Wie der optische Sender entwickelt wird und funktioniert
Die Nutzung von Lichtwellen zur Übertragung von Fernsehsignalen und Dateninformationen ist eine neue Wissenschaft und Technologie, die Ende des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde. Sein Aussehen hat die Welt aktiviert'Die Informationsbranche wird sich rasant weiterentwickeln. Mittlerweile entwickelt sich die Glasfaser-Übertragungstechnologie mit einer Geschwindigkeit, die den Menschen übersteigt's Fantasie. Seine optische Übertragungsgeschwindigkeit ist 100-mal höher als vor 10 Jahren und es wird geschätzt, dass sie sich in der zukünftigen Entwicklung um etwa das 100-fache erhöhen wird. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Glasfaserübertragungstechnologie können Multiplexing, Demultiplexing, Routing und Switching im optischen Bereich durchgeführt werden. Das Netzwerk kann die enormen Bandbreitenressourcen von Glasfasern nutzen, um die Netzwerkkapazität zu erhöhen und die „transparente“ Übertragung mehrerer Dienste zu realisieren.
Das optische Übertragungssystem besteht hauptsächlich aus optischen Sendern, optischen Empfängern, optischen Splittern, Glasfaserkabeln und anderen Komponenten.
I. Ein Grundprinzip der Glasfaserübertragung optischer Signale
Bei der optischen Übertragung handelt es sich um eine Technologie, die optische Signale zwischen Sender und Empfänger überträgt. Der Arbeitsprozess der optischen Übertragung von TV-Signalen erfolgt zwischen dem optischen Sender, der Glasfaser und dem optischen Empfänger; Der optische Sender im zentralen Computerraum wandelt das eingegebene RF-TV-Signal in ein optisches Signal um, das aus einem elektrisch/optischen Wandler (Elektrisch-optischer Wandler (E/O)) besteht und das umgewandelte optische Signal vom empfangen wird Empfangsgerät für optische Faserübertragung (optischer Empfänger), und der optische Empfänger wandelt das von der optischen Faser erhaltene optische Signal in ein elektrisches Signal um. Daher ist das Grundprinzip des optischen Übertragungssignals der gesamte Prozess von elektrisch/optisch und optisch/. elektrische Umwandlung, die auch optische Umwandlung genannt wird Link.
Das aktuelle optische Übertragungsverfahren nutzt die Lichtintensitätsmodulation. Beispielsweise emittiert ein laserbasiertes Licht emittierendes Gerät sogenanntes kohärentes Licht mit derselben Phase. Daher wird eine Modulationsmethode angewendet, die die Gesamtlichtintensität verändert. Es nutzt die lineare Änderung der optischen Ausgangsleistung entsprechend der Änderung des Eingangssignalstroms des elektrisch/optischen Wandlers. Merkmal.
Beim optisch-elektrischen Wandler (O/E) ist der Ausgangsstrom proportional zur Intensität des optischen Eingangssignals. Die Ausgangsstromwellenform des optisch/elektrischen Wandlers ähnelt daher der Eingangsstromwellenform des elektrisch/optischen Wandlers, wodurch der Zweck der Signalübertragung erreicht wird.
Wie leitet die Glasfaser das optische Signal? Gegenwärtig ist die im Kabelfernsehsystem verwendete optische Faser eine zylindrische optische Faser, die aus einem optischen Faserzylinder und einer Ummantelung besteht und ein Quarzglasmaterial ist. Der Mantel hat die Aufgabe, das Licht in der Glasfaser fest einzuschließen, den Kern zu schützen und die Festigkeit der Glasfaser selbst zu erhöhen. Die Aufgabe des Faserkerns besteht darin, optische Signale zu übertragen. Obwohl sowohl der Kern als auch die Ummantelung aus Quarzglasmaterialien bestehen, gibt es bei der Herstellung Unterschiede in der Dotierungszusammensetzung der beiden, was zu unterschiedlichen Brechungsindizes führt (der Kern beträgt 1,463 bis 1,467 und die Ummantelung beträgt 1,45 bis 1,46). hängt natürlich auch mit den unterschiedlichen verwendeten Materialien zusammen. Wenn die vom Laser emittierte Lichtquelle in den Kern der Faser eintritt und das Licht in die Grenzfläche des Mantels eintritt, kommt es im Kern zur Totalreflexion und zum Licht, solange der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel ist dringt nicht in die Verkleidung ein. Das optische Signal im Kern breitet sich ununterbrochen weiter aus, bis es zum optischen Empfänger geleitet wird. Dieser Vorgang ist das Grundprinzip der optischen Signalübertragung in Lichtwellenleitern.
