Optinės perdavimo sistemos struktūrinė schema

Optinė perdavimo sistema yra sudaryta iš tų pačių sudėtinių dalių, kaip ir laidinio ryšio sistema. Vienintelis skirtumas tarp šių sistemų yra tas, kad optinėje perdavimo sistemoje signalas sklinda skaidria optine gija, kai tuo tarpu laidinio ryšio sistemoje – iš dviejų laidininkų sudaryta fizine grandimi. Optinės gijos galuose yra optinių signalų siųstuvas ir optinių signalų imtuvas.
Tuo atveju, kada informacinis signalas turi būti perduotas kita kryptimi, naudojamas antras analogiškas traktas. Taškų A ir B dešinėje yra perdavimo sistemos linijinis traktas. Taškų A irr B kairėje pusėje yra įprastinė kanalinė aparatūra su IKM ir laikiniu kanalų sutankinimu.
Siunčiamoje dalyje esantis kodo keitiklis grupinį elektrinį skaitmeninį signalą keičia į linijinį elektrinį signalą. Tokio keitimo tikslas – gauti dviejų lygių signalą su mažu disparitetiškumu, suteikiančiu galimybe aptikti klaidas, įvesti telekontrolės ir tarnybinio ryšio signalus. Imtuvinėje dalyje linijinis elektrinis skaitmeninis signalas keičiamas į grupinį elektrinį skaitmeninį signalą. Informacijos perdavimo sparta linijiniame skaitmeniniame signale yra visada didesnė už informacijos perdavimo spartą grupiniame skaitmeniniame signale. Elektrinis – kvantinis keitiklis elektrinį signalą keičia į optinį siignalą, o kvantinis – elektrinis keitiklis optinį signalą – į elektrinį signalą. Optinis kabelis bendru atveju sudarytas iš kelių optinių gijų. Kiekvienai perdavimo krypčiai naudojamos atskiros optinės gijos. Galima ir vieną optinę giją panaudoti signalų perdavimui skirtingomis kryptimis. Elektrinio signalo regeneratoriuje ESRG atstatoma li

inijinio elektrinio signalo impulsų amplitudė ir trukmė.
Optinės gijos ilgis tarp taškų S ir R priklauso nuo trijų parametrų:
 signalo dispersijos optinėje gijoje,
 signalo slopinimo optinėje gijoje,
 linijinio trakto energetinio potencialo.
Įvertinant signalo dispersijos savybes galima suformuluoti tokią taisyklę: regeneratorinės atkarpos ilgis atvirkščiai proporcingas informacijos perdavimo spartai. Dabartiniu metu signalo slopinimas optinėje gijoje yra 2 dB/km – 850 nm diapazone, 0.4 dB/km – 1300 nm diapazone ir 0.25 dB/km – 1550 nm diapazone. Linijinio trakto energetinis potencialas yra lygus maksimaliam optinio signalo galingumų skirtumui taškuose S ir R. Siunčiamo optinio signalo galingumas paprastai neviršija 0.1-5 mW, o minimalus priimamo signalo galingumas – 1-5 nW. Tokiu būdu energetinis potencialas gali būti 55-60 dB, o maksimalus regeneratorinės atkarpos ilgis – 240km.
Optinės perdavimo sistemos yra žymiai pranašesnės už laidinio ryšio sistemas. Pagrindiniai pranašumai yra šie:
 didelis atstumas tarp regeneratorių,
 didelė informacijos perdavimo sparta,
 maži gabaritai irr nedidelis sunaudojamų medžiagų kiekis,
 nejautrumas išoriniams elektromagnetiniams laukams,
 didelis informacijos perdavimo slaptumas,
 nedidelis suvartojamas elektros energijos kiekis.
Trumpai aptarsime šiuos optinių perdavimo sistemų pranašumus.
