7/29/2019 1rom

1/11

1. Sistemele de transmisiune a informaiei prin fibrele optice (STIFO) cu

detecie direct a semnalului optic la recepie i avantajele lor.

STIFO reprezint un ansamblu de mijloace tehnice care asigur organizarea

canalelor de telecomunicaii prin intermediul circuitului fizic n baza cablului

optic.

Schema de structur a STIFO depinde de destinaie, lungimea liniei de

transmisiune, tipul informaiei ce se transmite i o serie de ali factori. n STIFO

poate fi utilizat att modulaia analogic ct i cea digital. n sistemele cu

modulaie analogic comunicarea util nemijlocit moduleaz amplitudinea,

frecvena sau faza purttoarei optice a emitorului optic (EO). Performanele

STIFO pe deplin pot fi realizate n cazul utilizrii modulaiei digitale, dup cum

este modulaia impulsurilor n cod (PCM). Pentru STIFO digitale comunicarea

util reprezint o serie de impulsuri care moduleaz purttoarea optic a EO

conform intensitii, amplitudinii, frecvenei sau fazei. n prezent, de regul, se

utilizeaz modulaia purttoarei optice conform intensitii.

Fig.1. Schema de structur a STIFO cu PCM

SDH

1

N

.

.

.

CC

CC RL

MOE

MOR

COD

COD

CO PRN-1

SDH

1

N

.

.

.

CC

CC RL

MOE

MOR

COD

COD

CO PRN-N

PRN-2

Utilaj de joncionare

ST n punctul A

ST n punctul A TLO

7/29/2019 1rom

2/11

Schema de structur a STIFO este reprezentat n fig.1 i conine dou

complete de echipament terminal i traficul lineic optic.

n fig.1 sunt utilizate urmtoarele abrevieri:

CC convertorul de cod;

RL regeneratorul lineic;

MOE modulul optoelectronic de emisie;

MOR modulul optoelectronic de recepie;

COD conector optic demontabil;

CO cablul optic;

PRN punct de regenerare nedeservit;

ST staie terminal;

TLO traficul lineic optic.

Utilajul terminal conform schemei fig.1 se amplaseaz n punctele A i B i

const din echipamentul digital standard SDH sau PDH de formare a canalelor i

grupelor, i utilajul de joncionare cu traficul lineic optic. Utilajul de joncionare

conine: CC, MOE, MOR i RL.

Convertorul de cod n punctul A converteaz semnalul din codul HDB-3 n

semnal electric unipolar.

MOE converteaz impulsurile electrice unipolare n impulsuri optice care

mai apoi se transmit prin fibrele CO, iar la recepie n staia terminal B

impulsurile optice prin intermediul MOR se converteaz n impulsuri electrice care

n continuare sunt prelucrate n regeneratorul lineic (RL) i convertorul de cod

(CC) fiind convertate n codul HDB-3 pentru a fi transmise n echipamentul SDH(PDH). Analogic se nfptuiete transmisia n direcia de la B la A.

Traficul lineic optic este constituit din CO care conine minimum dou fibre

optice ce se conecteaz la echipament prin intermediul COD. Peste anumite

lungimi a traficului lineic se conecteaz punctele de regenerare deservite (PRD)

sau punctele de regenerare nedeservite (PRN), destinate pentru regenerarea

impulsurilor care se atenueaz n rezultatul pierderilor i se distorsioneaz datoritdispersiei ce se manifest n traficul lineic optic. Lungimea sectorului de

7/29/2019 1rom

3/11

regenerare depinde de valorile pierderilor i dispersiei n fibrele cablului optic,

viteza i calitatea necesar de transmisiune a informaiei i indicii electrici a MOE

i MOR.

Principiul de funcionare al PRN poate fi explicat reieind din schema de

structur, reprezentat n fig.2.

Fig.2. Schema de structur al PRN

n fig.2 sunt utilizate urmtoarele abrevieri:

AC Amplificator corector;

DL dispozitivul de limit;

DS dispozitivul de sincronizare.

Conform structurii prezentate n fig.2 principiul de funcionare al PRN este

bazat pe convertarea dubl a semnalelor din optic n electric i din electric noptic. i anume, impulsurile optice atenuate i distorsionate prin intermediul MOR

sunt convertate n impulsuri electrice care se amplific, li se restabilesc forma

iniial i relaiile n timp dup ce ele din nou se converteaz n impulsuri optice

prin intermediul MOE. Pentru asigurarea comunicaiilor duplexe din A i din B

ctre PRN sunt instalate dou fibre optice: una se instaleaz pentru transmisiunea

semnalului din direcia de la A la B i cealalt de la B la A.

