ASPECTE GENERALE P RIVIND SISTEMELE D E TRANSMISIUNI NUMERI CE PE FO 1.1 INTRODUCERE În prezent, transmisiunile de date au devenit o necesitate în… [629584]

Capitolul 1
ASPECTE GENERALE P RIVIND SISTEMELE D E
TRANSMISIUNI NUMERI CE PE FO
1.1 INTRODUCERE
În prezent, transmisiunile de date au devenit o necesitate în aproape
toate domeniile activității umane. Rețeaua de comunicații prin cabluri și
sateliți a cuprins, practic, întreg globul terestru. Volumul de date ce se cere
transmis este într -o creștere continuă și fără precedent în istoria
comunicațiilor.
Dar odată cu creșterea cantitativă, în domeniul transmisiunilor de
date, se produc în perioada actuală modificări importante și în privința
tehnicilor și principiilor ce se cer utilizate. Progresele tehnologice au
permis conceperea și realizarea de noi sisteme de transmitere și prelucrare
a informațiilor sub formă de date, deosebit de eficiente în ceea ce privește capacitatea .
Printre aceste sisteme noi, cu o mare eficacitate, se numără și
sistemele de transmisiuni numerice prin medii optice la care informația este purtată de o radiație luminoasă modulată în intensitate de semnalul digital.
Particularit ățile utilizării purtătoarei optice în sistemele de
transmisiune a informației, scot în evidență posibilitățile realizării unei game foarte largi de tipuri de sisteme de comunicație, datorită în principal
varietății metodelor de modulație și detecție, a ti purilor de canale optice

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 12
posibile, precum și datorită condițiilor multiple de funcționare.
Dintre canalele optice, fibrele sunt noul mediu de transmisiune ce
constituie modalitatea cea mai eficace de transmitere la distanță prin
cabluri a semnalelor ocupând o bandă mare de frecvență, semnale utile în
diferite scopuri cum sunt: telefonia multiplă, transmisiunile video,
videotelefonul, transmisiunile de date, transmisiunile de facsimile etc.
1.2 SCURT ISTORIC ÎN EVOLUȚIA COMUNICAȚIILOR
OPTICE
Conceptul de comunicație optică a existat din cele mai îndepărtate
timpuri. Transmiterea mesajelor cu ajutorul luminii este la fel de veche ca
și primele semnale ce au folosit focul sau fumul, și a fost continuată în
timpuri mai recente cu folosirea lămpilor de semnal izare pentru
comunicația între vapoare.
1626
Snell a evidențiat legile reflexiei și refracției luminii.
1668
Newton demostrează natura ondulatorie a luminii .
1790
Claude Chappe inventează telegraful optic:
– Acesta consta di ntr-un sistem de turnur i cu braț e
mobile de semnalizare, unde fiecare turn acț iona ca un
repetor transmițâ nd un semnal codat . Distanța dintre turnuri
15-20 km .
– Primul telegraf optic a fos t pus în serviciu între
Paris și Lille acoperind distanța de 200 km.
Fig. 1.1

Aspecte generale privind STN pe FO 13
1810
Fresnel pune bazele matematice ale propagării undelor.
1870
Ghidarea luminii cu ajutorul unui mediu dielectric, nu este nici ea, o
idee nouă. În 1870, John Tyndall a observat că lumina poate fi ghidată
printr -un jet de apă. Experimentul său este ilus trat în figura 1.2.
Sursă de lumină
Jet de apă

Fig. 1.2 Experimentul lui Tyndall.

1873
Maxwell publică tratatul său în care arată că lumina poate fi
considerată de natură electromagnetică.
1880
Primul brevet pentru un sistem de comunicație optică a fos t
înregistrat abia în 1880 și a fost obținut de Alexander Graham Bell pentru
sistemul numit “fotofon” . Cu acest sistem, Bell a demonstrat realizarea
comunicației la o distanță de 200 m folosind razele luminii solare.
Fotofonul, a cărui reprezentare sch ematică este dată în figura 1.3 ,
utilizează o celulă de seleniu fotosensibilă pentru a detecta variațiile în

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 14
intensitate ale unei raze de lumină.

Fig. 1.3 Schema simplificată a fotofonului .
Dar, toate modalitățile de transmitere a mesajelor, de tipul celor
menționate anterior, depind de atmosferă ca mediu de transmisiune, mediu
ce este destul de instabil. De aceea, s -a căutat o ghidare a undelor printr –
un material dielectric cu posibilităț i de transmitere a luminii cum este
sticla, care furnizează un mediu cu parametrii mult mai stabili, deoarece
aceștia nu mai sunt dependenți de variațiile atmosferei.
1910
În 1910, D. Hondros și P. Debye au elaborat prima teorie a
ghidurilor de undă real izate din materiale dielectrice, ghiduri care astăzi
sunt folosite în sistemele de transmisiune a informației la distanță.

