Comunicación por fibra óptica. Redes de fibra óptica

Comunicación por fibra óptica- un método de transmisión de información que utiliza radiación electromagnética del rango óptico (infrarrojo cercano) como portadora de una señal de información y cables de fibra óptica como sistemas de guía. Debido a la alta frecuencia de la portadora y las amplias capacidades de multiplexación, el rendimiento de las líneas de fibra óptica es muchas veces mayor que el rendimiento de todos los demás sistemas de comunicación y puede medirse en Terabits por segundo. La baja atenuación de la luz en una fibra óptica hace posible el uso de comunicaciones por fibra óptica en distancias considerables sin el uso de amplificadores. La comunicación por fibra óptica está libre de interferencias electromagnéticas y es de difícil acceso para uso no autorizado: técnicamente es extremadamente difícil interceptar una señal transmitida a través de un cable óptico sin ser detectado.

Base física

La comunicación por fibra óptica se basa en el fenómeno de la reflexión interna total de las ondas electromagnéticas en la interfaz entre dieléctricos con diferentes índices de refracción. fibra óptica consta de dos elementos: el núcleo, que es una guía de luz directa, y la cubierta. El índice de refracción del núcleo es algo más alto que el índice de refracción de la capa, por lo que el haz de luz, que experimenta múltiples reflejos en la interfaz núcleo-carcasa, se propaga en el núcleo sin salir de él.

Solicitud

La comunicación por fibra óptica es cada vez más aplicación amplia en todas las áreas, desde computadoras y sistemas a bordo del espacio, aeronaves y barcos, hasta sistemas para transmitir información a largas distancias, por ejemplo, actualmente se está utilizando con éxito la línea de comunicación de fibra óptica Europa Occidental-Japón, la mayor parte de la cual pasa por el territorio de Rusia. Además, la longitud total de las líneas de comunicación submarinas de fibra óptica entre continentes está aumentando.

Fibra hasta cada hogar Fibra hasta el local, FTP o Fibra hasta el hogar, FTTH ) es un término utilizado por los proveedores de Internet de telecomunicaciones para referirse a los sistemas de telecomunicaciones de banda ancha basados en la instalación de un canal de fibra y su finalización en el territorio del usuario final mediante la instalación de equipos terminales ópticos para proporcionar una gama de servicios de telecomunicaciones, que incluyen:

acceso a Internet de alta velocidad;
servicios de comunicación telefónica;
servicios de recepción de televisión.

El costo del uso de la tecnología de fibra óptica está disminuyendo, lo que hace que este servicio sea competitivo con los servicios tradicionales.

Historia

La historia de los sistemas de transmisión de datos a largas distancias debe comenzar con la antigüedad, cuando las personas usaban señales de humo. Desde entonces, estos sistemas han mejorado dramáticamente, primero apareció el telégrafo, luego el cable coaxial. En su desarrollo, estos sistemas tarde o temprano tropezaron con limitaciones fundamentales: para los sistemas eléctricos, este es el fenómeno de atenuación de la señal a cierta distancia, para los sistemas de microondas, es una frecuencia portadora. Por lo tanto, la búsqueda de sistemas fundamentalmente nuevos continuó, y en la segunda mitad del siglo XX se encontró una solución: resultó que la transmisión de señales mediante la luz es mucho más eficiente que las señales eléctricas y de microondas.

En 1966, Kao y Hokam del Laboratorio STC (STL) introdujeron filamentos ópticos de vidrio ordinarios que tenían una atenuación de 1000 dB/km (mientras que la atenuación en el cable coaxial era de solo 5-10 dB/km) debido a las impurezas que contenían. y que, en principio, podrían ser eliminados.

Había dos Problemas globales al desarrollar sistemas ópticos transmisión de datos: fuente de luz y portador de señal. El primero se resolvió con la invención de los láseres en 1960, el segundo con la llegada de los cables ópticos de alta calidad en 1970. Fue desarrollado por Corning Incorporated (inglés) . La atenuación en tales cables era de unos 20 dB/km, lo que era bastante aceptable para la transmisión de señales en los sistemas de telecomunicaciones. Al mismo tiempo, se desarrollaron láseres semiconductores de GaAs bastante compactos.

Después de una intensa investigación entre 1975 y 1980, apareció el primer sistema comercial de fibra óptica, que operaba con luz a una longitud de onda de 0,8 micras y utilizaba un láser semiconductor de arseniuro de galio (GaAs). El bitrate de los sistemas de primera generación era de 45 Mbps, la distancia entre repetidores era de 10 km.

El 22 de abril de 1977 en Long Beach, California, General Telephone and Electronics fue la primera empresa en utilizar un enlace óptico para transportar tráfico telefónico a 6 Mbps.

