передаваться способами частотного уплотнения. Частотное уплотнение ВОЛС возможно либо с помощью набора несущих частот с модуляцией каждой несущей частоты своим ТВ сигналом, либо посредством формирования полного многоканального сигнала с частотно-уплотненными каналами на относительно низких частотах с последующим переносом уже сформированного сигнала на оптическую несущую. Однако первый из названных способов в настоящее время в оптическом диапазоне практически не может быть реализован из-за отсутствия необходимого набора оптических генераторов и фильтров разделения каналов; для реализации второго способа требуются широкополосные ВОЛС на одномодовых ОВ.

Чрезвычайно малые размеры поперечного сечения и масса ОВ делают выгодным использование пространственного уплотнения ТВ сигналов (ТВ сигналу каждой программы отводится свое ОВ в ВОЛС). Целесообразность применения этого метода объясняется еще и тем, что требуемая ширина полосы частот каждого из каналов, организованных на одиночном ОВ, относительно невелика (порядка 6...8 МГц) и ее легко реализовать не только на градиентных, но даже на ступенчатых волокнах. В данном случае по каждому ОВ рассматриваемой ВОЛС СКТВ предполагается передавать аналоговый ТВ сигнал, сигнал звукового сопровождения ЧМ поднесущей, расположенной за пределами видеоспектра, и служебный цифровой сигнал (для передачи данных) на второй поднесущей, расположенной еще выше по шкале частот. При использовании принципа пространственного уплотнения суммарный сигнал, включающий в себя ТВ, звуковой и служебный сигналы, модулирует оптическую несущую, которая может быть одинаковой для всех ОВ кабеля. В будущем при переходе на ОВ с лучшими показателями по затуханию и широкополосности для уменьшения количества ОВ в ВОЛС при передаче ТВ сигналов большого числа различных программ станет целесообразным формирование для каждого ОВ многоканального сигнала с частотно-уплотненными ТВ сигналами нескольких программ.

Возможная функциональная схема СКТВ, использующей ВОЛС с пространственным разделением ТВ сигналов, реализующей принцип обратной связи от абонентов (режим интерактивности), приведена на рис. 9.4. В состав данной СКТВ входят ГС 1, содержащая устройства приема, преобразования и усиления ТВ сигналов вещательных программ 2, видеомагнитофон 3, телекинодатчик 4, ТВ синтезатор знаков 5, блок приема, обработки ТВ сигналов, принимаемых непосредственно от абонентов с целью их передачи другим абонентам 6, мини-ЭВМ 7, которая управляет работой всех СКТВ; передающие оптические устройства 8 на базе лазерных диодов, приемное оптическое устройство 9, содержащее фотодиод; распределительная сеть, состоящая

2~1

I ;

21 23 24

Рис. 9.4. Функциональная схема СКТВ, использующей ВОЛС с пространственным разделением ТВ сигналов

ИЗ магистральных ВОЛС 10 с магистральными разветвителями 11, субмагистральных ВОЛС 12 с направленными ответвителями 13 абонентских линий; видеокоммутаторы 14, имеющие на входах и выходах приемные 15 и передающие 16 оптические устройства, включающие в себя электронный коммутатор ТВ сигналов 17, управляющую микро-ЭВМ 18; абонентское оборудование 19, которое состоит из блока оптических соединений 20, приемного 21 и передающего 22 оптических устройств, оконечного управляющего устройства 23, ТВ приемника 24, передающей камеры 25 и клавиатурного устройства 26.

На ГС от приемных антенн или по специальным линиям связи поступают ТВ сигналы различных программ, а также ТВ сигналы от абонентов. Кроме того, ряд программ может формироваться непосредственно самой ГС, например, с помощью видеомагнитофона, телекино-датчика, ТВ синтезатора знаков. Магистральные и субмагистральные ВОЛС должны соединить несколько десятков ОВ, которые используются в основном для передачи ТВ информации от ГС к абонентам, однако часть волокон предназначается для передачи видеоинформации от абонентов к ГС. Видеокоммутаторы служат для подключения абонентского оборудования к соответствующему ОВ субмагистральной ВОЛС с целью выбора требуемой ТВ программы. Микро-ЭВМ видеокоммутатора связана как с мини-ЭВМ ГС, так и с клавиатурными и оконечными управляющими устройствами, находящимися непосредственно у абонентов, и станциями для подачи команд на выбор ТВ программ. Микро-ЭВМ управляет подачей абоненту ТВ сигнала выбранной программы по команде, поступающей от абонента, а также передачей видеоинформации, формируемой у абонентов, в ГС. От видеокоммутатора через блок оптических соединений отходят абонентские линии, содержащие два ОВ. По одному ОВ передается ТВ сигнал выбранной программы, по другому - ТВ информация от абонентов в видеокоммутаторы.

Недостатками такой схемы построения СКТВ на ВОЛС являются необходимость использования электронных коммутаторов для подключения абонентских отводов к тому ОВ, по которому передается ТВ сигнал выбранной программы, а также техническая сложность осуществления большого количества разветвлений и отводов ТВ сигналов от ОВ.

Основные сведения о компонентах волоконно-оптических систем передачи. Важнейшими компонентами волоконно-оптических систем передачи являются источники и приемники оптического излучения.

В системах связи по ВОЛС широко применяются источники излучения двух видов: светоизлучающие (СИД) и лазерные (ЛД) диоды. Как в СИД, так и в ЛД генерация света обусловлена рекомбинацией электронов и дырок в полупроводниках, результатом которой является образование фотонов. Для СИД и ЛД характерна прямая модуля-

Рис. 9.5. Изменение выходной оптической мощности от силы тока накачки:

1 - для СИД; 2 - для ЛД

ция интенсивности излучения путем изменения тока накачки / , проходящего через излучатель. Примерные зависимости интенсивности излучения Р от значений тока накачки 1 [Р = Н1н)]: называемые ватт-амперными характеристиками излучателей, показаны на рис. 9.5 [4].