Aspecte generale privind STN pe FO 15
Folosirea fibrelor optice ca unul din principalele medii de
transmisiune utilizat în prezent de sistemele de comunicație, a fost anu nțată
de două evenimente importante.
1960 – Primul, a fost demonstrarea funcționării primului laser.
1966 – Al doilea, a fost publicarea în revista Proceedings of IEE , a
unui articol ce prezenta un calcul realizat de o pereche de cercetători,
Charles K ao și George A. Hockham de la Standard Telephones and Cables
Ltd., filiala din Anglia a firmei ITT, calcul care evidenția că ghidurile din
fibre optice pot concura cablurile coaxiale folosite pentru comunicație, numai că este necesară realizarea lor astfel încât s ă transmit ă 1% din
lumină aplicat ă la distanța de
(sau altfel spus, atenuarea să fie de cel
mult 20 dB/km). Este important de reținut că în acel moment, energia luminoasă ce se transmitea scădea la 1% din valoarea sa inițială după
numai 20 m pentru cele mai bune fibre existente (ceea ce corespundea la o
atenuare de 1000 dB/km).

The Nobel Prize in Physics 2009 was awarded jointly to three American pioneers whose researches
have supposed pillars of the modern Information S ociety:
Charles Kuen Kao , Willard Sterling Boyle y George Elwood Smith.
“… for their contribution to the materials research and development that resulted in practial low loss optical fibers, one of the cornerstones of
optical communication technology…”

Evoluția sistemelor de comunicații optice (SCO), din momentul
conceperii lor și până în prezent, poate fi împărțită în trei etape importante.

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 16
Etapa I: 1966 -1980
După momentul publicării articolului precizat mai sus, multe
laboratoare și colective de cercetare au început să urmărească în mod activ
atingerea acestei posibilități.
1970
În 1970, firma Corning Glass Works a studiat folosirea sticlei de
silică pentru producerea fibrelor optice prin depunere chimică din stare de
vapori și a fost prima care a realizat o transmisie mai mare de 1% din
puterea optică aplicată pentru o distanță de 1km, adică a fost prima firmă
care a coborât atenuarea sub bariera celor 20 dB/km. Mai târziu, această firmă a reușit creșterea transmisiei la mai mult de 40% pentru
1km, iar
astăzi, se realizează transmisii cuprinse între 95 -96% pe 1km. Pentru a
înțelege mai ușor nivelul acestei performanțe tehnologice se poate face următoarea comparaț ie: dac ă apa oceanului ar avea o t ransmisie optic ă de
aproximativ 79% pentru fiecare kilometru de adâncime, atunci s -ar putea
vedea fundul celor mai adânci oceane ale lumii cu ochiul liber.
Precizări
Compania Corning Glass Works anunță î n luna august 1970, că fizicienii Robert D. Maurer,
Peter C. Schultz și Donald B. Keck, au realizat o fibră optică cu un nivel de atenuare mai mic
decât atenuarea crucială de 20 dB /km necesară pentru fibrele optice de telecomunicații .
Dr. Keck , care a fost responsabil de măsurare, a înregistrat în primul râ nd această realizare în
caietul său de laborator. Valoarea atenuării a fost de 17 dB /km pentru o fibră din sticlă de silică
dopată cu titan. În iunie 1972, echipa a produs o fibră cu doar 4 dB/km , folosind dioxid de
germaniu ca dopant de bază. Aceste atenuări mici au făcut ca fibrele optice să devină practice
pentru telecomunicații și prin aceasta a fost validat Internet ul.
Corning produce primul cablul optic, în 1975. Doi ani mai târziu, în 1977 Corning a produs
prima fibră optică pentru traficul de comun icare comercială, devenind apoi lider mondial în
producția de fibră optică.
Evoluția creșterii randamentului de transmisie a energiei luminoase
prin fibrele optice este trasat în figura 1.4 .

Aspecte generale privind STN pe FO 17
1966 '70 '74 '78 '82 '86 '901
0,110100
0,01η[ ] %/km

Fig. 1.4 Evoluția randamentului transmisiei prin fibra optică.
1976 – 1980
Din 1976, de când a avut loc “Experimentul Atlanta” al firmei Bell
Telephone prin instalarea primei linie de comunicații pe FO în lungime de
2 km în orașul american din Georgia, și până prin 19 80, o serie de firme,
companii și oficii de poștă s -au concurat în realizarea de sisteme de
transmisiune optică experimentale care au demonstrat posibilitățile și
perspectivele utilizării purtătoarei optice în comunicații.
Astfel, în 1977 este instalat la Chicago de către firma Bell, primul
sistem optic din lume pentru comunicații telefonice, video și de date în lungime de 2,6 km, iar British Post Office instalează într -un oraș din
Essex, Anglia, prima rețea experimentală telefonică pe fibră optică din
Europa.
În 1979 sunt comercializate diodele laser ce emit pe 1300 nm,
lungime de undă la care dispersia în fibra optică este minimă, și sunt realizate primele diode laser pe lungimea de undă de 1500 nm la care
atenuarea în fibra optică atinge cea mai mică valoare. Tot în acest an ,