La segunda generación de sistemas de fibra óptica se desarrolló para uso comercial a principios de la década de 1980. Operaban con luz con una longitud de onda de 1,3 micras de láseres InGaAsP. Sin embargo, tales sistemas aún estaban limitados debido a la dispersión que ocurre en el canal. Sin embargo, ya en 1987, estos sistemas operaban a velocidades de hasta 1,7 Gbit/s con una distancia entre repetidores de 50 km.

COMUNICACIÓN ÓPTICA- transmisión de información mediante e-magn. voluntad óptica. rango. La idea de O. con. conocido por la humanidad desde hace mucho tiempo (fuegos ordinarios, desde finales del siglo XVIII, el alfabeto de semáforos), pero solo con la creación de láseres fue posible construir sistemas ópticos de banda ancha.
Característica óptica. informat. sistemas es un gran ancho de banda debido al alto valor de la frecuencia portadora y, en consecuencia, la capacidad de transmitir grandes cantidades de información a alta velocidad ( Con). ángulo pequeño la divergencia del rayo láser proporciona espacios. Secreto y alta energía. inmunidad al ruido de la transmisión de información vía óptica. canal de comunicación con pequeñas dimensiones de los dispositivos transceptores.

Modelo físico del sistema O. s. es esa informacion la señal en el codificador se convierte en una forma conveniente para la modulación, luego ingresa al submodulador-amplificador y luego al circuito de excitación del modulador. Con la ayuda de externos o int. El modulador modula la señal de amplitud, intensidad, frecuencia, fase o frecuencia portadora de acuerdo con la información. señal (ver Modulación de luz).Luego modulando. el rayo láser se colima ópticamente. sistema y enviado al objeto. Con la ayuda de un receptor óptico sistema, la señal se enfoca en el fotodetector, la salida eléctrica. la señal to-rogo se procesa más para extraer información. señal. Hay dos formas de recibir óptica. señal - detección directa y recepción heterodina. En los sistemas de recepción heterodinos y en los sistemas de comunicación a una frecuencia subportadora, la señal se convierte o transfiere a la región de baja frecuencia.
óptico Los sistemas de comunicación se dividen en abiertos, terrestres o espaciales, y cerrados, guía de luz. óptico Las líneas de comunicación en la atmósfera dependen en gran medida de las condiciones climáticas, de la presencia de polvo, humo y otras inclusiones. Los fenómenos turbulentos en la atmósfera provocan fluctuaciones en el índice de refracción del medio y, en consecuencia, distorsión del haz y fluctuaciones en el ángulo de llegada al fotodetector.
El alto grado de radiación láser permite el uso de métodos de modulación resistentes al ruido: frecuencia, fase y polarización. modulación. Los sistemas de O. son conocidos. utilizando polarizadores. modulación de la radiación de láseres de gas continuo (láser He - Ne con - 0,03 μm y láser CO 2 con - 10,6 μm) para la transmisión de información tanto analógica como digital. Para enviar la última siesta. intensidad cómoda láseres semiconductores corriente de la bomba
Rango de acción de la línea O. con. en condiciones terrestres se limita a la línea de visión. Sin embargo, es posible llevar a cabo una comunicación sobre el horizonte utilizando la atmósfera: líneas de comunicación láser con atm. canal de dispersión.
Entre las líneas abiertas de comunicación, son prometedoras las líneas de comunicación Tierra-espacio y espacio-espacio, donde a grandes distancias (por ejemplo, 1,6 x 10 8 km al planeta Marte) es necesario transmitir gran cantidad de información a alta velocidad. (10 6 bit/s).

