광 송신기의 개발 및 작동 방법
텔레비전 신호와 데이터 정보를 전송하기 위해 광파를 사용하는 것은 20세기 말에 개발된 새로운 과학 기술입니다. 그 모습이 세상을 가능하게 했습니다'정보산업이 빠르게 발전할 것이다. 이제 광섬유 전송 기술은 사람을 넘어서는 속도로 발전하고 있다.'상상력. 광전송 속도는 10년 전보다 100배 빨라졌으며, 향후 개발에서는 약 100배 정도 빨라질 것으로 추정된다. 광섬유 전송 기술의 지속적인 발전으로 다중화, 역다중화, 라우팅, 스위칭 등이 광 영역에서 수행될 수 있다. 네트워크는 광섬유의 거대한 대역폭 자원을 사용하여 네트워크 용량을 늘리고 여러 서비스의 "투명한" 전송을 실현할 수 있습니다.
광 전송 시스템은 주로 광 송신기, 광 수신기, 광 분배기, 광섬유 케이블 및 기타 구성 요소로 구성됩니다.
I. 광신호의 광섬유 전송의 기본 원리
광전송은 송신자와 수신자 사이에 광신호의 형태로 전송하는 기술이다. TV 신호의 광 전송 작업 프로세스는 광 송신기, 광섬유 및 광 수신기 사이에서 수행됩니다. 중앙전산실에 있는 광송신기는 입력된 RF TV 신호를 광신호로 변환하고, 이는 전기/광변환기(E/O)로 구성되며, 변환된 광신호는 광섬유 전송 가이드 수신 장치(광 수신기)와 광 수신기는 광섬유에서 얻은 광 신호를 전기 신호로 변환합니다. 따라서 광 전송 신호의 기본 원리는 전기/광 및 광/광의 전 과정입니다. 광링크라고도 불리는 전기적 변환.
현재의 광전송 방식은 광강도 변조를 사용한다. 예를 들어, 레이저 기반 발광 장치는 소위 동일한 위상을 갖는 간섭성 광을 방출합니다. 따라서 전체적인 광도를 변화시키는 변조방식을 채택한다. 전기/광 변환기의 입력 신호 전류 변화에 따른 출력 광전력의 선형 변화를 이용합니다. 특성.
O/E(광전기 변환기)에서 출력 전류는 입력 광 신호의 강도에 비례합니다. 따라서 광/전기 변환기의 출력 전류 파형은 전기/광 변환기의 입력 전류 파형과 유사하여 신호 전송 목적을 달성합니다.
그렇다면 광섬유는 어떻게 광신호를 안내할까요? 현재 케이블 TV 시스템에 사용되는 광섬유는 원통형 광섬유로 광섬유 원통과 클래딩으로 구성되며 석영 유리 소재입니다. 클래딩은 광섬유 내부의 빛을 촘촘하게 가두어 코어를 보호하고 광섬유 자체의 강도를 높여주는 역할을 합니다. 광섬유 코어의 역할은 광 신호를 전송하는 것입니다. 코어와 클래딩 모두 석영유리 소재로 제작되었으나, 생산 시 둘의 도핑 조성에 차이가 있어 굴절률이 달라집니다(코어는 1.463~1.467, 클래딩은 1.45~1.46). 물론 사용되는 다양한 재료와도 관련이 있습니다. 레이저에서 방출된 광원이 광섬유의 코어에 들어갈 때, 빛이 클래딩의 경계면에 들어갈 때 입사각이 임계각보다 큰 한 코어에서 전반사가 발생하고 빛은 클래딩으로 누출되지 않습니다. 코어의 광 신호는 광 수신기로 전달될 때까지 중단 없이 계속 전파됩니다. 이 과정은 광섬유에서의 광신호 전송의 기본 원리입니다.
II. 광전송의 왜곡
빛이 광섬유를 통해 전송되면 약간의 왜곡도 발생합니다. 왜곡되는 이유는 다음과 같습니다.
(1) 광섬유 전송 시스템에서는 반도체 레이저의 전기적/광적 변환 특성의 비선형성으로 인해 출력되는 광신호가 여기 전류의 변화와 일치하지 않아 왜곡이 발생하는데, 이를 변조 왜곡이라고 합니다. 변조 지수 M의 값은 너무 커서는 안 됩니다. 고성능과 강력한 사전왜곡 처리 기술을 갖춘 광 송신기를 선택해야 합니다. 사전 왜곡 처리 기술은 인공 설계를 사용하여 사전 왜곡을 생성하여 변조 선형성을 향상시켜 광섬유 전송 시스템을 제거하고 줄입니다. CSO와 CTB의 목적.