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 18
British Post Office instalează în Anglia o rețea telefonică prin fibre optice
în lungime de 450 km.
În 1980, cu ocazia Jocurilor olimpice de iarnă de Lake Placid, are
loc inaugurarea unei linii TV și telefonice în lungime de 32 k m cu care se
realizează primele transmisii video în direct.
Etapa a II -a: 1980 -1997
În această etapă a avut loc punerea în exploatare efectivă a unui
număr mare de sisteme de transmisiuni pe FO, s -a continuat perfecționarea
tehnicilor de multiplexare a p urtătoarelor optice, s -a trecut la utilizarea
fibrelor optice monomod care au condus la îmbunătățirea raportului
distanță/viteză de transmisie, și s -au obținut progrese remarcabile în ceea
ce privește performanțele și fiabilitatea fibrelor și componentelor optice ale
sistemelor. Câteva exemple care vin să justifice cele afirmate, vor fi
prezentate în cele ce urmează.
În 1981 -1982, firma Bell Telephone instalează rețele telefonice
comerciale pe fibre optice în mai multe orașe din SUA, în lungime totală de
peste 9 000 km.
Anul 1986 reprezintă începutul producției pe scară largă pentru
modulatoarele acusto -optice și electro -optice cu încapsulare miniatură
funcționând pe mai multe lungimi de undă, iar în ultimii ani ai deceniului nouă, laboratoarele AT&T și Bell trec la utilizarea fibrei optice monomod
pe
13,µm în noile sistemele de transmisiune de mare capacitate cum sunt și
cele submarine.
În 1988, după zece ani de cercetare și dezvoltare, firma AT&T a dat
în exploatare primul sistem transo ceanic prin fibre optice care folosește
transmisia digitală, TAT -8 (Trans -Atlantic Telephone #8), care leagă

Aspecte generale privind STN pe FO 19
Franța și Marea Britanie de SUA având o lungime de peste 6500km. Acest
sistem are o capacitate de transmisie echivalentă cu 37800 canale vocale
sau cu 12 canale TV de bandă largă, în total având un debit informațional
de 565Mbit s/ pe două perechi de fibre optice. Avantajele esențiale al
sistemului sunt durata de viață, care se preconiza a fi în jur de 25 de ani, și
costul mult mai redus pe an și circuit, care este în jur de 2500 dolari față
de 5000 dolari pentru sistemele clasice și 7000 dolari pentru sistemele de
comunicație prin satelit, la acestea din urmă durata de viață fiind de numai
10 ani. În plus, la sistemul optic, regeneratorii sunt dispuși la distanțe de 55 km, spre deosebire de sistemele pe cabluri metalice la care distanțele
sunt de 4 km. Apoi au fost finalizate alte sistem e: TAT -9 cu o capacit ate de peste
80000 canale vocale, care măr ește legătura dintre Europa (Marea Britanie,
Franța și Spania) și America de Nord (SUA și Canada), apoi TAT -10 la
TAT -14 conform tabelului următor:

Denumire Funcționare Cablu Căi sau
viteză Conexiu ne
vest Conexiune est
TAT -8 1988 –2002 FO 40,000 USA Marea Britanie , Franța
TAT -9 1992 –2004 FO 80,000 USA, Canada Spania, Fran ța, Marea Britanie
TAT -10 1992–2003 FO 2 × 565
Mbit/s USA German ia, Olanda
TAT -11 1993–2003 FO 2 × 565
Mbit/s USA Franța
TAT –
12/13 1996–2008 FO 12 × 2.5
Gbit/s USA × 2 Marea Britanie, Fran ța
TAT -14 2001– FO 3.2 Tbit/s USA × 2 Marea Britanie , Fran ța, Olanda ,
German ia, Denmar ca

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 20
Sistemul care se mai află în funcțiune, TAT -14 are :
Puncte de legătură
•
Blaabjerg , Denmark
•
Norden , Germany
•
Katwijk , Netherlands
•
St-Valery -en-Caux , France
•
Widemouth Bay , UK
•
Tuckerton / Manasquan , New Jersey ,United States

Lungime totală 15.428 km (9.587 mi)
Topolog ie SHR (Self-healing ring )
Capacit ate proiectată 9.38 Tbit/s
Capacit ate curentă 3.15 Tbit/s
Technolog ie FO cu regeneratori EDFA
Data 21 martie 2001

Aspecte generale privind STN pe FO 21
De asemenea, în zona Pacificului și a Asiei de sud s -au pus în
exploatare și sunt în diferite stadii de elaborare mai multe sisteme de
comunicații digitale pe fibre optice.
În ul timii ani, cercetările efectuate de un număr considerabil de firme
producătoare de fibre optice au condus la diminuarea atenuării semnalului transmis, ajungându- se în prezent la valori apropiate de pragul teoretic
determinat de fenomenul de dispersie Reyleigh (
<05, /dBkm). De
asemenea, s -au obținut rezultate remarcabile și în ceea ce privește
dezvoltarea componentelor optice, cum sunt creșterea puterii optice de
emisie și a vitezei de modulare a surselor optice, realizarea de diode laser
cu lărgi me de bandă foarte îngustă sau acordabile necesare oscilatoarelor
locale pentru a extrage un canal optic după lungimea de undă. Multe companii telefonice au trecut în țările dezvoltate la înlocuirea tuturor
cablurilor clasice cu cabluri optice atât în sist emele de comunicație de
mare viteză pentru rețele pe arie locală ( LAN/Local Area Network ) cât și
pentru rețele pe arie municipală ( MAN/Metropolitan Area Network ), iar
companiile de televiziune au adoptat fibra optică pentru sistemele de
transmitere a progr amelor prin cablu pentru abonați ( CATV/Community
Antenna TV ).
În prezent s -a reușit transmiterea la o distanță de zeci de kilometri a
informației la viteze de
11,286 Gbit /s, s-a perfecționat tehnica multiplexării
și demultiplexării în lungime de u ndă și se experimentează sistemele
neregenerative bazate pe amplificarea optică.
Și în țara noastră s -a trecut după 1990 la punerea în practică a unui
ambițios program de instalare a unei rețele de comunicație telefonică prin fibra optică, având în prezen t deja unele tronsoane date în funcțiune.
Magistrala principală este: Arad -Brașov -București -Constanța, și va face