Líneas de comunicación cerradas.. En condiciones terrestres, máx. prometedora fibra óptica cerrada. líneas de comunicación (FOCL). Baja atenuación óptica señales en fibras ópticas monomodo basadas en vidrio de cuarzo (ver Fig. fibra óptica) y varias de sus ventajas fundamentales sobre las comunicaciones por cable hacen posible su uso generalizado en líneas de comunicación extendidas.
Los FOCL multimodo tienen limitaciones fundamentales en términos de longitud y velocidad de transmisión de la información digital, determinadas por la atenuación y ampliación de los pulsos ópticos. señales Esto último se debe a modales y cromáticos. Dispersiones de óptica multimodo. fibras El uso de fibras ópticas monomodo de baja atenuación (0,2 dB/km) junto con láseres semiconductores que funcionan con min. ancho del espectro de emisión, le permite minimizar el efecto de dispersión en =1.3 μm y transmitir información digital a alta velocidad y largas distancias.
El parámetro para evaluar las posibilidades de transferencia de información a alta velocidad es el producto de la tasa de transferencia de información y la distancia. Para FOCL monomodo con una longitud de onda de radiación de 1,55 µm, este parámetro puede superar los 200 (Gbit/s)-km.
Específico característica de los sistemas de O. con. en comparación con la radio sistemas es una cantidad limitada de energía. potencial: la relación entre la potencia de la fuente de radiación y la potencia de la óptica. señal proveniente de la salida de la línea de fibra al fotodetector y necesaria para el registro de la señal con la probabilidad de error requerida (no más de 10 -9).
Para resaltar información un cierto número de fotones debe llegar al receptor. Con un aumento en la tasa de transferencia de información y manteniendo la misma probabilidad de error, la óptica debería aumentar. potencia detectada por el fotodetector. Por lo tanto, una tarea urgente es desarrollar guías de luz de fibra con baja atenuación y ef. sistemas de entrada y salida de radiación de la fibra.
Junto con la velocidad y la inmunidad al ruido, las líneas de fibra para transmitir señales de información deben tener confiabilidad y estabilidad de datos metrológicos. características. Esto prácticamente elimina el uso de modulación de amplitud en FOCL, ya que la magnitud de la señal en la salida de la línea de comunicación depende de la situación en la línea de comunicación, en particular, de la atenuación. Además, la degradación a lo largo del tiempo de los emisores y receptores, los efectos de la temperatura y otros factores pueden provocar un deterioro de la calidad de la comunicación. Naib. prometedor es la transmisión de información digital usando métodos de modulación de pulso.
Desarrollo de larga vida (~10 4 h) láseres semiconductores c=1,3 µm y ancho de banda de modulación hasta 10 GHz, banda ancha de alta sensibilidad. los fotodetectores, así como las guías de luz con bajas pérdidas, conducirán a la posición dominante de O. s. ya en un futuro cercano.
En la actualidad tiempo (años 90) construido y operado con éxito por numerosos. líneas de fibra O. con. Es prometedor usar FOCL para televisión por cable, transfiriendo información para calcular. equipos y sistemas especiales. comunicación intra-objeto, líneas de comunicación intercontinentales.
Desarrollo de las líneas de O. con. asociado con el desarrollo óptica integrada. El uso de moduladores, interruptores, acopladores, filtros, etc. de guía de onda plenaria le permitirá crear alta velocidad, banda ancha, eff. Las líneas de O. con. para la transferencia de información a alta velocidad.

Iluminado.: Pratt V., Sistemas de comunicación láser, trad. de Inglés, M., 1972; Comunicación por fibra óptica. Dispositivos, esquemas y sistemas, trans. de Inglés, M., 1982; Sistemas ópticos para transmitir información a través de un canal atmosférico, M., 1985; Hinrikus X. V., Ruidos en sistemas de información láser M., 1987; Tecnología de comunicación óptica. Fotodetectores, per. de Inglés, M., 1988; Gouer D., Sistemas ópticos bazo per. de Inglés, M., 1989.

Yu. V. Popov, V. B. Volkonsky.

Fibra óptica ( óptica, vidrio, fibra óptica, fibra) - uno de los medios de transmisión de datos más modernos y fiables para instalar y configurar una LAN. Es un cable de varios pares, que consta de núcleos, envueltos en una trenza especial. Los núcleos están hechos de un polímero especial, y de tal manera, que sus "paredes" son perfectamente lisas.

La transmisión de datos en fibra óptica se lleva a cabo con la ayuda de la luz, como saben, una de las materias más rápidas del universo. señal eléctrica Cable de cobre pasa por una especial convertidor y se convierte en luz. Cada hebra de la óptica es como un tubo de vidrio en un tubo de espejo. ( Polímero de diferente densidad. por ejemplo, 9/125 micras) La luz, que penetra en ella, se refleja desde la unión de los límites de las venas de la vena y vuela cada vez más lejos. Al final del viaje, el dispositivo receptor la recibe y la convierte de nuevo en una señal eléctrica.

Sin embargo, la transmisión de datos por fibra óptica es más lenta que la velocidad de la luz (~1000 millones de km/h). Porque los microláseres utilizados para transmitir luz a través de fibra óptica no producen luz a esa velocidad. Y también por pérdidas debidas a la refracción de los rayos.

La tasa de atenuación de una señal en una fibra óptica difiere según el tipo de núcleo óptico. Entonces cable multimodo ( 50/125, 62/125 ) le permite transmitir una señal durante 2-3 kilómetros sin pérdidas significativas. Cable monomodo ( 9/125 ) - funciona a una distancia de hasta 10 km. Lo más probable es que mucho dependa del material que se utilice en la fabricación de los cables. Las longitudes indicadas corresponden a cables de polímero modernos. Lo más probable es que una veta de un material más denso permita que la luz se transmita a distancias más largas. Además, todo depende de la fuente de la señal. En consecuencia, cuanto más potente sea, más lejos "volará" la luz.

