Sisteme de Comunicații Optice

INTRODUCERE

Sfârşitul mileniului doi şi începutul mileniului trei sunt caracterizate, printre altele, de o evoluţie fără precedent a sistemelor moderne de calcul, a reţelelor de comunicaţie care pun în legătură toate aceste sisteme de calcul şi de comunicaţie.

Necesitatea creşterii volumului de date, a vitezei de transfer, a distanţei sau a numărului de canale la nivelul cerinţelor actuale a fost o provocare prea mare pentru tehnica tradiţională. Logica bazată pe tranzistoare, memoriile magnetice, comunicaţiile prin conductoare metalice, au atins practic limita posibilităţilor de perfecţionare din punct de vedere al vitezei, gabaritului şi distanţelor.

Astfel sistemele optice şi-au făcut apariţia şi s-au dezvoltat, realizând trecerea firească spre domeniul frecvenţelor tot mai înalte impusă printre altele de nevoi de canale de bandă tot mai largă şi de numărul de canale tot mai mare.

În toate armatele moderne s-au dezvoltat sisteme de transmisiuni proiectate să răspundă cât mai bine cerinţelor actuale ale ducerii războiului, caracterizat prin situaţii rapide şi frecvent schimbătoare, prin întrebuinţarea unor arme cu înalta precizie de ajungere la ţintă şi mare putere de distrugere, prin volumul, din ce în ce mai mare de informaţii necesare conducerii şi în care lupta radioelectronică este considerată, ca o formă de asigurare, un factor deosebit de important în întreaga dinamică a luptei.

Sistemul de conducere actual a impus cerinţe deosebite sistemului de transmisiuni în ce priveşte volumul şi calitatea informaţiilor ce circula prin acesta:

o asigurarea transmiterii integrale a volumului de informaţii cu realizarea protecţiei;

o acces imediat al surselor de informare la reţeaua de transmisiuni şi constituirea instantanee a canalelor de legătura;

o utilizarea multiplă a canalelor telefonice;

o viteză mare de transmitere a informaţiei pe canalele de legătură;

o timp minim de întârziere a informaţiei în sistemul de transmisiuni;

o autenticitate ridicată a informaţiei transmise pe canale;

o inexistenţa pierderilor de comunicări intrate în sistem;

o fiabilitate ridicată a echipamentelor tehnice şi structurilor organizatorice care să asigure circulaţia oportună a informaţiei;

o protecţia informaţiei împotriva accesului neautorizat;

o asigurarea controlului formării si distribuirii canalelor de legatură, precum şi a circulaţiei informaţiei prin reţeaua de transmisiuni;

Noua generaţie de arme inteligente încorporează microprocesoare şi diferite traductoare, cu care se pot detecta anumite tipuri şi nivele de energie calorică, mecanică, acustică, magnetică sau electromagnetică. Semnalele generate pe câmpul de luptă de aceste surse de energie sunt analizate de microcalculatorul ce se găseşte încorporat în mijlocul de lupta respectiv, existând posibilitatea de recunoaştere şi selecţie a unei ţinte din varietatea infinită de obiecte dispuse în jurul ei. După ce ţinta a fost localizată, distrugerea este sigură, ca urmare a autodirijarii precise pe partea finală a traiectoriei.

Înlocuirea sau completarea sistemului actual de transmisiuni cu sisteme de comunicaţii optoelectronice este determinată de următoarele avantaje:

- posibilitatea de transmitere a radiaţiei laser;

- diametrul foarte mic al fibrelor optice (sub 100 µm);

- atenuarea relativ mică;

- consumul de materii prime la un cost redus şi în volum mic, fapt ce constituie un avantaj net faţă de cablurile coaxiale;

- posibilitatea instalării în medii periculoase (explozive, corozive) în câmpuri electromagnetice foarte intense;

- permite lucrul în condiţii meteo grele sau medii periculoase;

- posibilitatea de transmitere a radiaţiei laser;

- nu necesită adaptare de impedanţă pe linie;

- pot lucra într-o gamă largă de temperatură fără modificări apreciabile ale proprietăţilor de transmisie;

- bandă de transmisie foarte mare (rezultă deci şi o viteză de transmisie foarte mare);

- lungimea spectrală foarte îngustă;

- imunitate mare la zgomote şi la câmpuri electromagnetice perturbatoare;

- diafonie redusă, atenuare mică (de regulă);

- izolare electrică ideală;

- posibilitatea redusă a interceptării nedorite, mare imunitate la zgomote şi câmpuri electromagnetice exterioare;

Lucrarea se adresează potenţialilor utilizatori şi celor care exploatează/ folosesc sistemele de comunicaţii optice şi care trebuie să posede un minim de cunoştinţe pentru a putea realiza managementul sistemului. Consider că acest minim de cunoştinţe oferit de lucrare este suficient celor care realizează managementul unui astfel de sistem pentru a putea flexibiliza sistemul, pentru a-l putea exploata la parametrii optimi, pentru a putea remedia în timp util defecţiunile minore şi pentru a putea depista cauzele unor eventuale defecţiuni mai mari ce pot apărea în acest sistem.

De asemenea se adresează şi viitorilor ofiţeri de transmisiuni care vor fi puşi în situaţia de a exploata Sistemul de Transmisiuni al Armatei României (STAR), sistem integrat ce foloseşte ca medii de transmisie şi fibrele optice.

Lucrarea este structurată pe şase capitole, pe parcursul cărora se analizează sistemele de comunicaţii optice utilizate în reţelele de comunicaţii, precum şi pentru interconectarea calculatoarelor:

Capitolul I cuprinde evoluţia şi dezvoltarea sistemelor de comunicaţii optice, rolul acestora în domeniul militar, precum şi elemente de analiză a sistemului optic.

Capitolul II analizează problema emisiei optice, tipurile de surse optice (LED, DIODĂ LASER), tipuri de emiţători optici, metodele de modulaţie şi tipurile de coduri de linie utilizate într-un sistem de comunicaţii pe fibră optică.

Capitolul III conţine caracterizarea detaliată a mediului de transmisie optic, transmisia ghidată, respectiv neghidată, o descriere a fibrelor optice,precum şi modalităţiile de amplificare/regenerare a semnalului optic.

Capitolul IV analizează receptorul optic respectiv fotodetectorul (în principal fotodioda PIN, fotodioda cu avalanşă), preamplificatorul (integrator, de transimpedanţă), şi metodele de demodulare optică.

Capitolul V prezintă o modalitate de proiectare a unui sistem optic pe fibră optică, aparate de testare şi verificare a legături optice(OTDR), precum şi câteva măsuri de siguranţă în lucrul cu fibrele optice.

Capitolul VI este destinat prezentării, în mod selectiv, a unor aplicaţii ale sistemelor optice de transmisii de date care relevă importanţa folosirii dispozitivelor optoelectronice folosind programul MATLAB (utilitarul SIMULINK) şi a programului PSpice(ORCAD). Pe de altă parte, am prezentat schema electrică şi modul de funcţionare a montajului pe care l-am realizat practic.