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 22
legătura de la Arad spre vest cu Europa Centrală și Occidentală, iar de la
Constanța printr -un cablu optic submarin aflat în faza de instalare, cu
Turcia și mai departe cu Asia. O serie de ramificații principale vor asigura
acoperirea marilor regiuni ale țării cum sunt: Sebeș -Cluj pentru
Transilvania, București -Pitești -Craiova pentru Muntenia și Slobozia -Galați –
Bacău pentru Moldova. Fibra optică montată este monomod și sistemele
vor lucra pe lungimea de undă de 13,µm. Simultan cu rețeaua principală are
loc și instalarea de fibră optică pe arii locale și schimbarea centralelor telefonice analogice cu centrale digitale, așa cum s -a realizat în Județul
Prahova de către firma mixtă româno -sud coreeană Electromagnetica-
Goldstar.
Etapa a III -a: 199 7 – ?
Va fi etapa în care se prevede utilizarea unor sisteme de prelucrare și
transmisiune a informației pe cale optică prin dezvoltarea opt icii integrale.
Această etapă este a sistemelor viitoarei generații aflate în prezent în
fază de cercetare și experiment în laborator și care vor fi puternic
influențate de ultimele succese științifice, tehnice și tehnologice.
Pe baza etapelor prezentate în dezvoltarea sistemelor de comunicații
optice, se remarcă până în prezent două generații:
Sisteme din I generație – care au configurații asemănătoare cu cele
clasice existente, cu deosebirea că linia de transmisiune este de tip optic,
fiind necesare tr aductoare electrooptice sau optoelectrice la emisie,
respectiv la recepție. De asemenea mai sunt necesare unele elemente pasive, liniare, invariabile în timp cum sunt mixerii, divizorii de fascicul, cuplorii etc.
Sisteme din a II -a generație – caracterizate prin prezența

Aspecte generale privind STN pe FO 23
componentelor care aparțin opticii integrate, acestea având caracteristici
variabile în timp, neliniare și nereciproce etc., așa cum sunt: modulatorii,
detectorii, cuplorii sau comutatorii integrați.

1.3 STRUCTURA UNUI SISTEM DE TRANSMISIUNI
NUMERICE PE FIBRE OPTICE
1.3.1 Transmisiunea optică a informației
Radiația luminoasă, considerată într -un sens mult mai larg decât
domeniul restrâns al spectrului vizibil pentru a îngloba și pe cel mult mai vast al infraroșului, face parte din familia undelor electromagnetice. Ca
urmare a acestui fapt, ea poate servi ca purtătoare pentru transmiterea la distanță a semnalelor conținând informație. Radiația luminoasă se distinge de purtătoarele electrice clasice prin următoarele caracteristici :

• domeniul său de frecvențe este foarte ridicat (sute de THz) din care cauză necesită o tehnologie foarte specială ;

• natura în general incoerentă a surselor utilizate, conferă radiației
luminoase un caracter ale atoriu care o face să fie asemănată mai
degrabă cu un “zgomot” cu spectrul mai mult sau mai puțin limitat
(în funcție de tipul sursei) decât cu un semnal sinusoidal;
• o consecință a caracterului său aleatoriu, este faptul că parametr ul
cel mai ușor de modulat actualmente este “intensitatea” sa (adică
puterea optică);
• spre deosebire de comunicațiile radio (de exemplu prin fascicule
hertziene) la care reducerea nivelului semnalului este datorată în
principal spațiului liber, într -o comunicație optică , ghidată sau nu,

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 24
reducerea nivelului semnalului este determinată de fenomene de
absorbție și de difuzie; în plus trebuie ținut cont și de randamentul
traductorilor optoelectronici și de adaptarea lor la mediu utilizat .
Ghidarea radiației printr -un mediu ale cărui dimensiuni și proprietăți
fizice sunt optimizabile, permite realizarea unei transmisiuni pentru o mare cantitate de informație, la distanțe considerabile, în condiții aproape ideale.
Acesta este obiectivul ur mărit de sistemele pe fibră optică a căror
structură va fi prezentată în continuare. Proprietățile intrinseci ale fibrelor
optice va face obiectul unor capitole ce vor fi prezentate în volumul al
doilea al acestei lucrări.
1.3.2 Structura unui sistem de transmisiuni numerice pe FO
Structura unui sistem de transmisiuni numerice pe fibre optice (STN
pe FO) este în general asemănătoare cu cea a unui sistem de transmisiuni
numerice pe cabluri clasice (perechi simetrice sau cabluri coaxiale).
Ambele tipuri d e sisteme au în componența lor echipamentele specializate
de linie (echipamentele terminale și regeneratoarele intermediare), necesare
transmiterii semnalelor digitale la distanță.

Aspecte generale privind STN pe FO 25
REGENERATORINTERFAȚĂ
DIGITALĂEMIȚĂTOR
OPTICMUX
ECHIPAMENT TERMINAL DE EMISIECONECTOR// //
REGENERATORFIBRĂ OPTICĂ
SPRE ALT
RECEPTORCUPLOR
OPTICDIVIZOR// //
FASCICULFIBRĂ OPTICĂkalq
DEMUX REGENERATORINTERFAȚĂ
DIGITALĂRECEPTOR
OPTIC
ECHIPAMENT TERMINAL DE RECEPȚIElqak′

Fig. 1.4 Schema bloc a unui STN pe FO.

