Когерентный прием оптических сигналов

Когерентные ВОСП являются весьма перспективными. В их основе лежит когерентный прием оптических сигналов - гетеродинный или гомодинный независимо от вида демодуляции (синхронная или несинхронная). Структурная схема когерентной ВОСП показана на рис 16.9.

Лазерный излучатель оптического передатчика (ОП) генерирует оптический сигнал, спектральная полоса которого должна быть максимально узкой. Оптический вентиль (В) предназначен для изоляции ОП от обратного отраженного излучения, которое может привести к дестабилизации процесса генерации (перескок с одной лазерной моды на другую) и уширению линии генерации.

Основным видом модуляции является цифровая (AM, ЧМ или ФМ), которая реализуется с помощью внешнего электрооптического модулятора (М), на который подается цифровая информация. В качестве среды распространения используется одномодовое 0В, с сохранением поляризации излучения, поскольку когерентное оптическое детектирование весьма чувствительно к поляризационным состояниям передаваемого сигнала и излучениям местного лазерного гетеродина (поляризации обоих лучей должны совпадать). При использовании обычного одномодового волокна на приемной стороне необходимо устанавливать поляризационный контроллер (ПК), совмещающий плоскость поляризации излучения местного гетеродина (Гет) с плоскостью поляризации сигнального излучения.

В оптическом гетеродинном приемнике принимаемый сигнал суммируется в оптическом соединителе (ОС) с излучением местного гетеродина и подается на квадратичный (по полю) фотодетектор (ФД). Излучение местного гетеродина, как и лазера передатчика, должно быть узкополосным. В результате нелинейного преобразования суммарного сигнала фотодетектором на его выходе появляется сигнал промежуточной частоты, амплитуда, частота и фаза которого пропорциональны соответствующим параметрам сигнального излучения. Затем сигнал промежуточной частоты демодулируется обычным способом в сигнал НЧ. Демодуляция сигнала промежуточной частоты может осуществляться синхронным или несинхронным демодулятором (ДМ) (по огибающей, квадратичным методом), а также в случае цифровой ФМ фазоразностной схемой. При гомодинном оптическом преобразовании демодулированный НЧ сигнал непосредственно выделяется после процесса оптического смещения, так как частота излучения местного гетеродина совпадает с частотой несущей оптического сигнала. Контур автоматической подстройки частоты (АПЧ) необходим для регулирования частоты лазерного местного гетеродина и удержания значения разностной частоты в пределах частотной полосы усилителя промежуточной частоты, следующего за фотодетектором. В случае гомодииного приема необходим контур фазовой автоподстройки.

Отдельные элементы когерентных ВОСП должны отвечать высоким требованиям, они достаточно сложны и значительно дороже элементов обычных ВОСП, однако когерентные ВОСП обладают рядом неоспоримых достоинств, а именно:

1. чувствительность гетеродинных и гомодинных приемников ограничивается только уровнем дробовых шумов излучения местного гетеродина. Такая чувствительность соответствует квантовому пределу детектирования в оптическом диапазоне. По чувствительности когерентные оптические приемные устройства существом превосходят приемные устройства прямого детектирования (примерно на 20...25 дБ в зависимости от схемы модуляции - демодуляции);

2. используется перспективная техника модуляции - демодуляции в частности, ЧМ и ФМ, фазоразностный прием, что, в конечном счете, улучшает чувствительность приемного устройства;

3. сочетание этих систем и спектрального разделения каналов позволяет достаточно полно использовать окно прозрачности (1,3...1,5 мкм) с малыми потерями в 0В;

4. высокая спектральная селективность оптического когерентного детектирования дает возможность применять полупроводниковые оптические усилители с улучшенными шумовыми характеристиками, а также осуществлять каскадирование усилителей. При этом возможно использование усилителей в оптических ретрансляторах;

5. очень узкая спектральная линия генерации лазерных излучателей, присущая когерентным системам, до известной степени снижает ограничения на длину оптического канала связи, накладываемые материальной дисперсией волоконного световода. Таким образом, основным фактором, ограничивающим длину линии, остаются лишь линейные потери в 0В.

Перечисленные достоинства когерентных ВОСП позволяют увеличивать расстояние между оптическими ретрансляторами до 300 км (λ =1,55 мкм), а между электронными ретрансляторами до 10⁴ км.

Контрольные вопросы

1. Способы получения модулированного оптического излучения.

2. Прямая модуляция лазерного диода

3. Прямая аналоговая модуляция СИД

4. Методы компенсации нелинейности СИД при аналоговой модуляции

5. Метод отрицательной обратной связи при компенсации нелинейных искажений СИД

6. Прямая импульсная модуляция СИД

7. Прием оптического сигнала с цифровой модуляцией

8. Прием оптического сигнала с аналоговой модуляцией

9. Модуляция и демодуляция оптического сигнала с использованием поднесущей частоты

10. Когерентный прием оптических сигналов

11. Достоинства и недостатки когерентных ВОСП

Дата добавления: 2014-01-15