Az optikai transzmitter fejlesztése és működése
A fényhullámok felhasználása televíziós jelek és adatinformációk továbbítására a 20. század végén kifejlesztett új tudomány és technológia. Megjelenése lehetővé tette a világ számára'információs iparága gyorsan fejlődik. Az optikai szálas átviteli technológia most olyan sebességgel fejlődik, amely meghaladja az embereket's képzeletét. Optikai átviteli sebessége 100-szor nagyobb, mint 10 évvel ezelőtt, és a becslések szerint a jövőbeni fejlesztések során körülbelül százszorosára fog növekedni. Az optikai szálas átviteli technológia folyamatos fejlődésével az optikai tartományban multiplexelés, demultiplexelés, útválasztás és kapcsolás végezhető. A hálózat az optikai szál hatalmas sávszélességű erőforrásait felhasználva növelheti a hálózati kapacitást és megvalósíthatja több szolgáltatás "átlátszó" átvitelét.
Az optikai átviteli rendszer főként optikai adókból, optikai vevőkből, optikai elosztókból, száloptikai kábelekből és egyéb alkatrészekből áll.
I. Az optikai jelek optikai szálas átvitelének alapelve
Az optikai átvitel olyan technológia, amely optikai jelek formájában továbbít a küldő és a vevő között. A TV-jelek optikai átvitelének munkafolyamata az optikai adó, az optikai szál és az optikai vevő között történik; a központi számítógépteremben található optikai adó a bemenő RF TV jelet optikai jellé alakítja, amely egy elektromos/optikai átalakítóból áll (az elektromos-optikai jelátalakító (E/O) elkészül, és az átalakított optikai jelet a optikai szál átviteli vezető vevőkészülék (optikai vevő), és az optikai vevő az optikai szálból kapott optikai jelet elektromos jellé alakítja át ezért az optikai átviteli jel alapelve az egész elektromos/optikai és optikai/elektromos átalakítási folyamat, amelyet optikai kapcsolatnak is neveznek.
A jelenlegi optikai átviteli módszer fényintenzitás-modulációt alkalmaz. Például egy lézer alapú fénykibocsátó készülék úgynevezett koherens fényt bocsát ki azonos fázissal. Ezért egy olyan modulációs módszert alkalmaznak, amely megváltoztatja a teljes fényerősséget. A kimenő optikai teljesítmény lineáris változását használja, amely megfelel az elektromos/optikai átalakító bemeneti jeláramának változásának. jellegzetes.
Az optikai-elektromos jelátalakítóban (O/E) a kimeneti áram arányos a bemeneti optikai jel intenzitásával. Az optikai/elektromos konverter kimenő áram hullámformája ezért hasonló az elektromos/optikai konverter bemeneti áramának hullámformájához, ami eléri a jelátvitel célját.
Tehát hogyan irányítja az optikai szál az optikai jelet? Jelenleg a kábeltelevíziós rendszerben használt optikai szál hengeres optikai szál, amely optikai szálas hengerből és burkolatból áll, és kvarcüveg anyagból készül. A burkolat azt a szerepet tölti be, hogy szorosan bezárja a fényt az optikai szálba, védi a magot, és növeli magának az optikai szálnak az erejét. A szálmag szerepe az optikai jelek továbbítása. Bár mind a mag, mind a burkolat kvarcüveg anyagból készül, a kettő adalékanyag-összetétele a gyártás során eltérő, ami eltérő törésmutatókhoz vezet (a mag 1,463-1,467, a burkolat 1,45-1,46), természetesen a felhasznált különféle anyagokhoz is kapcsolódik. Amikor a lézer által kibocsátott fényforrás belép a szál magjába, amikor a fény belép a burkolat határfelületére, mindaddig, amíg a beesési szög nagyobb, mint a kritikus szög, a teljes visszaverődés a magban történik, és a fény nem szivárog be a burkolatba. A magban lévő optikai jel megszakítás nélkül tovább terjed, amíg az optikai vevőhöz nem irányítja. Ez az eljárás az optikai jelátvitel alapelve az optikai szálban.