INTERFAȚĂ DIGITALĂ DECODOR
COD LINIE/BINARCODOR
BINAR/HDB3DESCRAMBLER DEMUX
RECEPTOR OPTICDETECTOR
DE VÂRFCIRCUIT DE
POLARIZAREGENERATOR
DE TACTCIRCUIT DE
DECIZIE ȘI
REGENERAREzFOTODETECTOR
ȘI AMPLIFICATOR
Hf()ω hft() ,EGALIZOR
He()ω het() ,INTERFAȚĂ DIGITALĂ SCRAMBLERCODOR
BINAR/COD LINIEDECODOR
HDB3/BINARMUXFO
Hc()ω hct() ,
EMIȚĂTOR OPTICSURSĂ DE
RADIAȚIE
CONTROL
AUTOMAT AL
INTENSITĂȚIIEXCITATOR
Ht()ω htt() , a)
b)
Fig. 1.5 Schemele bloc pentru echipamentele terminale de linie:
a) – schema echipamentului terminal de emisie; b) – schema echipamentului terminal de recepție.

Aspecte generale privind STN pe FO 23
În ceea ce privește diferența dintre cele două tipuri de sisteme, se
precizează că aceasta constă atât în natura suportului de transmitere a
semnalelor, dar și în natura și principiile de funcționare ale dispozitivelor ce alcătuiesc echipamentele de linie.
Schema bloc a unui sistem de transmisiuni numerice pe FO este
reprezentată simplificat în figura 1.4, iar o prezentare mai detaliată a echipamentelor terminale de linie, dar tot la nivel de schemă bloc, este dată în figura 1.5.
Principalele părți componente ale acestui sistem sunt următoarele:

• Fibra optică
Fibra optică constituie suportul pentru transmiterea informației în
acest sistem și este un ghid de unde complet dielectric caracterizat printr -o
lărgime a benzii de trecere foar te mare. Utilizarea fibrei optice în sistemele
de comunicații la distanță, face ca aceste sisteme să prezinte un interes
practic din ce în ce mai crescut și din cauză că fibra, pe lângă avantajele pe care le prezintă în comparație cu cablurile clasi ce, ea mai permite:

• introducerea tehnicilor de transmisiune numerică care se pretează
foarte bine la o realizare sub formă optică;
• o distanță între regeneratori la același debit mult mai mare decât
cea dintre r egeneratorii din sistemele pe cabluri clasice;
• o calitate a transmisiunii foarte ridicată.
• Emițătorul optic
Emițătorul optic are rolul de a transforma semnalul electric într -un
semnal optic. Această funcție a sa, vine să justifice și denumirea de
traductor electrooptic , utilizată mult în literatura de specialitate.

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 24
Elementul principal al emițătorului optic este sursa de radiație
capabilă să genereze o purtătoare luminoasă pentru informația ce trebuie
transmisă prin sistem.
Cu ajutorul sursei de radiație, emițătorul optic realizează conversia
semnalului electric aplicat sub forma unui curent ite() la intrare, într -un
flux luminos de putere optică pte() furnizat la ieșire.
În cazul ideal, puterea optică emisă pte() trebuie să fie
proporțională cu curentul ite(), constanta de proporționalitate definind
randamentul optic al emițătorului ηopt (exprimat în W/A),
pt it e opte () () =η (1.1)
Deoarece puterea electrică la intrarea emițătorului este proporțională
cu ite2(), se constată că puterea optică emisă variază cu rădăcina pătrată a
puterii electrice furnizate. De aceea într -un sistem optic, este important să
se facă d istincție între aceste două puteri și să se specifice în fiecare caz la
care se face referire. Trebuie de asemenea remarcat că o atenuare a puterii
optice cu 1dB corespunde unei atenuări a puterii electrice cu 2dB.
Printre cele mai importante caracteristici ale unui emițător optic se
remarcă:
• valoarea randamentului și liniaritatea legii de conversie dintre
pte() și ite();
• lungimea de undă cen trală λc a spectrului emis, care trebuie să
corespundă uneia din ferestrele spectrale optime ale fibrei;
• banda spectrală de emisie ∆λ care determină dispersia cromatică
în fibră;
• apertura numerică a emițătorului care descrie repartiția spațială a
puterii optice emise spre fibră;

Aspecte generale privind STN pe FO 25
• timpul de creștere și de descreștere al răspunsului la impulsul
optic;
• fiabilitatea , adică durata medi e în care se poate spera că
parametrii emițătorului vor rămâne satisfăcători.
Aceste caracteristici sunt determinate în mare parte de alegerea
sursei de radiație ce are o influență hotărâtoare atât asupra procedeelor de
modulație, cât și asupra performanț elor sistemului.
Principala problemă la alegerea optimă a sursei de radiație într -un
sistem de comunicație, o constituie compatibilitatea acesteia cu fibra optică folosită în sistem. Două sunt aspectele care trebuie avute în vedere în
optimizarea alegerii și anume:

• pe de o parte, trebuie ținut seama de faptul că fibrele optice folosite în sistemele de comunicație, au coeficientul de atenuare
redus și dispersia minimă în anumite domenii spectrale ( “ferestre”
spectrale ). De aceea, aleg erea surselor trebuie să se facă astfel
încât radiația emisă să se situeze în aceste domenii spectrale, cu
posibilități de modulație la frecvențe ridicate (de peste 100 MHz).
Această alegere este pe deplin posibilă în prezent, neridicând probleme din punct de vedere practic.