La fibra óptica se utiliza en muchas áreas de la industria, así como en la vida cotidiana. En primer lugar, el cable óptico es dieléctrico, lo que lo hace seguro para la transmisión de datos en refinerías de petróleo y otras instalaciones explosivas.

En segundo lugar, por la misma razón, la óptica acumula muy poca electricidad estática. Los valores son tan pequeños que ni siquiera se tienen en cuenta. En consecuencia, los cables de fibra óptica se pueden usar en redes en varios sitios asociados con altos voltajes.

Los cables de fibra óptica se pueden colocar en el agua, en el suelo en un entorno agresivo, utilizando fundas especiales. Sin embargo, el objetivo principal de la óptica es transmitir datos a largas distancias.

En el límite de las capacidades de un cable óptico, se coloca un dispositivo especial: un repetidor, que aumenta la distancia en la siguiente longitud. Al conectar fibra óptica, se utilizan acoplamientos ópticos en los que las fibras se sueldan entre sí.

Ahora, con el costo de un metro de óptica igual al costo de un par trenzado, podemos hablar de construir redes completamente sobre él. Pero esto no significa que su instalación pueda confiarse a instaladores poco cualificados.

Por lo general, en cualquier empresa que instala redes ópticas por cable, un equipo independiente, o incluso un departamento completo, participa en el diseño y la instalación de las redes ópticas. esta conectado con varias características al instalar la óptica.

Por ejemplo, un cable óptico no se puede doblar en ángulos inferiores a 110-120 grados. Es deseable instalar fibra óptica en un tubo corrugado, debido a la baja resistencia de un cable óptico convencional. Es fácil romperlo.

Muy a menudo, la óptica se coloca en un canal separado. Y así sucesivamente: hay muchas sutilezas de trabajo similares cuando se trabaja con este tipo de cables. Además, una sección separada merece un método para conectar y terminar una fibra óptica.

El cable está terminado en conectores especiales - conectores. Hay varios tipos de ellos.

Para conexión ( soldadura) los cables ópticos requieren un dispositivo costoso especial - maquina de soldar. El costo de un dispositivo de calidad comienza desde 150,000 rublos. Ahora el mercado está inundado de soluciones chinas económicas por 30-40 mil rublos, pero el uso de tales dispositivos produce conexiones de baja calidad. Además, tales dispositivos fallan rápidamente.

Un dispositivo de alta calidad produce silenciosamente alrededor de 2000 soldaduras, después de lo cual los electrodos cambian y continúa funcionando. El mercado de dispositivos usados es bastante popular. Espero que en el futuro hagamos un artículo completo sobre cómo soldar un cable óptico. Por ahora -

Utilice los servicios de nuestra empresa para la instalación de vías ópticas, soldadura de ópticas y certificación. Puede presentar una solicitud, ya sea llamando a la empresa a través del gerente.

EL MUNDO DE LOS NÚMEROS Y EL VIDRIO

INTRODUCCIÓN

La fibra óptica tiene muchas ventajas bien conocidas sobre los cables coaxiales y de par trenzado, como la inmunidad al ruido eléctrico y un ancho de banda inigualable.

Durante el último cuarto de siglo, las comunicaciones por fibra óptica se han convertido en un método generalizado para transmitir video, audio, otras señales analógicas y datos digitales. La fibra óptica tiene muchas ventajas bien conocidas sobre los cables coaxiales y de par trenzado, como la inmunidad a las interferencias eléctricas y un ancho de banda inigualable. Por estas y muchas otras razones, los sistemas de transmisión de información de fibra óptica están penetrando cada vez más en diversas áreas de la tecnología de la información.

Los sistemas digitales brindan un rendimiento, flexibilidad y confiabilidad muy altos, y no cuestan más que las soluciones analógicas que reemplazan.

Sin embargo, a pesar de estas ventajas, hasta hace poco los sistemas de fibra óptica utilizaban las mismas tecnologías de transmisión de señales analógicas que sus predecesores de cobre. Ahora que ha surgido una nueva generación de equipos basados únicamente en métodos de procesamiento de señales digitales, la comunicación por fibra óptica está llevando una vez más las telecomunicaciones a un nivel completamente nuevo. nuevo nivel. Los sistemas digitales ofrecen un rendimiento, flexibilidad y confiabilidad muy altos, y no cuestan más que las soluciones analógicas que reemplazan.

