Truyền thông ánh sáng kết hợp(Cầu nối quang học)

I. Nguyên tắc làm việc cơ bản của truyền thông quang kết hợp

　　Trong truyền thông quang học kết hợp chủ yếu sử dụng điều chế kết hợp và kỹ thuật phát hiện ngoại sai. Điều chế kết hợp là việc sử dụng tín hiệu được truyền để thay đổi tần số, pha và biên độ của sóng mang ánh sáng, đòi hỏi tín hiệu ánh sáng phải có tần số và pha xác định.nhưÁnh sáng tự nhiên không có tần số và pha xác định), tức là ánh sáng kết hợp. Laser là một loại ánh sáng kết hợp. Cái gọi là phát hiện chênh lệch, là việc sử dụng một chùm dao động cục bộ tạo ra laser và ánh sáng tín hiệu đầu vào để trộn tần số trong bộ trộn ánh sáng, để có được tín hiệu tần số trung bình thay đổi theo cùng một quy luật với tần số, pha và biên độ của ánh sáng tín hiệu.Ở đầu gửi, một phương pháp điều chế bên ngoài được sử dụng để điều chế tín hiệu lên sóng mang ánh sáng để truyền. Khi tín hiệu ánh sáng đến

Khi kết thúc nhận, đầu tiên nó được ghép nối với một tín hiệu rung, sau đó cân bằngMáy nhậnTiến hành thăm dò. Truyền thông quang kết hợp có thể được chia thành phát hiện khác biệt và phát hiện khác biệt bằng không theo tần số rung động này và tần số ánh sáng tín hiệu. Tín hiệu đầu tiên thu được sau khi chuyển đổi quang điện làTín hiệu tần số trung bìnhCòn cần giải điều lần thứ hai mới có thể được chuyển đổi thành tín hiệu cơ sở. Tín hiệu quang sau này được chuyển đổi trực tiếp thành tín hiệu băng cơ sở sau khi chuyển đổi quang điện, không cần giải điều chế thứ cấp, nhưng nó yêu cầu tần số rung động này và tần số ánh sáng tín hiệu phù hợp chặt chẽ, và yêu cầu khóa pha của ánh sáng rung động này và ánh sáng tín hiệu。

Các hệ thống thông tin liên lạc quang kết hợp có thể chia dải quang thành nhiều kênh, do đó cho phép sử dụng đầy đủ dải quang, tức là truyền thông cáp quang đa kênh. Chúng ta biết rằng thông tin liên lạc kết hợp trong công nghệ vô tuyến có ưu điểm về độ nhạy cao, công nghệ thông tin liên lạc quang kết hợp cũng có đặc điểm này, độ nhạy tiếp nhận của công nghệ này có thể cao hơn 18dB so với công nghệ phát hiện trực tiếp. Trước đó, khi nghiên cứu thông tin liên lạc quang kết hợp yêu cầu sử dụng sợi quang bảo vệ làm phương tiện truyền tải, bởi vì tín hiệu quang học khi truyền trong đường dây cáp quang thông thường, pha và bề mặt phân cực của nó sẽ thay đổi ngẫu nhiên, để duy trì pha của tín hiệu quang học, bề mặt phân cực không thay đổi cần phải sử dụng sợi quang bảo vệ. Nhưng sau đó người ta phát hiện ra rằng khi tín hiệu quang được truyền trong sợi quang thông thường, sự thay đổi về pha và bề mặt phân cực của nó là chậm và có thể được điều chỉnh bằng bộ điều khiển phân cực trong máy thu, vì vậy nó vẫn có thể được truyền thông kết hợp bằng sợi quang thông thường, phát hiện này làm cho triển vọng truyền thông quang kết hợp trở nên sáng sủa.