• pe de altă parte, trebuie ținut seama și de caracteristicile opto –
geometrice ale fascicolului de radiație emis de sursă, alegerea
făcându -se astfel încât să se asigure un cuplaj cu fibra optică cât
mai bun, adică pierderile să fie cât mai reduse. În acest caz sunt
posibile numai anumite combinații între tipurile de surse și de fibre
existente.

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 26
În aplicațiile practice se folosesc în prezent atât surse coerente, cum
sunt diodele laser semiconductoare (DL), cât și su rse necoerente, cum sunt
diodele electroluminiscente (DEL) și diodele superluminiscente (DSL).
Toate aceste surse pot fi modulate prin variația curentului ce se aplică
direct joncțiunii semiconductoare și pot emite radiații în domeniul infraroșu
apropiat ( 07515 , ,÷µm), domeniu în care se găsesc ferestrele spectrale
unde fibrele optice prezintă caracteristici de transmisie foarte bune.
• Receptorul optic
Receptorul optic are rolul de a reconverti puterea optică recepționată
ptr() într-un curent electric itr(), realizând în acest fel operația specifică
unui traductor optoelectronic ,
it pt r r () ()=σλ (1.2)
unde σλ reprezintă coeficientul de reconversie denumit și responsiv itatea
receptorului (exprimată în A/W).
Rezultă că receptorul optic trebuie să aibă o funcție reciprocă celei a
emițătorului optic, și ca urmare caracteristicile sale principale sunt asemănătoare cu cele ale emițătorului: valoarea responsivității, liniari tatea
legii de reconversie, domeniul spectral de funcționare, apertura numerică timpii de răspuns la impuls, fiabilitatea etc.)
Elementul de bază al receptorului este fotodetectorul . Dintre
diferitele tipuri de fotodetectori, în sistemele de comunicații p rin fibre
optice, se utilizează fotodiodele semiconductoare care fac parte din categoria fotodetectorilor cuantici. Ele au următoarele avantaje:

• sensibilitate mare la radiația emisă de diodele laser sau luminiscente;

Aspecte generale privind STN pe FO 27
• lărgime de bandă mare (corespunzătoare unui timp de creștere sub
1ns);
• zgomot intern redus;
• stabilitate a parametrilor în timp;
• consum electric mic;
• dimensiuni mici.
Fotodiodele semiconductoare sunt și ele în general de două tipuri:
fotodiode obișnuite și fotodiode cu avalanșă , ultimile fiind cele mai
utilizate.
Din punct de vedere al domeniului spectral de sensibilitate,
fotodiodele semico nductoare acoperă foarte bine domeniile în care fibrele
optice au o comportare bună.
Amplificarea tensiunii de la ieșirea fotodetectorului nu ridică
probleme tehnice deosebite față de cazurile clasice. Cuplarea
fotodetectorului cu amplificatorul se face astfel încât timpul de creștere al răspunsului la impuls să fie cât mai redus, condiție ce poate fi ușor
realizată practic utilizând amplificatoare operaționale cu reacție negativă.

• Regeneratorul
Regeneratorul constituie elementul pr incipal al echipamentului
intermediar de linie. Rolul său este de a compensa pierderile de radiație în
fibra optică. Pe baza semnalului primit la intrare, el trebuie să producă la ieșire un semnal digital identic cu cel emis de regeneratorul anterior.
Schema bloc a unui regenerator utilizat în sistemele de transmisiuni
numerice pe fibra optică este reprezentată în figura 1.6.

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 28
EMISIE RECEPȚIEControl
automat al
intensitățiiDetector
de vârfCircuit
polarizareGenerator
de tactCircuit de
decizie și
regenerareFotodetector
preamplificatorșiegalizorAmplificatorFOz ExcitatorSursă de
radiațieFO
DECIZIECircuit
de intrarede ieșireCircuit
       

Fig. 1.6 Schema bloc a regeneratorului.
După cum se poate constata, regeneratorul conține o parte de
recepție și una de emisie cu aceeași structură ca și părțile respective din
echipamentele terminale ale sistemului.
O caracteristică importantă a sistemelor de transmisiuni prin cablu
este și distanța maximă dintre regeneratori. În cazul sistemelor prin fibre
optice, această distanță este determinată la o anumită viteză de transmitere
a datelor: de atenuarea și dispersia fibrei optice, de puterea optică minimă
necesară la recepție și de puterea emisă aplicată la intrarea în fibră.
Pentru diverse combinații posib ile între tipuri de surse și cele de
fibră optică, dependența dintre distanța maximă de montare a regeneratorilor și viteza de transmitere a datelor este reprezentată în figura
1.7. În toate situațiile prezentate s -a lucrat la
λµ≅13,m și s-a folosit ca
fotodetector o fotodiodă cu avalanșă, iar atenuarea fibrelor a fost aceeași la viteze mici de transmisie.
După cum se observă, rezultatele cele mai bune le oferă dioda laser
în combinație cu oricare tip de fibră, pe când combinația cea mai dezavantajoasă este între o diodă luminiscentă și o fibră monomod,
deoarece radiația acestei diode este insuficientă pentru a se obține puterea

Aspecte generale privind STN pe FO 29
de emisie minimă necesară la intrarea fibrei optice monomod cu diametrul
foarte mic.

