Оптические разговорные устройства представляют собой важный инструмент при прокладке кабеля и его тестирования непосредственно после прокладки в полевых условиях. Для этого используются оптические разговорные устройства или оптические телефоны, обеспечивающие голосовую связь по оптическому кабелю.

В оптических разговорных устройствах могут использоваться различные принципы работы:

• принцип тангенты ,

• активация волокна голосом,

• разделение сигналом по длине волны (WDM),

• временное разделение каналов.

В оптических телефонах, работающих на принципе тангенты, для передачи сигнала используется частотно-модулированный сигнал. Использование алгоритма тангенты обеспечивает полудуплексную связь. Неудобством этого способа организации связи является невозможность свободных рук во время разговора. Этого недостатка лишено использование алгоритма активации сигнала от голоса, которое также обеспечивает полудуплексный режим работы. Оба способа могут использоваться только на коротких длинах кабеля, поскольку не позволяют осуществить регенерацию и усиление оптического сигнала.

Технология WDM предполагает полнодуплексную связь с разделением двух каналов по длине волны. Неудобством метода является то, что оптические телефоны являются в этом случае парными в том смысле, что они должны передавать и принимать на разных длинах волн. Использование одинаковых оптических телефонов WDM может привести к несовместимости.

Использование технологии с временным разделением (ТDМ) обеспечивает полнодуплексную связь на одной длине волны и, таким образом, лишено недостатков перечисленных методов. Дополнительным преимуществом оптических телефонов ТDМ является использование цифровых методов кодирования речи, что обеспечивает высокое качество связи. Недостатком технологии является сравнительно высокая стоимость цифровых оптических разговорных устройств.

Наибольшее распространение в современной практике получили полнодуплексные разговорные устройства с частотной модуляцией (ЧМ) и цифровые телефоны с временным разделением.

Основным параметром оптических разговорных устройств является динамический диапазон, который определяет максимальное дальнодействие оптических телефонов.

На параметры работы оптических телефонов оказывает большое влияние уровень отражения в кабеле (ORL).

Оптическое разговорное устройство включает в себя лазерный источник и оптический детектор, подключаемые к оптическому кабелю через оптический разветвитель (рис. 1). Высокий уровень ORL может привести к тому, что отраженная часть сигнала лазерного передатчика будет уменьшать отношение сигнал/шум на входе детектора. Обычно в оптических телефонах с использованием ЧМ-модуляции отношение сигнал/шум составляет 12-25 дБ, с использованием цифровых методов -25-30 дБ, в то же время уровень возвратных потерь хуже 35 дБ может привести к уменьшению динамического диапазона на 15-25 дБ.

Цифровые оптические разговорные устройства используют режим битовой синхронизации при передаче речевой информации и поэтому более защищены от высокого уровня ORL.

 Волоконно-оптический телефон - одно из необходимых вспомогательных устройств для тестирования и диагностики оптических линий. Он используется для двухсторонней связи по оптическому кабелю при проведении измерительных работ. Поскольку большинство измерений предполагает наличие приборов на обоих концах линии или снятие замеров с одной и другой стороны, без согласованных действий монтажников организовать их весьма сложно. Использовать с этой целью радиостанции невозможно, так как протяженность оптических линий может превышать сотню километров. Какие-либо металлические изолированные жилы в оптических кабелях, которые могли бы быть задействованы для организации проводной связи, встречаются очень редко. Выход один: волоконно-оптический телефон или переговорное устройство. Они выпускаются как в виде отдельной функционально завершенной системы, так и совмещенными с различными приборами (от источника излучения до рефлектометра).

Среди технических параметров, которыми должны обладать устройства данной категории, прежде всего следует упомянуть большой динамический диапазон, позволяющий организовать голосовую связь по оптическому кабелю на значительных расстояниях. Необходимо, чтобы дальность связи превышала характерные расстояния между соседними усилителями оптических сигналов, устанавливаемыми на линии, т.е. составляла не менее 100–150 км. Кроме того, волоконно-оптические телефоны должны быть изначально ориентированы на работу в полевых условиях, в частности иметь автономные источники питания и малые габариты. Наконец, не последнюю роль играет возможность быстрого налаживания связи и подключения к линии без разрыва волокна.

Оптическая линия связи, описываемая ниже, обеспечивает дальность телефонной связи порядка сотен метров. Дальность возрастает в ночное время при малом уровне фоновых засветок или использовании более мощного оптического излучателя.

Оптический передатчик (рис.1) состоит из микрофонного усилителя, выполненного на интегральной микросхеме DA1, в цепь отрицательной обратной связи которого выведен управляемый аттенюатор на основе полевого транзистора VT1.

Выходной сигнал усилителя подается на вход каскада сравнения на транзисторе DA2.5. На вход этого же каскада поступает сигнал треугольной формы с выхода формирователя, образованного последовательно соединенными мультивибратором на основе – микросхем DA2.1, DA2.2 и интегратором на DA2.3 и DA2.4. В моменты равенства мгновенных значений напряжения усилителя и формирователя треугольного напряжения происходит формирование фронта и среза выходных импульсов указанного каскада. Таким образом, генерируются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна мгновенным значениям информативного сигнала. Выходной сигнал каскада сравнения поступает на двухкаскадный ключевой усилитель мощности на транзисторах VT2, VT3, нагрузкой которого является светоизлучающий диод VD3.

