Оптический приемник является электрооптическим прибором для преобразования оптических сигналов в электрические сигналы. Он состоит из оптического детектора и промежуточных соединительных компонентов между оптическим входом и коаксиальным выходом. На вход оптического приемника подается оптический сигнал с выхода волоконно-оптической линии. Приемник обрабатывает полученный электрический сигнал, усиливая его и преобразуя импульсы тока в импульсы напряжения, чтобы сигнал с выхода приемника был совместим с той радиочастотной системой передачи, которая подключается к его выходу. Именно параметры оптического приемника во многом определяют технические возможности распределительной системы, среди которых длина регенерационного участка, рабочая полоса частот реверсного канала и качество выходного сигнала.
Основные факторы при выборе оптических приемников
1. Чувствительность фотодетектора. Она измеряется соотношением его выходного напряжения к входной оптической мощности.
2. Квантовая эффективность. Это характеристика, которая аналогична чувствительности диода, выраженная как отношение числа фотонов, падающих на диод, к числу порожденных ими электронов, образующих ток во внешней цепи. Эффективность, равная 1 (или 100 %), означает, что каждый фотон увеличивает ток во внешней цепи на один электрон.
3. Темновой ток. Даже в отсутствии падающего света через диод протекает некоторый ток, объясняющийся тепловой генерацией электронно-дырочных пар. Этот ток, величина которого зависит от температуры прибора, называется темновым или током утечки.
4. Эквивалентная или средняя мощность шума (NEP). Это среднеквадратическая мощность сигнала, требуемая для получения единичного отношения сигнал/шум или минимальная оптическая мощность, необходимая для создания тока, равного собственному среднеквадратическому шумовому току прибора, который аналогичен тепловому порогу детектирования приемника.
5. Время нарастания (время срабатывания). Это время, которое требуется детектору для увеличения уровня его выходного электрического сигнала от 10 до 90 процентов пикового значения. Это время может составлять порядка 1 не для лавинных диодов, около 3 - 4 не для pin-диодов и зависит от напряжения смещения.
6. Напряжение смещения. Работая с током, детектор требует смещения в рабочую область с помощью приложения к нему напряжения смещения. Обычно pin-диоды требуют смещения менее 100 В, тогда как лавинные диоды требуют приложения нескольких тысяч вольт. Тем, что подача напряжения смещения повышает температуру фотодетектора, объясняется его влияние на время отклика, темновой ток и чувствительность прибора. С ростом смещения изменяются рабочие характеристики фотодиода.
Основным элементом приемника является фотодетектор, который преобразует поступающую энергию света в электрическую энергию выходного сигнала. В настоящее время используется главным образом два типа фотодетекторов: PIN-диоды и лавинные диоды APD. Рассмотрим в общих чертах устройство этих приборов.
PIN-диод является полупроводниковой структурой, которая включает область положительных зарядов (positive), область отрицательных зарядов (negative) и разделяющую их нейтральную область (intrinsic), обедненную носителями зарядов. Обедненная область создается обратным смещением перехода, при котором через прибор течет очень слабый обратный ток. При обратном смещении электроны стремятся выйти из n-области во внешнюю цепь и образовать дырки в р-области, обедняя носителями заряда область перехода.
Когда свет падает на поверхность диода, поглощаемые фотоны создают электронно-дырочные пары в обедненной области. Затем электроны и дырки разделяются под действием обратного смещения перехода и текут в направлении своих областей. Каждая электронно-дырочная пара производит ток в один электрон во внешней цепи. Структура PIN-диода и диаграмма напряженности поля в ней показаны на рис. 11.5.
В идеальном PIN-диоде каждый фотон создает одну электронно-дырочную пару. Если на диод падает слабый световой поток, то производимый электрический ток может быть недостаточным, чтобы детектировать его на фоне внутреннего шума самого pin-диода и внешней цепи.
PIN-диод обладает следующими характеристиками:
- относительно простая структура по сравнению с лавинными диодами;
- относительно слабая чувствительность к изменению температуры прибора;
- квантовая эффективность обычно менее или равна 1;
- ограниченный динамический диапазон;
- небольшая стоимость;
- по сравнению с лавинными диодами низкая чувствительность при данном отношении сигнал/шум.
Лавинный фотодиод или APD (Avalanche Photo Diode) является альтернативой фотодетектору на основе PIN-диода. По сравнению с последними он имеет ряд преимуществ. Если на поверхность PIN-диода падает слабый световой поток, то выходной сигнал детектора также слаб, поэтому хотелось бы повысить его уровень перед дальнейшей его обработкой и усилением в электронной части фотоприемника. Это и обеспечивает структура, названная APD, которая показана на рис. 11.6.
Внутри части обедненной области лавинного диода создается сильное электрическое поле, напряженность которого отображена пиком на рисунке. Основные носители зарядов, порожденные падающими на диод фотонами (как и в pin-диодах), при попадании в это сильное поле способны усиливать выходную энергию на несколько электрон-вольт. Сталкиваясь с кристаллической решеткой, основной носитель отдает достаточно энергии для продвижения электрона из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс называется ударной ионизацией. Вследствие этого неосновные носители могут создавать еще больше носителей заряда. В результате происходит явление, известное как лавинный пробой, которым и объясняется внутреннее усиление в диоде.