II. Torzítás az optikai átvitelben
Amikor fényt bocsátanak át egy optikai szálon, némi torzulás is előfordul. A torzítás okai a következők:
(1) Az optikai szál átviteli rendszerében a félvezető lézer elektromos/optikai konverziós jellemzőinek nemlinearitása miatt a kimenő optikai jel nincs összhangban a gerjesztőáram változásával, ami torzítást eredményez, amit modulációs torzításnak nevezünk. Az M modulációs index értéke nem lehet túl nagy. Olyan optikai adót kell választani, amely nagy teljesítményű és erős torzítás előtti feldolgozási technológiával rendelkezik. A torzítás előtti feldolgozási technológia mesterséges tervezést használ az előtorzítás létrehozására a modulációs linearitás javítása érdekében, hogy kiküszöbölje és csökkentse az optikai szál átviteli rendszerét. A KSH és a CTB célja.
(2) Az optikai átviteli rendszerben, mivel a meghajtó RF erősítőnek és a vevő RF erősítőnek kicsi az esélye a torzításra, a lineáris PIN fotodióda figyelmen kívül hagyhatja az enyhe torzítást, mivel a jelszint nem túl magas. Ennek fő oka a félvezető lézer modulációs jellemzőinek torzulása és a száldiszperzió.
(3) Amikor a lézer modulálja a fény intenzitását, a fény hullámhossza megváltozik, és további frekvenciamoduláció jelenik meg, ami kiszélesíti a jelfrekvenciát és csipogó hatást vált ki, ami főként CSO torzításban nyilvánul meg.
(4) Az optikai szál diszperziós jellemzői különbségeket okoznak a különböző hullámhosszú csoportkésleltetésben, ami torzulást eredményez a terminálhoz való inkonzisztens érkezési idők, elsősorban a CSO torzítás miatt.
Az optikai szálas átviteli rendszerben előidézett torzítás főként CSO torzítás, és a CTB torzítás mértéke sokkal kisebb, mint a CSO torzítás. A rendszer átviteli minőségének biztosítása, valamint a rendszer vivő-zaj arányának és torzítási teljesítményének ésszerű tartományon belüli biztosítása érdekében a megtett intézkedések általános Használjon CNR mutatókat a CSO és CTB mutatók kiegyensúlyozására. Ha a CNR értéket 1 dB-lel növeljük vagy csökkentjük, akkor a CSO 1 dB-lel romlik vagy javul, a CTB index pedig 2 dB-lel romlik vagy javul.
III. Az optikai adó működési elve
Az optikai adó legfontosabb optikai eszköze a félvezető lézer. Valójában ez egy lézerdióda (LD). Természetesen néhányan nem lézerdiódákat, hanem félvezető fénykibocsátó diódákat (Light Emitting Diode, LED) használnak. -ból.
Az 1310 nm-es optikai adó általában közvetlen modulációs módot alkalmaz (maradvány oldalsáv-amplitúdó moduláció, VSB-AM mód). Feladata az elektromos jelek optikai jelekké alakítása, ami a befecskendezett lézer tápellátásának külső áramkörön keresztül történő megváltoztatásával érhető el. Az általa beállított előfeszítő áramkör biztosítja a legjobb előfeszített tápellátást a lézer számára. A lézer eltérő teljesítményű lesz, ha az előfeszítési áram eltérő. Az optikai teljesítmény stabil kimenetének biztosítása érdekében meg kell tervezni az optikai teljesítmény és a lézerhőmérséklet automatikus vezérlő áramkörét, például mikroszámítógépek használatát az optikai adó automatikus vezérlésének legjobb működési állapotának elérése érdekében.
A lézereket széles körben használják optikai oszcillátorként (vagyis fénykibocsátó eszközként), amelyek a lézerközeg anyagának energiaállapota és a fény közötti kölcsönhatáson alapulnak.
