Сигналы, поступающие от источников сообщений (микрофона, телевизионной камеры, датчика телеметрии и других), как правило, не могут быть непосредственно переданы по каналу радиодиапазона или оптического диапазона частот. Чтобы осуществить эффективную передачу сигналов в какой-либо среде (атмосфере или стекловолокне), необходимо перенести спектр сигналов из низкочастотной области в область достаточно высоких частот.
Для передачи информации по оптическому волокну необходимо изменение параметров оптической несущей в зависимости от изменений исходного сигнала. Этот процесс называется модуляцией.
Процедура переноса спектра из низких частот в область высоких частот называется модуляцией.
Модуляция излучения – это изменение параметров оптической несущей по закону информационного колебания.
Обратная процедура получила название демодуляции.
Модуляция в оптических системах с одноканальной и многоволновой передачей должна удовлетворять ряду требований:
при модуляции должен создаваться компактный спектр сигнала, спектральная эффективность должна приближаться к величине 0.4-0.5 бит/с/Гц (например, полоса 100ГГц при скорости 40Гбит/с);
модулированный сигнал должен быть максимально устойчив к нелинейным эффектам;
модулированный сигнал должен быть устойчивым к дисперсионным и нелинейным искажениям в волоконно-оптической линии и устройствах компенсации дисперсии и оптического усиления;
конфигурация оптического передатчика и приемника должны быть достаточно простыми.
В ВОСП используют прямую(непосредственную) и внешнюю модуляцию электромагнитных излучений оптического диапазона.
В технике оптических систем передачи этим требованиям соответствуют в определенной степени внешняя ипрямая модуляция электромагнитных излучений оптического диапазона.
Прямая (непосредственная) модуляция
Наиболее простым с точки зрения реализации видом модуляции является прямая модуляция оптической несущей по интенсивности на основе полупроводникового источника излучения. Интенсивность излучения – средняя мощность, переносимая волной за одну секунду через волновую поверхность площадью один квадратный метр.
Выходное излучение полупроводникового светодиода или лазера можно непосредственно модулировать изменением характеристик активного слоя (тока накачки/инжекции, объема резонатора лазера) так, чтобы получить модуляцию мощности излучения. Чаще всего при прямой модуляции изменяется выходная мощность за счет изменения величины силы тока накачки/инжекции, в зависимости от изменений информационного сигнала.
Рисунок 3.1 - Принцип прямой модуляции
Если в качестве модулирующего сигнала используется электрический цифровой сигнал, то на выходе источника формируется оптический сигнал с двумя дискретными значениями мощности Pmax и Pmin.
Pmax – соответствует "1" информационного сигнала.
Pmin – соответствует "0" информационного сигнала.
При модуляции интенсивности выбирается линейный участок ватт-амперной характеристики излучателя.
Сигнал на выходе источника определяется выражением:
(3.1)
где Ро – постоянная мощность излучения, соответствующая току смещения
m – параметр глубины модуляции
(3.2)
S(t) - модулирующий сигнал.
Рисунок 3.2 – Модуляция цифровым сигналом мощности источника излучения
Достижимой является величина параметра глубины модуляции m до 0,9 (90%), однако при этом начинают проявляться нелинейные искажения. Нелинейные искажения приводят при модуляции к искажению формы сигнала и изменению его спектра. В спектре кроме частоты основного сигнала ω, появляется также вторая и третья гармоники с частотами 2ω и 3ω. В спектре после демодуляции кроме 2ω и 3ω, появляется комбинационные продукты, которые полностью перекрывают полезный сигнал, и если амплитуда такой помехи будет соизмерима с амплитудой сигнала, то выделить такой сигнал крайне сложно. Поэтому на искажения введены показатели для оценки нелинейности: затухание нелинейности по второй и третьей гармоникам