Количество электронов, образующих ток во внешней цепи диода, равно произведению числа падающих фотонов и коэффициента лавинного умножения прибора. Поэтому APD имеют квантовую эффективность около 4 (т.е. больше 100 %), хотя это может приводить также и к усилению шума на выходе прибора. Лавинные диоды чувствительны к изменению температуры, поэтому обычно в структуру фотодетектора на основе APD включена схема АРУ (автоматического контроля усиления), которая поддерживает стабильное напряжение смещения. Лавинные диоды обладают следующими характеристиками:
- более сложная структура по сравнению с PIN-диодами;
- чувствительность прибора зависит от его температуры;
- квантовая эффективность составляет от 3 до 4;
- более широкий динамический диапазон;
- высокая прочность и длительное время эксплуатации;
- более высокая стоимость по сравнению с PIN-диодами;
- чувствительность обычно на 5 - 6 дБ выше, чем у PIN-диодов.
Минимальные сведения об устройстве приемников необходимы как разработчику оптической системы передачи, так и обслуживающему техническому персоналу для того, чтобы контролировать работоспособность системы и правильность детектирования. На рис. 11.7 показана структурная схема оптического приемника. Обычно оптический приемник представляет собой чувствительный широкополосный фотодетектор с входным спектральным диапазоном, соответствующим рабочей длине волны (например, 1200 - 1600 нм для волны 1550 нм), который совмещен в одном корпусе с мощным двухступенчатым радиочастотным усилителем, имеющим высокую линейность. Для уверенного детектирования уровень оптического сигнала на входе приемника должен по крайней мере в два раза превышать уровень собственного шума приемника. Для обеспечения требуемого отношения сигнал/шум или, в случае цифровой передачи, требуемого значения BER желателен более сильный входной оптический сигнал. Это требование аналогично приемлемому соотношению уровня входного сигнала и коэффициента шума прибора в обычной высокочастотной аналоговой системе передачи. Для снижения шума в некоторые схемы оптических приемников включается трансимпедансный усилитель (усилитель напряжения, управляемый током на полевом транзисторе).
Такие приемники, в которых используются детекторы на PIN -диодах, иногда называют устройствами PIN-FET (PIN -диод с полевым транзистором). Полевой транзистор в данном случае используется для усиления выходного сигнала детектора. Поскольку активные области поверхности детектора относительно велики, эффективное введение светового сигнала с выхода волокна в детектор не представляет трудной задачи. Иногда для минимизации потерь при вводе света в детектор применяются волокна с размером сердцевины, большим, чем у используемых в звене передачи, в виде коротких отрезков гибкого волокна. Обычно приемники на основе PIN-диодов устроены более просто, чем APD. Последние, особенно в сочетании с устройством термоэлектрического контроля (ТЕС), являются более сложными приборами.
В настоящее время выпускается множество моделей оптических приемников с различными конструктивными особенностями. Сказать о всех особенностях невозможно, но попробуем осветить главные. В основе обычно лежит модульная конструкция с широким выбором модулей разного назначения. В зависимости от технических требований, предъявляемых к сети, по выбору разработчика в разных моделях могут быть установлены следующие компоненты: модуль АРУ, оптический передатчик обратного канала, диплексер прямого и обратного каналов, дополнительные сменные делители выходного сигнала. Наличие АРУ весьма важно в сетях с меняющейся нагрузкой или в условиях плохой стабильности параметров магистрали, в частности, при низком классе головной станции. Радиочастотный усилитель строится по тем же базовым принципам и схемам, которые были описаны в предыдущей главе. Выходная ступень должна иметь высокую линейность и создается по схеме Push-Pull или Power Doubler, между ступенями усилителя включается межкаскадный эквалайзер и аттенюатор с плавной или ступенчатой регулировкой.
Несмотря на возможность передачи света по волокну в обоих направлениях, обратный канал зачастую организуется по отдельному волокну с помощью передатчиков обратного канала, встроенных в некоторые модели оптических приемников, и оптических приемников обратного канала, устанавливаемых на головной станции. Основой оптического передатчика реверсного канала тоже служит полупроводниковый лазерный диод с системой температурной стабилизации мощности выходного излучения. Регулировка коэффициента модуляции осуществляется изменением уровня сигнала, подаваемого на модулятор излучателя, для чего на входе оптического передатчика установлен аттенюатор. Рабочая полоса частот передатчиков реверсного канала приемников может меняться в зависимости от его загруженности. Рабочая полоса оптического приемника прямого канала по выходу должна соответствовать полосе последующей распределительной сети (50 - 862 МГц или 900 - 2150 МГц).
Дополнительные функциональные особенности, предоставляемые оптическими приемниками
- Возможность питания от местной электросети или по коаксиальному кабелю.
- Возможность подключения с помощью различных оптических разъемов (FC, SC, Е2000) и радиочастотных разъемов (RG-11, RG-11М).
- Наличие тестовых точек контроля параметров прямого и обратного каналов.
- Наличие сменных диплексеров, позволяющих ступенчато менять верхнюю частоту обратного канала до 30, 55 или 65 МГц.
- Наличие дополнительного оптического входа для резервирования оптической магистрали.
- Наличие делителей мощности, позволяющих организовать два радиочастотных выхода.
- Наличие встроенного генератора пилотной частоты для контроля оборудования системой сетевого менеджмента NMS (Network Management System) на головной станции.
