Komunikace z optických vláken. Optické sítě

Komunikace z optických vláken- způsob přenosu informace využívající elektromagnetického záření optického (blízkého infračerveného) rozsahu jako nositele informačního signálu a optických kabelů jako vodicích systémů. Díky vysoké nosné frekvenci a širokým možnostem multiplexování je propustnost optických linek mnohonásobně vyšší než propustnost všech ostatních komunikačních systémů a lze ji měřit v terabitech za sekundu. Nízký útlum světla v optickém vláknu umožňuje využívat vláknovou optickou komunikaci na značné vzdálenosti bez použití zesilovačů. Komunikace z optických vláken je bez elektromagnetického rušení a je obtížně přístupná pro neoprávněné použití: je technicky extrémně obtížné zachytit signál přenášený přes optický kabel bez povšimnutí.

Fyzický základ

Komunikace pomocí optických vláken je založena na jevu totálního vnitřního odrazu elektromagnetických vln na rozhraní mezi dielektriky s různými indexy lomu. optické vlákno se skládá ze dvou prvků – jádra, které je přímým světlovodem, a pláště. Index lomu jádra je mírně vyšší než index lomu obalu, díky čemuž se světelný paprsek, který na rozhraní jádro-plášť mnohonásobně odráží, šíří v jádru, aniž by jej opustil.

aplikace

Komunikace pomocí optických vláken je stále více a více široké uplatnění ve všech oblastech – od počítačů a palubního prostoru, systémů letadel a lodí až po systémy pro přenos informací do dlouhé vzdálenosti, v současnosti je například úspěšně využívána optická komunikační linka Západní Evropa-Japonsko, která většinou prochází územím Ruska. Navíc se zvyšuje celková délka podmořských optických komunikačních linek mezi kontinenty.

Vláknina do každé domácnosti Vlákno do areálu, FTP nebo Vlákno do domu, FTTH ) je termín používaný poskytovateli telekomunikačního internetu k označení širokopásmových telekomunikačních systémů založených na vedení optického kanálu a jeho dokončení na území koncového uživatele instalací terminálu optické zařízení poskytovat řadu telekomunikačních služeb, včetně:

vysokorychlostní přístup k internetu;
telefonní komunikační služby;
služby televizního příjmu.

Náklady na používání technologie optických vláken klesají, díky čemuž je tato služba konkurenceschopná tradičním službám.

Příběh

Historie systémů přenosu dat na velké vzdálenosti by měla začít ve starověku, kdy lidé používali kouřové signály. Od té doby se tyto systémy dramaticky zlepšily, nejprve se objevil telegraf, poté koaxiální kabel. Tyto systémy při svém vývoji dříve či později narazily na zásadní omezení: u elektrických systémů je to jev útlumu signálu na určitou vzdálenost, u mikrovlnných systémů na nosnou frekvenci. Hledání zásadně nových systémů proto pokračovalo a ve druhé polovině 20. století se našlo řešení – ukázalo se, že přenos signálu pomocí světla je mnohem efektivnější než signály elektrické i mikrovlnné.

V roce 1966 představili Kao a Hokam z STC Laboratory (STL) běžná skleněná optická vlákna, která měla útlum 1000 dB/km (zatímco útlum v koaxiálním kabelu byl pouze 5-10 dB/km) kvůli nečistotám, které obsahovaly. a které by v zásadě mohly být odstraněny.

Byli dva globální problémy při vývoji optické systémy přenos dat: světelný zdroj a nosič signálu. První byla vyřešena s vynálezem laserů v roce 1960, druhá s příchodem vysoce kvalitních optických kabelů v roce 1970. Byl vyvinut společností Corning Incorporated (Angličtina) . Útlum v takových kabelech byl asi 20 dB/km, což bylo celkem přijatelné pro přenos signálu v telekomunikačních systémech. Současně byly vyvinuty poměrně kompaktní polovodičové GaAs lasery.

Po intenzivním výzkumu v letech 1975 až 1980 se objevil první komerční systém z optických vláken, který pracoval se světlem o vlnové délce 0,8 mikronu a používal polovodičový laser arsenidu galia (GaAs). Bitrate systémů první generace byl 45 Mbps, vzdálenost mezi opakovači byla 10 km.

22. dubna 1977 v Long Beach v Kalifornii společnost General Telephone and Electronics jako první použila optické spojení pro přenos telefonního provozu rychlostí 6 Mbps.

Druhá generace optických systémů byla vyvinuta pro komerční použití na počátku 80. let. Operovaly se světlem o vlnové délce 1,3 mikronu z InGaAsP laserů. Tyto systémy však byly stále omezené kvůli rozptylu, který se vyskytuje v kanálu. Již v roce 1987 však tyto systémy pracovaly rychlostí až 1,7 Gbit/s se vzdáleností mezi opakovači 50 km.