II. Verzerrung bei der optischen Übertragung
Wenn Licht in einer optischen Faser übertragen wird, treten auch gewisse Verzerrungen auf. Die Gründe für die Verzerrung sind folgende:
(1) Im optischen Faserübertragungssystem stimmt das ausgegebene optische Signal aufgrund der Nichtlinearität der elektrischen/optischen Umwandlungseigenschaften des Halbleiterlasers nicht mit der Änderung des Erregerstroms überein, was zu einer Verzerrung führt, die als Modulationsverzerrung bezeichnet wird. Der Wert des Modulationsindex M darf nicht zu groß sein. Es ist notwendig, einen optischen Sender mit hoher Leistung und starker Vorverzerrungsverarbeitungstechnologie zu wählen. Die Vorverzerrungsverarbeitungstechnologie nutzt künstliches Design, um eine Vorverzerrung zu erzeugen, um die Modulationslinearität zu verbessern und so das Glasfaserübertragungssystem zu eliminieren und zu reduzieren. Der Zweck von CSO und CTB.
(2) Da im optischen Übertragungssystem die Wahrscheinlichkeit einer Verzerrung zwischen dem Treiber-HF-Verstärker und dem Empfangs-HF-Verstärker gering ist, kann die lineare PIN-Fotodiode die leichte Verzerrung ignorieren, da der Signalpegel nicht zu hoch ist. Der Hauptgrund ist eine Verzerrung der Modulationseigenschaften und der Faserdispersion des Halbleiterlasers.
(3) Wenn der Laser die Intensität des Lichts moduliert, ändert sich die Wellenlänge des Lichts und es tritt eine zusätzliche Frequenzmodulation auf, die die Signalfrequenz verbreitert und einen Chirp-Effekt verursacht, der sich hauptsächlich in einer CSO-Verzerrung äußert.
(4) Die Dispersionseigenschaften der optischen Faser führen zu Unterschieden in der Gruppenverzögerung verschiedener Wellenlängen, was zu Verzerrungen führt, die durch inkonsistente Ankunftszeiten am Terminal verursacht werden, hauptsächlich CSO-Verzerrungen.
Bei den im Glasfaserübertragungssystem erzeugten Verzerrungen handelt es sich hauptsächlich um CSO-Verzerrungen, und der Grad der CTB-Verzerrung ist viel geringer als der der CSO-Verzerrung. Um die Übertragungsqualität des Systems sicherzustellen und das Träger-Rausch-Verhältnis und die Verzerrungsleistung des Systems in einem angemessenen Bereich zu halten, werden allgemeine Maßnahmen ergriffen. Verwenden Sie CNR-Indikatoren, um CSO- und CTB-Indikatoren auszugleichen. Wenn Sie den CNR-Wert um 1 dB erhöhen oder verringern, verschlechtert oder verbessert sich der CSO um 1 dB und der CTB-Index verschlechtert oder verbessert sich um 2 dB.
III. Funktionsprinzip des optischen Senders
Das wichtigste optische Gerät im optischen Sender ist der Halbleiterlaser. Tatsächlich handelt es sich um eine Laserdiode (LD). Einige verwenden natürlich keine Laserdioden, sondern Halbleiter-Leuchtdioden (Light Emitting Diode, LED). von.
Der optische 1310-nm-Sender verwendet im Allgemeinen den direkten Modulationsmodus (restliche Seitenbandamplitudenmodulation, VSB-AM-Modus). Seine Funktion besteht darin, elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln, was durch Ändern der Stromversorgung des injizierten Lasers über einen externen Schaltkreis erreicht werden kann. Der von ihm eingestellte Bias-Schaltkreis kann die beste Bias-Stromversorgung für den Laser bereitstellen. Der Laser hat eine unterschiedliche Ausgangsleistung, wenn der Vorstrom unterschiedlich ist. Um eine stabile Ausgabe der optischen Leistung sicherzustellen, sollte ein automatischer Steuerkreis für die optische Leistung und die Lasertemperatur entwickelt werden, beispielsweise durch den Einsatz von Mikrocomputern, um den besten Betriebszustand der automatischen Steuerung des optischen Senders zu erreichen.
Laser werden häufig als optische Oszillatoren (d. h. lichtemittierende Geräte) verwendet, die auf der Wechselwirkung zwischen dem Energiezustand des Lasermediums und dem Licht beruhen.