Signalo slopinimas 1 km ilgio optinėje gijoje viena – dviem eilėm mažesnis už signalo slopinimą 1 km ilgio fizinėje grandyje. Dėl šios priežasties atstumas tarp regeneratorių optinėje sistemoje viena, dviem eilėm didesnis už atstumą tarp regeneratorių laidinio ryšio sistemoje.
Informacijos perdavimo sparta optinėse perdavimo sistemose šiuo metu siekia 10000 Mbitų/s, kai tuo tarpu informacijos perdavimo sparta laidinio ryšio sistemose neviršija 140 Mbitų/s.
Optinėse perdavimo sistemose naudojamų optinių gi
ijų diametras yra 0.125 mm, kai tuo tarpu fizinių grandžių laidininkų diametrai yra 1-10 mm.
Laidinio ryšio sistemos yra jautrios išoriniams elektromagnetiniams laukams, kuriuos sukelia aukštos įtampos linijos, atmosferiniai išlydžiai, radijo stotys ir kt. Optinės ryšio sistemos yra nejautrios elektromagnetiniams laukams. Jos yra jautrios tik radioaktyviems spinduliams.
Optiniuose kabeliuose neteka laidumo srovės, todėl jie nespinduliuoja į aplinką elektromagnetinių bangų. Sudėtinga prisijungti prie jų iš išorės. Dėl šių savybių užtikrinamas didelis informacijos perdavimo slaptumas.
Optinio ryšio sistemose nenaudojamas distancinis maitinimas, todėl nėra ir elektros energijos nuostolių metaliniuose laidininkuose.
1.2 Optinių perdavimo sistemų vystymosi istorija
Informacijos perdavimo, panaudojant šviesos signalus, istorija yra daug senesnė negu laidinio ryšio istorija. Dar VI a.pr.m.e. pabaigoje Ešilijus paminėjo apie Trojos paėmimą pranešimo perdavimą iš Mažosios Azijos į Aragosą laužų šviesos pagalba. II a.pr.m.e. Polibijus aprašė įrenginį, kurio pagalba buvo galima perduoti visą 25 raidžių graikų abėcėlę. Tam buvo panaudotas matricos pavidalo kodas. Kiekviena raidė buvo perduodama uždegant fakelus, atitinkančius eilutės ir stulpelio numerius. Tai tikriausiai buvo pirmoji ryšio linija, leidžianti perduoti iš anksto nesuderintą pranešimą. Jau XVIII a. pabaigoje Klodas Čape sukūrė optinį telegrafą, kuriuo per 6 min. buvo galima perduoti signalus 423 km atstumu tarp Paryžiaus ir Strasburo. Tam buvo panaudoti judantys signaliniai elementai, kurie buvo matomi iš sekančios relinės stoties teleskopo pagalba. XIX a. viduryje optinį telegrafą pa
alaipsniui pakeitė elektrinis telegrafas, pasižymėjęs didesniu greitaeigiškumu ir mažesniu kvalifikuotų operatorių skaičiumi.
Žymią vietą optinių ryšių istorijoje užima 1880 m A.G.Belo padarytas išradimas, kuriame balsui perduoti buvo panaudotas saulės spindulys. Vienoje pusėje buvo šviesos spindulio moduliatorius, susidedantis iš veidrodžio ir gardelinės diafragmos. Kitoje pusėje buvo parabolinis reflektorius, kurio židinyje įtaisytas fotorezistorius, sujungtas su baterija ir telefonu. Tai buvo pirmas žingsnis praktinės optinio ryšio sistemos sukūrimo kryptimi. Savo susižavėjimą mokslininkas išreiškė tokiais žodžiais:
– Aš išgirdau aiškiai suprantamą balsą. Išgirdau kaip juokiasi, kosti ir dainuoja saulės spindulys. Aš buvau tokioje būsenoje, kurioje buvau pasiruošęs išgirsti šešėlio balsą ir dangumi plaukiančius debesis.