Описанные характеристики и особенности приемников позволяют создавать разветвленные гибридные интерактивные сети кабельного телевидения большой канальной и абонентской емкости с достаточно протяженными магистралями без оптических репитеров. Один оптический приемник может обслуживать коаксиальный распределительный сегмент, включающий от 500 до 2000 абонентов при трансляции до 80 цифровых и аналоговых сигналов. Например, уровень входного оптического сигнала приемника OR-8601A TVBS составляет -8...+2 дБМ, а уровень выходного сигнала составляет 112 - 116 дБмкВ при отношении C/N более 51 дБ. Его входной динамический диапазон, таким образом, составляет не менее 10 дБ при чувствительности -8 дБм на длине волны 1550 нм. При использовании оптического передатчика OT8620SQ TVBS с выходной мощностью 13 дБм на длине волны 1330 нм протяженность оптической магистрали составит более 40 км при одновременной трансляции 40 телевизионных каналов и уровне входного сигнала 2 дБм с учетом того, что потери в волокне составят 0,4 дБ/км. Показатели СТВ и CSO этого приемника составляют соответственно более 65 и 61 дБ.
Требования стандарта EN-50083 к набору показателей, публикуемых производителем в спецификации оптического приемника и усилителя
- Рабочий диапазон длин волн в нм.
- Диапазон входных оптических уровней.
- Отношение C/N при указанном индексе оптической модуляции и входной мощности (для аналоговой передачи).
- Входная мощность для указанного количества ошибок в потоке данных (для цифровой передачи).
- Максимальная эквивалентная шумовая мощность NEP.
- Максимальная плотность входного эквивалентного шумового тока.
- Оптический коэффициент возвратных потерь по диапазону длин волн (рекомендуемое значение должно превышать 40 дБ).
- Напряжение и ток питания.
- Тип оптических коннекторов или сплайсов.
- Тип волокна.
- Средняя наработка на отказ (MTBF).
- Демодуляционные характеристики.
- Чувствительность по напряжению и ее допуск в В/Вт - диапазон автоматического контроля уровня.
- Номинальный рабочий выходной уровень - диапазон выходных частот.
- Неравномерность амплитудно-частотной характеристики.
- Интермодуляция при заявленных выходных уровнях.
Приемник может быть снабжен индикаторами отклонениях входного оптического уровня. Электрический выходной порт прибора должен иметь номинальный импеданс 75 Ом (в некоторых частных случаях, указанных в стандарте, допустим импеданс 50 Ом). Коэффициент возвратных потерь должен соответствовать одной из категорий, приведенных в EN 50083.
Производители должны сообщать следующие показатели оптического усилителя:
- мощность насыщенная в зависимости от входной длины волны;
- выходная мощность насыщения в дБм в зависимости от входной длины волны;
- коэффициент шума в зависимости от входной мощности на указанной длине волны;
- показатели нелинейных искажений;
- оптический коэффициент возвратных потерь в диапазоне длин волн на входе (рекомендуемое значение должно превышать 40 дБ);
- минимальный оптический коэффициент возвратных потерь, вызванный дисперсностью отражения;
- напряжения и ток питания;
- тип волоконного соединителя или сплайса;
- тип волокна;
- среднее время наработки на отказ (MTBF).
Усилитель должен быть снабжен индикатором выходной мощности "on", указывающим на излучение света.
Резюме
Построение крупных кабельных телевизионных сетей невозможно без использования оптического волокна в качестве транспортной или магистральной линии передачи от головного оборудования к распределительным абонентским сегментам, выполняемым, как правило, на основе коаксиального кабеля . В начале оптической линии, на головной станции, устанавливается оптический передатчик. Конечным прибором оптической линии является оптический приемник. При большой протяженности магистрали или транспортной линии возможно включение между передатчиком и преемником оптического усилителя, но в обычных сетях кабельного телевидения в этом нет необходимости. Во многом качество передачи в оптической линии определяется качеством волокна.
Искажения и шумы для цифровых и аналоговых оптических систем определяются разными показателями и измеряются в разных единицах. Преобразование времени нарастания в полосу частот возможно. В спецификации на аналоговое активное оборудование и оптическое волокно обычно даются в тех же терминах, что и спецификации на активное оборудование коаксиальных систем. Это позволяет находить комплексные показатели качества гибридной системы методом комбинирования с помощью диаграмм или аналитических выражений и упрощает, тем самым расчеты при проектировании системы, включающей волоконно-оптические сегменты и коаксиальную структуру. Как и в коаксиальных системах, в аналоговых оптических системах величины интермодуляционных искажений зависят от числа телевизионных сигналов и уровня выходного оптического сигнала передатчика. Величина шума зависит от устройства приемника и уровня оптического сигнала на входе приемника.
В данной статье я хотел бы продолжить разговор о современных тенденциях развития волоконно-оптического оборудования для сетей КТВ, в частности, оптических приемников. Большое разнообразие производителей этого сегмента оборудования, а также широкий спектр моделей приемников, представленных в настоящий момент на российском рынке, с одной стороны, способен удовлетворить самые изысканные потребности кабельных операторов, а с другой стороны, способен создать проблему выбора перед теми кабельными операторами, которые модернизируют свою оптическую сеть или строят ее впервые. |
|||
| Статья была опубликована в журнале "Кабельщик " №3 2009г. |
|||
Первые оптические приемники для сетей КТВ появились немногим более десяти лет тому назад. С момента своего появления и развития они претерпели значительные изменения – как по техническим характеристикам, так и по стоимостным показателям. Напомню, что первые приемники – оптические узлы – как правило, имели в своем составе оптический передатчик обратного канала и были предназначены для интерактивных сетей с поддержкой протокола DOCSIS. Наличие передатчика обратного канала (и, соответственно, возможность установки такого оптического узла в сеть с поддержкой DOCSIS) объяснялось прежде всего тем, что в США и в большинстве стран Европы к тому моменту (примерно 2000 г.) уже была построена весьма мощная кабельная инфраструктура, существенно изменять и перестраивать которую никому не хотелось. Именно это и стало основной причиной быстрого развития технологии DOCSIS – она позволила с минимальными затратами и в самые короткие сроки модернизировать уже существующую сеть и сделать ее интерактивной. Те, первые оптические узлы, как правило, обслуживали большие коаксиальные кластеры (до 2–5 тысяч абонентов) и были весьма дорогими устройствами – цена на такие «железки» часто достигала двух тысяч долларов и даже выше!
