Краткий обзор методов организации одноволоконного дуплексного тракта с подавлением отклика

Ранее* нами уже были кратко рассмотрены различные варианты организации одноволоконного дуплекса. Здесь мы более подробно остановимся на подавлении отклика инверсным оптическим сигналом.
Вкратце напомним общие принципы реализации подобной структуры. Оптический импульс прямоугольной формы, поступающий от оптического передатчика (ОПРД) в оптическое волокно (ОВ) отражается от неоднородностей, а также рассеивается в обратном направлении на флуктуациях показателя преломления сердцевины ОВ. 

При этом на фотоприемник того же полукомплекта попадает отклик (рис.1), который будет суммироваться с полезным сигналом и затруднять (или даже делать невозможным) прием информации с требуемым качеством. Обозначим отклик, попадающий на вход фотоприемника (ФП), как О(S1(t)) , где S1(t) — сигнал, поступающий в ОВ от оптического передатчика (ОПРД) того же полукомплекта (рис.2), t — время. Если каким-либо образом сформировать и подать на вход ФП компенсирующий сигнал

Sk=S0-O’(S1(t))

где S0 — некоторый постоянный уровень, однозначно превосходящий максимальные значения; O’(S1(t)) — сигнал, идентичный отклику), то в результате на входе фотоприемника будет некоторый результирующий сигнал: 

Sрез(t)=S2(t)+O(S1(t))+S0-O’(S1(t))=S’2(t)+S0- dO(t)

где S’2(t) — сигнал удаленного полукомплекта, dO(t)=O(S1(t))-O’(S1(t)) — погрешность формирования компенсирующего сигнала. При dO(t)=0 (т.е. при полном соответствии компенсирующего сигнала отклику) на входе будет присутствовать только полезный сигнал удаленного ОПРД , сложенный с некоторым постоянным оптическим уровнем S’2(t)+S0. Теоретически и практически доказано, что влияние дополнительного постоянного уровня на качество детектирования полезного сигнала несоизмеримо ниже , чем влияние переменной составляющей O(S1(t)). Особенно ощутимый выигрыш это должно дать на скоростях передачи меньших 100 Мбит/с , поскольку в этом случае влияние отклика наиболее значительно.

Рис.2 Распространение сигналов в одноволоконном дуплексном тракте

Рассмотрим некоторые варианты структурной организации цифрового одноволоконного приемопередатчика с подавлением отклика инверсным оптическим сигналом (рис.3). Первый вариант (рис.3а) предполагает использование одного оптического ответвителя 2*2 и формирование компенсирующего сигнала Sk из электрического сигнала S1(t) . Достоинством данной схемы можно считать простоту оптической части. Основными недостатками представляются достаточно сложная схема компенсации, которая должна предсказывать форму отклика и формировать соответствующий компенсирующий сигнал, а так же то, что этот сигнал попадает в той же мере и на источник изучения, вызывая эффект «подсветки» и мешает корректной работе передатчика.
Избавиться от «подсветки» источника можно, например, применив два одинаковых оптических ответвителя 1х2 (рис.3.б). В этом случае мощность части компенсирующего сигнала, попадающая на источник излучения пренебрежимо мала. К недостаткам данного варианта можно отнести по-прежнему сложный компенсатор и дополнительный оптический ответвитель, усложняющий оптическую часть и повышающий ее стоимость.

Упростить схему оптического компенсатора можно при формировании компенсирующего сигнала непосредственно из оптического сигнала, идентичного отклику. Пример подобной структуры приведен на рис.3.в. Здесь в оптическую часть приемопередатчика добавляются еще два оптических ответвителя и имитатор линии. В этом случае часть сигнала передатчика помимо линии связи попадает в имитатор линии, а отраженный и рассеянный в имитаторе сигнал поступает на вход фотоприемника компенсатора, затем инвертируется, складывается с постоянным уровнем S0 и с выхода оптического передатчика компенсатора попадает на вход фотоприёмника полукомплекта. Электрическая схема компенсатора получается достаточно простой, однако требует дополнительного устройства — имитатора линии, который, естественно, должен как можно точнее соответствовать волокну, идущему к удаленному полукомплекту. В идеальном случае — это такое же волокно, проложенное в том же кабеле, однако в этом случае утрачиваются все преимущества одноволоконного тракта. С другой стороны и не требуется для реализации имитатора использование волокна полной длины. Мощность, рассеянную в обратном направлении можно при некотором упрощении описать следующим выражением: 

где Р0 — мощность источника, введеная в ОВ;
Δt — длительность введённого импульса; 
nc — показатель преломления сердцевины;
no — показатель преломления оболочки;
α — коэффициент затухания ОВ;
vg — групповая скорость распространения сигнала в ОВ;
t — время.

Если задаться некоторой граничной мощностью отклика Pгр, значениями ниже которой можно пренебречь, то можно определить время tгр (рис.4), после которого отклик не будет влиять на принимаемый сигнал, и определить длину волокна имитатора, достаточную для компенсации отклика с достаточной точностью: l= tгр* vг.

Из численных расчетов следует, что часть отклика, оказывающая основное влияние на качество связи, создается, как правило, некоторым начальным отрезком ОВ, длина которого на порядок меньше собственной длины полезного волокна.
В качестве заключения хочется обрисовать ситуации, в которых применение одноволоконного дуплекса с подавлением отклика представляется целесообразным:
а) вращающиеся оптические дуплексные соединения, если необходимо непрерывное вращение в одном направлении (в принципе, это классическая область, где одноволоконые системы любого вида незаменимы), для скоростей, на которых реализация временного разделения затруднительна;
б) повреждение волокна в кабеле, где уже израсходован резерв;
в) многоточечное оптическое соединение. 
В сравнении с системами с временным разделением системы с подавлением отклика представляются предпочтительными на скоростях свыше двух мегабод, а в сравнении с системами без подавления — на скоростях ниже ста мегабод. Что касается спектрального и поляризационного уплотнения — то реализация уплотнения в одном спектральном диапазоне не исключает его использования, но даже делает возможным уплотнить тракт со спектральными или поляризационными фильтрами еще в два раза.*

 — В.Воробьев. Основные принципы построения и потенциальные возможности систем двунаправленной передачи по одному оптическому волокну в одном спектральном диапазоне. — Сетевые решения №3 за 2002 г.

 

 

---

Валерий Воробьев, БГУИР.