Важнейшим параметром излучателей света является эффективность ввода излучения в ОВ гв Лв = e/Pz- де Pj -полная мощность излучения; Р - мощность излучения, попавшая в ОВ. При использовании типовых ОВ ri для СИД составляет (1-5)-10 , а для ЛД 0,2-0,5. СИД уступают также и по величине максимально допустимой частоты модуляции. Поэтому в широкополосных системах связи, рассчитываемых на максимально допустимые расстояния между промежуточными усилительными пунктами, применяются исключительно ЛД. В системах передачи на короткие расстояния (десятки и сотни метров), когда затухание ОВ невелико, целесообразно применение СИД.

Прогресс в развитии СИД связан с появлением конструкций, в которых осуществляется усиление спонтанного излучения без обратной связи. Подобные СИД называются люминесцентными. Они занимают по параметрам промежуточное значение между ЛД и поверхностными СИД. Спектр излучения суперлюминесцентных СИД сплошной, так же, как и у поверхностных, однако значительно же (3...5 нм). Диаграмма направленности излучения более узкая, чем у поверхностных СИД. Эффективность ввода суперлюминесцентных СИД в многомо-довые волокна выше, чем у поверхностных. Мощность излучения лежит в пределах 1...10 мВт, мощность, вводимая в многомодовый световод, составляет 0,1... 1 мВт.

Значительные перспективы использования в системах связи по ВОЛС имеют волоконные лазеры.

В качестве оптических передатчиков в СКТВ целесообразно использовать серийные передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), которые предназначены для передачи по ВОЛС цифровых сигналов.

ПОМ состоит из оптической головки и электронной схемы, основным назначением которой является модуляция излучаемого света. В оптической головке с СИД должны находиться полупроводниковый лазер, модулятор, фотодиод и специальная электрическая схема, с помощью которой стабилизируется режим работы ЛД. Необходимые для стабилизации данные поступают на вход схемы от фотодиода.

Рис. 9.6. Принципиальная схема простейшего передающего оптического модуля со светоизлу-чающим диодом

VD регистрирующего интенсивность излуче-

нияЛД.

На рис. 9.6 приведена принципиальная схема простейшего ПОМ с СИД [5]. В данном случае модулятор представляет собой микроэлектронную схему - преобразователь напряжение - код , управляющую током накачки / в цепи питания светодиода.

Преобразование оптической мощности (при модуляции по интенсивности) в электрический сигнал осуществляется с помощью полупроводниковых фотодиодов. На практике в основном используются лавинные фотодиоды (ЛФД) и фотодиоды p-i-n типа. ЛФД получили в СКТВ на ВОЛС наиболее широкое распространение, несмотря на то, что они требуют источник вьюокого напряжения (около 220 В) для получения необходимого напряжения смещения), а также устройства автоматической регулировки для стабилизации величины лавинного усиления и устранения влияния температуры. При передаче по ВОЛС цифровой информации, которая допускает малое отношение сигнал-шум, применяются только ЛФД. P-i-n фотодиоды имеют худшие значения основных параметров по сравнению с ЛФД, но они относительно дешевы.

Серийный приемный оптозлектронный модуль (ПРОМ) представляет собой собранное в общем корпусе устройство, состоящее из фотодетектора (p-i-n фотодиода или ЛФД) и малошумящего предварительного усилителя. На рис. 9.7 приведены принципиальные схемы ПРОМ двух типов - модуля с подключением фотодетектора к усилителю (схема прямой линии ) и модуля с трансимпедансным

CI

R3 и.

Рис. 9.7. Принципиальные схемы приемных оптических модулей: а - с интегрирующим усилителем; б - с трансимпедансным усилителем

усилителем, в котором осуществляется обратная связь через резистор Rf [5].

При использовании ЛФД в качестве фотодетектора можно изменять подаваемое на него напряжение обратного смещения и таким путем регулировать коэффициент лавинного умножения (усиления) фотодиода.

В случае применения p-i-n диода в качестве фотодетектора электронная схема предварительного усилителя упрощается. Она сводится к двойному амплитудному детектору, схеме сравнения и фильтру. Однако тогда динамический диапазон модуля получается значительно меньшим, чем при использовании ЛФД с устройством АРУ. Если в волоконно-оптической системе передачи (ВОСП) используется многоканальная передача ТВ сигналов на отдельных поднесущих, то оптический приемник содержит в цепи нагрузки фотодиода 1 N последовательно соединенных модулей 2, осуществляющих предварительную обработку принятых сигналов (рис. 9.8) [6]. Входная цепь каждого модуля представляет собой двухконтур-ную колебательную систему 3, где первый контур (L1, С1) непосредственно связан с фотодиодом, а второй (L2, С2, R2) - с предварительным канальным усилителем 4. При такой схеме включения второй контур настраивается на частоту соответствующей поднесущей fi. Частота настройки первого контура и его индуктивная связь со вторым выбирается из условия получения более равномерной АЧХ коэффициента передачи входной цепи и обеспечения максимально возможного отношения сигнал - шум на выходе канального демодулятора 6. Для улучшения избирательности оптического приемного устройства по соседнему каналу перед каждым демодулятором устанавливается ПФ 5, выделяющий полосу частот поднесущей f;,

ТВ сигнал

Рис. 9.8. Структурная схема многоканального оптического приемника