Современные системы кабельного телевидения являются двунаправленными, т.е. обеспечивают передачу радиосигналов к абонентам по прямому радиоканалу и от абонентов по обратному радиоканалу с помощью кабельных модемов. Кабельные модемы можно условно подразделить на два типа – провайдерский и абонентский. Провайдерский кабельный модем представляет собой устройство, обеспечивающее:
— организацию цифрового информационного сигнала в виде единого ТП и модуляцию сигнала несущей частоты прямого канала цифровым информационным сигналом для передачи информации по прямому каналу от источника информации провайдера к абоненту;
— демодуляцию сигнала несущей частоты обратного канала с целью выделения цифрового информационного сигнала, созданного абонентом и поступившего к провайдеру из обратного канала от абонента.
Абонентский кабельный модем представляет собой устройство, обеспечивающее:
— организацию цифрового информационного сигнала в виде программного потока ПП и модуляцию сигнала несущей частоты обратного канала цифровым информационным сигналом, созданным абонентом для передачи информации по обратному каналу от абонента к провайдеру;
ВОЛС для передачи видеосигнала
— Демодуляцию сигнала несущей частоты прямого канала с целью выделения цифрового информационного сигнала, созданного провайдером и поступившего к абоненту из прямого канала от провайдера.
Средой распространения сигналов в кабельных распределительных сетях является коаксиальный или оптический кабель, а так же “ витая пара”. Сигналы прямого и обратных каналов передаются по одному и тому же кабелю на основе частотного метода разделения каналов.
Примеры структурных схем построения кабельных распределительных сетей систем кабельного телевидения показаны на рисунках 1.3.1 -1.3.4.
От источников сигналов
Радиосигналы телевидения и радиовещания, видеосигналы
Радиосигналы кабельных модемов
Нагрузка ДС Нагрузка ДС
Рисунок 1.3.1 – Структурная схема местной кабельной распределительной сети СКТ-1
От источников сигналов Радиосигналы телевидения и радиовещания, видеосигналы
Радиосигналы кабельных модемов
Рисунок 1.3.2 – Структурная схема районной кабельной распределительной сети СКТ2
Оптические сигналы (от центральной ГС по транспортной сети ВОЛС)
От источников сигналов
Радиосигналы телевидения и
радиовещания, местных студий
Радиосигналы кабельных модемов
Рисунок 1.3.3 – Структурная схема городской кабельной распределительной сети СКТ3
От источников сигналов
Рисунок 1.3 4 Структурная схема региональной кабельной распределительной сети СКТ–4
В соответствии со структурной схемой для класса СКТ – 1 местной КРС, изображённой на рисунке 1.3.1, радиосигнал телевидения поступает на местную головную станцию ГС СКТ – 1, которая в соответствии с частотным планом осуществляет преобразование fвх → fвых, и модуляцию несущей частоты выходного радиосигнала видеосигналом местной студии. Радиосигнал телевидения с выхода ГС СКТ – 1 подаётся на устройство ввода – вывода радиосигналов.
Вебинар «Волоконно-оптические линии связи» 03.06.2020
На это же устройство поступает радиосигнал прямого канала провайдерского кабельного модема, частота несущей которого лежит в пределах выделенного для этого диапазона частот (5 – 30) МГц. Радиосигналы суммируются и поступают в домовую сеть, на входе которой установлен распределитель, разделяющий суммарный радиосигнал на два или несколько направлений к двум или нескольким домам.
В каждом доме размещается двунаправленный домовой усилитель, состоящий из усилителя прямого канала и усилителя обратного канала. Так как спектры сигналов прямого и обратного каналов не пересекаются, то разделение сигналов осуществляется с помощью фильтров.
Сигнал с выхода домового усилителя поступает на двунаправленный распределитель сигналов по лестницам дома и далее на абонентские ответвители, устанавливаемые на каждой лестничной площадке. Сигнал с абонентского ответвителя по кабелю вводится в квартиру на абонентскую розетку. Усилители, распределители и ответвители являются двунаправленными и обеспечивают передачу и разделение сигналов прямого и обратного каналов. Усилители и домовые распределители обычно располагаются в специально выделенных помещениях дома. В свою очередь абонентские ответвители находятся на каждой лестничной площадке.