(2) 광전송 시스템에서 구동 RF 증폭기와 수신 RF 증폭기는 왜곡 가능성이 거의 없으므로 선형 PIN 포토 다이오드는 신호 레벨이 너무 높지 않기 때문에 약간의 왜곡을 무시할 수 있습니다. 주된 이유는 반도체 레이저 변조 특성의 왜곡과 섬유 분산입니다.
(3) 레이저가 빛의 강도를 변조하면 빛의 파장이 변하고 추가 주파수 변조가 나타나 신호 주파수가 넓어지고 주로 CSO 왜곡으로 나타나는 처프 효과가 발생합니다.
(4) 광섬유의 분산 특성으로 인해 서로 다른 파장의 그룹 지연에 차이가 발생하여 단말에서의 도착 시간이 일관되지 않아 왜곡이 발생하며 주로 CSO 왜곡이 발생합니다.
광섬유 전송 시스템에서 발생하는 왜곡은 주로 CSO 왜곡이며 CTB 왜곡 정도는 CSO 왜곡보다 훨씬 작습니다. 시스템의 전송 품질을 보장하고 시스템 반송파 대 잡음비 및 왜곡 성능을 합리적인 범위 내로 만들기 위해 취한 조치는 일반적입니다. CNR 표시기를 사용하여 CSO 및 CTB 표시기의 균형을 맞춥니다. CNR 값을 1dB 높이거나 낮추면 CSO는 1dB 저하 또는 향상되고, CTB 지수는 2dB 저하 또는 향상됩니다.
III. 광 송신기의 작동 원리
광송신기에서 가장 중요한 광소자는 반도체 레이저이다. 실제로는 레이저다이오드(LD)다. 물론 레이저 다이오드를 사용하지 않고 반도체 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 사용하는 경우도 있다. 의.
1310nm 광 송신기는 일반적으로 직접 변조 모드(흔적 측파대 진폭 변조, VSB-AM 모드)를 채택합니다. 그 기능은 외부 회로를 통해 주입된 레이저의 전원 공급 장치를 변경하여 전기 신호를 광 신호로 변환하는 것입니다. 설정된 바이어스 회로는 레이저에 가장 적합한 바이어스 전원 공급 장치를 제공할 수 있습니다. 바이어스 전류가 다르면 레이저의 전력 출력도 달라집니다. 광파워의 안정적인 출력을 보장하려면 마이크로컴퓨터를 사용하여 광송신기 자동 제어의 최상의 작동 상태를 달성하는 등 광파워 및 레이저 온도에 대한 자동 제어 회로를 설계해야 합니다.
레이저는 레이저 매질 재료의 에너지 상태와 빛 사이의 상호 작용에 의존하는 광 발진기(즉, 발광 장치)로 널리 사용됩니다.
레이저가 작동하려면 일정량의 전류가 있어야 합니다. 이 전류의 크기와 빛의 강도 사이에는 특정한 관계가 있습니다. 전류가 증가하면 빛의 강도가 급격히 증가합니다. 이는 레이저가 작동하기 시작했음을 나타냅니다. 이렇게 하면 레이저가 작동하게 됩니다. 전류를 임계 전류라고 합니다. 레이저가 이미 작동할 수 있게 되었기 때문에 크기가 작을수록 좋습니다. 임계 전류가 계속 증가하면 출력 포화 영역이 형성됩니다. 포화 영역 전류가 특정 값에 도달하면 신호가 전송됩니다. 광섬유 전송에 필요한 전력 측면에서 선형 영역의 수 메가와트 출력 전력은 신호 및 정보의 장거리 전송 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 빛의 강도 외에도 빛의 투과 품질도 스펙트럼, 노이즈 등의 문제와 관련이 있습니다.
다중 파장 스펙트럼은 고품질 아날로그 신호 전송에 적합하지 않습니다. 단일 모드로 작동하더라도 방출 스펙트럼에는 폭이 있습니다. 폭이 좁을수록 광파는 더 순수해지고 시간 일관성이 높아집니다. 그것은 일관성이 좋은 광파입니다. 일관성이 좋은 광파는 작은 지점으로 수렴하기 위해 렌즈 및 기타 장치가 필요하지 않으며 광섬유의 입사에 더 적합합니다.
IV. 광 수신기의 작동 원리
광수신기의 주요 부품은 광검출기, 즉 고감도 포토다이오드(PIN)이다. 포토 다이오드는 반도체의 광전 효과를 사용하여 광 신호 감지를 완료하여 광 신호가 RF TV 신호로 복원 된 다음 RF 신호 증폭 및 AGC 레벨 제어 후 적격 RF 신호가 출력됩니다. 네트워크 배포.
