Устройство обработки звуковых сигналов

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: зоновые, городские и магистральные. В отдельные группы выделяется монтажные, объектовые и подводные ОК.

1. Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

 
 

                                                7

2. Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и большое число каналов. Волокна-градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.
3. Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны от 1,3 до 1,55 мкм.
4. Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.
5. Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).
6. Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

 

Существует и другая классификация, связанная с количеством пропускной способности в волокне или с модами. Мода, простыми словами, – луч света, направленный в жилу кабеля.

1. Одномодовые ОК. Диаметр такого кабеля составляет от 7 до 10 мкм. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. Скорость передачи сигнала по таким кабелям достигает 100 Гбит/с.
2. Многомодовые ОК. Они отличаются от предыдущего типа диаметром сердцевины, составляющий 50 мкм (в европейском стандарте) или 62.5 мкм (в североамериканском и японском стандартах). Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения. Вследствие этого, многомодовые кабели имеют существенный недостаток – значительное ограничение скорости ( до 10 Мбит/с). 
    
    
    
    
    
                                                                    8

Для успешной реализации достоинств многомодовых световодов и повышения скорости передачи, ученые предложили делать световоды не ступенчатыми (то есть не со скачкообразным изменением показателей преломления сердцевины и оболочки), а градиентными. Скорость передачи по таким возрастает до 2 Гбит/с.

 

Преимущества и недостатки оптического волокна

 

Быстро нарастающая популярность использования оптического волокна в технике связи в 70-е года прошлого столетия и сейчас должная чем-то подкрепляться. Наверное, существуют весомые аргументы, позволившие оптоволокну иметь столь высокий спрос. Давайте выделим основные аргументы в пользу использования ОК:

1. Самый весомый аргумент в современном мире, при активном использовании природного сырья, это колоссальная экономия цветных металлов, а в большей степени, меди. А вот запасы кварцевого стекла, для справки, в природе практически не ограничены.
2. Не менее актуальной причиной является возможность широкополосной передачи большого потока информации (до 10 тысяч каналов).
3. Высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех. ОК не страшны удары молний.
4. Доступность использования, потому что ОК имеет малые габаритные размеры и масса, в сравнении с электрическими (в 10 раз меньше).
5. Малые потери и соответственно большие длины трансляционных участков (30-70 и 100 км).
6. Надежная техника безопасности при эксплуатации (отсутствие искрения и короткого замыкания).

 

Несмотря на свою привлекательность и безупречность, оптоволокно обладает и парой недостатков:

1. Водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.
2. Подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание.

 

 

 

 

 

 

                                                           9

Волоконно-оптическая система передачи

 

Основные сведения о ВОСП

 

Одним из основных направлений развития телекоммуникаций является широкое применение волоконно-оптических система передачи (ВОСП), под которыми понимается совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи сообщений на расстояния по оптическим волокнам (ОВ) с помощью оптических волн и сигналов. Иными словами, ВОСП – совокупность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку и передачу оптических сигналов. Физической средой распространения таких сигналов является оптический кабель и создаваемые на их основе волоконно-оптические линии связи.

Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наивысшими скоростями, а имеет более широкий спектр: от бортовых систем (кораблей, самолетов и т.п.) до локальных и глобальных телекоммуникационных систем.

 
Структура и принцип работы ВОСП

 

Обобщенная структурная схема ВОСП приведена на рисунке ниже.  
а) Схема тракта передачи в ВОСП:

б) Схема тракта приема в ВОСП:

Основными техническими средствами работы ВОСП являются:

1. Каналообразующее оборудование (КОО) тракта передачи, которое обеспечивает формирование конечного числа каналов одного типа или групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи. 
   

      10

2. Оборудование сопряжения (ОС) тракта передачи, без которого невозможно сопряжение многоканального сигнала на выходе из КОО с оптическими параметрами.
3. Оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразование электрического сигнала в оптический с длиной волны, совпадающей с одним из окон прозрачности (зона наименьшего ослабления сигнала) оптического волокна. Также в состав Опер входят: источник оптического сигнала (ИОИ) – оптической несущей; согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно ОК с минимальными потерями. 
   ИОИ и СУ принято объединять в единый блок – передающий оптический модуль (ПОМ).
4. Оптический кабель, волокна которого (ОВ) служат главной средой пропускания оптического сигнала.
5. Оптический ретранслятор (ОР) – обеспечивает компенсацию затухания сигнала в ОВ и коррекцию искажений. ОР могут быть обслуживаемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через четко обозначенное расстояние (ретрансляторные участки).
6. Оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптического излучения и преобразование его в электрический сигнал. ОПр, подобно ОПер на тракте передачи, имеет в своих составных частях СУ и ПОИ – приемник оптического излучения. СУ и ПОИ объединены в общий блок, именуемый приемным оптическим модулем (ПРОМ).
7. Оборудование сопряжения (ОС) тракта приема, которое преобразует сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответствующего КОО.
8. Каналообразующее оборудование (КОО) тракта приема, осуществляющее обратные преобразования многоканального сигнала в сигналы типовых каналов и трактов. 
   