На рисунке 1.3.2 представлена структурная схема районной кабельной распределительной сети СКТ – 2. В её состав входит магистральная сеть, наличие которой обеспечивает связь местной головной станции ГС СКТ – 2 и провайдерских модемов с удалённой домовой сетью. Магистральная сеть может быть выполнена в двух вариантах: в виде коаксиальной сети на базе коаксиального кабеля и в виде гибридной сети на базе коаксиального и волоконно-оптического кабелей. Кабельная распределительная сеть в первом варианте является однонаправленной и обеспечивает передачу только телевизионных радиосигналов от местной головной станции ГС СКТ – 2 к абонентам через коаксиальный кабель и домовую сеть.
Затухание волоконно-оптического кабеля значительно меньше, чем затухание коаксиального кабеля. Поэтому при значительном расстоянии от головной станции до абонентов используется гибридная магистральная сеть. В этом случае она является двунаправленной и обеспечивает получение абонентами телевизионного радиосигнала и двунаправленный обмен информацией
между абонентами и провайдером. Радиосигналы телевизионных каналов и радиосигналы прямого канала провайдерских кабельных модемов поступают на устройства сложения радиосигналов и далее на оптический передатчик. Сигнал с его выхода передаётся по ВОЛС на оптический приёмник оптического узла гибридной магистральной сети.
Таким образом, ВОЛС обеспечивает перекрытие значительной части расстояния от местной головной станции СКТ — 2 до домовой сети. Оставшаяся часть расстояния перекрывается с помощью коаксиального кабеля и магистральных двунаправленных усилителей. Радиосигналы обратного канала от абонентского модема через домовую и магистральную коаксиальные сети поступают на оптический передатчик обратного канала оптического узла и далее по ВОЛС подаются на оптический приёмник обратного канала. Полученные на его выходе радиосигналы поступают на приёмник обратного канала провайдерского кабельного модема.
На рисунке 1.3.3 представлена структурная схема городской кабельной распределительной сети СКТ – 3. В её состав входит магистральная сеть, наличие которой обеспечивает связь узловой головной станции ГС СКТ –3 и провайдерских модемов с удалённой домовой сетью. Учитывая наличие значительного расстояния от узловой головной станции ГС СКТ – 3 до домовой сети, используется гибридная магистральная сеть на основе ВОЛС и коаксиального кабеля. В этом случае она является двунаправленной и обеспечивает получение абонентами телевизионного радиосигнала и двунаправленный обмен информацией между абонентами и провайдером.
Радиосигналы телевизионных каналов и радиосигналы прямого канала провайдерских кабельных модемов поступают на устройства сложения радиосигналов и далее на оптический передатчик. Сигнал с его выхода передаётся по ВОЛС на оптический приёмник оптического узла гибридной магистральной сети. Таким образом, ВОЛС обеспечивает перекрытие значительной части расстояния от местной головной станции СКТ — 2 до домовой сети. Оставшаяся часть расстояния перекрывается с помощью коаксиального кабеля и магистральных двунаправленных усилителей. Связь абонентских кабельных модемов с провайтерскими кабельными модемами осуществляется по структурной схеме, аналогичной схеме распределительной сети СКТ – 2. На оптический приёмник узловой головной станции СК – 3 по транспортной сети ВОЛС поступают оптические сигналы от центральной головной станции ГС.
Здесь предполагается, что на центральной головной станции формируются радиосигналы тех телевизионных каналов, которые отсутствуют на выходах головных станций ГС – 1, ГС – 2. Радиосигналы с выхода оптического приёмника передаются на устройства сложения радиосигналов и далее на оптический передатчик ВОЛС магистральной сети. На это же устройство сложения от местных головных станций ГС – 1, ГС — 2 поступают радиосигналы телевидения и местных станций, Поэтому на узловой станции из–за их ненужности отсутствуют устройства модуляции и преобразования частот несущих в соответствии с частотным планом.