OPTICKÁ KOMUNIKACE- přenos informací pomocí e-magn. bude optická. rozsah. O. nápad s. lidstvu známé již dlouhou dobu (obyčejné požáry, od konce 18. století semaforová abeceda), ale teprve s vytvořením laserů bylo možné budovat širokopásmové optické systémy.
Optická vlastnost. informat. systémy mají velkou šířku pásma díky vysoké hodnotě nosné frekvence a následně schopnosti přenášet velké množství informací vysokou rychlostí ( S). Malý úhel divergence laserového paprsku poskytuje mezery. tajemství a vysoká energie. šumová odolnost přenosu informací přes opt. komunikační kanál s malými rozměry transceiverů.

Fyzikální model O. s systému. je to informace signál v kodéru je převeden do formy vhodné pro modulaci, poté vstupuje do submodulátoru-zesilovače a poté do budícího obvodu modulátoru. S pomocí externích nebo int. Modulátor moduluje signál amplitudy, intenzity, frekvence, fáze nebo nosné frekvence v souladu s informacemi. signál (viz Modulace světla).Poté modulace. laserový paprsek je opticky kolimován. systému a odeslána do objektu. S pomocí přijímací optiky systému, signál je zaměřen na fotodetektor, výstup el. signál to-rogo je dále zpracováván, aby se extrahovaly informace. signál. Existují dva způsoby příjmu optického signálu. signál - přímá detekce a heterodynní příjem. V heterodynních přijímacích systémech a v komunikačních systémech na dílčí nosné frekvenci se signál převádí nebo přenáší do nízkofrekvenční oblasti.
optický komunikační systémy se dělí na otevřené – pozemní nebo vesmírné, a uzavřené – světlovodné. optický Komunikační linky v atmosféře silně závisí na povětrnostních podmínkách, na přítomnosti prachu, kouře a dalších inkluzí. Turbulentní jevy v atmosféře vedou ke kolísání indexu lomu prostředí a následně ke zkreslení paprsku a kolísání úhlu dopadu na fotodetektor.
Vysoký stupeň laserového záření umožňuje použití protihlukových modulačních metod – frekvenční, fázová a polarizační. modulace. O. systémy jsou známy. pomocí polarizátorů. modulace záření kontinuálních plynových laserů (laser He - Ne s - 0,03 μm a CO 2 laser s - 10,6 μm) pro přenos analogových i digitálních informací. Chcete-li poslat poslední napb. pohodlná intenzita polovodičové lasery proud čerpadla.
Akční rozsah řady O. s. v pozemských podmínkách je omezena na linii viditelnosti. Je však možné provádět nadhorizontovou komunikaci pomocí atmosféry - laserové komunikační linky s atm. rozptylový kanál.
Mezi otevřenými komunikačními linkami jsou perspektivní komunikační linky Země-vesmír a vesmír-vesmír, kde na velké vzdálenosti (například 1,6 x 10 8 km k planetě Mars) je nutné přenášet velké množství informací vysokou rychlostí. (106 bit/s).

Uzavřené komunikační linky. V pozemských podmínkách max. slibná uzavřená optická vlákna. komunikační linky (FOCL). Nízký optický útlum signály v jednovidových optických vláknech na bázi křemenného skla (viz obr. vláknová optika) a řada jejich základních výhod oproti drátovým komunikacím umožňuje jejich široké použití v rozšířených komunikačních linkách.
Multimódové FOCL mají zásadní omezení, pokud jde o délku a přenosovou rychlost digitální informace, danou útlumem a rozšířením optických pulzů. signály. To druhé je způsobeno modálním a chromatickým. disperze vícevidové optiky. vlákna. Použití nízkoútlumových jednovidových optických vláken (0,2 dB/km) ve spojení s polovodičovými lasery pracujícími s min. šířka emisního spektra, umožňuje minimalizovat vliv disperze na =1,3 μm a přenášet digitální informace vysokou rychlostí a na velké vzdálenosti.
Parametrem pro vyhodnocení možností vysokorychlostního přenosu informací je součin rychlosti přenosu informace a vzdálenosti. U jednovidových FOCL při vlnové délce záření 1,55 µm může tento parametr překročit 200 (Gbit/s)-km.
Charakteristický rys systémů O. s. ve srovnání s rádiem systémů je omezené množství energie. potenciál - poměr výkonu zdroje záření k výkonu optického. signál přicházející z výstupu optického vedení do fotodetektoru a nezbytný pro registraci signálu s požadovanou pravděpodobností chyby (ne více než 10 -9).
Pro zvýraznění informací k přijímači musí dorazit určitý počet fotonů. Se zvýšením rychlosti přenosu informací a při zachování stejné pravděpodobnosti chyby by se měla zvýšit optická. výkon detekovaný fotodetektorem. Proto je naléhavým úkolem vyvinout vláknové světlovody s nízkým útlumem a ef. systémy pro vstup a výstup záření z vlákna.
Spolu s odolností proti rychlosti a rušení musí mít optická vedení pro přenos informačních signálů spolehlivost a stabilitu metrologických dat. vlastnosti. To prakticky eliminuje použití amplitudové modulace ve FOCL, protože velikost signálu na výstupu komunikační linky závisí na situaci v komunikační lince, zejména na útlumu. Navíc degradace vysílačů a přijímačů v průběhu času, teplotní vlivy a další faktory mohou vést ke zhoršení kvality komunikace. Naíb. slibný je přenos digitální informace pomocí metod pulzní modulace.
Vývoj dlouhověkých (~10 4 h) polovodičové lasery c=1,3 µm a šířkou modulačního pásma až 10 GHz, širokopásmové vysoce citlivé. fotodetektory, stejně jako světlovody s nízkými ztrátami, povedou k dominantnímu postavení O. s. již v blízké budoucnosti.
V současnosti době (90. léta) vybudovali a úspěšně provozovali četní. vláknité linky O. s. Slibné je použití FOCL pro kabelová televize, přenos informací k výpočtu. zařízení a systémy speciální. vnitroobjektová komunikace, mezikontinentální komunikační linky.
Vývoj linií O. s. spojené s vývojem integrovaná optika. Použití plenárních vlnovodných modulátorů, přepínačů, vazebních členů, filtrů atd. vám umožní vytvářet vysokorychlostní, širokopásmové, eff. O. řádky s. pro vysokorychlostní přenos informací.