Damit der Laser funktioniert, muss eine bestimmte Stromstärke vorhanden sein. Zwischen der Größe dieses Stroms und der Lichtintensität besteht ein gewisser Zusammenhang. Wenn der Strom erhöht wird, steigt die Lichtintensität stark an. Dies zeigt an, dass der Laser zu arbeiten begonnen hat. Dadurch funktioniert der Laser. Der Strom wird Schwellenstrom genannt. Je kleiner es ist, desto besser, denn damit ist der Laser bereits funktionsfähig. Wenn der Schwellenstrom weiter ansteigt, bildet sich die Ausgangssättigungszone. Wenn der Sättigungszonenstrom einen bestimmten Wert erreicht, wird das Signal übertragen. Bezogen auf die erforderliche Leistung für die Glasfaserübertragung kann eine Ausgangsleistung von mehreren Megawatt im linearen Bereich den Anforderungen der Fernübertragung von Signalen und Informationen gerecht werden. Neben der Lichtintensität hängt die Übertragungsqualität des Lichts auch mit Problemen wie Spektrum und Rauschen zusammen.
Das Mehrwellenlängenspektrum ist für die Übertragung hochwertiger analoger Signale nicht geeignet. Auch wenn es im Singlemode arbeitet, weist sein Emissionsspektrum eine Breite auf. Je schmaler die Breite, desto reiner und zeitlich kohärenter wird die Lichtwelle. Das sind Lichtwellen mit guter Kohärenz. Die Lichtwelle mit guter Kohärenz benötigt keine Linsen und andere Geräte, um sie auf einen kleinen Punkt zu bündeln, und ist besser für den Einfall von optischen Fasern geeignet.
IV. Funktionsprinzip des optischen Empfängers
Der Hauptbestandteil des optischen Empfängers ist der Fotodetektor, also die hochempfindliche Fotodiode (PIN). Die Fotodiode nutzt den fotoelektrischen Effekt des Halbleiters, um die Erkennung des optischen Signals abzuschließen, so dass das optische Signal wieder zum RF-TV-Signal wird und dann das RF-Signal nach Verstärkung und AGC-Pegelsteuerung das qualifizierte RF-Signal für ausgegeben wird Netzwerkverteilung.
Die Haupttechnologien optischer Empfänger sind C/N, C/CTB und C/CSO. Diese drei technischen Indikatoren werden alle durch die Leistung des photoelektrischen Umwandlungsmoduls bestimmt. Bei gleicher optischer Eingangsleistung ist der HF-Pegel des Konvertierungsausgangs unterschiedlich. Wenn die Umwandlungseffizienz des fotoelektrischen Moduls hoch ist, ist seine Ausgangsleistung selbst bei hohem Niveau der C/N-Wertindex gut, und umgekehrt wird der C/N-Wertindex schlechter. Die beiden technischen Indikatoren C/CSO und C/CTB werden durch die Linearität des fotoelektrischen Moduls bestimmt. Hochwertige fotoelektrische Module ermöglichen einen größeren Empfangsleistungsbereich bei gleichen C/CSO- und C/CTB-Indikatoren.
V. Entwicklungsperspektiven optischer Geräte
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Glasfaserübertragungstechnik in Breitbandnetzen und der kontinuierlichen Verbesserung multifunktionaler Dienste werden die Anforderungen an die Übertragungseigenschaften optischer Geräte und Glasfasern immer höher. Die Ära, in der Glasfasern Kupferdrähte ersetzen, steht vor der Tür. Auf den Spuren des Informationszeitalters Mit dem Aufkommen sind die Entwicklungsperspektiven der optischen Übertragungstechnik sehr breit gefächert.
Auswahl und Einsatz optischer Sender
Der optische Sender ist die Kernausrüstung des optischen Kabelübertragungssystems. Seine Funktion besteht darin, das in den optischen Sender eingegebene elektrische Signal des Hochfrequenzkabelfernsehens optisch zu modulieren, um eine elektrische und optische Umwandlung (E/O) zu erreichen und kontinuierliche, stabile und zuverlässige optische Signale an das optische Kabelsystem zu senden. Die derzeit auf dem Markt befindlichen Typen optischer Sender: Aufgrund ihrer unterschiedlichen Modulationsverfahren werden sie in zwei Typen unterteilt: direkt modulierte optische Sender und extern modulierte optische Sender. Direkt modulierte optische Sender werden hauptsächlich in 1310-nm-Glasfasersystemen verwendet, und extern modulierte optische Sender werden hauptsächlich in 1550-nm-Glasfasersystemen verwendet. Unabhängig davon, ob es sich um einen direkt modulierten oder extern modulierten optischen Sender handelt, besteht seine Kernkomponente aus Lasern.