Российские операторы поотстали от своих более «продвинутых» американских и западных коллег – к шумов ингрессии (особенно в полосе обратного канала), с другой стороны, активное оборудование (в частности, усилители) не было предназначено для организации обратного канала.
Но, как говорится, нет худа без добра – бум строительства кабельных сетей в России пришелся как раз на тот период, когда стали появляться оптические приемники без поддержки обратного канала, что позволило значительно упростить их конструкцию, а, следовательно, и существенно снизить цену. Более стремительное падение цен на приемники стало возможным также еще по двум основным причинам – значительно развилась технология производства оптического оборудования и, кроме того, на российский рынок, помимо оборудования известных американских и западных компаний, хлынул поток дешевого оборудования из стран азиатского региона, в первую очередь из Китая. Тогда же стали появляться и первые модели приемников отечественного производства. Появление на рынке таких недорогих оптических приемников и позволило, в конечном итоге, российским операторам начать строительство сетей «оптика в дом» (технологии FTTB/FTTH). Что же касается интерактивности и передачи данных – для этого стало использоваться сетевое оборудование – параллельно сети КТВ (на других волокнах) разворачивалась сеть передачи данных (оптический Metro-Ethernet).
Помимо отказа от передатчиков обратного канала, проявились две основные тенденции при разработке оптических приемников для сетей КТВ – во первых, на рынке стали появляться приемники с высоким выходным уровнем (порядка 107–110 дБмкВ и даже выше). Это послужило причиной появления и развития технологии FTLA – Fiber To the Last Active (последний активный элемент в сети). Название технологии говорит само за себя – после таких приемников с высокими выходными уровнями (при строительстве «оптика в дом») исчезла необходимость устанавливать домовые коаксиальные усилители. Использование относительно дорогих приемников с высокими выходными уровнями по сравнению с дешевыми приемниками, но имеющими низкие выходные уровни, имеет ряд как технических преимуществ, так и очень часто оправдано экономически (см. список публикаций к статье).
Впоследствии появилось желание получить оптический приемник класса FTTH (т.е. с высоким выходным уровнем), и при этом чтобы такой приемник мог работать при пониженных уровнях входной оптической мощности. Напомню, что первые приемники, обслуживающие большие коаксиальные кластеры, для достижения хорошего запаса по уровню сигнал/шум должны были иметь на входе оптический сигнал с уровнем порядка 1 мВт (0 дБм). Развитие технологии «оптика в дом» (FTTB/FTTH) значительно снизило требования по параметру сигнал/шум на выходе приемника – уровень входной оптической мощности стало возможным понижать до уровня -3 – -4 дБм (а иногда и ниже). Но вот беда – при снижении входной оптической мощности происходило и значительное снижение уровня ВЧ-сигнала на выходе приемника. Это уменьшение подчиняется правилу «один к двум» – при снижении входного уровня оптического сигнала на 1 дБм выходной ВЧ-сигнал уменьшается на 2 дБмкВ. Чтобы избежать такого уменьшения выходного уровня и вообще сделать его независимым от возможного изменения уровня оптического сигнала в сети, возникла идея использовать систему АРУ в составе оптического приемника.
Итак, примерно три-четыре года назад в общих чертах произошло формирование рынка оптических приемников, основные типы которых мы наблюдаем и сейчас:
– оптические узлы-приемники с возможностью установки передатчиков обратного канала. Стоимость – примерно от 200–300 USD для «выходцев» из стран азиатского региона, до 700–1000 USD для их более благородных «братьев»;
– дешевые оптические приемники без обратного канала, относительно простые по конструктивному исполнению и с выходными уровнями 100–110 дБмкВ (происхождение, как правило, Китай);
– приемники, специально предназначенные для сетей «оптика в дом» – без обратного канала, c высоким выходным уровнем (107–115 дБмкВ) и встроенной функцией АРУ. Такие приемники часто имеют дополнительные «навороты», о которых мы поговорим чуть позже. Стоимостной показатель – от 120–130 до 230–250 USD.
Хочу заметить, что вышеприведенная градация условна и не ставит целью жестко систематизировать все те модели, которые есть на рынке. Первый класс приемников в настоящий момент стал относительно редким – как правило, оптические узлы применяются только в сетях, которые ориентировались на поддержку протокола DOCSIS (либо уже построены, либо модернизируются).
Что касается второго класса приемников, то большую часть рынка этих приемников в настоящий момент занимают приемники из стран азиатского региона, хотя есть модели и отечественного производства, и известных зарубежных брендов. Эти приемники – самые простые и самые дешевые, цена на некоторые из них опускается до 70–80 USD. Приемники этого класса долго оставались самыми востребованными, пока не появились приемники следующего поколения, которые составили им ощутимую конкуренцию.