lit.: Pratt V., Laserové komunikační systémy, přel. z angličtiny, M., 1972; Komunikace z optických vláken. Zařízení, schémata a systémy, trans. z angličtiny, M., 1982; Optické systémy pro přenos informací prostřednictvím atmosférického kanálu, M., 1985; Hinrikus X. V., Hluky v laserových informačních systémech M., 1987; Optická komunikační technologie. Fotodetektory, per. z angličtiny, M., 1988; Gouer D., Optické systémy slezina per. z angličtiny, M., 1989.

Yu V. Popov, V. B. Volkonskij.

Optické vlákno ( optika, sklo, optické vlákno, vlákno) - jedno z nejmodernějších a nejspolehlivějších datových přenosových médií pro pokládku a zřízení LAN. Jedná se o vícepárový kabel, skládající se z žil - omotaných speciálním opletem. Jádra jsou vyrobena ze speciálního polymeru – a vyrobena tak, že jeho „stěny“ jsou dokonale hladké.

Přenos dat v optickém vláknu se provádí pomocí světla - jak víte - jedné z nejrychlejších hmot ve vesmíru. elektrický signál měděný kabel prochází speciálem konvertor a promění se ve světlo. Každé vlákno optiky je jako skleněná trubice v zrcadlové trubici. ( Polymer různé hustoty. např. 9/125 mikronů) Světlo, pronikající do něj, odráží se od křižovatky hranic žil žíly a letí dál a dál. Na konci cesty je přijat přijímacím zařízením a přeměněn zpět na elektrický signál.

Přenos dat přes optické vlákno je však pomalejší než rychlost světla (~1 miliarda km/h). Protože mikrolasery používané k přenosu světla přes vláknovou optiku neprodukují světlo takovou rychlostí. A také kvůli ztrátám v důsledku lomu paprsků.

Míra útlumu signálu v optickém vláknu se liší v závislosti na typu optického jádra. Takže multimódový kabel ( 50/125, 62/125 ) umožňuje přenášet signál na 2-3 kilometry bez výrazných ztrát. Jednorežimový kabel ( 9/125 ) - funguje na vzdálenost až 10 km. S největší pravděpodobností hodně záleží na materiálu, který se při výrobě kabelů používá. Uvedené délky odpovídají moderním polymerovým kabelům. S největší pravděpodobností žíla z hustšího materiálu umožní přenos světla na delší vzdálenosti. Vše také závisí na zdroji signálu. Podle toho – čím je výkonnější, tím dál světlo „poletí“.

Vláknová optika se používá v mnoha oblastech průmyslu – stejně jako v každodenním životě. Za prvé, optický kabel je dielektrikum, díky čemuž je bezpečný pro přenos dat v ropných rafinériích a dalších výbušných zařízeních.

Za druhé, ze stejného důvodu optika akumuluje velmi málo statické elektřiny. Hodnoty jsou tak malé, že se ani neberou v úvahu. V souladu s tím mohou být kabely z optických vláken použity v sítích na různých místech spojených s vysokým napětím.

Optické kabely lze pokládat do vody, do země v agresivním prostředí – pomocí speciálních plášťů. Hlavním účelem optiky je však přenos dat na velké vzdálenosti.

Na hranici schopností optického kabelu je umístěno speciální zařízení - opakovač, který vzdálenost zvětšuje o další délku. Při spojování optického vlákna se používají optické spojky, ve kterých jsou vlákna k sobě svařena.