Для модуляции оптической несущей многоканальным электрическим сигналом используют частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризованную (ПМ) модуляции.

Стоит отметить, что при построении ВОСП, наибольшее применение нашла модуляция по интенсивности (МИ) в виду своих особенностей: относительно простые решения при реализации устройств модуляции и демодуляции.

 

 

 

    11

 

 

Принципы классифицирования ВОСП

 

Ниже будут представлены различные классификации волоконно-оптических систем передачи на основе найденного материала по заданной теме.

 

1. ВОСП подразделяется на 2 вида, в зависимости от способа модуляции оптического излучения: 
      а) волоконно-оптические системы передачи с модуляцией интенсивности оптического излучения и его демодуляцией;  
      б) с аналоговыми методами модуляции оптического излучения: амплитудной, фазовой, частотной и их комбинациями.
2. ВОСП подразделяется по способу организации связи на: 
     а) двухволоконную однополосную однокабельную, при которой передача и прием оптических сигналов ведутся по двум оптическим волокнам (ОВ) и осуществляются на одной длине волны; 
    
     б) одноволоконную однополосную однокабельную, характеризующаяся использованием одного оптического волокна для передачи сигналов в двух направлениях при одно длине волны; в одноволоконной организации цепи добавляется новый элемент – Оптическое развязывающее устройство (ОРУ), которое поляризует световые волны в волокне.  
    
    
    
    
    
    
                                                   
    
    
    
                                                  
                                                    
                                                           12 
    
   в) одноволоконную двухполосную однокабельную, при которой передача в одном направлении ведется на длине волны ℓ1, а в другом - ℓ2, разделение направлений осуществляет оптический фильтр (ОФ). 
   
3. Волоконно-оптические системы передачи делятся, в зависимости от способа приема или демодуляции оптического сигнала, на: 
     а) с прямой демодуляцией, при котором происходит прямое преобразование оптического излучения в электрический сигнал; 
     б) когерентные ВОСП, в которых применяется гетеродинное или гомодинное преобразование частоты независимо от синхронной или несинхронной модуляции излучения на промежуточной частоте.
4. Также все ВОСП можно подразделить по назначению и дальности передачи сигнала на: 
     а) магистральные, предназначенные для передачи сообщений на тысячи километров; 
     б) зоновые, предназначенные для организации связи в административных пределах протяженностью до 600 км; 
     в) ВОСП местных сетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях; 
     г) ВОСП для распределения информации, обеспечивающие связь между вычислительными машинами.
5. В зависимости от применяемого каналообразующего оборудования (КОО), волоконно-оптические системы передачи делятся на: 
     а) аналоговые ВОСП (АВОСП) с построением КОО на основе аналоговых методов модуляции параметров гармонической несущей частоты или параметров периодической последовательности импульсов; 
     б) цифровые ВОСП (ЦВОСП) с построение КОО на основе импульсно-кодовой модуляции, дельта модуляции и их разновидностей.
6. По методам уплотнения оптического волокна ВОСП подразделяют на: 
     а) ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн, при котором по одному ОВ передается сразу несколько спектрально разделенных оптических несущих; применяя данный метод, удается организовать несколько широкополосных оптических каналов по одному ОВ;

 

 

13

б) ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнителем, в системах которых исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот. В таких системах для получения группового линейного сигнала необходимы близко расположенные оптические несущие.

в) ЦВОСП с временным уплотнителем, при котором несколько информационных потоков объединяются в один, но для передачи каждого потока в ОВ отводится свой временной интервал. Однако в таких системах скорость передачи или широкополосность ограничивается дисперсионными свойствами ОВ.

 

 

 

Перспективы и направления развития

 

С появлением на свет первых оптических кабелей, перед развитием науки и техники открылись новые широчайшие просторы человеческой мысли, которая до тех пор ограничивалась материальными ресурсами. ОВ позволило заглянуть за горизонт представляемых человеку возможностей и открыло новые области применения и развития оптических систем.

В целом для оптоволокна можно выделить ряд основных направлений развития, к которому относятся следующие ветви:

1. Многоканальные системы передачи информации.
2. Локальные и вычислительные сети.
3. Системы сбора, хранения и передачи информации.
4. Кабельное и цифровое телевидение.
5. Развитие системы высоковольтных линий передачи.
6. Различные оборудования для мобильных объектов.

В свою очередь многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.

В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-оптической техники — использование среднего инфракрасного диапазона волн от 2 до 10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км, и как результат этой работы – возможность передачи сигнала на очень дальние расстояние. Также проводятся многочисленные опыты по внедрению новых сверхпрозрачных фтористых стекол с добавками циркония, бария и других примесей.

 

 

14

Сегодня уже на подходе результаты в использовании нелинейных оптических явлений, позволяющих импульсу распространяться без изменения формы или с периодической сменой формы в процессе распространения по световоду. Использование подобного явления в световодах позволит существенно увеличить объем передаваемой информации и дальность связи без применения ретрансляторов.