Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Конструктивные особенности систем кабельного телевидения на основе волоконно-оптического кабеля

Способы построения волоконно-оптических СКТВ. По распределительной сети СКТВ, выполненной с использованием ВОЛС, телевизионные сигналы могут передаваться способами частотного уплотнения [47].

Частотное уплотнение ВОЛС возможно либо с помощью набора несущих частот с модуляцией каждой несущей частоты своим телевизионным сигналом, либо посредством формирования полного многоканального сигнала с частотно-уплотненными каналами на относительно низких частотах с последующим переносом уже сформированного сигнала на оптическую несущую. Однако первый из названных способов в настоящее время в оптическом диапазоне практически не может быть реализован из-за отсутствия необходимого набора оптических генераторов и фильтров разделения каналов; для реализации второго способа требуются широкополосные ВОЛС на одномодовых оптических волокнах (ОВ).

Чрезвычайно малые размеры поперечного сечения и масса ОВ делают выгодным использование пространственного уплотнения телевизионных сигналов (телевизионному сигналу каждой программы отводится свое ОВ в ВОЛС). Целесообразность применения этого метода объясняется еще и тем, что требуемая ширина полосы частот каждого из каналов, организованных на одиночном ОВ, относительно невелика (порядка 6...8 МГц) и ее легко реализовать не только на градиентных, но даже на ступенчатых волокнах. В данном случае по каждому ОВ рассматриваемой ВОЛС СКТВ предполагается передавать аналоговый телевизионный сигнал, сигнал звукового сопровождения ЧМ поднесущей, расположенной за пределами видеоспектра, и служебный цифровой сигнал (для передачи данных) на второй поднесущей, расположенной еще выше по шкале частот. При использовании принципа пространственного уплотнения суммарный сигнал, включающий в себя телевизионный, звуковой и служебный сигналы, модулирует оптическую несущую, которая может быть одинаковой для всех ОВ кабеля. В будущем при переходе на ОВ с лучшими показателями по затуханию и широкополосности для уменьшения количества ОВ в ВОЛС при передаче телевизионных сигналов большого числа различных программ станет целесообразным формирование для каждого ОВ многоканального сигнала с частотно-уплотненными телевизионными сигналами нескольких программ.

Возможная функциональная схема СКТВ, использующей ВОЛС с пространственным разделением телевизионных сигналов, реализующей принцип обратной связи от абонентов (режим интерактивности), приведена на рис. 9.19. В состав данной СКТВ входят ГС 1, содержащая устройства приема, преобразования и усиления телевизионных сигналов вещательных программ 2, видеомагнитофон 3, телекинодатчик 4, телевизионный синтезатор знаков 5, блок приема, обработки телевизионных сигналов, принимаемых непосредственно от абонентов с целью их передачи другим абонентам 6, мини-ЭВМ 7, которая управляет работой всех СКТВ; передающие оптические устройства 8 на базе лазерных диодов, приемное оптическое устройство 9, содержащее фотодиод; распределительная сеть, состоящая из магистральных ВОЛС 10 с магистральными разветвителями 11, субмагистральных ВОЛС 12 с направленными ответвителями 13 абонентских линий; видеокоммутаторы 14, имеющие на входах и выходах приемные 15 и передающие 16 оптические устройства, включающие в себя электронный коммутатор телевизионных сигналов 17, управляющую микроЭВМ 18; абонентское оборудование 19, которое состоит из блока оптических соединений 20, приемного 21 и передающего 22 оптических устройств, оконечного управляющего устройства 23, телевизионного приемника 24, передающей камеры 25 и клавиатурного устройства 26.

Рис. 9.19. Функциональная схема СКТВ, использующей ВОЛС с пространственным разделением телевизионных сигналов

 

На ГС от приемных антенн или по специальным линиям связи поступают телевизионные сигналы различных программ, а также телевизионные сигналы от абонентов. Кроме того, ряд программ может формироваться непосредственно самой ГС, например, с помощью видеомагнитофона, телекинодатчика, телевизионного синтезатора знаков. Магистральные и субмагистральные ВОЛС должны соединить несколько десятков ОВ, которые используются в основном для передачи телевизионной информации от ГС к абонентам, однако часть волокон предназначается для передачи видеоинформации от абонентов к ГС. Видеокоммутаторы служат для подключения абонентского оборудования к соответствующему ОВ субмагистральной ВОЛС с целью выбора требуемой телевизионной программы. Микро-ЭВМ видеокоммутатора связана как с мини-ЭВМ ГС, так и с клавиатурными и оконечными управляющими устройствами, находящимися непосредственно у абонентов, и станциями для подачи команд на выбор телевизионных программ. Микро-ЭВМ управляет подачей абоненту телевизионного сигнала выбранной программы по команде, поступающей от абонента, а также передачей видеоинформации, формируемой у абонентов, в ГС. От видеокоммутатора через блок оптических соединений отходят абонентские линии, содержащие два ОВ. По одному ОВ передается телевизионный сигнал выбранной программы, по другому - телевизионная информация от абонентов в видеокоммутаторы.