Первым известным приемником этого нового поколения стал приемник Lambda Pro 50 (Vector). Высокий выходной уровень, наличие функции АРУ, а также удобный функционал сделали этот приемник на пару лет фактически фаворитом рынка – стремления других производителей (в том числе и азиатского региона) сделать более дешевый аналог долгое время не имели значительного успеха.
Однако жизнь не стоит на месте, и в последние год-полтора появились несколько новых моделей из этого класса приемников, о которых мне хотелось бы рассказать подробнее.
Приемники CXE800/CXE880 (TELESTE)
Одной из известных фирм-производителей, работавших над созданием эффективных приемников класса «оптика в дом», была европейская компания Teleste. Продукция этой компании давно известна не только во всем мире, но и на российском рынке. Свою большую популярность оборудование Teleste получило не только благодаря превосходным техническим характеристикам, но и благодаря своей исключительной надежности. Хочется отметить, что Финляндия – страна с суровым климатом, и ее оборудование как нельзя лучше подходит для тех российских операторов, кто предъявляет повышенные требования по климатическим условиям. Внешний вид приемника CXE800 и его структурная схема представлены соответственно на рис. 1 и 2.
Приемник CXE800 (Teleste) имеет один ВЧ-выход (второй выход может быть легко задействован при установке специальной вставки-делителя или ответвителя). Это типичный приемник класса FTTH, не имеющий обратного канала и относительно простой по своей идее. Выходной каскад приемника организован по технологии GaAs MESFET, благодаря чему достигается высокий выходной уровень (до 118 дБмкВ). CXE800 имеет встроенную систему АРУ по уровню входной оптической мощности, благодаря чему достигается постоянство высокого уровня ВЧ-сигнала при изменении входного оптического сигнала (глубина АРУ составляет -7–0 дБм). Металлический литой корпус значительно повышает теплоотдачу при работе приемника и снижает риск его перегрева. Приемник имеет местное питание (165–255 В) и отличается очень широким диапазоном рабочих температур – от -40 до +55°С – мало кто из производителей может похвастать такими значениями! Кроме того, хочется отметить высокую защищенность CXE800 от электромагнитных наводок и грозовых разрядов – Teleste гарантирует устойчивость к импульсным наводкам с потенциалом до 6 кВ!
Для тех операторов, кто использует технологию DOCSIS, специально выпущена версия приемника на базе CXE800 – оптический узел CXE880, который имеет встроенный FP-передатчик обратного канала. Этот узел отличается относительной простотой конструкции по сравнению со многими конкурентными моделями других известных производителей и, соответственно, более низкой ценой. Узел CXE880 может иметь местное или дистанционное питание – в зависимости от требований заказчика.
Хочется отметить, что приемники CXE800 уже успешно используются во многих российских сетях. Именно этот приемник был выбран группой компаний «Стрим ТВ» как основной приемник для строительства оптических сетей во многих городах России.
Приемники OD002 и OD100 (TERRA)
Оборудование компании Terra также хорошо известно кабельным операторам – оно отличается оптимальным соотношением цена-качество, европейским уровнем исполнения и высокой надежностью. Приемники OD002 и OD100 были разработаны компанией Terra специально как приемники для сетей «оптика в дом», которые не используют протокол DOCSIS и где передача данных осуществляется на параллельных волокнах (как правило, Metro-Ethernet). Модели OD002 и OD100 (рис. 3 и 4) – с местным питанием, имеют практически одинаковый функционал и в первом приближении отличаются только разными выходными уровнями ВЧ-сигнала. Как показала практика, не всем операторам необходим выходной уровень в 113 дБмкВ (именно такой рабочий уровень у OD100 при включенном АРУ) – зачастую можно обойтись более низким выходным уровнем, а стоимость приемника при этом может быть значительно снижена (менее мощный выходкаскад, меньшее энергопотребление и теплоотдача, соответственно и более простой корпус). Поэтому рабочий уровень у приемника OD002 – до 107 дБмкВ, что позволило снизить его стоимость более чем в полтора раза! Корпуса у приемников OD – литые, что улучшает их теплоотдачу и снижает риск перегрева. Приемники OD002 и OD100 – с одним ВЧ-выходом и имеют встроенную систему АРУ по уровню входного оптического сигнала. Диапазон работы АРУ весьма широк – от -7 до +2 дБм. Кроме того, эти приемники имеют очень хорошие шумовые параметры – как показала практика, возможно применение этих приемников при уровнях входного сигнала вблизи нижней границы диапазона АРУ (например, -6 дБм) и при этом не происходит существенного «зашумления» сигнала.
Хочется особо отметить наличие такой встроенной опции в семействе приемников OD, как наличие жидкокристаллического цифрового индикатора, который может служить для отображения уровня оптической мощности на входе приемника при помощи встроенной системы измерения. Кроме того, этот же индикатор служит для отображения параметров ВЧ-сигнала в режиме настройки. Интересно также и то, что настройка выходных параметров осуществляется без помощи модулей-вставок, с помощью встроенного микропроцессора и кнопочного управления. При отключении питания установки сохраняются в памяти приемника. Все это позволяет значительно упростить инсталляцию и настройку приемника и обойтись без дополнительного измерительного оборудования, что особенно важно при строительстве сетей с глубоким проникновением оптики, когда затраты на инсталляцию и обслуживание большого количества приемников становятся весьма существенными.
