігінің бөлінуі; ПК – код түрлендіргіш.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оптикалық сигналдың  тармақталу мен бірігу құрылғы бір  талшықты беріліс жүйесінің түріне байланысты болады, екі бағыттағы  бір оптикалық жиілік кезіндегі оптикалық тармақталу мен циркулятор жұмысы, әр оптикалық жиіліктегі спектрлі нығыздалу құрылғысының жұмысы, оптикалық талшықтың әртүрлі модалы сәулелену кезінде модалы фильтрдің жұмысы.

Бір талшықты беріліс  жүйесінің негізгі сипаттамаларын бағалай отыру мақсатында регенерациялы учаскенің ұзындығын есептеу үшін жуық қатынастарды қолдануға болады.

ТОБЖ-ның регенерациялы  участогының максимал ұзындығы келесі қатынаспен анықталады:

 

      (2.7)

мұндағы:

Э – бір ТОБЖ энергетикалық потенциалы, дБ;

α_ОТ – оптикалық талшықтың бір километрда сигналдың өшуі, дБ/км;

α_СЖКҚК – станция және желілі кабельді қосу құрылғысы;

α_СТБҚ – сигналдардың тармақталу мен біріктіру құрылғысы.

α_РС – разъемды қосқыштар, дБ;

α_НС – разъемсыз қосқыштар, дБ;

l_C - оптикалық кабельдің құрылыс ұзындығы, км.

Осыдан:

 

Э = Э” + 10 lg (1+ (Р_ш.к.т./Р_ш)),      (2.8)

 

мұндағы:

Э – энергетикалық потенциал, дБ, және оптикалық талшықта сәулелендірудің  кері тармақталу, шашылу кезінде шуылдың  болмауы;

Р_ш.к.т./Р_ш – кері тармақталу шуылы үлесі, ол импульсті құрылғының кірісінде болады.

Енді бір ТОБЖ-нің  регенерациялы бөлімінің ұзындығын  есептейміз. Үш берілгендер бар:

 

Э = 35дБ,

З_Э = 6дБ,

α_ОТ = 1 дБ,

α_НС = α_СЖКҚҚ = 0,1 дБ,

 α_РС = 1дБ,

1_С = 2 км,

 α_СТБҚ = 4дБ.

 

 

2.2.2  Әртүрлі бағытта сигналдардың уақыт бойынша бөліну кезіндегі ТОБЖ

 

Схеманың екінші тобында уақыт  бойынша әр бағытта сигналдардың бөлінуі үшін оптикалық тармақтаушылар, ажыратып-қосқыштар мен оптикалық  күшейткіштер қолданылады.