Ahhoz, hogy a lézer működjön, bizonyos mennyiségű áramnak kell lennie. Ennek az áramnak a mérete és a fény intenzitása között van bizonyos kapcsolat. Az áramerősség növelésével a fény intenzitása meredeken növekszik. Ez azt jelzi, hogy a lézer elkezdett működni. Így működik a lézer. Az áramot küszöbáramnak nevezzük. Minél kisebb, annál jobb, mert már lehetővé tette a lézer működését. Ha a küszöbáram tovább növekszik, kialakul a kimeneti telítési zóna. Amikor a telítési zóna árama elér egy bizonyos értéket, a jel továbbításra kerül. Az optikai szál átviteléhez szükséges teljesítményt tekintve a lineáris régióban több megawatt kimenő teljesítmény megfelel a jelek és információk távolsági átvitelének követelményeinek. A fény intenzitása mellett a fény áteresztési minősége olyan problémákkal is összefügg, mint a spektrum és a zaj.
A több hullámhosszú spektrum nem alkalmas kiváló minőségű analóg jelek továbbítására. Még ha egymódusban is működik, az emissziós spektrumának szélessége van. Minél keskenyebb a szélesség, annál tisztább lesz a fényhullám, és annál időben koherensebbé válik. Ezek jó koherenciájú könnyű hullámok. A jó koherenciájú fényhullámnak nincs szüksége lencsékre és egyéb eszközökre ahhoz, hogy kis folttá konvergálja, és inkább optikai szálak beesésére alkalmas.
IV. Az optikai vevő működési elve
Az optikai vevő fő alkotóeleme a fotodetektor, vagyis a nagy érzékenységű fotodióda (PIN). A fotodióda a félvezető fotoelektromos hatását használja fel az optikai jel észlelésének befejezésére, így az optikai jel visszaáll az RF TV jelre, majd az RF jelre Az erősítés és az AGC szintszabályozás után a minősített RF jel kerül kimenőbe a hálózati elosztás.
Az optikai vevőkészülékek fő technológiái a C/N, C/CTB és C/CSO. Ezt a három műszaki mutatót mind a fotoelektromos átalakító modul teljesítménye határozza meg. Azonos optikai teljesítménybemenet esetén a konverziós kimenet RF szintje eltérő. Ha a fotoelektromos modul konverziós hatásfoka magas, a kimenő teljesítménye Magas szint mellett is jó az általa hozott C/N érték index, és fordítva, a C/N érték index rosszabbodik. A C/CSO és a C/CTB két műszaki mutatóját a fotomodul linearitása határozza meg. A kiváló minőségű fotoelektromos modulok szélesebb vételi teljesítménytartományt tesznek lehetővé ugyanazon C/CSO és C/CTB indikátorok mellett.
V. Optikai eszközök fejlesztési kilátásai
A szélessávú hálózatok optikai szálas átviteli technológiájának folyamatos frissítésével és a többfunkciós szolgáltatások folyamatos fejlesztésével az optikai eszközök és az optikai szálak átviteli jellemzőivel szembeni követelmények egyre magasabbak. Végre eljön a rézhuzalokat felváltó optikai szálak korszaka. Az információs korszak nyomdokain Az optikai átviteli technológia eljövetelével nagyon szélesek a fejlődési kilátások.
Optikai adó kiválasztása és használata
Az optikai adó az optikai kábeles átviteli rendszer központi berendezése. Feladata a rádiófrekvenciás kábeltelevíziós elektromos jel bemenetének optikai modulálása az optikai adóhoz az elektromos és optikai átalakítás (E/O) elérése érdekében, valamint folyamatos, stabil és megbízható optikai jelek küldése az optikai kábelrendszernek. A jelenleg forgalomban lévő optikai adók típusai: különböző modulációs módszereik szerint két típusra oszthatók: közvetlenül modulált optikai adókra és külső modulációs optikai adókra. A közvetlenül modulált optikai adókat leginkább az 1310 nm-es optikai szálas rendszerekben használják, a külső modulációjú optikai adókat pedig az 1550 nm-es optikai szálas rendszerekben. Függetlenül attól, hogy közvetlenül modulált vagy külsőleg modulált optikai adóról van szó, a központi eleme lézerekből áll.