Приемник OD120 (TERRA)
Хотя приемник OD120 создан на базе модели OD100, думаю, что есть смысл выделить его особо, поскольку он является на данный момент одним из самых современных и функциональных устройств, представленных на сегодняшнем рынке. Этот приемник интересен тем, что в нем реализована возможность дистанционного мониторинга и управления его основными параметрами за счет применения интегрированного Ethernet-адаптера UD210. Еще одна интересная особенность модели OD120 состоит в том, что в конструкцию приемника добавлена плата цифрового интерфейса (рис. 5), которая осуществляет взаимодействие приемника с внешними устройствами. Так, в частности, на этой плате располагаются контакты для управления реле питания сетевого коммутатора (switch’а), и в случае «подвисания» коммутатора возможен его перезапуск. Кроме того, плата цифрового интерфейса служит для съема информации с датчика внешней сигнализации (например, датчика открытия ящика, в котором располагается оборудование), а также информации о режиме работы блока бесперебойного питания (UPS). Максимальное количество приемников OD120 в сети ограничено только количеством свободных IP-адресов в сети оператора. Приемник OD120 поставляется с уникальным описанием параметров (комплект MIB-файлов) для протокола SNMP (версия v2c). В этих MIB-файлах параметры разделены на три категории:
– только считываемые,
– считываемые и настраиваемые,
– передаваемые сообщения (TRAP).
При этом некоторые описания в MIB-файле (такие, как имя приемника и его местонахождение) может задавать оператор сети, что очень удобно при обслуживании сети.
К считываемым параметрам относятся серийный номер приемника, уровень входной оптической мощности, рабочая температура, напряжение на выходе блока питания и др. Вторая группа параметров – значения аттенюаторов и межкаскадного корректора, включение системы АРУ, пороговые значения параметров, при которых генерируются сигналы о нештатных ситуациях (алармы). Передаваемые сообщения (TRAP) – это сами алармы, сигнализирующие о неисправностях или отклонении параметров от предельно допустимых установленных значений. Комплект MIB-файлов позволяет интегрировать оптический приемник OD120 в систему мониторинга и менеджмента оператора сети. Параметры адаптера UD210, такие, как IP-адрес, маска сети, имя пользователя, пароль и т.п., можно легко установить, подключив компьютер с сетевой картой. Для подключения используется Telnet-клиент для Windows.
Возможность удаленного мониторинга и управления параметрами, реализованная в приемнике OD120, делает его крайне привлекательным решением для тех операторов, которые заботятся о надежности предоставления своих услуг и используют современные технические средства для контроля и обслуживания своей сети.
В заключение хотелось бы добавить, что представленное в настоящий момент на рынке большое разнообразие моделей оптических приемников способно удовлетворить практически любые требования оператора.
Первые оптические приемники для сетей КТВ появились немногим более десяти лет тому назад. С момента своего появления и развития они претерпели значительные изменения – как по техническим характеристикам, так и по стоимостным показателям. Напомню, что первые приемники – оптические узлы – как правило, имели в своем составе оптический передатчик обратного канала и были предназначены для интерактивных сетей с поддержкой протокола DOCSIS. Наличие передатчика обратного канала (и, соответственно, возможность установки такого оптического узла в сеть с поддержкой DOCSIS) объяснялось прежде всего тем, что в США и в большинстве стран Европы к тому моменту (примерно 2000 г.) уже была построена весьма мощная кабельная инфраструктура, существенно изменять и перестраивать которую никому не хотелось. Именно это и стало основной причиной быстрого развития технологии DOCSIS – она позволила с минимальными затратами и в самые короткие сроки модернизировать уже существующую сеть и сделать ее интерактивной. Те, первые оптические узлы, как правило, обслуживали большие коаксиальные кластеры (до 2–5 тысяч абонентов) и были весьма дорогими устройствами – цена на такие «железки» часто достигала двух тысяч долларов и даже выше!
Российские операторы поотстали от своих более «продвинутых» американских и западных коллег – к шумов ингрессии (особенно в полосе обратного канала), с другой стороны, активное оборудование (в частности, усилители) не было предназначено для организации обратного канала.
Но, как говорится, нет худа без добра – бум строительства кабельных сетей в России пришелся как раз на тот период, когда стали появляться оптические приемники без поддержки обратного канала, что позволило значительно упростить их конструкцию, а, следовательно, и существенно снизить цену. Более стремительное падение цен на приемники стало возможным также еще по двум основным причинам – значительно развилась технология производства оптического оборудования и, кроме того, на российский рынок, помимо оборудования известных американских и западных компаний, хлынул поток дешевого оборудования из стран азиатского региона, в первую очередь из Китая. Тогда же стали появляться и первые модели приемников отечественного производства. Появление на рынке таких недорогих оптических приемников и позволило, в конечном итоге, российским операторам начать строительство сетей «оптика в дом» (технологии FTTB/FTTH). Что же касается интерактивности и передачи данных – для этого стало использоваться сетевое оборудование – параллельно сети КТВ (на других волокнах) разворачивалась сеть передачи данных (оптический Metro-Ethernet).
Помимо отказа от передатчиков обратного канала, проявились две основные тенденции при разработке оптических приемников для сетей КТВ – во первых, на рынке стали появляться приемники с высоким выходным уровнем (порядка 107–110 дБмкВ и даже выше). Это послужило причиной появления и развития технологии FTLA – Fiber To the Last Active (последний активный элемент в сети). Название технологии говорит само за себя – после таких приемников с высокими выходными уровнями (при строительстве «оптика в дом») исчезла необходимость устанавливать домовые коаксиальные усилители. Использование относительно дорогих приемников с высокими выходными уровнями по сравнению с дешевыми приемниками, но имеющими низкие выходные уровни, имеет ряд как технических преимуществ, так и очень часто оправдано экономически (см. список публикаций к статье).