2 8 32 128 51201020304050
a b
c
dD (km)
f (Mb/s)
Fig. 1.7 Dependența dintre distanța maxim ă de plasare a regeneratorilor
și viteza de transmitere a datelor pentru diverse combinaț ii sursă -fibră
optic ă:
a – diodă laser și FO monomo d; b – diodă laser și FO multimo d; c – DEL și FO
multimo d; d – DEL și FO monomo d.

• Interfețele digitale
După cum se va arăta în paragraful 1.4 și în capitolele următoare,
semnalul digital oferit de multiplexor este total inadecvat pentru a fi aplicat
direct emițătorului optic în scopul transmiterii lui pe linie. Din această
cauză este necesară la emisie o interfață digitală plasată între multiplexor
și emițător care să transforme semnalul digital astfel încât să capete o serie de caracteristici favorabile transmiterii la distanță cu un minim de erori.
Așa cum rezultă din schema bloc prezentată în figura 1.5a, în
componența interfeței digitale de la emisie intră:

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 30
• decodorul HDB3/BINAR , necesar asigurării compatibilității între
STN pe FO și multiplexoarele clasice; în cazul în care semnalul
purtător de informație este oferit de sursă sub formă binară, acest
echipament;
• scramblerul ;
• codorul de linie .
Primul dintre aceste blocuri nu își mai justifică prezența dacă sursa
(în cazul schemei din figura 1 .4, multiplexorul) oferă un semnal digital
binar.
În echipamentul terminal de recepție, pentru realizarea operațiilor
inverse celor de la emisie, este necesară introducerea între receptorul optic și utilizatorul semnalului transmis (demultiplexorul), a interfeței digitale
reciproce având în componență blocurile:

• decodorul de linie ;
• descramblerul ;
• codorul BINAR/HDB3 ;
care sunt prezentate în figura 1.5b.
1.4 EGALIZAREA ÎN SISTEM ELE NU MERICE PE FIBRE
OPTICE
Și în cazul sistemelor digitale pe fibre optice, ca și la cele pe cabluri
metalice, sunt necesare operațiile de scrambling, codare de linie și de egalizare. O justificare a necesității operațiilor de scrambling și codare de
linie va fi făcută în capitolele care vor trata pe larg aceste operații și
blocurile care le realizează. Necesitatea operației de egalizare va fi
prezentată în cele ce urmează.

Aspecte generale privind STN pe FO 31
Semnalul digital, așa cum este obținut de la sursa discretă, este total
inadecvat pent ru a fi aplicat direct emițătorului luminos în scopul
transmiterii
pe linie. Din această cauză, este supus operațiilor de scrambling și codare
de linie pentru a fi transformat astfel încât să capete anumite proprietăți ce
favorizează transmisiunea sa pri n suportul optic.
Așa cum se observă din figurile 1.4 și 1.5a, după operația de codare,
se va obține secvența de date {}ak, reprezentată printr -un semnal electric
format din impulsuri de curent, de obicei dreptunghiulare. Acest semnal constituie curentul de la emisie și poate fi scris sub forma:

it aitkT e ke
k() ( ) = −
=−∞∞
∑ 0 (1.3)
unde:
• ite0() – este impulsul de curent elementar, care satisface condiția
de nesuprapunere dup ă periodicizare;
• T – perioada simbolurilor;
• ak – simbolul de ordinul k al secvenței de date.
Curentul ite() este aplicat emițătorului optic. El modulează radiația
luminoasă a acestuia așa încât puterea radiată să depindă de curentul de
comandă printr -o relație liniară de forma (1.1). În acest caz, rezultă că
puterea optică instantanee la intrarea fibrei poate fi exprimata prin relația:
pt aptkT e ke
k() ( ) = −
=−∞∞
∑ 0 (1.4)
în care
pt it ct e opt e opt 0 0 () (), . = = η η (1.5)

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 32
Semnalul emis pte(), format din impulsuri luminoase, se propagă prin
canalul optic până la recepție, unde fotodetectorul îl transformă în semnal
electric.
Pentru un sistem de transmisie ideal, la care funcția globală de
transfer a părții opt ice îndeplinește condiția de nedistorsiune, adică:
H Hejtωω af=−00 (1.6)
și la care zgomotul este absent, semnalul electric de la ieșirea
fotodetectorului va avea expresia
it aitkTr kr
k() ( ) = −
=−∞∞
∑ 0 (1.7)
unde s -a folosit nota ția
itHittr e 0 00 0 () ( ) = − (1.8)
Rezultă că în acest caz, semnalul digital transmis nu este afectat de
interferența simbolurilor, adică unui impuls dreptunghiular ce reprezintă un
simbol din secvența de date emisă îi va corespunde după fotodetecție tot un
impuls dreptunghiular lim itat în timp la o durată cel mult egală cu T, durata
unui simbol. Un astfel de impuls de curent ideal este reprezentat în figura
1.8a.
t Titr0()
a)t T
b)itr0()

Fig. 1.8 Impuls fotodetectat dup ă transmisiunea printr -un
sistem optic: a) – ideal; b) – real.