Beveik tuo pačiu metu 1870 m. J.Tyndalis Karališkos draugijos nariams demonstravo šviesos sklidimą vandens čiurkšlėje. Kiek vėliau J.L.Birdas šį išradimą papildė šviesos perdavimu stiklu. Jis turėjo mintį sukurti spalvotą televizinę sistemą, tačiau dėl didelio šviesos spindulio slopinimo stikle praktinio pritaikymo ši mintis nesulaukė.
1958 metais buvo sukurtas lazeris. Kelių metų laikotarpyje pademonstruoti kieto kūno, skysčių ir dujiniai lazeriai, 1961 m. Džovanas sukūrė helio – neono lazerį, dirbantį nepertraukiamu režimu ir spinduliuojantį kelių dešimčių kilohercų juostos šviesos signalą. Tai užtikrino mažą signalo dispersiją optinėje gijoje. Jeigu tą pačią dažnių juostą bandytumėme gauti filtruojant nekoherentinius signalus, įvedamo į giją optinio signalo galingumas būtų labai mažas ir gerų rezultatų negautume. Lazeriniai generatoriai pasižymi šviesos spindulių gl
laustumu, kuris labai naudingas įvedant šviesos spindulį į ploną optinę giją.
Optinio signalo šaltiniu gali būti ir optinis diodas, kuriame vyksta nevaldoma spontaninė emisija. Dėl šios priežasties optinis signalas yra nekoherentinis, spindulių išsklaidymas didelis. Jis naudojamas tik pačiose paprasčiausiose optinėse perdavimo sistemose.
E.A.J. Markatili ir R.A. Šmeltzer 1964 m. įrodė, kad sklindant 1000 nm ilgio šviesos bangai 2 mm skersmens stikline optine gija, kurios lūžio rodiklis n=1.5, modos slopinimas yra 1.85 dB/km. Tačiau tokios optinės gijos slopinimas padvigubėja, jeigu ją sulenkiame 10 km spinduliu. Dėl šios priežasties didelio skersmens optinės gijos netinko informacijos perdavimui dideliais atstumais.
1910 m. D.Hondrosas ir P.Debai išsprendė Maksvelo lygtis apvaliam dielektriniam strypui. 1954 m. A.C.S. van Hilas pasiūlė stiklinę giją padengti mažesnio lūžio rodiklio stiklu tam, kad gauti pilną vidinį atspindį. 1966 m. iš karto keletas mokslininkų pasiūlė tokią optinę giją panaudoti informacijos perdavimui. Pasirodė, kad vienintelė banga neturi viršutinio ribinio bangos ilgio. 1970 m. F.P.Kapronas, D.B.Keckonas ir R.D.Maureras sumažino slopinimą iki 20 dB/km. 1978 m. gautas 2 dB/km slopinimas prie bangos ilgio 850 nm ir 0.5 dB/km – prie 1300 nm. Leistinas gijos lenkimo spindulys buvo sumažintas iki kelių centimetrų. Manoma, kad slopinimas gali būti sumažintas iki dB/km. Jei tai bus pasiekta, ryšio nuotolis bus praktiškai neribotas. Jau dabar sukurtos netiesinių charakteristikų optinės gijos – solitonai,kurie įgalina be stiprinimo perduoti optinius signalus didesniu kaip 10 000 km atstumu.
Fotodetektoriai turi būti pakankamai plačiajuosčiai ir jautrūs. Silicio fotodiodai tinka iki bangos ilgio 1000 nm, germanio – iki 1500 nm. 1965 m. Džeksonas sukūrė lavininį fotodiodą, kuris pasižymi dideliu jautrumu ir greitaeigiškumu.
Dabartiniu metu kuriami optinio diapazono signalų stiprintuvai ir komutatoriai. Manoma, kad ateityje informaciją tarp abonentų bus galima perduoti vien optiniais signalais tik informacijos šaltinio ir priimtuvo prijungimo prie optinės gijos vietose panaudojant optines – elektrines ir elektrines – optines sandūras.

Leave a Comment