Микрофонный усилитель представляет собой компрессор, сжимающий динамический диапазон входного сигнала. Он состоит из дифференциального усилителя DA1, на неинвертирующий вход которого поступает напряжение, развиваемое микрофоном, а на инвертирующий вход – сигнал управляемого аттенюатора. Последний образован резисторами R3, R4 и сопротивлением канала полевого транзистора VT1. На резисторах R6, R7 выполнена цепь отрицательной обратной связи со стока на затвор полевого транзистора, существенно снижающая нелинейные искажения сигнала, обусловленные нелинейностью аттенюатора.

При повышении уровня сигнала выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя на диодах VD2, VD3 снижается, одновременно увеличивается сопротивление канала полевого транзистора, что приводит к уменьшению коэффициента передачи усилителя. Амплитудная характеристика микрофонного усилителя представлена на рисунке 2. Полоса пропускания усилителя (250...3000 Гц) сформирована фильтрами, образуемыми конденсатором C1, входным сопротивлением DA1, а также корректирующим конденсатором C2. Сжатие динамического диапазона и ограничение спектра передаваемого сигнала значительно повышает разборчивость сообщений, принимаемых на фоне помех.

При отсутствии информативного сигнала скважность импульсной последовательности на выходе DA2.5 близка к двум. Амплитуда этих импульсов фиксирована и близка к напряжению питания, а длительность пропорциональна мгновенным значениям напряжения входного сигнала. Ключевой усилитель мощности широтно-модулированного сигнала на транзисторах VT2, VT3 обеспечивает импульсный ток в нагрузку около 180...200 мА. При этом ток, потребляемый передатчиком от источника питания, близок к 100...120 мА.

Принципиальная схема оптического приемника представлена на рисунке 3. Оптическое излучение поступает на фотодетектор, в качестве которого использован кремниевый фотодиод VD1, работающий в фотовольтаическом режиме. Сигнал фотодетектора поступает на резонансный усилитель, выполненный на основе микросхемы DA1.1. Для формирования требуемой амплитудно-частотной характеристики в цепь отрицательной обратной связи усилителя включен резонансный контур L1C4, настроенный на частоту широтно-амплитудной модуляции 30...35 кГц. Коэффициент передачи усилителя в полосе пропускания, близкой к 6 кГц, равен 140...180.

 

Выходное напряжение каскада поступает на усилитель DA1.2, охваченный системой автоматической регулировки усиления, в цепь отрицательной обратной связи которого включен управляемый аттенюатор, образованный сопротивлением параллельного контура L2C10 и сопротивлением канала полевого транзистора VT1. Автоматическая стабилизация уровня сигнала достигается за счет изменения глубины отрицательной обратной связи при вариациях напряжения входного сигнала.

Детектирование сигнала осуществляется двухполупериодным выпрямителем на основе диодов VD2 и VD3, нагруженным на двухзвенный фильтр нижних частот. Переменный резистор R8 служит для плавной регулировки уровня выходной мощности. Чувствительность усилителя мощности определяется значением сопротивления резистора R9, устойчивость обеспечивается элементами высокочастотной коррекции RIO, C20. Постоянные времени переходных цепей оптического приемника выбраны исходя из получения нижней границы полосы пропускания, близкой к 200...250 Гц. Фильтры нижних частот, введенные в тракт усиления звуковых частот, обеспечивают частоту среза около 2,0...3,0 кГц.

Необходимо отметить, что с целью увеличения мощности передатчика в качестве источников оптического сигнала могут быть использованы и более мощные, чем указанные на схеме, инфракрасные излучающие диоды, например АЛ107, АЛ118, АЛ119, АЛ130. В этом случае может потребоваться замена транзистора VT3 на более мощный, с меньшим напряжением насыщения.

В заключение оптический передатчик и приемник разносят на некоторое расстояние и тщательно направляют друг на друга по максимуму громкости звучания. В качестве источника сигнала целесообразно использовать генератор синусоидального сигнала либо ослабленный делителем выходной сигнал радиоприемника. Поскольку направленность оптических антенн весьма высока – диаграммы направленности приемника и передатчика имеют ширину около (1...2)° , к ориентированию следует отнестись очень внимательно. При малом расстоянии между приемником и передатчиком, несмотря на функционирование системы АРУ, возможна перегрузка высокочастотных усилителей приемника. Для ее исключения достаточно поместить перед приемником любой полупрозрачный материал: кальку, полимерную пленку, частично или полностью закрывающий апертуру оптической системы приемника. Затем при выходной мощности, составляющей 0,1...0,3 от максимальной, и неподвижных оптических системах необходимо откорректировать положения светоизлучающего диода и фотодиода относительно соответствующих линз по максимальному уровню принимаемого сигнала. На этом настройку оптической линии связи можно считать законченной