По оптоволокну

Радио, проводные и кабельные системы передачи используют понятие час­тоты для описания рабочей области, занимаемой системой в радиочастот­ном спектре. Частота при этом измеряется в герцах. Говорят, что ВОСП -плод исследования и разработки физиков, поэтому для описания положе­ния их рабочей области в радиочастотном спектре используется понятие длины волны.

Таблица 1.2

Сравнение влияния разных причин на ухудшение показателей различных систем передачи

Показатель/ причина	Радиосистемы и беспроводные системы	Проводные системы	ВОПС
ВЕR	1´10-9	1´10-10	1´10-12
Потери линии (дБ)	Принципиальные ухудшения	Принципиальные ухудшения	Принципиальные ухудшения
Дисперсия	Могут быть ухудше­ния при большой скорости	Не являются первопричиной ухудшения	Могут быть ухуд­шения при боль­шой скорости
Замирания	Влияют	Нет	Нет
Накопленный джиттер	Умеренно влияет	Сильно влияет	Мало влияет
Незащищенность	Низкая	Средняя	Высокая
Емкость канала	Низкая/средняя	Низкая/средняя	Очень высокая
Потери поглощения при дожде	Основные потери на частоте 10 ГГц	Нет	Нет
ЭМС: чувствитель- ность к электромаг- нитному излучению	Существует	Существует	Нет
ЭМС: генерация электро-магнитного излучения	Существует	До некоторой степени	Нет

Замечания. BER — ВОСП проектируются в общем случае в расчете на ВЕR = 1´10^-12. ВОСП либо имеют ограничения по потерям сигнала, либо по (*накопленной) дис­персии. Радиосистемы и беспроводные системы передачи могут иметь ограничения по дисперсии. Однако пространственное разнесение и автоматическое выравнива­ние сигнала промежуточной частоты (ПЧ) позволяют бороться с дисперсией. Эти вредные эффекты дают аналогичный результат, а именно: межсимвольные искаже­ния, приводящие к ухудшению или серьезному ухудшению показателей ошибок. Проводные системы имеют ограничения по потерям сигнала. Незащищенность. Проводные системы и ВОСП слабо защищены от случайного или намеренного обрыва кабеля. И те и другие страдают и от воздействий окружающей среды, таких как повреждения от воды или мороза. Основной недостаток ВОСП - их незащищенность. В гл. 9 мы обсудим, как осла­бить влияние такой незащищенности, но ее нельзя исключить полностью. Потери при дожде. Широкая полоса используемых частот в радиосистемах и беспровод­ных системах достигается на частотах выше 10 ГГц, что приводит к уменьшению длины линии передачи, вызванному потерями на поглощение сигнала при дожде; чем выше частота, тем больше ограничений на время доступности (т.е. надежного распростране­ния). Конечно, для проводных систем и ВОСП время доступности от этого не страдает. ЭМС. Этот показатель имеет два аспекта: чувствительность к излучению и генерация излучения. Генерация излучения означает, что система может быть источником электромагнитных помех (RFI). Чувствительность к излучению ясно говорит о незащищен­ности от электромагнитных помех. Для радиосистем имеет место как генерация излуче­ния, так и чувствительность к излучению, часто оба явления приводят к проблемам. Проводные системы также чувствительны к электромагнитному излучению. ВОСП - напротив, не излучают и нечувствительны к электромагнитным помехам [1.2].

Будем полагать, что свет - расширение радиочастотного спектра на его вы­сокочастотном конце. Эта концепция непрерывного спектра иллюстрируется рис. 1.2. Для длины волны обычно используется обозначение l. Так как это длина, то ее основной единицей измерения является метр. Мы можем связать частоту в герцах и длину волны в метрах (м), используя традиционную формулу

м/с (скорость света в вакууме) (1.1)

Итак, F в герцах, а l в метрах.

Рис. 1.2. Частотный спектр выше 300 МГц, где показано положение рабочей области ВОСП.

Примеры. Допустим, что ваша любимая ЧМ-станция, транслирует музыку на частоте 104 МГц. Какова ее эквивалентная длина волны?