MOR

AC DL

DS

MOE

MOR

AC

DS

DL

MOE

COD

CODCOD

COD

CO CO

7/29/2019 1rom

4/11

Dac n cablul optic se utilizeaz m perechi de FO pentru funcionarea a m

sisteme de transmisiune, atunci n punctul de regenerare se instaleaz M

regeneratoare. STIFO pot s funcioneze att n regim multimod, pentru aceasta se

utilizeaz CO multimod, ct i n regim monomod, pentru aceasta se utilizeaz CO

monomod. La fel sunt elaborate STIFO care funcioneaz n regim monomod i n

care este posibil combaterea dispersiei semnalului optic ce se propag prin fibra

monomod prin alegerea lungimii de und a purttoarei optice, parametrilor FO i a

diodei laser. n astfel de STIFO regeneratoarele n traficul liniar optic sunt

nlocuite cu amplificatoare optice (AO) care compenseaz pierderile i sunt

amplasate peste anumite sectoare de amplificare (fig.3).

Fig.3. Schema de structur a STIFO cu amplificatoare optice

(FTJ filtru trece-jos)

STIFO posed o serie de avantaje care pot fi divizate n dou grupe.

Primul grup de avantaje a STIFO se datoreaz naturii luminii i

particularitilor fibrei optice. Dintre ele pot fi menionate urmtoarele:

1. Atenuarea mic a CO ce asigur o lungime major a sectoarelor deregenerare i, ca urmare, se reduce numrul regeneratoarelor, adic, concomitent se

reduce costul STICO;

2. Posibilitatea de transmisiune a semnalelor ntr-o band larg de frecvene

ce ne permite s organizm un numr major de canale de telecomunicaii printr-o

singur fibr optic (pot fi organizate pn la 107 canale digitale de baz a cte 64

kbps);

...

...

ST npunct

A

ST npunct

B

COAO1 AO2 AOM

FTJ

CO

CO

COAO1AO2AOM

FTJ

7/29/2019 1rom

5/11

3.Nereceptivitatea fibrei optice (ghidului dielectric) i purttoarei optice la

bruiajul electromagnetic sau inducerile electromagnetice exterioare. Aceasta

contribuie la sporirea lungimii sectoarelor de regenerare i la dezvoltarea

comunicaiilor optice n interiorul cldirilor, vaselor maritime i aparatelor de zbor;

4. Diafonia redus ntre fibrele vecine ale CO;

5. Izolarea electric a emitorului de receptor i lipsa necesitii n priza de

sol comun pentru emitor i receptor;

6. Diametrul mic i durabilitatea mecanic nalt a fibrei i, ca urmare,

diametrul i masa reduse ale CO sporesc flexibilitatea i comoditatea de instalare a

cablului optic;

7. Utilizarea CO permite economia metalelor colorate (neferoase)deficitare

i poate n genere s nu conin elemente metalice, fiind un cablul pur dielectric;

8. STICO se utilizeaz tot mai pe larg n acordarea serviciilor de

telecomunicaii i costul lor treptat se reduce.

Al doilea grup de avantaje a STICO se datoreaz transmisiunii semnalelor

prin CO n form digital. Dintre aceste avantaje pot fi menionate urmtoarele:

1. Stabilitate sporit a semnalului informaional fa de zgomot ce se

datoreaz utilizrii modulaiei impulsurilor n cod PCM;

2. Grad nalt de tehnologie la producerea bazei de elemente din componena

echipamentului STICO;

3. Utilizarea minimal sau omiterea ca atare elemente din echipamentul

STICO, cum sunt bobinele de inductan i filtrele de tip LC;

4. Parametrii constani ai STICO i independena lor fa de oscilaiileatenurii n fibrele CO;

5. Identitatea caracteristicilor tuturor canalelor i independena

caracteristicilor de temperatur i de lungimea linie de transmisiune;

6. Independena caracteristicilor canalelor de numrul canalelor ce se

utilizeaz;

7. Lipsa fenomenului de acumulare a zgomotului;

7/29/2019 1rom

6/11

8. Comoditatea de transmisiune a informaiei digitale n STIFO cu oferirea

serviciilor integrate, n care metodele digitale se utilizeaz att la multiplexarea, ct

i la comutarea canalelor i liniilor de transmisiune;

9. Micorarea neconsiderabil a lungimii sectorului de regenerare ne permite

s asigurm regenerarea semnalului practic fr erori;

10. Organizarea simpl a punctelor de tranzit pentru introducerea sau

sustragerea grupelor de canale sau fluxurilor digitale primare n staiile

intermediare;

11. Cerine reduse ctre caracteristicile elementelor de amplificare, deoarece

de la ele nu se cere o liniaritate nalt;

12. Corecia comparativ simpl a distorsiunilor semnalelor ce se datoreaz

faptului c corectorul nu corecteaz forma semnalului, ns funcia lui este de a

depista cu certitudine nalt nivelul unitii logice 1 sau nivelul zeroului logic

0 asigurnd o valoare redus a probabilitii erorii de prelucrare a semnalului la

recepie;

De rnd cu avantajele enumerate ale STICO urmeaz s lum n considerare

i acel fapt, c dezvoltarea opticii integrate i tehnicii sensorilor cu fibr optic

deschide perspective de producere a echipamentului de telecomunicaii pur optic.

