3.2.3 Средства и методы передачи сигналов в проводных электрических и оптических линиях

Передача сигналов в СД в основном производится в цифровом формате, т.е. в виде двоичных “1” и “0”. При этом возможна передача непосредственно и через аналоговые модемы.

Непосредственная передача цифровых сигналов в электрических и оптических линиях как правило происходит с использованием преобразователей или конверторов линейных сигналов, в которых, прежде всего, на передаче формируется линейный сигнал в подходящем коде. Далее в электрической линии передатчик согласуется с помощью трансформатора с парой проводов, а в оптической линии происходит преобразование электрического сигнала в оптический путем модуляции источника света. Источник света (светодиод или полупроводниковый лазер) должен быть согласован по характеристикам с оптическим волокном. Наибольшую мощность и концентрацию энергии в пространстве обеспечивает лазер, но при этом преобразователь имеет и значительно большую стоимость чем светодиодный вариант передатчика.

Приемник сигналов электрической линии также согласуется с парой проводов через трансформатор. При этом приемник регенерирует (восстанавливает) форму и длительность электрических импульсов. Приемник сигналов оптической линии преобразовывает энергию оптического излучения, пришедшего от передатчика по световоду, в электрический сигнал, усиливает его и также регенерирует, т.е. восстанавливает форму и длительность каждого электрического импульса.

Линейное кодирование сигналов для электрической и оптической линий, как правило, различное. Например, в электрических линиях часто используются коды:

HDB-3, High Density Bipolar – биполярный код высокой плотности порядка 3;
AMI, Alternate Mark Inversion – линейный код с инвертированием;
NRZ, Non Return to Zero – без возвращения к нулю на тактовом интервале;
2B1Q, код с преобразованием двух двоичных символов в один четверичный.

Временные диаграммы этих кодов приведены на рисунке 3.24, а спектральные на рисунке 3.25.

Рисунок 3.24 Примеры диаграмм кодов электрических линий

Рисунок 3.25 Спектры сигналов HDB3, 2B1Q, CAP

Использование рассмотренных кодов для передачи сигналов в оптических линиях проблематично, т.к. передавать отрицательную оптическую мощность невозможно, а использование многоуровневой модуляции яркости излучения потребует построения очень сложной схемы приемника. Поэтому в оптической передаче почти исключительно применяются двухуровневые линейные коды.

Примеры этих кодов:

CMI, Coded Mark Inversion – код с инверсией символов (рисунок 3.24);
mBnB – блочный код, где m двоичных символов замещаются группой из n двоичных символов, причем n > m;
Скремблированный NRZ – код в котором производится установление паритетного числа двоичных “0” и “1” через процедуру сложения по модулю два информационной и квазислучайной двоичных последовательностей. Примеры характеристик этих кодов можно найти в [72].

В сети доступа для передачи сигналов могут быть задействованы:

- одна пара проводов;
- две пары проводов;
- одно оптическое волокно;
- пара оптических волокон.

Использование одной пары проводов для встречной передачи возможно благодаря применению адаптивной компенсации помех передатчика своему приемнику. Использование одного оптического световода возможно для передачи и приема на разных длинах волн и на одной волне благодаря направленным оптическим разветвителям.

Использование двух пар проводов или пары световодов надежно обеспечивает раздельную передачу и прием сигналов. Кроме того, в четырехпроводной электрической линии может быть гарантирована передача электрического тока для питания промежуточных регенераторов. Схема передачи тока питания показана на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26 Схема электропитания регенератора

На рисунке обозначено:

Пер – передатчик электрического сигнала;
Пр – приемник электрического сигнала;
ПДП – плата дистанционного питания.

Передача сигналов электрических в линиях с помощью модемов получила в последние годы широкую популярность. Это обусловлено возможностью доставки широкополосных сигналов (высокоскоростных сообщений) до пользователей по низкочастотным линиям (по телефонным линиям). При этом, как правило, обеспечивается высокая помехоустойчивость информационных сигналов и достаточно большие участки передачи (от сотен метров до нескольких километров). Общее название модемных методов широкополосной передачи – xDSL, x Digital Subscriber Line, x цифровая абонентская линия.

Индекс X обозначает одну из разновидностей технологии:

А – асимметричная;

RA – асимметричная с автоматической настройкой скорости передачи; М – поддерживает многие скорости передачи; S – простая двухпроводная передача; I – низкоскоростная для ISDN; Н – высокоскоростная; SH – симметричная высокоскоростная; V – очень быстрая передача.

Технология xDSL имеет внутренние подразделения на низкоскоростные и высокоскоростные решения, которые зависят и от вида аналоговой или цифровой модуляции.

Известны следующие виды модуляции xDSL:

QAM, Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция;
PAM, Pulse Amplitude Modulation – амплитудно-импульсная модуляция;
CAP, Carrierless Amplitude/Phase – амплитудно-фазовая модуляция без несущей (пример спектра сигнала в этом коде на рисунке 3.24);
DMT, Discrete Multitone – дискретная многочастотная модуляция.

Подробные сведения о этих видах модуляции можно получить из [8,10,27,45,37].

Среди цифровых методов модуляции, получивших применение в xDSL, необходимо выделить 2B1Q как эффективное решение по понижению тактовой частоты и сужению спектра в низкочастотную область передачи в электрической линии.