Aspecte generale privind STN pe FO 33
Pentru sistemele reale, aceste impulsuri ideale nu există, pentru că ar
necesita o bandă de transmisie infinită. Limitările benzii ce sunt
determinate de fenomenul de dispersie ce apare în propagarea prin fibra optică, de dispozitivele optoelectronice de la emisie și de la recepție, ca și
de circuitele electronice asociate lor, produc o lărgire a impulsului, astfel încât durata acestuia depășește durata T a unui simbol așa cum se arată în figura 1.8b. Din această cauză apare interferența simbolurilor ce poate afecta deciziile privind simbolurile recepționate. Reducerea interferenței
simbolurilor se poate obține prin utilizarea unei fibre cu dispersie mică și,
la fel ca la transmisiile digitale pe cabluri metalice, prin folosirea egalizării
pentru a asigura o c aracteristică de transfer globală care să corespundă
unuia din criteriile Nyquist de decizie. Cu notațiile din figura 1.4 și 1.5, caracteristica de transfer globală va fi:

H H H H H t c f e () ()()()() ωωωωω = (1.9)
Rezultă că rolul egalizorului este de a asigura caract eristicii H( ω) o
formă care să ducă la minimizarea interferenței simbolurilor. Și în
transmisiunile digitale pe fibra optică caracteristicile în “cosinus ridicat”
prezintă același interes ca și în transmisiunile pe cabluri metalice.
Semnalul egalizat este aplicat în continuare circuitului de decizie și
regenerare în care se efectuează sondarea la momentele optime determinate
de semnalul de tact. În momentul sondării, semnalul este comparat cu pragurile de decizie și în funcție de rezultatul comparației, regeneratorul
emite la ieșire secvența de date
{}'ak, care după decodare constituie
semnalul digital transmis.
Cu cât secvența datelor recepționate este mai apropiată de cea transmisă,
cu atât calitatea sistemului de transmisiune este mai bun ă. Parametrul

Sisteme de transmisiuni numerice pe fibre optice 34
principal prin care se apreciază calitatea sistemului este probabilitatea de
eroare a simbolurilor (rata erorilor). Acest parametru este determinat și în
cazul comunicațiilor pe fibre optice de interferența simbolurilor, de zgomot și de jitte rul tactului de sondare. Rezultă că reducerea ratei erorilor ca și
controlul acesteia în orice moment, atât în regeneratori cât și la recepție, este de o importanță deosebită pentru orice sistem. Un rol esențial în acest sens îl va avea și codul de linie ales.
1.5 AVANTAJELE SISTEMELO R DE TRANSMISIUNI
NUMERICE PE FIBRE OP TICE
Transmisiunile digitale pe fibra optică reprezintă un domeniu aflat în
plină dezvoltare care pregătește cu certitudine infrastructura telecomunicațiilor pentru secolul următor. Acest fapt se datorează unor caracteristici deosebit de favorabile pe care le posedă aceste transmisiuni
față de cele pe cabluri clasice și care vor fi sintetizate în cele ce urmează.
Cablurile optice au diametre mici, sunt ușoare, flexibile și deci facil
de instalat și manipulat, chiar și atunci când numărul de fibre optice
componente este relativ mare. Economia de greutate față de cablurile
clasice din cupru, chiar în situația când cablurile optice sunt protejate contra mediilor acide sau corozive, este în prezent, de 10 la 1.
Spre deosebire de cupru, costul materiei prime folosite în fabricarea
fibrelor optice (silicații) este redus, iar cantitatea necesară este mai mica, ceea ce constituie un avantaj net față de cablurile metalice. În consecință,
cuprul ca materie primă, va fi înlocuit cu sticla.
Datorită proprietăților dielectrice ale sticlei, fibrele optice permit
obținerea unei izolații electrice totale între echipamente nefiind necesar un
punct comun de masă și nu apar probleme de scurtcircuit. Totod ată, fibrele

Aspecte generale privind STN pe FO 35
din sticlă au un grad ridicat de rezistență la temperaturi înalte (în jur de
1000°C), cu excepția materialului de protecție (învelișul) în cazul când
acesta nu este confecționat din materiale plastice rezistente la temperatură
(cum ar fi teflo nul). Ele pot fi astfel amplasate prin locuri cu temperaturi
ridicate, fără riscuri de deteriorare.
Fibrele optice prezintă o imunitate foarte mare față de zgomote,
interferențe și diafonii și pot fi utilizate în medii cu perturbații electromagnetice ridi cate. Ele au un grad relativ mare de rezistență și la
radiațiile nucleare.
Banda de trecere foarte mare a fibrelor optice ca și atenuarea relativ
mică care prin ultimele tehnologii de fabricație ale acestor cabluri ajunge
sub 1 dB/km, vor permite realizar ea de sisteme de transmisiuni digitale
mult mai simple și mult mai ieftine decât cele clasice, lucrând la viteze de ordinul a zeci și sute de MB/s și cu distanța dintre regeneratori mărită la peste 50 km.
Dar avantajul major al sistemelor folosind cabluri le optice care
trebuie remarcat cu precădere, este posibilitatea de transmisie a semnalelor de bandă largă. Se oferă astfel utilizatorilor cât mai multe servicii, cum
sunt: telefonia multiplă, transmisiunile video, videotelefonul, transmisiunile
de date, t ransmisiunile de facsimile, legături INTERNET, multimedia etc.