Amplificatoare optice (AO)

Amplificatoarele optice (AO) dispozitive ce asigur amplificarea interioar

a semnalului optic fr convertarea lui n semnal electric. n AO se utilizeaz

principiul de radiaie indus analogic ca la dioda laser. Exist 5 tipuri deamplificatoare optice:

1. AO Fabry-Perot se utilizeaz pentru amplificarea unui canal sau a unei

lungimi de und;

2. AO n baza fibrei n care se utilizeaz difuzia Brillouin i se utilizeaz

pentru amplificarea unui canal spectral;

3. AO n baza fibrei n care se utilizeaz difuzia Raman i se utilizeaz pentruamplificarea concomitent a ctorva canale spectrale;

7/29/2019 1rom

7/11

4. AO n baza diodelor laser semiconductoare se utilizeaz pentru amplificarea

concomitent a unui numr mare de canale spectrale ntr-o gam larg de

lungimi de und;

5. AO n baza fibrei cu impuriti pentru amplificarea unui numr mare de

canale spectrale ntr-o gam larg de lungimi de und.

AO Fabry-Perot sunt nzestrate cu un rezonator plan cu perei

semitranspareni poleii. Ele asigur un coeficient sporit de amplificare pn la 25

dB ntr-un diapazon spectral ngust 1,5 GHz, care se restuctureaz ntr-o gam de

800 GHz. Aceste amplificatoare nu sunt sensibile la polarizaia semnalului i se

caracterizeaz printr-o suprimare esenial a componentelor laterale ce se

atenueaz pn la 20 dB dup limitele intervalului de 5 GHz.

Datorit caracteristicilor sale AO Fabry-Perot poate fi utilizat n calitate de

demultiplexor deoarece ele pot fi restucturate pentru amplificarea unei anumite

lungimi de und, adic numai a unui canal din semnalul de intrare multiplexat

spectral. WDM (simpl); DWDM (dens); HDWDM (superdens).

Intervalul de frecven

WDM 200 GHz 16 canale

DWDM 100 GHz 64 canale

HDWDM 50 GHz 64 canale

n amplificatoarele Brillouin se utilizeaz difuzia stimulat, care reprezint

un efect neliniar ce se manifest n fibra de siliciu cnd energia undei optice cufrecvenaf1 trece n energia unei unde noi cu decalarea sau deplasarea frecvenei n

f2. Dac pompajul se efectueaz la frecvenaf1, difuzia stimulat posed capacitatea

de a amplifica semnalul de intrare atenuat la frecvena f2. Semnalul de ieire este

concentrat ntr-un diapazon ngust ce permite s selectm canalul cu eroarea 1,5

GHz.

Difuzia Raman stimulat la fel reprezint un efect neliniar ce poate fi utilizatpentru convertarea parial a energiei undei de pompaj de putere mare ntr-o und

7/29/2019 1rom

8/11

purttoare a semnalului informaional. ns n cazul difuziei raman decalajul de

frecven (f2 f1) este mai mare, iar diapazonul central de ieire e mai larg ceea ce

admite amplificarea concomitent a ctorva canale spectrale. ns datorit

zgomotului sporit ntre canalele ce se amplific este un dezavantaj la elaborarea i

producerea acestor AO.

AO n baza diodelor laser (ADLS) au ca element de baz mediul activ

analogic mediului ce se utilizeaz n laserele semiconductoare. n ADLS lipsesc

rezonatoarele poleite. Pentru a reduce reflexia frontal din ambele pri a mediului

activ se depun peliculele antireflectoare cu grosimea /4 (fig.4).

Fig.4.

ADLS nu se utilizeaz aa pe larg ca cele n baza fibrei cu impuriti,

deoarece pentru ele sunt caracteristice 2 dezavantaje:

1) stratul activ prin care se iradiaz lumin posed o form dreptunghiular,

adic de civa microni, iar limea n limitele unui micron, ce este cu mult

mai mic dect diametrul miezului optic al fibrei monomod, ce alctuiete 9

10 m. Prin urmare o mare parte a semnalului de intrare nu nimerete n

mediul activ al amplificatorului i astfel se reduce randamentul lui. Pentru a

spori randamentul ntre prile frontale ale amplificatorului i fibr se

amplaseaz nite lentile, care complic construcia;

MA

SAR n /4

MA

SAR n /4

ADLS

7/29/2019 1rom

9/11

2) ieirea amplificatorului depinde de direcia polarizaiei i poate s se

deosebeasc cu 4 8 dB pentru 2 polarizaii ortogonale. Acest fenomen

poart un caracter negativ, deoarece n fibra optic monomod standard

polarizarea undei ce se propag prin fibr nu se controleaz i puterea

fluxului de lumin poate s varieze pe parcursul liniei de transmisiuni. Prin

urmare, coeficientul de amplificare al amplificatorului depinde de un factor

ce nu se controleaz.