Közvetlenül modulálja a lézeradót
1. Összetétel
A közvetlen modulációs optikai adó összetétele, a DFB lézeres komponenseken kívül tápegységet, lézer előfeszítő áramkört, lézeres lassú indítású áramkört, túlterhelésvédő áramkört és hajtásvédelmi áramkört, teljesítményszabályozó és hűtést vezérlő áramkört, fényt tartalmaz. érzékelő áramkör, Torzítás kompenzáló áramkör, fotodetektor (PIN) chip (optikai teljesítmény érzékeléshez és automatikus teljesítményszabályozáshoz), félvezető hűtő és termisztor kétirányú automatikus hőmérsékletszabályozáshoz (ATC) stb.
2. Munkafolyamat
Az optikai adó bemeneti jele a TV rádiófrekvenciás (RF) jele. Az előlapon több RF jelet kever egy jellé egy multiplexer, majd továbbítja az optikai adó bemenetére. Az előerősítővel történő felerősítés után elektronikusan vezérelt csillapítás, torzítás kompenzáció és automatikus teljesítményszint szabályozás. , Majd hajtsa meg a lézerchipet az elektromos/optikai moduláció végrehajtásához, és alakítsa át az elektromos jelet optikai modulációs jellé. Optikai leválasztó hozzáadása a kimeneti véghez nagymértékben csökkentheti az optikai kábelről visszavert fényhullám lézerre gyakorolt hatását. Az optikai jelet az optikai mozgatható csatlakozáson keresztül továbbítják az optikai kábelhez, és az optikai jelet az optikai kábelen keresztül továbbítják minden optikai ponthoz.
Látható, hogy a lézer átviteli teljesítménye és nemlineáris torzítása az előfeszítési áramtól (IO) függ, ezért az optikai adó a lézer előfeszítő áramkörével és torzításkompenzáló áramkörével van felszerelve, hogy biztosítsa a nemlineáris index stabilitását és a átviteli kimenet.
A lézer hőmérsékletének növekedésével a küszöbérték nő, a telített kimeneti fény intenzitása csökken, és a PI-görbe lineáris tartománya csökken (azaz a 2-es öndinamikai tartomány csökken). Annak érdekében, hogy az optikai adó mindig megfelelően működjön, gondoskodni kell arról, hogy a lézer állandó hőmérsékleten (általában 25fokozatC). Az optikai adó kétirányú automatikus hőmérséklet-szabályozására (ATC) használt félvezető hűtő és termisztor garantáltan 25 °C-os állandó hőmérsékleten működik.fokozatC.
Az optikai adóban mikroprocesszor található, és a lézer legjobb üzemállapot-adatait a chip tárolja. A lézer lassan indítható, és az RF TV meghajtó árama automatikusan lekapcsolható a lézer védelme érdekében. Az optikai adó előlapján található különféle kapcsolókat mikroprocesszor vezérli.
A hőmérséklet változásai és az eszköz elöregedése megváltoztatja a lézer küszöbáramát és a fotoelektromos átalakítás hatékonyságát. Ha pontosan szeretné szabályozni a lézer optikai kimeneti teljesítményét, akkor ezt két szempontból kell megoldania: az egyik a lézer előfeszítő áramának szabályozása, hogy az automatikusan kövesse a küszöbértéket. Az áramerősség változása biztosítja, hogy a lézer mindig a legjobb előfeszítési állapotban működjön; a második a lézermodulációs áram amplitúdójának szabályozása, hogy automatikusan kövesse az elektromos és optikai konverziós hatásfok változását. Az automatikus teljesítményszabályozás elvégzi a fenti két feladatot, hogy a lézer pontos optikai teljesítményt adjon ki.