На рисунке 1.3.4 представлена структурная схема региональной кабельной распределительной сети СКТ – 4, которая состоит из центральной головной станции, волоконно-оптической транспортной сети, узловых головных станций, гибридной магистральной сети и домовой сети. На центральную головную станцию поступают радиосигналы наземного и космического телевидения, которые с выхода центральной ГС передаются на оптический узел и далее по прямому каналу в двунаправленную гибридную магистральную сеть и затем в домовую сеть. На оптическом узле должны находиться провайдерские кабельные модемы для передачи информации по прямому каналу в магистральную сеть и приёма информации от абонентских кабельных модемов по обратному каналу. Кроме того, выходные радиосигналы центральной ГС подаются на узловые головные станции системы СКТ-3, объединенные кольцевой транспортной сетью ВОЛС.
Источник: infopedia.su
Основы теории передачи по ВОЛС.
СВЕТОВОД (волновод оптический) — закрытое устройство для направленной передачи света. В открытом пространстве передача света возможна только в пределах прямой видимости и ограничивается нач. расходимостью излучения, поглощением и рассеянием в атмосфере. Переход к С. позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на большие расстояния, а также передавать световую энергию по криволинейным трассам.
Разработаны разнообразные типы С., среди них — линзовые (зеркальные) С., представляющие собой систему заключённых в трубу и расположенных на определённых расстояниях линз (зеркал), полые металлич. трубы и др., однако они не нашли широкого применения.
Наиб. перспективный и широко применяемый в настоящее время (1990-е гг.) тип С.- гибкий диэлектрич. волоконный С. с низкими оптич. потерями (см. Волоконная оптика),позволяющий передавать свет на большие расстояния. В простейшем варианте он представляет собой тонкую нить из оптически прозрачного материала, сердцевина к-рой радиуса a 1 имеет показатель преломления n1, а оболочка с радиусом а2 имеет показатель преломления п21 (рис. 1). В приближении геом. оптики лучи, входящие в сердцевину под достаточно малыми углами к оси С., испытывают полное внутреннее отражение на поверхности раздела сердцевины и оболочки и распространяются только по сердцевине.
В зависимости от назначения С. диаметр сердцевины 2a 1 составляет от неск. мкм до неск. сотен мкм, а 2а2 — от неск. десятков до примерно тысячи мкм.
Величины 2a 1 и п1- п2 определяют число типов волн (мод), к-рые могут распространяться по С. при заданной длине волны света . Выбирая 2а1 и n1 — n2 достаточно малыми, можно добиться, чтобы С. работал в одномодовом режиме.
Волоконные С. находят широкое применение в системах оптической связи, в датчиках разл. физ. полей, в вычислит. технике, для канализации мощного лазерного излучения для медицинских и технол. целей и т.д.
Характеристики волоконных световодов. Важнейшими характеристиками С., предназначенных для подобных применений, являются оптич. потери, дисперсия (Дисперсия волн — в физике зависимость фазовой скорости волны от её частоты) групповой скорости, оптич. нелинейность и механич. прочность. В 70-х гг.
20 в. созданы волоконные С. на основе кварцевого стекла с затуханием сигнала ~1 дБ/км в ближней ИК-области спектра. Типичный спектр оптических потерь 
в таких С. представлен на рис. 2, а. Минимально возможные потери составляют 
0,16 дБ/км на волне 1,55 мкм. Материалом для таких С. служит кварцевое стекло; различия показателей преломления сердцевины и оболочки достигают легированием стекла (напр., фтором, германием, фосфором).
Др. важной характеристикой одномодовых волоконных С., широко применяемых в системах оптич. связи, является дисперсия групповой скорости. На рис. 2, б представлен спектр дисперсии С. на основе кварцевого стекла. Видно, что кривая дисперсии проходит через 0 вблизи 
мкм. Это означает, что именно в этой спектральной области информац. полоса пропускания одномодовых волоконных С. на основе кварцевого стекла максимальна и составляет 
Сердечник. Волноводные моды. Элементы волновой теории световодов;
Волнова́я тео́рия све́та — теория, объясняющая природу света. Основное положение теории заключается в том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна, от длины которой зависит цвет видимого нами света.
Теория подтверждается многими опытами (в частности, опытом Т. Юнга), и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.
Теория берёт своё начало от Гюйгенса. Она рассматривает свет как совокупность поперечных монохроматических электромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты — как результат интерференции этих волн. При этом считается, что в отсутствие перехода энергии излучения в другие виды энергии эти волны не влияют друг на друга в том смысле, что, вызвав в некоторой области пространства интерференционные явления, волна продолжает распространяться дальше без изменения своих характеристик. Волновая теория электромагнитного излучения нашла своё теоретическое описание в работах Максвелла в форме уравнений Максвелла. Использование представления о свете как волне позволяет объяснить явления, связанные с интерференцией и дифракцией, в том числе структуру светового поля (построение изображений и голографию).