Một hệ thống truyền thông sợi quang kết hợp bổ sung vào máy thu quang một nguồn ánh sáng dao động cục bộ cần thiết cho việc tiếp nhận chênh lệch hoặc không chênh lệch, được pha trộn quang điện với sóng ánh sáng mờ nhận được trong điều kiện phù hợp với mặt sóng và phân cực phù hợp. Cường độ trường sóng tín hiệu đầu ra sau khi trộn tần số tỷ lệ thuận với bình phương của tổng cường độ trường sóng rung bản địa, từ đó có thể chọn ra tín hiệu tần số chênh lệch giữa sóng rung bản địa và sóng quang tín hiệu. Vì quy luật thay đổi của tín hiệu tần số khác biệt này giống như quy luật thay đổi của sóng ánh sáng tín hiệu, và không giống như phương pháp truyền thông sóng dò trực tiếp, dòng phát hiện chỉ phản ánh cường độ của sóng ánh sáng, do đó, các phương pháp điều chế khác nhau như biên độ, tần số, pha và phân cực có thể được thực hiện. Tùy thuộc vào tần số của sóng rung này và tần số của sóng ánh sáng tín hiệu có bằng nhau hay không, hệ thống thông tin liên lạc quang kết hợp có thể được chia thành hai loại: khi sự khác biệt giữa tần số rung này và tần số ánh sáng tín hiệu là một giá trị không xác định, hệ thống này được gọi là hệ thống tiếp nhận ngoại sai; Khi tần số và pha của sóng rung động này trùng với tần số và pha của sóng ánh sáng tín hiệu, nó được gọi là hệ thống thu chênh lệch bằng không. Nhưng bất kể áp dụng phương thức tiếp nhận nào, điểm căn bản của nó là kiểm tra ngoại sai.

II. Ưu điểm của hệ thống viễn thông quang kết hợp

Thông tin liên lạc quang kết hợp đã tận dụng đầy đủ các đặc điểm như tăng tần suất hỗn hợp, lựa chọn kênh xuất sắc và tính điều chỉnh của phương thức liên lạc. Phân tích các nguyên tắc cơ bản của hệ thống truyền thông quang kết hợp được mô tả ở trên và so với hệ thống IM/DD, kết quả là hệ thống truyền thông quang kết hợp có những ưu điểm sau:

(I) Độ nhạy cao, khoảng cách trung kế dài

Một ưu điểm chính của truyền thông quang học kết hợp là khả năng phát hiện kết hợp, do đó cải thiện độ nhạy của máy thu. Trong các hệ thống truyền thông quang học kết hợp, kích thước của dòng quang đầu ra sau khi pha trộn qua kết hợp tỷ lệ thuận với sản phẩm của công suất quang tín hiệu và công suất quang học gốc.

(II) Giảm ảnh hưởng của sự phân tán sợi quang đối với hệ thống

Kỹ thuật cân bằng điện tử được sử dụng để bù đắp cho hiệu ứng phân tán của các xung ánh sáng trong sợi quang. Chức năng truyền của bộ lọc tần số trung bình trong truyền thông quang học kết hợp phát hiện chênh lệch chính xác ngược lại với chức năng truyền của sợi quang, làm giảm tác động của sự phân tán sợi quang lên hệ thống.

(III) lựa chọn tốt, công suất truyền thông lớn

Truyền thông quang học kết hợp có thể tận dụng tối đa vùng quang phổ mất mát thấp của sợi (1,25~1,6nm), cải thiện khả năng thông tin của hệ thống truyền thông sợi quang. Chẳng hạn như sử dụng truyền thông quang học kết hợp có thể đạt được việc ghép kênh phân chia tần số dày đặc với khoảng cách kênh nhỏ hơn 1~10GHz, sử dụng đầy đủ băng thông truyền của sợi quang, có thể đạt được khả năng truyền tải thông tin siêu cao。

(4)Với nhiều cách điều chế

Trong các hệ thống truyền thông quang học truyền thống, ánh sáng chỉ có thể được điều chế bằng phương pháp điều chế cường độ. Và trong giao tiếp ánh sáng kết hợp, ngoài việc có thể điều chế biên độ ánh sáng, bạn cũng có thể sử dụngPSK、 DPSK, QAM và nhiều định dạng điều chế khác, có lợi cho các ứng dụng kỹ thuật linh hoạt, mặc dù điều này làm tăng độ phức tạp của hệ thống, nhưng so với máy thu quang truyền thống chỉ phản ứng với sự thay đổi công suất ánh sáng, phát hiện kết hợp có thể phát hiện biên độ ánh sáng, tần số, giai đoạn, trạng thái phân cực mang tất cả các thông tin, do đó phát hiện kết hợp là một công nghệ phát hiện ba chiều, không có công nghệ truyền thông quang truyền thống.

III. Các công nghệ chính trong hệ thống truyền thông quang kết hợp

(1) Công nghệ nguồn sáng

Yêu cầu về nguồn sáng tín hiệu và nguồn rung này trong hệ thống truyền thông sợi quang kết hợp là tương đối cao, nó đòi hỏi đường quang phổ hẹp và độ ổn định tần số cao. Chiều rộng normal của nguồn sáng chính nó sẽ xác định tỷ lệ lỗi thấp mà hệ thống có thể đạt được, nên được giảm thiểu, đồng thời tần số của laser bán dẫn rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ làm việc và dòng điện tiêm, lượng thay đổi của nó thường ở khoảng vài chục GHz/oC và GHz/mA, do đó, để ổn định tần số, ngoài dòng điện tiêm và ổn định nhiệt độ, cần phải thực hiện các biện pháp ổn định tần số hoạt động khác, để giữ cho tần số ánh sáng ổn định.