Nyní, když se náklady na metr optiky rovnají ceně kroucené dvoulinky, můžeme mluvit o budování sítí zcela na ní. To však neznamená, že jeho instalaci lze svěřit instalatérům s nízkou kvalifikací.

Obvykle se v každé firmě, která instaluje kabelové optické sítě, zabývá návrhem a instalací optických sítí samostatný tým, nebo dokonce celé oddělení. Je to spojeno s různé funkce při instalaci optiky.

Například optický kabel nelze ohnout pod úhly menší než 110-120 stupňů. Je žádoucí instalovat optické vlákno do vlnité trubky - kvůli nízké pevnosti běžného optického kabelu. Je snadné to zlomit.

Nejčastěji je optika umístěna v samostatném kanálu. A tak dále - podobných jemností práce při práci s tímto druhem kabelů je poměrně hodně. Samostatnou sekci si navíc zaslouží způsob připojení a ukončení optického vlákna.

Kabel je zakončen na speciálních konektorech - konektorech. Existuje jich několik druhů.

Pro připojení ( svařování) optické kabely vyžadují speciální drahé zařízení - svářečka. Náklady na kvalitní zařízení začínají od 150 000 rublů. Nyní je trh zaplaven levnými čínskými řešeními za 30–40 tisíc rublů, ale použití takových zařízení vytváří nekvalitní připojení. Navíc taková zařízení rychle selhávají.

Kvalitní přístroj vyrobí tiše asi 2000 svarů, načež se v něm vymění elektrody a pracuje se dál. Trh s použitými zařízeními je poměrně populární. Doufám, že v budoucnu uděláme celý článek o tom, jak svařovat optický kabel. Pro teď -

Využijte služeb naší společnosti pro montáž optických tras, svařování optiky a certifikaci. Žádost můžete podat buď zavoláním společnosti prostřednictvím manažera.

SVĚT ČÍSEL A SKLA

ÚVOD

Vláknová optika má mnoho dobře známých výhod oproti krouceným párům a koaxiálním kabelům, jako je odolnost vůči elektrickému šumu a bezkonkurenční šířka pásma.

Během posledního čtvrtstoletí se komunikace z optických vláken stala rozšířenou metodou pro přenos videa, zvuku, jiných analogových signálů a digitálních dat. Vláknová optika má mnoho dobře známých výhod oproti krouceným párům a koaxiálním kabelům, jako je odolnost vůči elektrickému rušení a bezkonkurenční šířka pásma. Z těchto a mnoha dalších důvodů pronikají systémy pro přenos informací pomocí optických vláken stále více do různých oblastí informačních technologií.

Digitální systémy poskytují velmi vysoký výkon, flexibilitu a spolehlivost a nestojí více než analogová řešení, která nahrazují

Navzdory těmto výhodám však až donedávna systémy s optickými vlákny používaly stejné technologie přenosu analogového signálu jako jejich mědění předchůdci. Nyní, když se objevila nová generace zařízení, založená výhradně na metodách digitálního zpracování signálu, posouvá komunikace pomocí optických vláken opět telekomunikace na zcela novou úroveň. nová úroveň. Digitální systémy nabízejí velmi vysoký výkon, flexibilitu a spolehlivost a nestojí více než analogová řešení, která nahrazují.

Tato příručka pojednává o technice přenosu digitálního signálu po optických kabelech a jejích ekonomických a technologických výhodách.

ANALOGOVÝ PŘENOS PO VLÁKNU

Abychom plně ocenili výhody digitální technologie, podívejme se nejprve na tradiční způsoby přenosu analogových signálů přes vlákno. Pro přenos analogových signálů se používá amplitudová (AM) a frekvenční (FM) modulace. V obou případech přijímá vstup optického vysílače nízkofrekvenční analogový audio a video signál nebo data, která jsou převedena na optický signál. To se provádí různými způsoby.

V amplitudově modulovaných systémech je optickým signálem světelný tok s intenzitou, která se mění v souladu se změnami vstupního elektrického signálu. Jako zdroj světla se používají LED nebo lasery. Obojí je bohužel nelineární, to znamená, že v plném rozsahu jasu od žádného záření po maximální hodnotu není úměrnost mezi vstupním signálem a intenzitou světla. Právě tento způsob řízení se však používá v systémech s amplitudovou modulací. V důsledku toho dochází k různým zkreslením přenášeného signálu:

snížení poměru signálu k šumu s rostoucí délkou kabelu;
nelineární diferenciální zisk a fázové chyby při přenosu video signálu;
omezení dynamického rozsahu audio signálu.