Основы теории передачи по ВОЛС.
Свет представляет собой один из видов электромагнитной энергии, также как радиоволны, теле-, радио- и радиолокационные сигналы. Электромагнитные волны (рис. 3.1) представляют собой переменные магнитные и электрические поля, перпендикулярные друг другу и направлению распространения (рис. 3.1).  Рис. 3.1 Электромагнитная волна Главное отличие различных электромагнитных волн заключается в их частоте или длине волны. Частота определяется числом синусоидальных колебаний за секунду и выражается в герцах (Гц). Длина волны — это расстояние между идентичными точками двух последовательных волн (или расстояние, которое проходит волна за один цикл колебаний). Длина волны и частота взаимосвязаны. Длина волны (λ) равна скорости волны (ν), деленной на ее частоту (f): λ=ν/f Волны оптического диапазона можно разделить на три больших группы: инфракрасные, видимый свет с длинами волн от приблизительно 400 до 700 нм, и ультрафиолетовые. Длина волны, используемая в волоконной оптике, соответствует характеристикам передачи конкретного волокна. Большинство оптических волокон используют кварцевое стекло, которое наиболее прозрачно в ближней инфракрасной зоне, от 700 до 1600 нм. Пластиковые волокна лучше всего работают в видимой зоне. Оценим ширину полосы оптического диапазона от λ1 = 750 нм до λ2 = 860 нм (приблизительно первое окно прозрачности). Зная скорость света с = 3*10 8 м/с, получим соответственно f1 = 4*10 14 Гц = 400 ТГц и f2 = 350 ТГц. Следовательно, частотный интервал ΔF=50 ТГц. Для сравнения: весь диапазон частот — от звукового диапазона до верхней частоты СВЧ диапазона составляет только 30 ГГц, то есть в 1600 раз меньше оптического. Число ТВ каналов, которое умещается в этом частотном интервале, составит m = 5*10 6 . Это говорит о колоссальной емкости оптического волокна. Электромагнитная природа оптического (светового) излучения означает, что строгое исследование процесса распространения световых волн в ОВ может быть выполнено лишь на основе уравнений электродинамики (уравнений Максвелла). Это сложная задача даже при рассмотрении простейших ОВ. Поэтому процесс распространения световых волн рассмотрим методами геометрической оптики, которые отличаются простотой и наглядностью. Известно, что в геометрической оптике световые волны изображают лучами, направленными по нормали к волновой поверхности. В оптически однородных средах лучи прямолинейны. При падении световой волны на плоскую границу раздела двух оптически прозрачных диэлектриков в общем случае появляются отраженная и преломленная (прошедшая) волны. В соответствии с законами Снеллиуса угол падения φ связан с углами отражения φотр, преломления φпр (рис. 3.2, а) следующими соотношениями: φ= φотр, n1sinφ = n2sinφnp, (3.1) где n1 и n2 — показатели преломления смежных сред. 
Рис. 3.2 Пояснение волновых процессов на границе двух сред при n1 > n2 |
| Если n1 > n2, т.е. световая волна падает из оптически более плотной среды на границу раздела с оптически менее плотной средой, то, согласно (3.1), всегда существует критический (предельный) угол падения φ = φкр, при котором φпр= π/2, т.е. преломленная волна распространяется вдоль границы раздела сред: sinφкр= n2/n1, φкр= arcsin(n2/n1). Предельный режим показан на рисунке 3.2, б. При всех углах падения φ > φкр преломленная волна отсутствует, и свет полностью отражается от поверхности оптически менее плотной среды (рис. 3.2, в). Это явление называется полным внутренним отражением. Таким образом, как фактически распространяется свет по ОВ, лучше всего объяснить, используя закономерности геометрической оптики и закон Снеллиуса. Упрощенно можно сказать, что когда свет переходит из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления, преломленный луч отклоняется от нормального. Чем больше становится угол падения на границу раздела, тем больше отклоняется преломленный луч от нормального луча, до тех пор, пока преломленный луч не достигает угла в 90°, по отношению к нормальному, и начинает скользить по поверхности раздела. |
Аналогтық байланыс жүйесі, Е1, E2, E3, E4, E5 технологиялары, асинхронды байланыс
Источник: megalektsii.ru
Передача сигнала. Цифровые оптоволоконные системы
За последнюю четверть века оптоволоконная связь стала широко распространенным методом передачи видео- и аудиосигнала, других аналоговых сигналов и цифровых данных. У оптоволоконной связи много хорошо известных преимуществ над витой парой и коаксиальными кабелями, например, невосприимчивость к электрическим помехам и непревзойденно широкая полоса пропускания. По этим и многим другим причинам волоконно-оптические системы передачи информации все глубже проникают в самые разные области информационных технологий.