광수신기의 주요 기술은 C/N, C/CTB, C/CSO이다. 이 세 가지 기술 지표는 모두 광전 변환 모듈의 성능에 따라 결정됩니다. 동일한 광전력 입력의 경우 변환 출력의 RF 레벨이 다릅니다. 광전모듈의 변환효율이 높으면 출력전력이 높아도 그에 따른 C/N 값 지수는 좋고, 그 반대의 경우 C/N 값 지수는 나빠집니다. C/CSO와 C/CTB의 두 가지 기술 지표는 광전 모듈의 선형성에 따라 결정됩니다. 고품질 광전 모듈을 사용하면 동일한 C/CSO 및 C/CTB 표시기에서 더 넓은 수신 전력 범위를 허용합니다.
V. 광학소자의 발전 전망
광대역 네트워크의 광섬유 전송 기술이 지속적으로 업데이트되고 다기능 서비스가 지속적으로 개선됨에 따라 광학 장치 및 광섬유의 전송 특성에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 드디어 구리선을 대체하는 광섬유 시대가 도래하고 있다. 정보화 시대의 도래와 함께 광전송 기술의 발전 전망은 매우 넓어졌습니다.
광송신기의 선택 및 사용
광송신기는 광케이블 전송 시스템의 핵심 장비입니다. 그 기능은 광 송신기에 입력된 무선 주파수 케이블 TV 전기 신호를 광학적으로 변조하여 전기 및 광 변환(E/O)을 달성하고 지속적이고 안정적이며 신뢰할 수 있는 광 신호를 광 케이블 시스템에 보내는 것입니다. 현재 시중에 나와 있는 광 송신기 유형: 다양한 변조 방법에 따라 직접 변조된 광 송신기와 외부 변조된 광 송신기의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 직접 변조된 광 송신기는 1310nm 광섬유 시스템에 주로 사용되며, 외부 변조 광 송신기는 1550nm 광섬유 시스템에 주로 사용됩니다. 직접 변조된 광 송신기이든 외부 변조된 광 송신기이든 상관없이 핵심 구성 요소는 레이저로 구성됩니다.
레이저 송신기를 직접 변조
1. 구성
직접 변조 광 송신기의 구성에는 핵심 구성 요소인 DFB 레이저 구성 요소 외에도 전원 공급 장치, 레이저 바이어스 회로, 레이저 느린 시작 회로, 과부하 보호 회로 및 드라이브 보호 회로, 전력 제어 및 냉각 제어 회로, 조명이 있습니다. 감지 회로, 왜곡 보상 회로, 광검출기(PIN) 칩(광전력 감지 및 자동 전력 제어용), 양방향 자동 온도 제어(ATC)를 위한 반도체 냉장고 및 서미스터 등
2. 작업과정
광 송신기의 입력 신호는 TV 무선 주파수(RF) 신호입니다. 프런트 엔드에서는 여러 RF 신호가 멀티플렉서에 의해 하나의 신호로 혼합된 다음 광 송신기의 입력으로 전송됩니다. 프리앰프에 의해 증폭된 후 전자적으로 제어되는 감쇠, 왜곡 보상 및 자동 전력 레벨 제어가 수행됩니다. , 그런 다음 레이저 칩을 구동하여 전기/광 변조를 수행하고 전기 신호를 광 변조 신호로 변환합니다. 출력단에 광 아이솔레이터를 추가하면 광 케이블에서 반사된 광파가 레이저에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 광가동 조인트를 통해 광케이블로 광신호가 전달되고, 광케이블을 통해 각 광점으로 광신호가 전달된다.
레이저의 전송 전력과 비선형 왜곡은 바이어스 전류(IO)에 따라 달라지므로 광 송신기에는 비선형 지수의 안정성과 안정성을 보장하기 위해 레이저의 바이어스 회로와 왜곡 보상 회로가 장착되어 있음을 알 수 있습니다. 전송 출력.
레이저의 온도가 증가하면 임계값이 증가하고 포화 출력 광도가 감소하며 PI 곡선의 선형 범위가 감소합니다(즉, 2 자체 동적 범위가 감소합니다). 광 송신기가 항상 정상적으로 작동하려면 레이저가 일정한 온도(일반적으로 25℃)에서 작동하는지 확인해야 합니다.도기음). 광송신기의 양방향 자동온도조절(ATC)에 사용되는 반도체 냉각기와 서미스터는 25도의 일정한 온도에서 작동이 보장됩니다.도C.
광 송신기에는 마이크로 프로세서가 있으며 레이저의 최상의 작동 상태 데이터가 칩에 저장됩니다. 레이저를 천천히 시작할 수 있으며 RF TV 구동 전류를 자동으로 차단하여 레이저를 보호할 수 있습니다. 광 송신기 전면 패널의 다양한 스위치는 마이크로프로세서에 의해 제어됩니다.