Pro zlepšení kvality systémů přenosu signálu z optických vláken bylo navrženo použít frekvenční modulaci, kdy je světelný zdroj vždy buď úplně vypnutý, nebo zapnutý na plný výkon a frekvence opakování pulzů se mění v souladu s amplitudou vstupní signál. Pro ty, kteří jsou obeznámeni s frekvenční modulací signálů v radiotechnice, se zde použití tohoto termínu může zdát nerozumné, protože v kontextu optických systémů je vnímán jako způsob řízení frekvence samotné emise světla. Není tomu tak a skutečně by bylo správnější používat termín "pulzní fázová modulace" (PPM), ale v oblasti technologie optických vláken se taková terminologie ustálila. Vždy je třeba mít na paměti, že slovo „frekvence“ v názvu metody modulace znamená frekvenci pulsů, nikoli frekvenci světelných vln, které je nesou.

Při amplitudové modulaci je úroveň vstupního signálu reprezentována intenzitou světelného paprsku

Při frekvenční modulaci je úroveň vstupního signálu reprezentována rychlostí opakování světelných pulzů
Rýže. 1. Porovnání amplitudové a frekvenční modulace

Ačkoli frekvenční modulace eliminuje mnoho problémů s řízením záření, které jsou vlastní AM systémům, má své vlastní problémy. Jedním z nich je známý přeslech v systémech FM. Jsou pozorovány zejména při přenosu několika signálů s frekvenční modulací přes jedno vlákno, například při použití multiplexeru. Přeslechy se vyskytují ve vysílači nebo přijímači v důsledku nestability ladění v důležitých obvodech filtrování signálu navržených k oddělení nosných frekvencí. Pokud jsou filtry špatně vyladěné, pak frekvenčně modulované nosné na sebe vzájemně působí a jsou zkreslené. Inženýři optických vláken mohou navrhnout FM systémy, které minimalizují možnost přeslechů, ale jakékoli vylepšení designu něco stojí.

Jiný typ zkreslení se nazývá intermodulace. Stejně jako přeslechy se intermodulace vyskytuje v systémech navržených pro přenos více signálů najednou přes jediné vlákno. Intermodulační zkreslení vzniká ve vysílači nejčastěji jako výsledek nelinearit v obvodech společných pro různé FM nosné. Výsledkem je, že před spojením několika nosných do jednoho optického signálu na sebe působí a snižují přesnost přenosu původního signálu.

DIGITÁLNÍ SYSTÉMY

Stejně jako u analogových systémů přijímají vysílače digitálního systému nízkofrekvenční analogové audio a video signály nebo digitální data, která jsou převedena na optický signál. Přijímač přijímá optický signál a vysílá elektrický signál nativního formátu. Rozdíl spočívá v tom, jak jsou signály zpracovávány a přenášeny z vysílače do přijímače.

Rýže. 2. Digitální analogový systém přenosu signálu

V čistě digitálních systémech je vstupní nízkofrekvenční signál okamžitě přiveden do analogově-digitálního převodníku, který je součástí vysílače. Tam se signál převádí na posloupnost logických úrovní – nul a jedniček, nazývaných digitální stream. Pokud je vysílač vícekanálový, to znamená, že je navržen pro práci s několika signály, je několik digitálních toků sloučeno do jednoho a řídí zapínání a vypínání jednoho emitoru, ke kterému dochází na velmi vysoké frekvenci.

Na přijímací straně je signál zpětně převeden. Z kombinovaného digitálního toku jsou extrahovány jednotlivé toky odpovídající jednotlivým přenášeným signálům. Jsou vedeny do digitálně-analogových převodníků, poté jsou vyvedeny na výstupy v původním formátu (obr. 2).

Čistý digitální přenos signálu má oproti tradičním AM a FM systémům mnoho výhod, od všestrannosti a lepší kvality signálu až po nižší náklady na instalaci. Pojďme se na některé výhody podívat podrobněji a po cestě diskutovat o výhodách jak pro instalátora systému, tak pro uživatele systému.

PŘESNOST SIGNÁLU

V analogových systémech s amplitudovou modulací ztrácí signál kvalitu úměrně s cestou, kterou vlákno prochází. Tato skutečnost v kombinaci se skutečností, že AM systémy pracují pouze s multimodovými vlákny, omezuje použití takových systémů na relativně krátké přenosové vzdálenosti. Poněkud lépe fungují FM systémy: v nich se sice kvalita signálu snižuje, ale v nepříliš dlouhých řádcích zůstává přibližně konstantní a prudce klesá až po dosažení určité mezní délky. Pouze u plně digitálních systémů je zaručeno zachování kvality signálu při přenosu po komunikační lince z optických vláken, bez ohledu na vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem a počet přenášených kanálů (samozřejmě v rámci možností systému).

Přesnost reprodukce přenášeného signálu je významným problémem ve vývoji systémů pro organizaci několika přenosových kanálů přes jediné optické vlákno (multiplexory). Například v analogovém systému navrženém pro přenos čtyř kanálů obrazu nebo zvuku, aby se udržela v rámci šířky pásma systému, je nutné omezit šířku pásma přidělenou jednotlivým kanálům. V digitálních systémech není třeba dělat takový kompromis: jeden, čtyři nebo dokonce deset signálů lze přenášet jedním vláknem bez snížení kvality.