Цифровые системы обеспечивают очень высокую производительность, гибкость и надежность, и стоят при этом не больше, чем аналоговые решения, на смену которым они приходят
Однако, несмотря на эти преимущества, в оптоволоконных системах до недавнего времени использовались те же самые аналоговые технологии передачи сигнала, что и в их медных предшественниках. Сейчас, когда появилось новое поколение аппаратуры, основанное исключительно на цифровых методах обработки сигналов, оптоволоконная связь вновь выводит телекоммуникации на совершенно новый уровень. Цифровые системы обеспечивают очень высокую производительность, гибкость и надежность, и стоят при этом не больше, чем аналоговые решения, на смену которым они приходят.
В этом пособии рассматривается техника цифровой передачи сигнала по оптоволоконным кабелям и ее экономические и технологические преимущества.
АНАЛОГОВАЯ ПЕРЕДАЧА ПО ОПТОВОЛОКНУ
Чтобы в должной мере оценить преимущества цифровых технологий, давайте вначале рассмотрим традиционные методы передачи аналоговых сигналов по оптоволокну. Для передачи аналоговых сигналов используют амплитудную (АМ) и частотную (ЧМ) модуляцию. В обоих случаях на вход оптического передатчика поступает низкочастотный аналоговый аудио- и видеосигнал или данные, которые преобразуются в оптический сигнал. Делается это по-разному.
В системах с амплитудной модуляцией оптический сигнал – это световой поток с интенсивностью, меняющейся в соответствии с изменениями входного электрического сигнала. В качестве источника света используются либо светодиоды, либо лазеры. К сожалению, и те и другие нелинейны, то есть в полном диапазоне яркостей от отсутствия излучения до максимального значения не соблюдается пропорциональность между входным сигналом и интенсивностью света. Тем не менее, именно такой способ управления используется в системах с амплитудной модуляцией. В результате возникают различные искажения передаваемого сигнала:
- снижение отношения сигнал/шум по мере роста длины кабеля;
- нелинейное дифференциальное усиление и фазовые ошибки при передаче видеосигнала;
- ограничение динамического диапазона аудиосигнала.
Для улучшения качества работы оптоволоконных систем передачи сигнала было предложено использовать частотную модуляцию, при которой источник света всегда либо выключен полностью, либо включен на полную мощность, а частота следования импульсов изменяется в соответствии с амплитудой входного сигнала. Для тех, кто знаком с частотной модуляцией сигналов в радиотехнике, применение здесь этого термина может показаться необоснованным, поскольку в контексте оптоволоконных систем это воспринимается как метод управления частотой самого светового излучения. Это не так, и в самом деле более правильно было бы использовать термин «фазоимпульсная модуляция» (ФИМ), но в области оптоволоконной техники устоялась именно такая терминология. Следует всегда помнить, что слово «частотная» в названии метода модуляции означает частоту следования импульсов, а не частоту несущих их световых волн.
При амплитудной модуляции уровень входного сигнала представляется интенсивностью светового луча 
При частотной модуляции уровень входного сигнала представляется частотой следования световых импульсов
Рис. 1. Сравнение амплитудной и частотной модуляции
Хотя частотная модуляция устраняет многие проблемы управления яркостью излучателя, свойственные системам с АМ, у нее есть и свои трудности. Одна из них – известные в ЧМ-системах перекрестные помехи. Они наблюдаются, в частности, при передаче нескольких сигналов с частотной модуляцией по одному оптоволокну, например, при использовании мультиплексора.