온도 변화와 장치 노화로 인해 레이저 임계값 전류와 광전 변환 효율이 변경됩니다. 레이저의 광출력을 정확하게 제어하려면 두 가지 측면에서 문제를 해결해야 합니다. 하나는 레이저의 바이어스 전류를 제어하여 자동으로 임계값을 추적하는 것입니다. 전류의 변화는 레이저가 항상 최상의 바이어스 상태에서 작동하도록 보장합니다. 두 번째는 레이저 변조 전류의 진폭을 제어하여 전기 및 광 변환 효율의 변화를 자동으로 따르는 것입니다. 자동 전력 제어는 위의 두 가지 작업을 완료하여 레이저가 정확한 광 전력을 출력하도록 보장합니다.
외부 변조 광 송신기
외부 변조 광 송신기는 외부 변조기, 레이저, 레이저 제어 회로, 변조 제어 회로, 마이크로 프로세서, 전치 왜곡 회로, 광 검출기, RF 신호 감쇠기, 증폭기, 전원 공급 장치 등으로 구성됩니다.
3. 직접변조와 외부변조 광송신기의 비교
직접 변조 송신기는 주로 DFB 레이저에 사용됩니다. DFB 레이저는 선형성이 좋고 더 나은 CTB 및 CSO 값을 얻을 수 있습니다.사전 왜곡 회로의 보상 없이. 그러나 직접 변조로 인해 추가적인 주파수 변조가 발생하며 비선형 왜곡 지표(특히 CSO 값)가 매우 높기는 어렵습니다.
DFB 송신기는 성능이 안정적이고 구조가 간단하며 가격이 저렴하여 널리 사용되고 있습니다.
직접 변조 광 송신기의 전력은 일반적으로 18nw 이내로 너무 크지 않으므로 전송 거리가 제한되며 일반적으로 지역 배전망 및 타운십 수준의 광케이블 전송 네트워크에 사용됩니다. 이러한 유형의 광 송신기는 주로 1310nm 광섬유 네트워크에 사용되며 1310nm 광섬유 감쇠는 0.35db/km이므로 최대 전송 거리는 35km를 초과하지 않습니다.
외부 변조 광 송신기: 높은 출력 전력, 최대 2개×20mw 이상(2개 출력), 저소음, LD와 유사한 추가 주파수 변조 및 광섬유 분산 특성의 조합으로 인한 cso 왜곡이 없습니다. 따라서 대규모 유선 시스템의 장거리 전송에 자주 사용됩니다. 외부 변조 광 송신기는 일반적으로 YAG 레이저를 사용합니다. YAG 레이저가 외부적으로 변조된 후에는 선형성이 매우 떨어지므로 사전 왜곡 회로를 사용하여 보상해야 합니다. 분산이 적기 때문에 YAG 광 송신기는 1550nm 파장 광섬유에 매우 적합하며 주로 1550nm 광섬유 네트워크에 사용됩니다. YAG 빛은 1550nm 광섬유 네트워크를 통해 전송되며 증폭 및 중계에 사용될 수 있습니다. 1550nm 광섬유는 감쇠량이 0.25db/km로 작아 초장거리 전송에 사용할 수 있습니다. 외부 변조 광 송신기는 1310nm 광섬유 네트워크에 사용되며 전송 거리는 50km에 도달할 수 있으며 이는 직접 변조 광 송신기의 전송 거리보다 빠릅니다. 그러나 외부 변조 광 송신기는 가격이 비싸며, 단거리 전송을 위한 광섬유 네트워크에서는 외부 변조 광 송신기를 거의 사용하지 않습니다.
4. 광 송신기의 기술 지표
광 송신기의 기술 지표는 광 송신기 선택의 기초이며 광 송신기의 우수한 성능 매개 변수는 전체 케이블 TV 시스템의 우수한 기술 지표에 직접적인 영향을 미칩니다.
5. 광 송신기의 선택
광 송신기의 기본 작동 원리와 기술적 성능 지표를 숙지해야만 광 송신기를 효과적이고 합리적으로 사용할 수 있기 때문에 케이블 TV 기술자가 광 송신기의 구성, 작동 원리 및 성능 매개변수를 이해하고 숙달하는 것이 매우 중요합니다. 좋은 일일 유지 관리.
현재 국내외 광 송신기 제조업체가 많이 있습니다. 더 많은 유형의 광 송신기가 있으며 성능 지표와 독립형 가격도 매우 다릅니다. 합리적인 선택은 광섬유 네트워크의 품질을 보장하고 네트워크 구축 비용을 절감하는 데 큰 이점이 있습니다. 높은 성능 가격 비율, 신뢰할 수 있는 품질 보증 시스템 및 우수한 애프터 서비스 보증은 광학 장비의 선택입니다.