LEPŠÍ KVALITA SIGNÁLU

Rýže. 3

Přenos analogových signálů v digitální formě poskytuje vyšší kvalitu než čistý analogový. Zkreslení signálu u tohoto způsobu přenosu může nastat pouze při analogově-digitální a inverzní digitálně-analogové konverzi. I když žádná konverze není dokonalá, moderní technologie je tak pokročilá, že i levné ADC a DAC poskytují mnohem lepší kvalitu obrazu a zvuku, než jaké lze dosáhnout s analogovými AM a FM systémy. To je snadno patrné ze srovnání poměrů signálu k šumu a harmonických (diferenciální fáze a diferenciální zisk) digitálních a analogových systémů navržených pro přenos signálů stejného formátu přes stejný typ vlákna na stejné vlnové délce.

Digitální technologie poskytují inženýrům nebývalou flexibilitu při vytváření systémů optických vláken. Nyní je snadné najít správnou úroveň výkonu pro různé trhy, úkoly a rozpočty. Například změnou bitové hloubky analogově-digitálního převodníku lze ovlivnit systémovou šířku pásma potřebnou pro přenos signálu a v důsledku toho celkový výkon a náklady. Ostatní vlastnosti digitálního systému - absence zkreslení a nezávislost kvality práce na délce linky - jsou přitom zachovány až do maximální přenosové vzdálenosti. Při navrhování analogových systémů jsou inženýři vždy chyceni uprostřed kompromisu mezi cenou systému a výkonem a snaží se tyto dvě věci vyvážit, aniž by došlo k ohrožení kritických parametrů přenosového signálu. V digitálních systémech je škálování systémů a řízení jejich výkonu a nákladů mnohem menší výzvou.

NEOMEZENÁ PŘENOSOVÁ VZDÁLENOST

Další výhodou digitálních systémů oproti analogovým předchůdcům je jejich schopnost obnovit signál bez dodatečného zkreslení. Taková obnova se provádí ve speciálním zařízení zvaném opakovač nebo lineární zesilovač.

Výhoda digitálních systémů je zřejmá. V nich lze signál přenášet na vzdálenosti daleko přesahující možnosti AM a FM systémů, přičemž si vývojář může být jistý, že přijímaný signál přesně odpovídá vysílanému a splňuje požadavky technických specifikací.

Jak světlo prochází vláknem, jeho intenzita postupně klesá a nakonec se stane nedostatečnou pro detekci. Pokud však chvíli před dosažením bodu, kdy světlo zeslábne, je instalován lineární zesilovač, pak zesílí signál na původní výkon a bude jej možné přenášet dále na stejnou vzdálenost. Je důležité si uvědomit, že digitální tok je obnoven v lineárním zesilovači, což nemá žádný vliv na kvalitu analogového video nebo audio signálu v něm kódovaného, bez ohledu na to, kolikrát bylo obnovení provedeno v lineárních zesilovačích podél signálová cesta podél dlouhého optického vedení.

MENŠÍ NÁKLADY

Vzhledem k mnoha výhodám, které digitální optické systémy mají, lze předpokládat, že by měly stát mnohem více než tradiční analogové systémy. Není tomu tak a uživatelé digitálních systémů naopak své peníze šetří.

Na konkurenčním trhu bude vždy existovat výrobce, který nabízí digitální kvalitu za cenu analogového systému.

Náklady na digitální komponenty v posledních letech výrazně klesly a výrobci OEM byli schopni vyvinout a prodávat produkty, které stojí stejně nebo dokonce méně než analogové přístroje předchozí generace. Některé firmy samozřejmě chtějí přesvědčit veřejnost, že špičkovou kvalitu digitálních systémů lze získat pouze za příplatek, ale ve skutečnosti se prostě rozhodly, že se o úspory se svými zákazníky nepodělí. Ale na konkurenčním trhu bude vždy existovat výrobce, který nabízí digitální kvalitu za cenu analogového systému.

Digitální systémy umožňují přenos více informací přes jediný kabel, čímž se snižuje jejich potřeba.

Náklady na instalaci a provoz systému optických vláken ovlivňují i další faktory. Nejviditelnější z nich jsou náklady na kabel. Digitální systémy umožňují přenos více informací přes jediný kabel, čímž se snižuje jejich potřeba. Výhoda je patrná zejména tam, kde je potřeba přenášet signály současně různé typy, jako je video a zvuk nebo zvuk a data. Bez velkých problémů mohou inženýři navrhnout nákladově efektivní digitální systém, který může přenášet různé typy signálů, jako jsou dva kanály videa a čtyři kanály zvuku, přes jediné vlákno. S analogovou technologií byste s největší pravděpodobností museli vytvořit dva samostatné systémy nebo alespoň použít dva samostatné kabely pro přenos audio a video signálů.