Перекрестные помехи возникают в передатчике или приемнике как результат нестабильности настройки важных схем фильтрации сигнала, предназначенных для разделения несущих частот. Если фильтры настроены некачественно, то частотно-модулированные несущие взаимодействуют друг с другом и искажаются. Инженеры, специализирующиеся на оптоволоконных системах, могут создать ЧМ-системы, в которых вероятность возникновения перекрестных помех сведена к минимуму, но любое усовершенствование конструкции влечет за собой возрастание стоимости приборов.
Еще один тип искажений называется интермодуляцией. Как и перекрестные помехи, интермодуляция возникает в системах, предназначенных для передачи сразу нескольких сигналов по одному оптоволокну. Интермодуляционные искажения возникают в передатчике чаще всего как результат нелинейности в цепях, общих для различных ЧМ-несущих. Как следствие, до объединения нескольких несущих в один оптический сигнал они действуют друг на друга, снижая точность передачи исходного сигнала.
ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ
Как и в аналоговых системах, на передатчики цифровых систем поступает низкочастотный аналоговый аудио- и видеосигнал или цифровые данные, которые преобразуются в оптический сигнал. Приемник получает оптический сигнал и выдает электрический сигнал исходного формата. Различие состоит в том, как сигналы обрабатываются и передаются от передатчика к приемнику.
Рис. 2. Цифровая система передачи аналогового сигнала
В чисто цифровых системах входной низкочастотный сигнал сразу поступает на аналого-цифровой преобразователь, который входит в состав передатчика. Там сигнал преобразуется в последовательность логических уровней – нулей и единиц, называемую цифровым потоком. Если передатчик многоканальный, то есть рассчитан на работу с несколькими сигналами, то несколько цифровых потоков объединяются в один, и он управляет включением и выключением одного излучателя, которое происходит с очень высокой частотой.
На приемном конце происходит обратное преобразование сигнала. Из комбинированного цифрового потока выделяются индивидуальные потоки, соответствующие отдельным передаваемым сигналам. Они поступают на цифро-аналоговые преобразователи, после чего выдаются на выходы в исходном формате (рис. 2).
Чисто цифровая передача сигнала имеет массу преимуществ над традиционными АМ- и ЧМ-системами – от универсальности и более качественного сигнала до меньшей стоимости монтажа. Давайте рассмотрим некоторые из преимуществ более подробно и попутно обсудим выгодные как для установщика систем, так и для их пользователя экономические показатели.
ТОЧНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА
В аналоговых системах с амплитудной модуляцией сигнал теряет качество пропорционально пути, пройденному по оптоволокну. Этот факт в сочетании с тем, что АМ-системы работают только с многомодовыми световодами, ограничивает применение таких систем сравнительно небольшими расстояниями передачи. ЧМ-системы работают несколько лучше: в них качество сигнала хотя и снижается, но в не очень длинных линиях остается примерно постоянным, резко снижаясь лишь при достижении некоторой предельной длины. Только в полностью цифровых системах гарантируется сохранение качества сигнала при передаче по оптоволоконной линии связи независимо от расстояния между передатчиком и приемником и количества передаваемых каналов (конечно, в пределах возможностей системы).
В аналоговых системах с амплитудной модуляцией сигнал теряет качество пропорционально пути, пройденному по оптоволокну. Этот факт в сочетании с тем, что АМ-системы работают только с многомодовыми световодами, ограничивает применение таких систем сравнительно небольшими расстояниями передачи
Точность воспроизведения передаваемого сигнала представляет значительную проблему при разработке систем для организации нескольких каналов передачи по одному оптоволокну (мультиплексоров). Например, в аналоговой системе, рассчитанной на передачу четырех каналов видео- или аудиосигнала, для того, чтобы уложиться в полосу пропускания системы, приходится ограничивать полосу, отводимую отдельным каналам. В цифровых системах не приходится идти на такой компромисс: по одному световоду можно передавать один, четыре и даже десять сигналов без снижения качества.