Este manual analiza la técnica de transmisión de señales digitales a través de cables de fibra óptica y sus ventajas económicas y tecnológicas.

TRANSMISIÓN ANALÓGICA POR FIBRA

Para apreciar completamente los beneficios de la tecnología digital, veamos primero los métodos tradicionales de transmisión de señales analógicas a través de fibra. Para transmitir señales analógicas, se utilizan modulaciones de amplitud (AM) y frecuencia (FM). En ambos casos, la entrada del transmisor óptico recibe una señal o datos de audio y video analógicos de baja frecuencia, que se convierte en una señal óptica. Esto se hace de diferentes maneras.

En los sistemas de amplitud modulada, la señal óptica es un flujo de luz con una intensidad que cambia de acuerdo con los cambios en la señal eléctrica de entrada. Como fuente de luz se utilizan LED o láser. Desafortunadamente, ambos son no lineales, es decir, en el rango completo de brillo desde la ausencia de radiación hasta el valor máximo, no hay proporcionalidad entre la señal de entrada y la intensidad de la luz. Sin embargo, es este método de control el que se utiliza en sistemas con modulación de amplitud. Como resultado, se producen varias distorsiones de la señal transmitida:

disminución de la relación señal/ruido a medida que crece la longitud del cable;
ganancia diferencial no lineal y errores de fase en la transmisión de señales de video;
limitar el rango dinámico de la señal de audio.

Para mejorar la calidad de los sistemas de transmisión de señales de fibra óptica, se propuso utilizar la modulación de frecuencia, en la que la fuente de luz siempre se apaga por completo o se enciende a plena potencia, y la tasa de repetición del pulso cambia de acuerdo con la amplitud de la señal de entrada. Para aquellos que están familiarizados con la modulación de frecuencia de señales en ingeniería de radio, el uso de este término aquí puede parecer poco razonable, ya que en el contexto de los sistemas de fibra óptica se percibe como un método para controlar la frecuencia de la emisión de luz. Este no es el caso, y de hecho sería más correcto utilizar el término "modulación de fase de pulso" (PPM), pero en el campo de la tecnología de fibra óptica, dicha terminología se ha establecido. Siempre debe recordarse que la palabra "frecuencia" en el nombre del método de modulación significa la frecuencia de los pulsos, y no la frecuencia de las ondas de luz que los transportan.

Con modulación de amplitud, el nivel de la señal de entrada está representado por la intensidad del haz de luz

Con la modulación de frecuencia, el nivel de la señal de entrada está representado por la tasa de repetición de los pulsos de luz
Arroz. 1. Comparación de modulación de amplitud y frecuencia

Aunque la modulación de frecuencia elimina muchos de los problemas de control de radiación inherentes a los sistemas AM, tiene sus propios desafíos. Uno de ellos es el conocido crosstalk en los sistemas FM. Se observan, en particular, cuando se transmiten varias señales con modulación de frecuencia sobre una fibra, por ejemplo, cuando se utiliza un multiplexor. La diafonía ocurre en un transmisor o receptor como resultado de la inestabilidad de sintonización en importantes circuitos de filtrado de señales diseñados para separar frecuencias portadoras. Si los filtros están mal sintonizados, las portadoras moduladas en frecuencia interactúan entre sí y se distorsionan. Los ingenieros de fibra óptica pueden diseñar sistemas FM que minimicen la posibilidad de diafonía, pero cualquier mejora en el diseño tiene un costo.

Otro tipo de distorsión se llama intermodulación. Al igual que la diafonía, la intermodulación ocurre en sistemas diseñados para transmitir múltiples señales a la vez a través de una sola fibra. La distorsión de intermodulación ocurre en un transmisor con mayor frecuencia como resultado de no linealidades en los circuitos comunes a diferentes portadoras de FM. Como resultado, antes de combinar varias portadoras en una señal óptica, actúan entre sí, lo que reduce la precisión de la transmisión de la señal original.

SISTEMAS DIGITALES

Al igual que con los sistemas analógicos, los transmisores de sistemas digitales reciben señales de audio y video analógicas de baja frecuencia o datos digitales, que se convierten en una señal óptica. El receptor recibe la señal óptica y emite la señal eléctrica de formato nativo. La diferencia radica en cómo se procesan y transmiten las señales desde el transmisor al receptor.

Arroz. 2. Sistema de transmisión de señal analógica digital

En los sistemas puramente digitales, la señal de entrada de baja frecuencia se envía inmediatamente al convertidor de analógico a digital, que forma parte del transmisor. Allí, la señal se convierte en una secuencia de niveles lógicos: ceros y unos, llamada flujo digital. Si el transmisor es multicanal, es decir, está diseñado para trabajar con varias señales, entonces varios flujos digitales se combinan en uno y controla el encendido y apagado de un emisor, lo que ocurre a una frecuencia muy alta.