Díky menšímu počtu komponent, které mohou časem selhat, jsou digitální systémy mnohem stabilnější a spolehlivější.

I v případech, kdy musí být přes jedno vlákno přenášeno několik signálů stejného typu, jsou výhodnější digitální systémy, protože pracují spolehlivěji a poskytují vyšší kvalitu signálu. Například v digitálním video multiplexeru lze přenášet deset kanálů ve stejně vysoké kvalitě, zatímco v analogovém systému to není možné vůbec.

Je také nutné počítat s nevyhnutelnými náklady na roky provozu optických systémů. Údržba a opravit. A zde je výhoda digitálních systémů. Za prvé, nevyžadují počáteční nastavení po instalaci – vysílač a přijímač se jednoduše propojí optickým kabelem a systém je připraven k provozu. Analogové systémy obvykle vyžadují ladění pro konkrétní přenosovou linku s přihlédnutím k její délce a síle signálu. Dodatečný čas na přizpůsobení znamená dodatečné náklady.

Vysílače a přijímače pro digitální systémy jsou levnější, spotřeba kabelů je menší, provozní náklady jsou nižší

Díky menšímu počtu komponent, které mohou časem selhat, jsou digitální systémy mnohem stabilnější a spolehlivější. Nevyžadují přelaďování a odstraňování problémů je mnohem rychlejší, protože nemají přeslechy, drift a další nevýhody tradičních analogových systémů.

Shrnout. Vysílače a přijímače pro digitální systémy jsou levnější, spotřeba kabelů je nižší a provozní náklady nižší. Digitální optické systémy poskytují jasnou ekonomickou výhodu na všech úrovních.

ZÁVĚRY

Technologie optických vláken má mnoho výhod oproti tradičním měděné dráty a koaxiální kabely a digitální přenos informací posouvá technologii optických vláken o několik kroků nahoru a dává uživatelům zcela nový soubor užitečných vlastností. Digitální systémy mají jedinečné vlastnosti: přesnost přenosu signálu po celé délce komunikační linky, minimální zavedené zkreslení (včetně absence přeslechů a intermodulace), schopnost opakovaně obnovovat digitální tok, když je přenášen po dlouhé lince, aniž by došlo k ohrožení kvalitu v něm zakódovaného analogového signálu. To zaručuje úroveň věrnosti reprodukce analogového signálu, které analogové systémy nemohou dosáhnout.

Ceny komponentů pro digitální a analogové optické systémy jsou srovnatelné a v kombinaci s náklady na instalaci, provoz a údržbu nabízejí digitální systémy jasné ekonomické výhody.

Při navrhování nového systému s optickými vlákny neztrácejte čas analyzováním výhod a nevýhod digitálních oproti analogovým systémům, protože volba je jasná: digitální systémy jsou ve všech směrech lepší. Bude mnohem užitečnější omezit se pouze na ně a vyzvednout ty produkty, které nejlepší způsob odpovídat vašim potřebám. I mezi digitálními systémy existuje obrovská rozmanitost řešení. Zde je několik otázek, které vám pomohou je posoudit:

Jak snadná je instalace systému?
- pokud jsou vysílač a přijímač uživatelsky konfigurovatelné, jak snadné je to udělat a jaké jsou problémy?
Je konstrukce přístroje kompaktní, robustní a spolehlivá?
Jsou nástroje dostupné ve stolních pouzdrech nebo jsou určeny pro montáž do racku? Existují možnosti v obou typech případů?
- Jsou zařízení vhodná pro použití s jednovidovými i vícevidovými vlákny?
- Má výrobce dostatečné zkušenosti a renomé na trhu s produkty, které nabízí?
- jaká je cena produktu v porovnání s cenou tradičních analogových systémů? (Digitální zařízení ve výrobě nejsou dražší než analogová a jejich cena by neměla být vyšší).

Analýza trhu a porovnání vlastností podobných produktů vám umožní nakonec vybrat prvky digitálních optických systémů, které vám budou věrně sloužit po mnoho let.

bylo možné přenést do optického dosahu různé prostředky a principy pro příjem, zpracování a přenos informací vyvinutých pro rádiový dosah. Enormní nárůst objemu přenášených informací a zároveň téměř úplné vyčerpání kapacity rádiového pásma způsobilo, že problém zvládnutí optického pásma pro komunikační účely měl mimořádný význam. Hlavní výhody optická komunikace ve srovnání s komunikací na rádiových frekvencích, daná vysokou hodnotou optické frekvence (krátká vlnová délka): velká šířka pásma pro přenos informací, 10 4násobek šířky pásma celého rádiového dosahu a vysoká směrovost záření na vstupu a výstupu otvory , mnohem menší otvory antény v dosahu rádia. Poslední důstojnost optická komunikace umožňuje použití generátorů s relativně nízkým výkonem ve vysílačích optických komunikačních systémů a poskytuje zvýšenou odolnost proti rušení a utajení komunikace.