Modulieren Sie den Lasersender direkt
1. Zusammensetzung
Die Zusammensetzung des optischen Direktmodulationssenders umfasst neben der Kernkomponente DFB-Laserkomponenten eine Stromversorgung, eine Laser-Vorspannungsschaltung, eine Laser-Langsamstartschaltung, eine Überlastschutzschaltung und eine Antriebsschutzschaltung, eine Leistungssteuerung und eine Kühlungssteuerungsschaltung sowie Licht Erkennungsschaltung, Verzerrungskompensationsschaltung, Fotodetektorchip (PIN) (zur optischen Leistungserkennung und automatischen Leistungssteuerung), Halbleiterkühlschrank und Thermistor für die automatische Zwei-Wege-Temperaturregelung (ATC) usw.
2. Arbeitsprozess
Das Eingangssignal des optischen Senders ist das TV-Radiofrequenzsignal (RF). Am Frontend werden mehrere HF-Signale von einem Multiplexer zu einem Signal gemischt und dann an den Eingang des optischen Senders gesendet. Nach der Verstärkung durch einen Vorverstärker erfolgt eine elektronisch gesteuerte Dämpfung, Verzerrungskompensation und automatische Leistungspegelregelung. Und dann den Laserchip ansteuern, um eine elektrische/optische Modulation durchzuführen und das elektrische Signal in ein optisches Modulationssignal umzuwandeln. Durch das Hinzufügen eines optischen Isolators am Ausgangsende kann der Einfluss der reflektierten Lichtwelle vom optischen Kabel auf den Laser erheblich reduziert werden. Das optische Signal wird über das optische bewegliche Gelenk an das optische Kabel gesendet und über das optische Kabel an jeden optischen Punkt übertragen.
Es ist ersichtlich, dass die Sendeleistung und die nichtlineare Verzerrung des Lasers vom Vorspannungsstrom (IO) abhängen. Daher ist der optische Sender mit der Vorspannungsschaltung und der Verzerrungskompensationsschaltung des Lasers ausgestattet, um die Stabilität des nichtlinearen Index und des zu gewährleisten Sendeausgang.
Wenn die Temperatur des Lasers steigt, erhöht sich der Schwellenwert, die Intensität des gesättigten Ausgangslichts nimmt ab und der lineare Bereich der PI-Kurve nimmt ab (d. h. der 2-Selbstdynamikbereich nimmt ab). Um sicherzustellen, dass der optische Sender immer normal funktioniert, muss sichergestellt werden, dass der Laser bei einer konstanten Temperatur (in der Regel 25 °C) arbeitetGradC). Der Halbleiterkühler und der Thermistor, die für die automatische Zwei-Wege-Temperaturregelung (ATC) des optischen Senders verwendet werden, arbeiten garantiert bei einer konstanten Temperatur von 25 °CGradC.
Im optischen Sender befindet sich ein Mikroprozessor, und die Daten zum besten Betriebszustand des Lasers werden im Chip gespeichert. Der Laser kann langsam gestartet werden und der RF-TV-Antriebsstrom kann automatisch unterbrochen werden, um den Laser zu schützen. Die verschiedenen Schalter auf der Frontplatte des optischen Senders werden von einem Mikroprozessor gesteuert.
Temperaturänderungen und Gerätealterung führen zu Änderungen des Laserschwellenstroms und der photoelektrischen Umwandlungseffizienz. Wenn Sie die optische Ausgangsleistung des Lasers genau steuern möchten, sollten Sie dies unter zwei Aspekten lösen: Zum einen müssen Sie den Vorstrom des Lasers so steuern, dass er automatisch dem Schwellenwert folgt. Die Stromänderung stellt sicher, dass der Laser immer im besten Vorspannungszustand arbeitet; Die zweite besteht darin, die Amplitude des Lasermodulationsstroms zu steuern, um automatisch der Änderung der elektrischen und optischen Umwandlungseffizienz zu folgen. Die automatische Leistungssteuerung erledigt die beiden oben genannten Aufgaben und stellt sicher, dass der Laser eine genaue optische Leistung ausgibt.
Extern modulierter optischer Sender
Der extern modulierte optische Sender besteht aus dem externen Modulator, dem Laser, der Lasersteuerschaltung, der Modulationssteuerschaltung, dem Mikroprozessor, der Vorverzerrungsschaltung, dem Fotodetektor, dem HF-Signaldämpfer, dem Verstärker, der Stromversorgung usw.