En el extremo receptor, la señal se convierte inversamente. Del flujo digital combinado, se extraen flujos individuales correspondientes a las señales transmitidas individuales. Se alimentan a convertidores de digital a analógico, después de lo cual se envían a las salidas en el formato original (Fig. 2).

La transmisión de señal digital pura tiene muchas ventajas sobre los sistemas AM y FM tradicionales, desde versatilidad y mejor calidad de señal hasta costos de instalación más bajos. Echemos un vistazo a algunos de los beneficios con más detalle y, en el camino, analicemos los beneficios tanto para el instalador del sistema como para el usuario del sistema.

PRECISIÓN DE LA SEÑAL

En los sistemas analógicos con modulación de amplitud, la señal pierde calidad en proporción al camino recorrido por la fibra. Este hecho, combinado con el hecho de que los sistemas AM funcionan solo con fibras multimodo, limita el uso de dichos sistemas a distancias de transmisión relativamente cortas. Los sistemas de FM funcionan algo mejor: en ellos, aunque la calidad de la señal disminuye, se mantiene aproximadamente constante en líneas no muy largas, cayendo bruscamente solo cuando se alcanza una longitud límite determinada. Solo en sistemas completamente digitales se garantiza la preservación de la calidad de la señal durante la transmisión a través de una línea de comunicación de fibra óptica, independientemente de la distancia entre el transmisor y el receptor y la cantidad de canales transmitidos (por supuesto, dentro de las capacidades del sistema).

La precisión de reproducción de la señal transmitida es un problema importante en el desarrollo de sistemas para organizar varios canales de transmisión sobre una única fibra óptica (multiplexores). Por ejemplo, en un sistema analógico diseñado para transmitir cuatro canales de video o audio, para mantenerse dentro del ancho de banda del sistema, es necesario limitar el ancho de banda asignado a los canales individuales. En los sistemas digitales, no hay necesidad de hacer tal compromiso: se pueden transmitir una, cuatro o incluso diez señales a través de una fibra sin reducir la calidad.

MEJOR CALIDAD DE LA SEÑAL

Arroz. 3

La transmisión de señales analógicas en formato digital proporciona una calidad superior a la analógica pura. La distorsión de la señal con este método de transmisión solo puede ocurrir con conversión de analógico a digital e inversa de digital a analógico. Si bien ninguna conversión es perfecta, la tecnología moderna es tan avanzada que incluso los ADC y DAC económicos brindan una calidad de video y audio mucho mejor que la que se puede lograr con los sistemas analógicos de AM y FM. Esto se ve fácilmente al comparar las relaciones señal-ruido y los armónicos (fase diferencial y ganancia diferencial) de los sistemas digitales y analógicos diseñados para transmitir señales del mismo formato sobre el mismo tipo de fibra a la misma longitud de onda.

Las tecnologías digitales brindan a los ingenieros una flexibilidad sin precedentes al crear sistemas de fibra óptica. Ahora es fácil encontrar el nivel adecuado de rendimiento para diferentes mercados, tareas y presupuestos. Por ejemplo, al cambiar la profundidad de bits de un convertidor de analógico a digital, se puede influir en el ancho de banda del sistema requerido para la transmisión de señales y, como resultado, en el rendimiento y el costo generales. Al mismo tiempo, otras propiedades del sistema digital, la ausencia de distorsión y la independencia de la calidad del trabajo de la longitud de la línea, se conservan hasta la distancia máxima de transmisión. Al diseñar sistemas analógicos, los ingenieros siempre se ven atrapados en medio de una compensación entre el costo y el rendimiento del sistema, tratando de equilibrar los dos sin comprometer los parámetros críticos de la señal de transmisión. En los sistemas digitales, escalar los sistemas y administrar su rendimiento y costo es un desafío mucho menor.

DISTANCIA DE TRANSMISIÓN ILIMITADA

Otra ventaja de los sistemas digitales sobre los predecesores analógicos es su capacidad para restaurar la señal sin introducirle distorsión adicional. Dicha restauración se realiza en un dispositivo especial llamado repetidor o amplificador lineal.

La ventaja que brindan los sistemas digitales es obvia. En ellos, la señal puede transmitirse a distancias muy superiores a las capacidades de los sistemas AM y FM, mientras que el desarrollador puede estar seguro de que la señal recibida coincide exactamente con la transmitida y cumple con los requisitos de las especificaciones técnicas.