Külsőleg modulált optikai adó
A külső modulációjú optikai adó külső modulátorból, lézerből, lézervezérlő áramkörből, modulációvezérlő áramkörből, mikroprocesszorból, előtorzító áramkörből, fotodetektorból, RF jelcsillapítóból, erősítőből, tápegységből stb.
3. Közvetlen modulációs és külső modulációs optikai adók összehasonlítása
A közvetlen modulációs adókat leginkább a DFB lézerekhez használják. A DFB lézerek jó linearitásúak, és jobb CTB és CSO értékeket tudnak elérniaz előtorzító áramkörök kompenzálása nélkül. A közvetlen moduláció miatt azonban további frekvenciamoduláció is létezik, és a nemlineáris torzítási mutatókat (különösen a CSO értékét) nehéz nagyon magasnak lenni.
A DFB távadó stabil teljesítményű, egyszerű szerkezetű és alacsony árú, ezért széles körben használják.
A közvetlen modulációs optikai adó teljesítménye általában nem túl nagy, 18nw-on belül, ezért az átviteli távolság korlátozott, és általában helyi elosztó hálózatokban és települési szintű optikai kábeles átviteli hálózatokban használják. Ezt a fajta optikai adót leginkább 1310nm-es optikai szálas hálózatokban használják, az 1310 nm-es optikai szál csillapítása 0,35 db/km, így a maximális átviteli távolság nem haladja meg a 35 kilométert.
Külső modulált optikai adó: nagy kimeneti teljesítmény, akár 2×20mw vagy több (két kimenet), alacsony zajszint és nincs cso torzítás, amelyet az LD-hez hasonló kiegészítő frekvenciamoduláció és szálszórási jellemzők kombinációja okoz. Ezért gyakran használják nagy méretű vezetékes rendszerek távolsági átvitelére. A külső modulációjú optikai adók általában YAG lézereket használnak. A YAG lézerek külső modulációja után a linearitás nagyon gyenge, és a kompenzációhoz előtorzító áramköröket kell használni. Kisebb diszperziója miatt a YAG optikai adó nagyon alkalmas 1550 nm-es hullámhosszú optikai szálhoz, amelyet többnyire 1550 nm-es optikai szálas hálózatokban használnak. A YAG fényt az 1550 nm-es optikai szálas hálózatban továbbítják, amely erősítésre és közvetítésre használható. Az 1550 nm-es optikai szál kis csillapítással rendelkezik (0,25 db/km), így a YAG optikai adó ultra-nagy távolságra is használható. A külső modulációjú optikai adót az 1310 nm-es optikai szálas hálózatban használják, és az átviteli távolság elérheti az 50 kilométert, ami szintén gyorsabb, mint a direkt modulált optikai adó átviteli távolsága. A külső modulációjú optikai adók azonban drágák, és a rövid távú átvitelre szolgáló optikai szálas hálózatok ritkán használnak külső modulált optikai adókat.
4. Az optikai adó műszaki mutatói
Az optikai adó műszaki mutatói az optikai adó kiválasztásának alapját képezik, az optikai adó jó teljesítményparaméterei pedig közvetlenül befolyásolják a teljes kábeltelevíziós rendszer jó műszaki mutatóit.
5. Az optikai adó kiválasztása
Nagyon fontos, hogy a kábeltévés technikusok megértsék és elsajátítsák az optikai adók összetételét, működési elvét, teljesítményparamétereit, mert csak az optikai adók alapvető működési elveinek és műszaki teljesítménymutatóinak elsajátításával lehet az optikai adókat hatékonyan és ésszerűen használni. Jó napi karbantartás.
Jelenleg számos külföldi és hazai gyártó létezik az optikai adóknak. Többféle optikai adó létezik, és a teljesítménymutatók és az önálló árak is nagyon eltérőek. Az ésszerű kiválasztás nagy előnyt jelent az optikai szálas hálózat minőségének biztosítása és a hálózatépítés költségeinek csökkentése szempontjából. A magas teljesítmény-ár arány, a megbízható minőségbiztosítási rendszer és a jó vevőszolgálati garancia az optikai berendezések választása.