Недостатками такой схемы построения СКТВ на ВОЛС являются необходимость использования электронных коммутаторов для подключения абонентских отводов к тому ОВ, по которому передается телевизионный сигнал выбранной программы, а также техническая сложность осуществления большого количества разветвлений и отводов телевизионных сигналов от ОВ.

Основные сведения о компонентах волоконно-оптических систем передачи. Важнейшими компонентами волоконно-оптических систем передачи являются источники и приемники оптического излучения.

Рис. 9.20. Изменение выходной оптической мощности от силы тока накачки:

1 - для СИД; 2 - для ЛД

 

В системах связи по ВОЛС широко применяются источники излучения двух видов: светоизлучающие (СИД) и лазерные (ЛД) диоды. Как в СИД, так и в ЛД, генерация света обусловлена рекомбинацией электронов и дырок в полупроводниках, результатом которой является образование фотонов. Для СИД и ЛД характерна прямая модуляция интенсивности излучения путем изменения тока накачки lн, проходящего через излучатель. Примерные зависимости интенсивности излучения (выходной оптической мощности) Р от значений тока накачки lн[Р = f(lн)], называемые ватт-амперными характеристиками излучателей, показаны на рис. 9.20.

Важнейшим параметром излучателей света является эффективность ввода излучения в ОВ ηв; ηв = Рв, где Р - полная мощность излучения; Рв - мощность излучения, попавшая в ОВ. При использовании типовых ОВ ηв для СИД составляет (1...5)∙10-3, а для ЛД 0,2..,0,5. СИД уступают также и по величине максимально допустимой частоты модуляции. Поэтому в широкополосных системах связи, рассчитываемых на максимально допустимые расстояния между промежуточными усилительными пунктами, применяются исключительно ЛД. В системах передачи на короткие расстояния (десятки и сотни метров), когда затухание ОВ невелико, целесообразно применение СИД.

Прогресс в развитии СИД связан с появлением конструкций, в которых осуществляется усиление спонтанного излучения без обратной связи. Подобные СИД называются люминесцентными. Они занимают по параметрам промежуточное значение между ЛД и поверхностными СИД. Спектр излучения суперлюминесцентных СИД сплошной, так же, как и у поверхностных, однако значительно уже (3...5 нм). Диаграмма направленности излучения более узкая, чем у поверхностных СИД. Эффективность ввода суперлюминесцентных СИД в многомодовые волокна выше, чем у поверхностных. Мощность излучения лежит в пределах 1...10 мВт, мощность, вводимая в многомодовый световод, составляет 0,1 ...1 мВт.

Рис. 9.21. Принципиальная схема простейшего передающего оптического модуля со светоизлучающим диодом

 

Значительные перспективы использования в системах связи по ВОЛС имеют волоконные лазеры.

В качестве оптических передатчиков в СКТВ целесообразно использовать серийные передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), которые предназначены для передачи по ВОЛС цифровых сигналов.

ПОМ состоит из оптической головки и электронной схемы, основным назначением которой является модуляция излучаемого света. В оптической головке с СИД должны находиться: полупроводниковый лазер, модулятор, фотодиод и специальная электрическая схема, с помощью которой стабилизируется режим работы ЛД. Необходимые для стабилизации данные поступают на вход схемы от фотодиода, регистрирующего интенсивность излучения ЛД.

На рис. 9.21 приведена принципиальная схема простейшего ПОМ с СИД. В данном случае модулятор представляет собой микроэлектронную схему - преобразователь «напряжение - код», управляющую током накачки lн в цепи питания светодиода.