(2) Công nghệ tiếp nhận

Công nghệ tiếp nhận thông tin liên quan đến ánh sáng bao gồm hai phần, một phần là công nghệ tiếp nhận ánh sáng, một phần khác là công nghệ giải điều chế các loại sau tần số trung bình. Công nghệ giải điều chế thực sự là công nghệ giải điều chế cho các thiết bị điện tử như ASI, FSK và PSK. Công nghệ tiếp nhận ánh sáng chủ yếu chia làm ba loại sau:

1. Phương pháp tiếp nhận cân bằng. Trong hệ thống FSK, vì laser bán dẫn chắc chắn mang thêm tiếng ồn điều chế biên độ trong quá trình điều chế, việc sử dụng phương pháp tiếp nhận cân bằng có thể làm giảm tiếng ồn điều chế biên độ. Ý tưởng chính của phương pháp cân bằng là khi tín hiệu ánh sáng đi vào từ sợi quang, ánh sáng rung này được điều khiển phân cực để đảm bảo trạng thái phân cực của tín hiệu phù hợp, ánh sáng rung này và ánh sáng tín hiệu đồng thời đi qua bộ tinh chỉnh hướng chia thành hai đường, đầu vào hai máy dò quang PIN giống hệt nhau, do đó, hai máy dò quang điện đầu ra là tín hiệu bao bọc có biên độ bằng nhau và nghịch pha, sau khi tổng hợp hai tín hiệu, làm cho tín hiệu FM tăng gấp đôi, trong khi tiếng ồn AM ký sinh bù đắp lẫn nhau, thành phần DC cũng được bù đắp, để đạt được yêu cầu loại bỏ ảnh hưởng của tiếng ồn AM.

2. Phương pháp tiếp nhận phân tập pha. Ngoài tiếng ồn AM, nếu có sự thay đổi tương đối giữa pha rung và pha tín hiệu, tiếng ồn pha sẽ được tạo ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả tiếp nhận. Để chống lại hiệu ứng này, tiếng ồn pha có thể được khắc phục bằng phương pháp phân cụm pha. Phương pháp phân tách pha ba pha chủ yếu là chia tín hiệu và ánh sáng rung này thành ba cách, pha tín hiệu ba chiều của ánh sáng rung này là 0, 120 °, 240 °, do đó, mặc dù giữa tín hiệu và ánh sáng rung này có sự thay đổi ngẫu nhiên của pha tương đối, sau khi tổng hợp tín hiệu ba chiều, nó vẫn có thể giữ liên tục, có thể giảm ảnh hưởng của tiếng ồn pha, đồng thời công nghệ này có thể được sử dụng cho hệ thống nhận không chênh lệch mà không sử dụng pha khóa ánh sáng.

3. Công nghệ điều khiển phân cực. Trước đó đã chỉ rõ: Đầu thu của hệ thống thông tin liên lạc phải yêu cầu sự phân cực của ánh sáng tín hiệu và ánh sáng này, mới có thể thu được hiệu ứng hỗn tuyến tốt, nâng cao chất lượng nhận. Sau khi ánh sáng tín hiệu được truyền qua sợi quang chế độ đơn, trạng thái phân cực là nhấp nhô ngẫu nhiên, để khắc phục vấn đề này, có thể áp dụng các phương pháp như sợi giữ lệch, bộ điều khiển phân cực và nhận phân cực. Khi ánh sáng được truyền trong sợi quang thông thường, pha và bề mặt phân cực sẽ thay đổi ngẫu nhiên, sợi giữ lệch là thông qua quá trình và lựa chọn vật liệu để làm cho pha ánh sáng và phân cực vẫn không thay đổi sợi đặc biệt, nhưng mất sợi này lớn và giá cả cũng rất đắt; Bộ điều khiển phân cực chủ yếu làm cho ánh sáng tín hiệu và ánh sáng rung động này cùng lệch, phương pháp này có tốc độ phản hồi tương đối chậm, yêu cầu điều khiển vòng lặp cũng tương đối cao; Phân cực phân cực nhận được chủ yếu là sử dụng ánh sáng tín hiệu và hỗn hợp ánh sáng bản địa, bởi các thành phần phân cực chùm phân cực chia ánh sáng hỗn hợp thành hai thành phần phân cực vuông góc với nhau, hai thành phần phân cực dọc của ánh sáng bản địa được điều khiển bởi bộ điều khiển phân cực, làm cho hai thành phần công suất bằng nhau, do đó, khi tín hiệu phân cực ngẫu nhiên trong ánh sáng tín hiệu nhấp nhô ngẫu nhiên có thể gây ra một trong các chi nhánh của tín hiệu tần số trung bình suy giảm, nhưng một chi nhánh khác của tín hiệu tần số trung bình vẫn còn, vì vậy hệ thống nhận được tín hiệu giải điều chế gần như không liên quan đến sự phân cực của ánh sáng tín hiệu, công nghệ này phản ứng nhanh hơn, thực tế hơn, nhưng thực hiện phức tạp hơn.