A medida que la luz viaja a través de la fibra, su intensidad disminuye gradualmente y finalmente se vuelve insuficiente para la detección. Sin embargo, si un poco antes de llegar al punto en que la luz se vuelve demasiado débil, se instala un amplificador lineal, entonces amplificará la señal a su potencia original y será posible transmitirla a la misma distancia. Es importante señalar que el flujo digital se restaura en el amplificador lineal, lo que no tiene ningún efecto en la calidad de la señal de audio o video analógica codificada en él, independientemente de cuántas veces se haya realizado la restauración en amplificadores lineales a lo largo del trayectoria de la señal a lo largo de una línea larga de fibra óptica.

MENOS COSTO

Teniendo en cuenta las muchas ventajas que tienen los sistemas digitales de fibra óptica, se puede suponer que deberían costar mucho más que los sistemas analógicos tradicionales. Sin embargo, este no es el caso, y los usuarios de sistemas digitales, por el contrario, ahorran su dinero.

En un mercado competitivo, siempre habrá un fabricante que ofrezca calidad digital al precio de un sistema analógico.

El costo de los componentes digitales se ha reducido significativamente en los últimos años, y los OEM han podido desarrollar y comercializar productos que cuestan lo mismo o incluso menos que los instrumentos analógicos de la generación anterior. Por supuesto, algunas empresas quieren convencer al público de que la calidad superior de los sistemas digitales solo se puede obtener a un costo adicional, pero en realidad simplemente decidieron no compartir los ahorros con sus clientes. Pero en un mercado competitivo siempre habrá un fabricante que ofrezca calidad digital al precio de un sistema analógico.

Los sistemas digitales permiten que se transmita más información a través de un solo cable, lo que reduce su necesidad.

Otros factores también afectan el costo de instalar y operar un sistema de fibra óptica. El más obvio de estos son los costos de cable. Los sistemas digitales permiten que se transmita más información a través de un solo cable, lo que reduce su necesidad. La ventaja es especialmente notable cuando es necesario transmitir señales simultáneamente varios tipos, como vídeo y audio o audio y datos. Sin demasiados problemas, los ingenieros pueden diseñar un sistema digital rentable que pueda transportar diferentes tipos de señales, como dos canales de video y cuatro canales de audio, a través de una sola fibra. Con la tecnología analógica, lo más probable es que tenga que hacer dos sistemas separados, o al menos usar dos cables separados para transmitir señales de audio y video.

Debido a que hay menos componentes que pueden fallar con el tiempo, los sistemas digitales son mucho más estables y confiables.

Incluso en los casos en que se deben transmitir varias señales del mismo tipo a través de una sola fibra, los sistemas digitales son preferibles porque funcionan de manera más confiable y brindan una mayor calidad de señal. Por ejemplo, en un multiplexor de video digital, se pueden transmitir diez canales con la misma alta calidad, mientras que en un sistema analógico esto no es posible en absoluto.

También es necesario tener en cuenta los costos inevitables por los años de operación de los sistemas de fibra óptica. Mantenimiento y reparar Y aquí la ventaja radica en los sistemas digitales. En primer lugar, no requieren una configuración inicial después de la instalación: el transmisor y el receptor simplemente se conectan mediante un cable de fibra óptica y el sistema está listo para funcionar. Los sistemas analógicos generalmente requieren sintonización para una línea de transmisión en particular, teniendo en cuenta su longitud y la intensidad de la señal. El tiempo adicional para el ajuste implica costos adicionales.

Los transmisores y receptores para sistemas digitales son más baratos, el consumo de cable es menor, los costos operativos son más bajos

Debido a que hay menos componentes que pueden fallar con el tiempo, los sistemas digitales son mucho más estables y confiables. No requieren resintonización y la solución de problemas es mucho más rápida porque no tienen la diafonía, la deriva y otras desventajas de los sistemas analógicos tradicionales.

Resumir. Los transmisores y receptores para sistemas digitales son más económicos, el consumo de cable es menor y los costos operativos son menores. Los sistemas de fibra óptica digital proporcionan una clara ventaja económica a todos los niveles.

CONCLUSIONES

Cómo la tecnología de fibra óptica tiene muchas ventajas sobre la tradicional cables de cobre y cables coaxiales, y la transmisión digital de información avanza la tecnología de fibra óptica varios pasos hacia arriba, brindando a los usuarios un conjunto completamente nuevo de cualidades útiles. Los sistemas digitales tienen características únicas: precisión de transmisión de la señal en toda la longitud de la línea de comunicación, mínimas distorsiones introducidas (incluida la ausencia de diafonía e intermodulación), la capacidad de restaurar repetidamente el flujo digital cuando se transmite a través de una línea larga sin comprometer la calidad de la señal analógica codificada en él. Esto garantiza un nivel de fidelidad en la reproducción de señales analógicas que los sistemas analógicos no pueden lograr.