Amplificatoarele n baza fibrei cu impuriti se utilizeaz foarte pe larg i

reprezint un element cheie n elaborarea i montarea reelelor de comunicaii pur

optice, deoarece ele permit amplificarea semnalului ntr-un diapazon spectral larg.

n fig.5 este reprezentat schema AO n baza fibrei cu impuriti.

Fig.5. IO izolator optic; BF bloc de filtre; UP und de pompaj; DS

dispozitivul selectiv; LP laser de pompaj; FO fibra optic.

Semnalul de intrare atenuat trece prin IO, care permite trecerea lui n direcia

direct de la stnga la dreapta i nu permite trecerea n direcia invers. Apoi trece

prin blocul de filtre, care suprim fluxul de lumin cu lungimea de und egal cu

cea a undei de pompaj i sunt transparente pentru lungimea de und a semnalului

informaional. n continuare semnalul se propag prin bucl din FO dopat cu

impuriti a pmnturilor rare. Lungimea buclei alctuiete uniti de metri i este

supus unei radiaii intensive din partea opus de ctre laserul de pompaj. Lumina

lui excit atomii de impuriti, starea lor de excitare posed un timp relativ

ndelungat de relaxare i n cazul existenei unui semnal de valoare redus are loc

trecerea atomilor de impuriti din starea excitat n starea de baz cu radiaia

Semn.deintrare

IO BF

DS

FO cu impuriti

LP

Semn.deieire

IO

7/29/2019 1rom

10/11

luminii de lungimea de und egal cu a semnalului care a contribuit la trecerea

atomilor de impuriti din starea excitat n cea de baz. DS orienteaz semnalul

amplificat n fibra de ieire, iar izolatorul optic exclude ptrunderea semnalului ce

se reflect din segmentul de ieire n regiunea activ a amplificatorului. n calitate

de mediu activ se utilizeaz FO monomod, miezul optic al cruia se dopeaz cu

elemente pmnteti rare n scopul de a crea sistem atomic cu trei nivele,

reprezentat n fig.6.

Fig.6.

Laserul de pompaj excit electronii atomilor de impuriti n rezultatul

cruia electronii din starea de baz (nivelul A) se transfer n starea excitat

(nivelul B) i apoi are loc relaxarea electronilor, transferndu-se de la nivelul B la

nivelul C i cnd concentraia lor pe nivelul C devine sporit se formeaz populaie

inversia nivelului A cu nivelul C. Astfel de sistem posed capacitatea de a

amplifica semnalul optic de intrare ntr-o anumit gam a lungimilor de und.

Particularitile de funcionare a amplificatorului depind de tipul impuritilor i dediapazonul lungimilor de und n limitele crora este necesar de a amplifica

semnalul. Cel mai pe larg sunt rspndite amplificatoarele n care se utilizeaz

fibra din siliciu dopat cu erbiu. Astfel de amplificatoare sunt numite EDFA

(Erbium Doped Fiber Amplifier), adic AO n baza fibrei dopate cu erbium. n

EDFA diapazonul lungimilor de und de amplificare alctuiete de la 1530 nm

pn la 1560 nm, ce corespunde tranziiei hvCA cnd lungimea de und a laseruluide pompaj alctuiete 980 nm.

E

nergia

hvCA

Nivelul B

Nivelul C

Nivelul A

7/29/2019 1rom

11/11

Amplificarea semnalului optic n fereastra de transparen a lungimii de

und egale cu 1300 nm poate fi realizat cu utilizarea impuritilor de praziodim.

Coeficientul de amplificare depinde de valoarea amplitudinii de intrare i valoarea

lungimii de und. Pentru valori reduse a semnalului de intrare amplitudinea

semnalului de ieire sporete liniar cu mrirea valorii semnalului de intrare i

coeficientul de amplificare atinge valoarea maxim. De exemplu, dac semnalul de

intrare posed puterea 1W (nivelul de -30 dBm), atunci semnalul de ieire poate

s obin valoarea puterii de 1 W (nivelul 0 dBm) ce corespunde amplificrii cu

30 dB.

n caz cnd semnalul de intrare posed valori sporite, cel de ieire atinge o

valoare de saturaie ce duce la reducerea coeficientului de amplificare. De

exemplu, dac puterea semnalului de intrare este de 1W, puterea semnalului de

ieire n regim de saturaie este de aproape 20 mW, ce corespunde coeficientului de

amplificare egal cu 13 dB.