IV. Ứng dụng rộng rãi

Truyền thông quang kết hợp được phát triển nhanh chóng, đặc biệt là đối với truyền thông sợi quang bước sóng siêu dài (2~10μm), thiết bị truyền thông quang kết hợpHấp dẫn. Bởi vì trong dải cực dài, sợi được xác định bởi tán xạ Rayleigh vốn cóhao hụtSẽ tiếp tục giảm xuống với mức độ lớn, vì vậy về mặt lý thuyết, trong đoạn băng siêu dài có thể thực hiện việc liên lạc không liên lạc giữa các tuyến quang. Và trong các bước sóng siêu dài, hiệu suất của máy thu phát hiện trực tiếp rất kém, vì vậy phương thức phát hiện kết hợp tự nhiên trở thành lựa chọn tốt hơn.

Bước sóng siêu dàiHệ thống truyền thông sợi quangLà lấy sợi quang bước sóng siêu dài làm môi trường truyền tải, sử dụng công nghệ thông tin liên lạc quang kết hợp để thực hiện thông tin liên lạc cự ly siêu dài. Sợi quang bước sóng siêu dài là rất quan trọng trong hệ thống này. Nó là một phương tiện truyền tải lý tưởng hơn, đặc điểm chính của nó là tổn thất đặc biệt thấp, chỉThạch AnhMột phần ngàn vật liệu. Do đó, sợi quang bước sóng siêu dài có thể đạt được hàng chục nghìn km truyền mà không cần trạm chuyển tiếp. Nó có thể giảm đáng kể chi phí liên lạc, cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống, đồng thời có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với thông tin liên lạc dưới biển và các khu vực sa mạc.

Với sự phát triển của công nghệ truyền thông sợi quang, việc sử dụng sợi bước sóng siêu dài để đạt được thông tin liên lạc siêu dài là một trong những hướng quan trọng cho sự phát triển của truyền thông sợi quang trong tương lai. Tuy nhiên, hệ thống truyền thông sợi quang bước sóng siêu dài còn tồn tại nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết hơn nữa, chẳng hạn như tinh chế và kéo vật liệu sợi quang bước sóng siêu dài, sử dụng nguồn ánh sáng bước sóng siêu dài và máy thu sóng quang kết hợp bước sóng siêu dài theo yêu cầu của công nghệ truyền thông quang kết hợp.

Ngoài các ứng dụng trên, nó cũng được sử dụng rộng rãi trong mạng phân phối CATV ghép kênh phân phối tần số do tính chọn lọc kênh tuyệt vời và độ nhạy của truyền thông quang học kết hợp.

V. Kết luận

Truyền thông quang kết hợp, với những ưu điểm của nó *, đã được sử dụng rộng rãi trong truyền thông cáp quang, không chỉ trong các hệ thống điểm-điểm tiếp tục theo hướng tốc độ cao hơn và khoảng cách dài hơn, đặc biệt là trong truyền thông dưới biển có tiềm năng thị trường rất lớn. Ngoài laser hiệu quả cao mới, công nghệ phát hiện kết hợp mới cũng là chìa khóa cho sự phát triển của hệ thống, sử dụng công nghệ phát hiện mới để giảm ảnh hưởng của nguồn sáng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống, sự ra đời của quang học thích ứng, phân cực và các phương pháp tiếp nhận mới khác, cải thiện tốc độ phản ứng của hệ thống và hoàn thiện ứng dụng của nó hơn nữa.

Tài liệu tham khảo

1- Tên đề tài: Giải pháp nâng cao hiệu quả đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng thương mại (

2- Tên đề tài: Giải pháp nâng cao hiệu quả đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng thương mại (

Học bổng du học của khối Pháp ngữ (Programme de Bourses d'Excellence de l'Ambassade de France au Vietnam) (

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)