Впоследствии появилось желание получить оптический приемник класса FTTH (т.е. с высоким выходным уровнем), и при этом чтобы такой приемник мог работать при пониженных уровнях входной оптической мощности. Напомню, что первые приемники, обслуживающие большие коаксиальные кластеры, для достижения хорошего запаса по уровню сигнал/шум должны были иметь на входе оптический сигнал с уровнем порядка 1 мВт (0 дБм). Развитие технологии «оптика в дом» (FTTB/FTTH) значительно снизило требования по параметру сигнал/шум на выходе приемника – уровень входной оптической мощности стало возможным понижать до уровня -3 – -4 дБм (а иногда и ниже). Но вот беда – при снижении входной оптической мощности происходило и значительное снижение уровня ВЧ-сигнала на выходе приемника. Это уменьшение подчиняется правилу «один к двум» – при снижении входного уровня оптического сигнала на 1 дБм выходной ВЧ-сигнал уменьшается на 2 дБмкВ. Чтобы избежать такого уменьшения выходного уровня и вообще сделать его независимым от возможного изменения уровня оптического сигнала в сети, возникла идея использовать систему АРУ в составе оптического приемника.
Итак, примерно три-четыре года назад в общих чертах произошло формирование рынка оптических приемников, основные типы которых мы наблюдаем и сейчас:
– оптические узлы-приемники с возможностью установки передатчиков обратного канала. Стоимость – примерно от 200–300 USD для «выходцев» из стран азиатского региона, до 700–1000 USD для их более благородных «братьев»;
– дешевые оптические приемники без обратного канала, относительно простые по конструктивному исполнению и с выходными уровнями 100–110 дБмкВ (происхождение, как правило, Китай);
– приемники, специально предназначенные для сетей «оптика в дом» – без обратного канала, c высоким выходным уровнем (107–115 дБмкВ) и встроенной функцией АРУ. Такие приемники часто имеют дополнительные «навороты», о которых мы поговорим чуть позже. Стоимостной показатель – от 120–130 до 230–250 USD.
Хочу заметить, что вышеприведенная градация условна и не ставит целью жестко систематизировать все те модели, которые есть на рынке. Первый класс приемников в настоящий момент стал относительно редким – как правило, оптические узлы применяются только в сетях, которые ориентировались на поддержку протокола DOCSIS (либо уже построены, либо модернизируются).
Что касается второго класса приемников, то большую часть рынка этих приемников в настоящий момент занимают приемники из стран азиатского региона, хотя есть модели и отечественного производства, и известных зарубежных брендов. Эти приемники – самые простые и самые дешевые, цена на некоторые из них опускается до 70–80 USD. Приемники этого класса долго оставались самыми востребованными, пока не появились приемники следующего поколения, которые составили им ощутимую конкуренцию.
Первым известным приемником этого нового поколения стал приемник Lambda Pro 50 (Vector). Высокий выходной уровень, наличие функции АРУ, а также удобный функционал сделали этот приемник на пару лет фактически фаворитом рынка – стремления других производителей (в том числе и азиатского региона) сделать более дешевый аналог долгое время не имели значительного успеха.
Однако жизнь не стоит на месте, и в последние год-полтора появились несколько новых моделей из этого класса приемников, о которых мне хотелось бы рассказать подробнее.
Приемники CXE800/CXE880 (TELESTE)
Одной из известных фирм-производителей, работавших над созданием эффективных приемников класса «оптика в дом», была европейская компания Teleste. Продукция этой компании давно известна не только во всем мире, но и на российском рынке. Свою большую популярность оборудование Teleste получило не только благодаря превосходным техническим характеристикам, но и благодаря своей исключительной надежности. Хочется отметить, что Финляндия – страна с суровым климатом, и ее оборудование как нельзя лучше подходит для тех российских операторов, кто предъявляет повышенные требования по климатическим условиям. Внешний вид приемника CXE800 и его структурная схема представлены соответственно на рис. 1 и 2.
Приемник CXE800 (Teleste) имеет один ВЧ-выход (второй выход может быть легко задействован при установке специальной вставки-делителя или ответвителя). Это типичный приемник класса FTTH, не имеющий обратного канала и относительно простой по своей идее. Выходной каскад приемника организован по технологии GaAs MESFET, благодаря чему достигается высокий выходной уровень (до 118 дБмкВ). CXE800 имеет встроенную систему АРУ по уровню входной оптической мощности, благодаря чему достигается постоянство высокого уровня ВЧ-сигнала при изменении входного оптического сигнала (глубина АРУ составляет -7–0 дБм). Металлический литой корпус значительно повышает теплоотдачу при работе приемника и снижает риск его перегрева. Приемник имеет местное питание (165–255 В) и отличается очень широким диапазоном рабочих температур – от -40 до +55°С – мало кто из производителей может похвастать такими значениями! Кроме того, хочется отметить высокую защищенность CXE800 от электромагнитных наводок и грозовых разрядов – Teleste гарантирует устойчивость к импульсным наводкам с потенциалом до 6 кВ!
Для тех операторов, кто использует технологию DOCSIS, специально выпущена версия приемника на базе CXE800 – оптический узел CXE880, который имеет встроенный FP-передатчик обратного канала. Этот узел отличается относительной простотой конструкции по сравнению со многими конкурентными моделями других известных производителей и, соответственно, более низкой ценой. Узел CXE880 может иметь местное или дистанционное питание – в зависимости от требований заказчика.