strukturální linie optická komunikace podobně jako linka rádiové komunikace . Pro modulaci záření optického generátoru je buď generační proces řízen působením na zdroj energie nebo optický rezonátor generátoru, nebo se používají přídavná externí zařízení, která mění výstupní záření podle požadovaného zákona (viz obr. Modulace světla ). Pomocí výstupní optické jednotky je záření formováno do nízkodivergentního paprsku, který dopadá na vstupní optickou jednotku, která jej zaostřuje na aktivní plochu fotokonvertoru. Z jeho výstupu vstupují elektrické signály do uzlů pro zpracování informací. Volba nosné frekvence v systému optická komunikace- složitý komplexní úkol, při kterém je třeba zohlednit podmínky šíření optického záření v přenosovém médiu, Specifikace lasery, modulátory, přijímače světla , optické uzly. V systémech optická komunikace používají se dva způsoby příjmu signálů - přímá detekce a heterodynní příjem. Metoda heterodynního příjmu, mající řadu výhod, z nichž hlavní je zvýšená citlivost a diskriminace šumu pozadí, je technicky mnohem složitější než přímá detekce. Závažnou nevýhodou této metody je značná závislost hodnoty signálu na výstupu fotodetektoru na charakteristice dráhy.

V závislosti na rozsahu systému optická komunikace lze rozdělit do těchto hlavních tříd: otevřené pozemní systémy krátkého dosahu využívající průchod záření v povrchových vrstvách atmosféry; pozemské systémy využívající uzavřené světlovodné kanály (vlákno světlovody , světlovodné struktury zrcadlových čoček) pro vysoce informativní komunikaci mezi automatickými telefonními ústřednami, počítači, pro komunikaci na dálku; vysoce informativní komunikační linky (zejména relé) pracující v blízkém vesmíru; komunikační linky vzdáleného vesmíru.

Určité zkušenosti s prací s otevřenými linkami byly nashromážděny v SSSR i v zahraničí optická komunikace v povrchových vrstvách atmosféry pomocí laserů. Ukazuje se, že silná závislost spolehlivosti komunikace na atmosférických podmínkách (které určují optickou viditelnost) podél cesty šíření omezuje použití otevřených vedení. optická komunikace relativně krátké vzdálenosti (několik kilometrů) a pouze pro zdvojení stávajících kabelové vedení komunikace, použití v málo informativních mobilních systémech, signalizačních systémech atd. Nicméně, otevřené čáry optická komunikace slibný jako afinita spojení mezi Zemí a vesmírem. Například pomocí laserového paprsku lze přenášet informace na vzdálenost ~108 km rychlostí do 105 bit PROTI sek, zatímco mikrovlnná technologie na tyto vzdálenosti poskytuje přenosovou rychlost pouze ~10 bit PROTI sek. V podstatě, optická komunikace ve vesmíru je možné na vzdálenosti až 10 10 km, což je u jiných komunikačních systémů nemyslitelné; ovšem konstrukce vesmírných čar optická komunikace technicky velmi obtížné.

V pozemských podmínkách nejslibnější systémy optická komunikace pomocí uzavřených světlovodných struktur. V roce 1974 se objevila možnost výroby skleněných světlovodů s útlumem přenášených signálů nanejvýš několika málo db/km. Na současné úrovni technologie s využitím polovodičových diodových zářičů pracujících v laserovém (koherentním) i nekoherentním režimu, kabelů s jádry ze světelných vláken a polovodičových přijímačů je možné vybudovat komunikační linky pro tisíce telefonních kanálů s opakovači umístěnými na vzdálenosti cca 10 km od sebe navzájem. Intenzivní práce na vytvoření laserových zářičů s životností ~10-100 tisíc let. h, vývoj vysokocitlivých širokopásmových přijímačů, účinnějších struktur světlovodů a technologií výroby vláken s dlouhým dosahem pravděpodobně povede k optická komunikace již v příštím desetiletí konkurenceschopné s komunikací přes stávající kabelové a reléové linky. Dá se to očekávat optická komunikace bude spolu s dalšími prostředky zaujímat důležité místo v národní komunikační síti. Systémová perspektiva optická komunikace se světlovodnými linkami se z hlediska jejich informačních schopností a nákladů na jednotku informace mohou stát hlavním typem páteřní a vnitroměstské komunikace.

lit.: Chernyshev V. N., Sheremetiev A. G., Kobzev V. V., Lasers in communication systems, M.,; Pratt V.K., Laserové komunikační systémy, přel. z angličtiny, M., 1972; Použití laserů, trans. z angličtiny, M., 1974.

A. V. Ievsky, M. F. Stelmakh.

Článek o slově optická komunikace“ ve Velké sovětské encyklopedii bylo přečteno 7148 krát