Преобразование оптической мощности (при модуляции по интенсивности) в электрический сигнал осуществляется с помощью полупроводниковых фотодиодов. На практике в основном используются лавинные фотодиоды (ЛФД) и фотодиоды p-i-n типа. ЛФД получили в СКТВ на ВОЛС наиболее широкое распространение, несмотря на то, что они требуют источника высокого напряжения (около 220 В) для получения необходимого напряжения смещения, а также устройства автоматической регулировки для стабилизации величины лавинного усиления и устранения влияния температуры. При передаче по ВОЛС цифровой информации, которая допускает малое отношение сигнал-шум, применяются только ЛФД. P-i-n фотодиоды имеют худшие значения основных параметров по сравнению с ЛФД, но они относительно дешевы.

Серийный приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ) представляет собой собранное в общем корпусе устройство, состоящее из фотодетектора (p-i-n фотодиода или ЛФД) и малошумящего предварительного усилителя.

Рис. 9.22. Принципиальные схемы приемных оптических модулей:

а - с интегрирующим усилителем; б - с трансимпедансным усилителем

 

На рис. 9.22 приведены принципиальные схемы ПРОМ двух типов - модуля с интегрирующим усилителем (схема «прямой линии») и модуля с трансимпедансным усилителем, в котором осуществляется обратная связь через резистор Rf.

При использовании ЛФД в качестве фотодетектора можно изменять подаваемое на него напряжение обратного смещения и таким путем регулировать коэффициент лавинного умножения (усиления) фотодиода.

В случае применения p-i-n диода в качестве фотодетектора электронная схема предварительного усилителя упрощается. Она сводится к двойному амплитудному детектору, схеме сравнения и фильтру. Однако тогда динамический диапазон модуля получается значительно меньшим, чем при использовании ЛФД с устройством АРУ. Если в волоконно-оптической системе передачи (ВОСП) используется многоканальная передача телевизионных сигналов на отдельных поднесущих, то оптический приемник содержит в цепи нагрузки фотодиода 1 N последовательно соединенных модулей 2, осуществляющих предварительную обработку принятых сигналов (рис. 9.23). Входная цепь каждого модуля представляет собой двухконтурную колебательную систему 3, где первый контур (L1, С1) непосредственно связан с фотодиодом, а второй (L2, С2, R2) - с предварительным канальным усилителем 4. При такой схеме включения второй контур настраивается на частоту соответствующей поднесущей fi. Частота настройки первого контура и его индуктивная связь со вторым'выбирается из условия получения более равномерной АЧХ коэффициента передачи входной цепи и обеспечения максимально возможного отношения сигнал - шум ѱш на выходе канального демодулятора 6. Для улучшения избирательности оптического приемного устройства по соседнему каналу перёд каждым демодулятором устанавливается ПФ 5, выделяющий полосу частот поднесущей fi, модулированной телевизионным сигналом.

Рис. 9.23. Структурная схема многоканального оптического приемника

 

В зависимости от типа используемого фотодиода (ЛФД, p-i-n типа) и значения поднесущей, на которой осуществляется передача телевизионного сигнала, на выходах демодуляторов обеспечивается отношение сигнал-шум, равное 35...55 дБ. Причем значение ѱш может быть дополнительно увеличено на 4...9 дБ за счет специальной обработки телевизионного сигнала, например с помощью блока адаптивной фильтрации (БАФ) 7. Работа БАФ основана на анализе спектра демодулированного телевизионного сигнала и коммутации частотноограничивающих ФНЧ с частотами среза, соответственно равными 2 и 6 МГц.

Особенности модуляции и демодуляции телевизионных сигналов, передаваемых по волоконно-оптическим линиям связи. В современных ВОСП телевизионные сигналы могут передаваться как в цифровой, так и в аналоговой форме. Цифровой способ передачи требует аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований и значительно более широкой полосы пропускания (более 100 МГц на один телевизионный сигнал). В настоящее время цифровой способ практически может быть применен только на магистральных линиях распределительной сети.

Непосредственная модуляция мощности оптического излучения или модуляции интенсивности представляет собой наиболее простой в реализации способ передачи при использовании полупроводниковых оптических излучателей. Однако при передаче телевизионных сигналов по ВОЛС методом непосредственной модуляции оптической несущей по интенсивности трудно обеспечить низкий уровень нелинейных искажений (менее 2 %) телевизионного сигнала при большом (более 50 дБ) отношении сигнал-шум, которое, в первую очередь, зависит от глубины модуляции. С ростом глубины модуляции возрастают и нелинейные искажения.

Способом модуляции, обеспечивающим эффективное использование частотного спектра, является амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой (АМ-ЧПБ). При таком способе модуляции сигналы представлены в виде, в котором они обрабатываются абонентскими телевизорами без каких-либо дополнительных устройств.