3. Vergleich von optischen Sendern mit direkter Modulation und externer Modulation
Für DFB-Laser werden meist Direktmodulationssender verwendet. DFB-Laser haben eine gute Linearität und können bessere CTB- und CSO-Werte erzielenohne die Kompensation von Vorverzerrungsschaltungen. Aufgrund der direkten Modulation gibt es jedoch eine zusätzliche Frequenzmodulation und nichtlineare Verzerrungsindikatoren (insbesondere der CSO-Wert) können nur schwer sehr hoch sein.
Der DFB-Sender verfügt über eine stabile Leistung, eine einfache Struktur und einen niedrigen Preis, sodass er weit verbreitet ist.
Die Leistung des optischen Direktmodulationssenders ist im Allgemeinen nicht zu groß und liegt innerhalb von 18 nm. Daher ist die Übertragungsentfernung begrenzt und er wird im Allgemeinen in lokalen Verteilungsnetzen und optischen Kabelübertragungsnetzen auf Gemeindeebene verwendet. Diese Art von optischen Sendern wird hauptsächlich in 1310nm-Glasfasernetzen verwendet, und die 1310-nm-Glasfaserdämpfung beträgt 0,35 dB/km, sodass die maximale Übertragungsentfernung 35 Kilometer nicht überschreitet.
Extern modulierter optischer Sender: hohe Ausgangsleistung, bis zu 2×20mW oder mehr (zwei Ausgänge), geringes Rauschen und keine CSO-Verzerrung durch die Kombination zusätzlicher Frequenzmodulation und Faserdispersionseigenschaften ähnlich wie bei LD. Daher wird es häufig bei der Fernübertragung großer kabelgebundener Systeme eingesetzt. Extern modulierte optische Sender verwenden im Allgemeinen YAG-Laser. Nachdem YAG-Laser extern moduliert wurden, ist die Linearität sehr schlecht und zum Ausgleich müssen Vorverzerrungsschaltungen verwendet werden. Aufgrund seiner geringeren Streuung eignet sich der optische YAG-Sender sehr gut für Glasfasern mit einer Wellenlänge von 1550 nm, die hauptsächlich in Glasfasernetzwerken mit 1550 nm verwendet werden. YAG-Licht wird im 1550-nm-Glasfasernetzwerk übertragen, das zur Verstärkung und Weiterleitung verwendet werden kann. Die 1550-nm-Glasfaser hat eine geringe Dämpfung (0,25 dB/km), sodass der optische YAG-Sender für die Übertragung über extrem große Entfernungen verwendet werden kann. Der extern modulierte optische Sender wird im 1310-nm-Glasfasernetz verwendet und die Übertragungsentfernung kann 50 Kilometer erreichen, was ebenfalls schneller ist als die Übertragungsentfernung des direkt modulierten optischen Senders. Allerdings sind extern modulierte optische Sender teuer, und Glasfasernetze für die Übertragung über kurze Entfernungen verwenden selten extern modulierte optische Sender
4. Die technischen Indikatoren des optischen Senders
Die technischen Indikatoren des optischen Senders sind die Grundlage für die Auswahl des optischen Senders, und die guten Leistungsparameter des optischen Senders wirken sich direkt auf die guten technischen Indikatoren des gesamten Kabelfernsehsystems aus.
5. Die Wahl des optischen Senders
Für Kabelfernsehtechniker ist es sehr wichtig, die Zusammensetzung, das Funktionsprinzip und die Leistungsparameter optischer Sender zu verstehen und zu beherrschen, denn nur durch die Beherrschung der grundlegenden Arbeitsprinzipien und technischen Leistungsindikatoren optischer Sender können optische Sender effektiv und sinnvoll eingesetzt werden. Gute tägliche Wartung.
Derzeit gibt es viele ausländische und inländische Hersteller optischer Sender. Es gibt mehr Arten von optischen Sendern und auch die Leistungsindikatoren und Einzelpreise sind sehr unterschiedlich. Eine angemessene Auswahl ist von großem Nutzen, um die Qualität des Glasfasernetzes sicherzustellen und die Kosten für den Netzwerkaufbau zu senken. Ein hohes Leistungs-Preis-Verhältnis, ein zuverlässiges Qualitätssicherungssystem und eine gute Kundendienstgarantie zeichnen die Wahl optischer Geräte aus