м.

Рабочие длины волн в волоконной оптике обычно приводятся в нано­метрах (нм). 1 нанометр это: 1 нм = 1´10^-9 м, или 0,000000001 м.

Одна из широко используемых длин волн в ВОСП - 1310 нм. Какова ее эквивалентная частота?

м/с

Гц,

или 2,29´10⁵ ГГц, или 229 ТГц.

При переводе длин волн в частоту для практических целей, например в системах WDM, обычно используют более точную оценку скорости света — 2,99792458, в ре­зультате получаем частоту 228,849 ТГц с точностью до 1 ГГц.

Рис. 1.3. Затухание оптического волокна в зависимости от длины волны (по­казаны три окна прозрачности, используемые для ВОСП).

На рис. 1.3 показаны три основных окна прозрачности, которые являются рабочими диапазонами длин волн для ВОСП. Это

- 820-900 нм;

- 1280-1350 нм;

- 1528-1561 нм.

Причем последнее окно может быть расширено до 1620 нм (Эта область обычно называют четвертым окном прозрачности). Если оце­нить частоты, соответствующие последнему окну и его расширению, то, используя уравнение (1.1), можно получить для 1528 и 1620 нм соответ­ственно F ₁ и F ₂:

Гц = 196 ТГц

Гц = 185 ТГц

Вычитая F ₂ из F ₁ получим, что полезная рабочая полоса этих окон равна 11 ТГц, или 11000 ГГц. Эта ширина полосы в 110 раз больше той, что может быть использована в радиочастотной части спектра [1.1].

Полезная ширина полосы одиночно излученного светового импульса определяется импульсной передаточной функцией рассматриваемого опти­ческого волокна (ОВ). Математический вывод такой передаточной функции довольно сложен и серьезен и выходит за рамки нашей книги. Но мы поста­раемся представить его схематично. Пусть В _о — ширина полосы ОВ, а В _с полученная после детектирования ширина полосы результирующего электрического сигнала. Учитывая, что оптическая ширина полосы волокна оп­ределяется импульсной передаточной функцией этого волокна, можно по­казать, что измеренная на уровне -3 дБ (по мощности) оптическая ширина полосы В _о оценивается с помощью показателя - полная ширина полосы на уровне половины от максимума (FWHM), формулой вида

В_о = 441/FWHM (1.2)

полагая, что функция (1.2) имеет вид гауссовской кривой, В_о измеряется в МГц, a FWHM - в нс.

Далее можно показать, что время нарастания t можно оценить через В_о с помощью формулы вида

t = 315/ В_о (1.3)

Оптическая ширина полосы определяется аналогичным образом, как полоса радиосигнала, отсчитанная на уровне —3 дБ по мощности. Это мож­но соотнести непосредственно с током /в оптическом детекторе. Так, изве­стно, что электрическая мощность, генерируемая в таком детекторе, про­порциональна I ², поэтому уровень —3 дБ оптической мощности (определяемый как уровень, соответствующий 50% уменьшению тока I) при­ведет к уровню —6 дБ электрической мощности (определяемому как уро­вень, соответствующий 75% уменьшению тока I ²). Таким образом, уровень -3 дБ оптической ширины полосы равен уровню -6 дБ электрической ши­рины полосы частот. Это не используется и не будет определятся в дальней­шем. Однако из этого следует, что ширина электрической полосы частот на уровне —3 дБ должна быть меньше, чем ширина оптической полосы на том же уровне -3 дБ. И, хотя математическая сторона этого дела не так проста, если функция имеет форму гауссовой кривой, то можно показать, что

(1.4)

На рис. 1.3 читатель должен заметить так называемый пик поглощения света «водой», расположенный приблизительно на длине волны 1400 нм (фактически на 1383 нм). «Вода» характеризуется наличием примесей в во­локне, но показанный нами пик поглощения вызван фактически наличием радикалов ОН^-. Результатом этого является высокий уровень поглощения вокруг 1400 нм [1.3].