Предыдущая Оглавление Следующая

6.4 ДЕМОДУЛЯЦИЯ

Фотодетектор, входящий в состав фотоприёмника, является квадратичным прибором, выходной ток которого пропорционален квадрату амплитуды оптического поля, то есть мощности падающего на фоточувствительную поверхность оптического сигнала. Следовательно, подавая модулированный по интенсивности оптический сигнал непосредственно на фотодетектор, можно очень просто преобразовать его в электрический с сохранением в идеальном случае формы модулирующего сигнала.

При демодуляции используется в основном два вида приёма оптических сигналов: некогерентный приём, т.е. непосредственный приём фотодетектором и когерентный приём, в котором применяется гетеродинное или гомодинное преобразование частоты независимо от вида демодуляции (синхронная или несинхронная), осуществляемой на промежуточной частоте.

6.4.1 Непосредственный приём

Рассмотрим основные вопросы, касающиеся приёма оптического сигнала с модуляцией интенсивности. Классическая схема в этом случае для приёма оптического излучения, промодулированного цифровыми сигналами, показана на рисунке 6.8.

Структурная схема приёма оптического излучения
Рисунок 6.8 – Структурная схема приёма оптического излучения, промодулированного цифровым сигналом

Детектируемый фотодиодом ток сначала усиливается малошумящим усилителем, а затем фильтруется, чтобы уменьшить влияние шума и получить достаточно высокий уровень сигнала на входе схемы принятия решений (порогового устройства – ПУ). Принятие решений осуществляется с помощью устройства восстановления синхроимпульсов (УВСИ). Часто в схему приёмника вводится схема АРУ. Она компенсирует дрейф рабочей точки характеристик, а также изменения коэффициентов усиления усилителей и умножения (при использовании ЛФД) или входного уровня.

При приёме оптических сигналов с аналоговой МИ непосредственный оптический приём аналогичен приёму с прямым усилением высокочастотных сигналов, Согласно структурной схеме на рисунке 6.9 оптическое излучение падает непосредственно на ФД.

Структурная схема непосредственного приёма оптических сигналов
Рисунок 6.9 – Структурная схема непосредственного приёма оптических сигналов с аналоговой МИ

За ФД следует усилитель переменной составляющей выходного тока детектора. Между фотодетектором и усилителем, а также в схеме усилителя возможна установка фильтров, которые отделяют составляющие спектра сигнала от шумов. Затем следует плоско-линейный выравниватель и фильтр нижних частот.

6.4.2 Когерентный приём

Когерентные ВОСП являются перспективными. В их основе лежит когерентный приём оптических сигналов – гетеродинный или гомодинный.
Гетеродинный метод может быть пояснён с помощью рисунка 6.10

Структурная схема непосредственного приёма оптических сигналов
СМ – смеситель; Гет – гетеродин; ФПЧ – фильтр промежуточной частоты; УПЧ – усилитель промежуточной частоты
Рисунок 6.10 – Структурная схема гетеродинного преобразования частоты

Сигнал, поступающий в смеситель, накладывается на сигнал, поступающий туда же от местного гетеродина. Гетеродин – это маломощный генератор, используемый как источник колебаний вспомогательной частоты при преобразовании по частоте высокочастотных сигналов. Мощность гетеродина обычно много больше мощности сигнала и составляет несколько милливатт.

В смесителе (нелинейном устройстве) происходит преобразование частоты. В результате сигнал переносится с одной частоты на другую путём взаимодействия в нелинейном устройстве (полупроводниковом диоде) с сильным сигналом гетеродина. Из-за нелинейности вольт-амперной характеристики диода протекающий через него ток под действием напряжения с частотами fc и fг содержит составляющие как гармоник частоты fг, так и комбинационных частот вида |±mfг±nfc|, где m и n целые числа (1, 2, 3,…). Нас интересует составляющая промежуточной частоты fпч=|fгfc|– полезный преобразованный сигнал.

Структурная схема ВОС показана на рисунке 6.11

Структурная схема когерентной ВОСП
Рисунок 6.11 – Структурная схема когерентной ВОСП

Лазерный излучатель оптического передатчика (ОП) генерирует оптический сигнал, спектральная полоса которого должна быть максимально узкой, чтобы эффективность гетеродинирования была наилучшей. В частности, при гетеродинном приёме цифровых АМ, ЧМ и ФМ сигналов отношение ширины полосы излучения Δλ к скорости передачи В, т.е. Δλ/B, должно составлять 10-2–5•10-3нм/(МГц•км), а при гомодинном приёме и ФМ оно равно 0,5•10-3нм/(МГц•км).

Оптический вентиль (В) предназначен для изоляции ОП от обратного отражённого излучения, которое может привести к дестабилизации процесса генерации (перескок с одной лазерной моды на другую) и уширению линии генерации. Основным видом модуляции является цифровая (АМ, ЧМ и ФМ), которая реализуется с помощью внешнего электрооптического модулятора (М), на который подаётся цифровая информация. В качестве среды распространения используется одномодовое однополяризационное ОВ, сохраняющее одно состояние поляризации излучения, поскольку когерентное оптическое детектирование весьма чувствительно к поляризационным состояниям передаваемого сигнала и излучениям местного лазерного гетеродина (поляризации обоих лучей должны совпадать). При использовании обычного одномодового волокна на приёмной стороне необходимо устанавливать поляризационный контроллер (ПК), совмещающий плоскость поляризации излучения местного гетеродина (Гет) с плоскостью поляризации сигнального излучения.

В оптическом гетеродинном приёмнике принимаемый сигнал суммируется в оптическом соединителе (ОС) с излучением местного гетеродина и подаётся на квадратичный (по полю) фотодетектор (ФД). Излучение местного гетеродина, как и лазера передатчика, должно быть узкополосным. В результате нелинейного преобразования суммарного сигнала фотодетектором на его выходе появляется сигнал промежуточной частоты (ПЧ), амплитуда, частота и фаза которого пропорциональны соответствующим параметрам сигнального излучения. Затем сигнал ПЧ усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и демодулируется обычным способом в сигнал НЧ. Демодуляция сигнала ПЧ может осуществляться синхронным или несинхронным демодулятором (ДМ) (по огибающей, квадратичным методом), а также в случае цифровой ФМ – фазоразностной схемой.

НЧ сигнал непосредственно выделяется после процесса оптического смешения, так как частота местного гетеродина совпадает с частотой несущей оптического сигнала. Контур автоматической подстройки частоты (АПЧ) необходим для регулирования частоты лазерного местного гетеродина и удержания значения разностной частоты в пределах частотной полосы усилителя ПЧ, следующего за ФД. В случае гомодинного приёма необходим контур фазовой автоподстройки.

Предыдущая Оглавление Следующая