3.4. Уплотнение по поляризации (pdm)

Уплотнение потоков информации с помощью оптических несущих, имеющих линейную поляризацию, называется уплотнением по поляризации (PDM — Polarization Division Multiplexing). При этом плоскость поляризации каждой несущей должна быть расположена под своим углом. Мультиплексирование осуществляется с помощью специальных оптических призм, например призмы Рошона. Этот метод аналогичен модовому уплотнению, хотя в качестве среды передачи группового потока может быть использовано одномодовое волокно. Однако, как и для MDM, поляризационное уплотнение может работать только тогда, когда в среде передачи (ОВ) отсутствует оптическая анизотропия, т. е. волокно не должно иметь локаль­ных неоднородностей и изгибов. Это одна из причин весьма ограниченного применения данного метода уплотнения. В частности, он применяется в оптических изоляторах, а также в оптических волоконных усилителях, где используется в устройствах накачки эрбиевого волокна для сложения излучения накачки двух лазеров, излучение которых имеет выраженную поляризацию в виде вытянутого эллипса.

3.5. Методы уплотнения каналов по полярности

Довольно часто возникают ситуации, когда по существующей линии связи, пе­редающей, например, 480 телефонных каналов (уровень ПЦИ ЕЗ), необходимо передать еще дополнительно 30 или 60 каналов (два цифровых потока Е1). Эту проблему можно решить несколькими способами:

1. прокладкой нового оптического кабеля (или использованием пары резервных волокон в уже используемом ОК) и установкой нового оборудования, включая оптические передающий и приемный модули;

2. установкой нового оборудования более высокого уровня (Е_п) и демультиплексирования на приемной стороне;

3. применением оборудования, реализующего предложенный автором настоящих строк метод модуляции несущей по полярности, применительно к оптической связи.

Метод модуляции по полярности известен давно и применяется в радиосвязи для передачи стереофонического радиовещания [29]. Суть его заключается в том, что положительная полярность несущей модулируется одним сигналом, отрицательная другим. При этом, как и для обычной амплитудной модуляции, частота модуляции f_мод и частота несущей f_нес должны находиться в следующем соотношении f_нес > 10f_мод.В нашем случае в качестве несущей может быть принята цифровая последова­тельность линейного сигнала, которым модулируется оптическая несущая. Как было отмечено выше (гл. 1), в качестве линейного кода в системах ВОЛС ПЦИ (2,048 Мбит/с; 8,8 Мбит/с; 34 Мбит/с и 140 Мбит/с) применяются коды типа СМ1 и 5В6В, не имеющие в своем спектре постоянной составляющей.

Учитывая это обстоятельство, такой сигнал в электрическом тракте можно с определенным коэффициентом модулировать положительную полярность одним сигналом, отрицательную независимым от него другим сигналом. Этот процесс иллюстрируется на рис. 3.1, где по оси времени нанесена сетка, одно деление которой соответствует длительности половины тактового интервала цифрового сигнала ЕЗ — t_uE3. Положительная полярность этого потока модулируется по амплитуде цифровым сигналом, соответствующим, например, уровню ПЦИ Е1, с тактовым интервалом 2tEl, а отрицательная — аналоговым сигналом, частота которого f_нес < 10/_такт. Таким образом, используя сигнал цифрового потока уровня ПЦИ ЕЗ (или Е4), можно передавать одновременно три независимых информационных пото­ка — ЕЗ (Е4) и два потока Е1, или ЕЗ (Е4), Е1 и один аналоговый сигнал, или ЕЗ (Е4) и два аналоговых сигнала. На рис. 3.2 представлена структурная схема устрой­ства и оптической линии для реализации данного метода уплотнения, где: 1 и 3 — схемы согласования сигналов Е1 с модулятором по полярности 4; 2 — схема нор­мализации уровня несущей для согласования модулятором 4. На выходе модулято­ра 4 образуется сигнал, одна из реализаций которого в виде осциллограммы пред­ставлена на рис. 3.1, где обе полярности поднесущей потока ЕЗ промодулированны двумя независимыми потоками Е1, а положительная полярность поднесущей ЕЗ промодулированна аналоговым сигналом, отрицательная — цифровым Е1. Этот групповой электрический сигнал с выхода модулятора 4 поступает на схему накач­ки 5, на выход которой включен излучатель — полупроводниковый лазер или светоизлучающий диод. Таким сигналом модулируется оптическое излучение, кото­рое вводится в оптическую линию передачи — оптическое волокно. На приемной стороне после фотодетектора 6 и электронного широкополосного усилителя 7 сигнал поступает на вход демодулятора 8, где он разделяется на три части, одна из которых поступает на AM детектор положительной полярности, вторая — на AM детектор отрицательной полярности. После соответствующей фильтрации один бо­ковой сигнал поступает на схему 9, а другой — на схему 11, назначение которых состоит в нормализации параметров сигналов ЕГ и Е1", а проходит через двусто­ронний ограничитель и фильтр, после чего он поступает на схему 10, назначение которой аналогично 9 и 11. Таким образом, с помощью простого электронного устройства, в состав которого входят схемы 1, 2, 3 и 4, и передающего оптического модуля 5, используя один лазер и одно волокно, можно кроме основного цифрового потока ЕЗ передать еще два независимых потока Е1. На приемной стороне про­изводится обратная операция, где в нагрузке одного фотодетектора выделяется групповой поток, после чего он разделяется на ЕЗ и два Е1 также с помощью про­стого электронного устройства. Расчет показывает, что при передаче цифрового потока Е1 с использованием полярной модуляции при 50%-й глубине модуляции одной полярности поднесущей энергетический потенциал оптической линии снижается на 13 дБ по сравнению со случаем передачи по оптической несущей только одного потока Е1. Учитывая, что энергетический потенциал оптической системы для передачи Е1 составляет величину не менее 50 дБ, то оставшегося потенциала 37 дБ в большинстве случаев оказывается вполне достаточно для организации свя­зи в локальных сетях. Необходимо отметить, что в качестве сигнала поднесущей может быть принят не обязательно цифровой сигнал ЕЗ или Е4, но аналоговый сигнал в виде, например, синусоидальной несущей ТВ или радиовещательного сигнала с ЧМ-модуляцией. Описанный метод уплотнения оптического канала прошел экспериментальные испытания, результат которых полностью подтвердил возможность практического применения его в локальных сетях.