Хочется отметить, что приемники CXE800 уже успешно используются во многих российских сетях. Именно этот приемник был выбран группой компаний «Стрим ТВ» как основной приемник для строительства оптических сетей во многих городах России.
Приемники OD002 и OD100 (TERRA)
Оборудование компании Terra также хорошо известно кабельным операторам – оно отличается оптимальным соотношением цена-качество, европейским уровнем исполнения и высокой надежностью. Приемники OD002 и OD100 были разработаны компанией Terra специально как приемники для сетей «оптика в дом», которые не используют протокол DOCSIS и где передача данных осуществляется на параллельных волокнах (как правило, Metro-Ethernet). Модели OD002 и OD100 (рис. 3 и 4) – с местным питанием, имеют практически одинаковый функционал и в первом приближении отличаются только разными выходными уровнями ВЧ-сигнала. Как показала практика, не всем операторам необходим выходной уровень в 113 дБмкВ (именно такой рабочий уровень у OD100 при включенном АРУ) – зачастую можно обойтись более низким выходным уровнем, а стоимость приемника при этом может быть значительно снижена (менее мощный выходкаскад, меньшее энергопотребление и теплоотдача, соответственно и более простой корпус). Поэтому рабочий уровень у приемника OD002 – до 107 дБмкВ, что позволило снизить его стоимость более чем в полтора раза! Корпуса у приемников OD – литые, что улучшает их теплоотдачу и снижает риск перегрева. Приемники OD002 и OD100 – с одним ВЧ-выходом и имеют встроенную систему АРУ по уровню входного оптического сигнала. Диапазон работы АРУ весьма широк – от -7 до +2 дБм. Кроме того, эти приемники имеют очень хорошие шумовые параметры – как показала практика, возможно применение этих приемников при уровнях входного сигнала вблизи нижней границы диапазона АРУ (например, -6 дБм) и при этом не происходит существенного «зашумления» сигнала.
Хочется особо отметить наличие такой встроенной опции в семействе приемников OD, как наличие жидкокристаллического цифрового индикатора, который может служить для отображения уровня оптической мощности на входе приемника при помощи встроенной системы измерения. Кроме того, этот же индикатор служит для отображения параметров ВЧ-сигнала в режиме настройки. Интересно также и то, что настройка выходных параметров осуществляется без помощи модулей-вставок, с помощью встроенного микропроцессора и кнопочного управления. При отключении питания установки сохраняются в памяти приемника. Все это позволяет значительно упростить инсталляцию и настройку приемника и обойтись без дополнительного измерительного оборудования, что особенно важно при строительстве сетей с глубоким проникновением оптики, когда затраты на инсталляцию и обслуживание большого количества приемников становятся весьма существенными.
Приемник OD120 (TERRA)
Хотя приемник OD120 создан на базе модели OD100, думаю, что есть смысл выделить его особо, поскольку он является на данный момент одним из самых современных и функциональных устройств, представленных на сегодняшнем рынке. Этот приемник интересен тем, что в нем реализована возможность дистанционного мониторинга и управления его основными параметрами за счет применения интегрированного Ethernet-адаптера UD210. Еще одна интересная особенность модели OD120 состоит в том, что в конструкцию приемника добавлена плата цифрового интерфейса (рис. 5), которая осуществляет взаимодействие приемника с внешними устройствами. Так, в частности, на этой плате располагаются контакты для управления реле питания сетевого коммутатора (switch’а), и в случае «подвисания» коммутатора возможен его перезапуск. Кроме того, плата цифрового интерфейса служит для съема информации с датчика внешней сигнализации (например, датчика открытия ящика, в котором располагается оборудование), а также информации о режиме работы блока бесперебойного питания (UPS). Максимальное количество приемников OD120 в сети ограничено только количеством свободных IP-адресов в сети оператора. Приемник OD120 поставляется с уникальным описанием параметров (комплект MIB-файлов) для протокола SNMP (версия v2c). В этих MIB-файлах параметры разделены на три категории:
– только считываемые,
– считываемые и настраиваемые,
– передаваемые сообщения (TRAP).
При этом некоторые описания в MIB-файле (такие, как имя приемника и его местонахождение) может задавать оператор сети, что очень удобно при обслуживании сети.
К считываемым параметрам относятся серийный номер приемника, уровень входной оптической мощности, рабочая температура, напряжение на выходе блока питания и др. Вторая группа параметров – значения аттенюаторов и межкаскадного корректора, включение системы АРУ, пороговые значения параметров, при которых генерируются сигналы о нештатных ситуациях (алармы). Передаваемые сообщения (TRAP) – это сами алармы, сигнализирующие о неисправностях или отклонении параметров от предельно допустимых установленных значений. Комплект MIB-файлов позволяет интегрировать оптический приемник OD120 в систему мониторинга и менеджмента оператора сети. Параметры адаптера UD210, такие, как IP-адрес, маска сети, имя пользователя, пароль и т.п., можно легко установить, подключив компьютер с сетевой картой. Для подключения используется Telnet-клиент для Windows.
Возможность удаленного мониторинга и управления параметрами, реализованная в приемнике OD120, делает его крайне привлекательным решением для тех операторов, которые заботятся о надежности предоставления своих услуг и используют современные технические средства для контроля и обслуживания своей сети.
В заключение хотелось бы добавить, что представленное в настоящий момент на рынке большое разнообразие моделей оптических приемников способно удовлетворить практически любые требования оператора.