БОЛЕЕ ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ
Рис. 3
Передача аналоговых сигналов в цифровой форме обеспечивает более высокое качество, чем чисто аналоговая. Искажение сигнала при таком способе передачи может происходить только при аналого-цифровом и обратном цифро-аналоговом преобразовании. Хотя никакое преобразование не идеально, современные технологии настолько совершенны, что даже недорогие АЦП и ЦАП обеспечивают гораздо более высокое качество видео- и аудиосигнала, чем можно достичь в аналоговых АМ- и ЧМ-системах. Это легко видно из сравнения отношений сигнал-шум и нелинейных искажений (дифференциальной фазы и дифференциального усиления) цифровых и аналоговых систем, предназначенных для передачи сигналов одного формата по оптоволокну одинакового типа на одной и той же длине волны.
Цифровые технологии предоставляют инженерам невиданную ранее гибкость при создании оптоволоконных систем. Теперь для различных рынков, задач и бюджетов легко подобрать нужный уровень производительности.
Например, меняя разрядность аналого-цифрового преобразователя, можно влиять на необходимую для передачи сигнала полосу пропускания системы, и, как следствие, общую производительность и стоимость. При этом другие свойства цифровой системы – отсутствие искажений и независимость качества работы от длины линии – сохраняются вплоть до максимального расстояния передачи. При разработке аналоговых систем инженеры всегда находятся в клещах между стоимостью системы и ее техническими характеристиками, пытаясь сбалансировать их без ущерба для критически важных параметров передаваемых сигналов. В цифровых системах масштабирование систем и управление их производительностью и стоимостью – гораздо менее сложная задача.
НЕОГРАНИЧЕННОЕ РАССТОЯНИЕ ПЕРЕДАЧИ
Другое преимущество цифровых систем над аналоговыми предшественниками – их способность восстанавливать сигнал, не внося в него дополнительных искажений. Такое восстановление выполняется в специальном приборе, называемом репитером или линейным усилителем.
Преимущество, предоставляемое цифровыми системами, очевидно. В них сигнал может быть передан на расстояния, значительно превосходящие возможности АМ- и ЧМ- систем, при этом разработчик может быть уверен, что принятый сигнал точно совпадает с переданным и соответствует требованиям технического задания.
По мере прохождения света по оптоволокну его интенсивность постепенно снижается и, в конце концов, становится недостаточной для детектирования. Если же немного не доходя до того места, где свет становится слишком слабым, установить линейный усилитель, то он усилит сигнал до его исходной мощности, и его можно будет передавать дальше на такое же расстояние. Важно отметить, что в линейном усилителе восстанавливается цифровой поток, что не оказывает никакого влияния на качество закодированного в нем аналогового видео- или аудиосигнала независимо от того, сколько раз выполнялось восстановление в линейных усилителях на пути следования сигнала по длинной оптоволоконной линии.
Преимущество, предоставляемое цифровыми системами, очевидно. В них сигнал может быть передан на расстояния, значительно превосходящие возможности АМ- и ЧМ-систем, при этом разработчик может быть уверен, что принятый сигнал точно совпадает с переданным и соответствует требованиям технического задания.
МЕНЬШАЯ СТОИМОСТЬ
Оценивая те многочисленные преимущества, которыми обладают цифровые оптоволоконные системы, можно предположить, что они должны стоить гораздо дороже традиционных аналоговых систем. Однако это не так, и пользователи цифровых систем, напротив, экономят свои деньги.
На конкурентном рынке всегда найдется производитель, предлагающий цифровое качество по цене аналоговой системы
Стоимость цифровых компонентов существенно снизилась за последние годы, и изготовители оборудования смогли разработать и предложить к продаже изделия, которые стоят так же или даже дешевле, как и аналоговые приборы предыдущего поколения. Конечно, некоторые фирмы хотят убедить общественность в том, что превосходное качество цифровых систем можно получить только за дополнительную плату, но на деле они просто решили не делить сэкономленное со своими клиентами. Но на конкурентном рынке всегда найдется производитель, предлагающий цифровое качество по цене аналоговой системы.
Цифровые системы позволяют по одному кабелю передавать больший объем информации, тем самым снижая потребность в нем
На стоимость установки и эксплуатации оптоволоконной системы влияют и другие факторы. Наиболее очевидный из них — затраты на кабель. Цифровые системы позволяют по одному кабелю передавать больший объем информации, тем самым снижая потребность в нем.