ЧМ несущей с последующей модуляцией мощности оптического излучения обеспечивает повышение отношения сигнал - шум по сравнению с AM, но требует более сложной аппаратуры (ЧМ модуляторов и демодуляторов). При этом снижаются требования к линейности модуляционной характеристики, благодаря чему может допускаться большая глубина модуляции, чем при AM, а следовательно, увеличиваться предельная дальность передачи. Системы с ЧМ телевизионных сигналов в основном применяются на магистральных линиях. В распределительных сетях СКТВ системы передачи с ЧМ телевизионных сигналов использовать нецелесообразно из-за их сложности. В этом случае абонентские телевизоры дополнительно оборудуются специальными селекторами ЧМ сигналов, осуществляющими демодуляцию, т.е. преобразование ЧМ телевизионных сигналов в AM сигналы. Частотный разнос между передаваемыми телевизионными сигналами составляет 40 МГц. Многоканальные системы передачи телевизионных сигналов с ЧМ также не являются перспективными для СКТВ на ВОЛС, так как им присущи практически те же недостатки, что и системам с АМ-ОПБ.

Более перспективно в СКТВ применять сложные виды модуляции с использованием импульсного режима работы оптических излучателей, при котором допускается большая глубина модуляции. Поэтому представляет интерес использование в СКТВ помехоустойчивых аналого-импульсных методов модуляции, к числу которых, в первую очередь, относятся широтно-импульсная модуляция (ШИМ), частотно-импульсная модуляция (ЧИМ).

Среди аналого-импульсных модуляторов и демодуляторов телевизионных сигналов к наиболее освоенным в настоящее время относятся частотные. Известно, что ЧМ при больших индексах модуляции обеспечивает высокое качество передачи телевизионных сигналов в условиях нелинейных характеристик тракта связи. Поэтому очень перспективным является применение ЧИМ, приближающейся по своим параметрам к ЧМ. Переход от ЧМ к ЧИМ достаточно просто осуществляется с помощью амплитудного ограничителя и формирователя импульсов постоянной длительности, частота повторения которых меняется по закону модулирующего сигнала: В спектре ЧИМ сигнала его низкочастотные компоненты несут информацию о модулирующем сигнале.

Непосредственное выделение низкочастотных компонент (линейного спектра частот) из ЧИМ сигнала осуществляется фильтром нижних частот. Предварительно с помощью усилителя-ограничителя (порогового устройства) производится регенерация переданных импульсов постоянной длительности.

В данном случае выделенный линейный сигнал U(t) можно представить в виде суммы следующих сигналов:

,

где U0i - амплитуда соответствующей несущей частоты при отсутствии AM; mi - коэффициент глубины модуляции; Fi - частота модулирующего сигнала; f0i - частоты соответственно несущих телевизионного (яркостного) сигнала (f01 = fиз), сигнала цветности (f02 = fцв) сигнала звукового сопровождения (f03 = fзв).

Амплитуды данных несущих частот имеют следующие уровни при отсутствии AM: U01 = 0 дБ; U02 = -8 дБ; U03 = -2 дБ.

После детектирования ЧИМ сигнала осуществляется его частотное преобразование на несущую частоту выбранного телевизионного радиоканала.

ЧИМ позволяет использовать наиболее дешевые элементы волоконно-оптической техники, устройства цифровой техники и обеспечивает качество передачи, мало уступающее цифровым методам, но превосходит их по простоте и стоимости. В будущем системы передачи с ЧИМ полностью перейдут на применение цифровой техники.

В настоящее время цифровой способ применяется на супермагистральных волоконно-оптических линиях, связывающих, например, две ГС различных СКТВ или ГС с местным телецентром. Примером цифровой ВОСП для СКТВ является аппаратура «Телебит-4», предназначенная для передачи со скоростью 486 Мбит/с по ОВ на длине волн 1,3 мкм четырех телевизионных сигналов с использованием восьмиразрядного композитного кодирования сигналов системы SECAM-III с частотой дискретизации 13,5 МГц и девяти стереосигналов звукового сопровождения с использованием четырнадцатиразрядного кодирования с частотой дискретизации 48 кГц [49]. Для улучшения качественных характеристик СКТВ предусмотрено использование десятиразрядного композитного кодирования видеосигнала с частотой дискретизации до 20 МГц и шестнадцатиразрядного кодирования звуковых сигналов с частотой дискретизации 96 кГц.

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 100; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.082 с.) Главная | Обратная связь