Преимущество особенно хорошо заметно там, где надо одновременно передавать сигналы различных типов, например, видео и звук или звук и данные. Без особых проблем инженеры смогут сконструировать цифровую систему с приемлемой стоимостью, в которой по одному оптоволокну будут передаваться сигналы различных типов, например, два канала видео и четыре канала звука. При использовании аналоговых технологий, скорее всего, пришлось бы делать две отдельные системы, или, как минимум, использовать два раздельных кабеля для передачи аудио- и видеосигналов.
Из-за меньшего количества компонентов, которые могут со временем выйти из строя, цифровые системы гораздо более стабильны и надежны
Даже в случаях, когда по одному оптоволокну надо передавать несколько однотипных сигналов, цифровые системы предпочтительнее, поскольку работают более надежно и обеспечивают более высокое качество сигнала. Например, в цифровом видеомультиплексоре можно передать десять каналов с одинаково высоким качеством, а в аналоговой системе такое вообще невозможно.
Следует учитывать и неизбежные за годы эксплуатации оптоволоконных систем расходы на техническое обслуживание и ремонт. И здесь преимущество за цифровыми системами. Во-первых, для них не требуется первоначальная настройка после монтажа – передатчик и приемник просто соединяются оптоволоконным кабелем, и система готова к работе. Аналоговым системам, как правило, требуется подстройка под параметры конкретной линии передачи, учитывающая ее длину и интенсивность сигнала. Дополнительное время на регулировку влечет за собой дополнительные затраты.
Передатчики и приемники для цифровых систем стоят дешевле, расход кабеля меньше, эксплуатационные расходы ниже
Из-за меньшего количества компонентов, которые могут со временем выйти из строя, цифровые системы гораздо более стабильны и надежны. Для них не потребуется повторная на- стройка, а поиск неисправности займет гораздо меньше времени, поскольку в них нет перекрестных искажений, дрейфа параметров и других недостатков, свойственных традиционным аналоговым системам.
Подведем итог. Передатчики и приемники для цифровых систем стоят дешевле, расход кабеля меньше, эксплуатационные расходы ниже. Цифровые оптоволоконные системы обеспечивают очевидное экономическое преимущество на всех уровнях.
ВЫВОДЫ
Как оптоволоконная технология имеет много преимуществ по сравнению с традиционными медными проводами и коаксиальными кабелями, так и цифровая передача информации продвигает оптоволоконную технологию на несколько ступеней вверх, давая пользователям целый набор новых полезных качеств. Цифровые системы обладают уникальными характеристиками: точностью передачи сигнала на всей длине линии связи, минимальными вносимыми искажениями (в том числе отсутствием перекрестных искажений и интермодуляции), возможностью многократного восстановления цифрового потока при его передаче по длинной линии без ущерба для качества закодированного в нем аналогового сигнала. Это гарантирует уровень верности воспроизведения аналогового сигнала, недостижимый для аналоговых систем.
Цены на компоненты цифровых и аналоговых оптоволоконных систем сопоставимы, а с учетом затрат на монтаж, эксплуатацию и техническое обслуживание цифровые системы дают очевидную экономическую выгоду.
Разрабатывая новую оптоволоконную систему, не тратьте время на анализ преимуществ и недостатков цифровых и аналоговых систем, поскольку выбор совершенно очевиден: цифровые системы лучше с любой точки зрения. Гораздо полезнее будет ограничиться только ими и подобрать те изделия, которые наилучшим образом соответствуют вашим потребностям. Даже среди цифровых систем существует огромное разнообразие решений. Вот некоторые вопросы, которые помогут вам при их оценке:
- насколько проста установка системы?
- если передатчик и приемник настраиваются пользователем, то насколько просто это сделать и какие существуют проблемы?
- пригодны ли приборы для использования как с одномодовыми, так и многомодовыми световодами?
- обладает ли изготовитель достаточным опытом и репутацией на рынке предлагаемых им изделий?
- как соотносится цена изделия с ценой традиционных аналоговых систем? (Цифровые приборы в производстве не дороже аналоговых и их стоимость не должна быть выше).
Анализ рынка и сравнение характеристик аналогичных изделий позволит вам в итоге подобрать элементы цифровых оптоволоконных систем, которые верой и правдой будут служить вам в течение многих лет.
- Главная
- Статьи
- Передача сигнала. Цифровые оптоволоконные системы
- Распределение сигналов
- Советы экспертов
- Технологии
Источник: www.avclub.pro