Los precios de los componentes de los sistemas de fibra analógicos y digitales son comparables, y cuando se combinan con los costos de instalación, operación y mantenimiento, los sistemas digitales ofrecen claros beneficios económicos.

Al diseñar un nuevo sistema de fibra óptica, no pierda el tiempo analizando las ventajas y desventajas de los sistemas digitales frente a los analógicos, porque la elección es clara: los sistemas digitales son mejores en todos los sentidos. Será mucho más útil limitarnos solo a ellos y recoger aquellos productos que la mejor manera coincida con sus necesidades. Incluso entre los sistemas digitales, existe una gran variedad de soluciones. Aquí hay algunas preguntas para ayudarlo a evaluarlos:

¿Qué tan fácil es la instalación del sistema?
- si el transmisor y el receptor son configurables por el usuario, ¿qué tan fácil es hacerlo y cuáles son los problemas?
¿El diseño del instrumento es compacto, robusto y fiable?
¿Los instrumentos están disponibles en estuches de escritorio o están diseñados para montaje en rack? ¿Hay opciones en ambos tipos de casos?
- ¿Los dispositivos son adecuados para usar con fibras monomodo y multimodo?
- ¿Tiene el fabricante suficiente experiencia y reputación en el mercado para los productos que ofrece?
- ¿Cómo se compara el precio del producto con el precio de los sistemas analógicos tradicionales? (Los dispositivos digitales en producción no son más caros que los analógicos y su costo no debería ser mayor).

Analizar el mercado y comparar las características de productos similares le permitirá finalmente seleccionar los elementos de los sistemas de fibra óptica digital que le servirán fielmente durante muchos años.

se hizo posible transferir al rango óptico una variedad de medios y principios para recibir, procesar y transmitir información desarrollada para el rango de radio. El enorme crecimiento del volumen de información transmitida y, al mismo tiempo, el agotamiento casi total de la capacidad de la banda de radio hizo que el problema del dominio de la banda óptica para fines de comunicación adquiriera una importancia excepcional. Ventajas principales comunicación óptica en comparación con la comunicación en radiofrecuencias, determinada por el alto valor de la frecuencia óptica (longitud de onda corta): un gran ancho de banda para transmitir información, 10 4 veces el ancho de banda de todo el rango de radio, y alta directividad de radiación en entrada y salida aberturas , aberturas de antena mucho más pequeñas en el rango de radio. última dignidad comunicación óptica permite el uso de generadores con potencia relativamente baja en transmisores de sistemas de comunicación óptica y proporciona mayor inmunidad al ruido y secreto de comunicación.

línea estructural comunicación óptica similar a la línea radiocomunicaciones . Para modular la radiación de un generador óptico, el proceso de generación se controla actuando sobre la fuente de alimentación o el resonador óptico del generador, o se utilizan dispositivos externos adicionales que cambian la radiación de salida de acuerdo con la ley requerida (ver Fig. Modulación de luz ). Con la ayuda de la unidad óptica de salida, la radiación se convierte en un haz de baja divergencia que llega a la unidad óptica de entrada, que la enfoca en la superficie activa del fotoconvertidor. Desde la salida de este último, las señales eléctricas ingresan a los nodos de procesamiento de información. Selección de frecuencia portadora en el sistema comunicación óptica- una tarea compleja compleja, en la que deben tenerse en cuenta las condiciones de propagación de la radiación óptica en el medio de transmisión, especificaciones láseres, moduladores, receptores de luz , nodos ópticos. en sistemas comunicación óptica Se utilizan dos métodos de recepción de señales: detección directa y recepción heterodina. El método de recepción heterodino, que tiene una serie de ventajas, la principal de las cuales es una mayor sensibilidad y discriminación del ruido de fondo, es técnicamente mucho más complicado que la detección directa. Una desventaja seria de este método es la dependencia significativa del valor de la señal en la salida del fotodetector de las características de la ruta.

Según el alcance del sistema comunicación óptica se pueden dividir en las siguientes clases principales: sistemas terrestres abiertos de corto alcance que utilizan el paso de la radiación en las capas superficiales de la atmósfera; sistemas terrestres que utilizan canales de guía de luz cerrados (fibra guías de luz , estructuras de lentes de espejo que guían la luz) para comunicación altamente informativa entre centrales telefónicas automáticas, computadoras, para comunicación a larga distancia; líneas de comunicación altamente informativas (principalmente de retransmisión) que operan en el espacio exterior cercano; líneas de comunicación espacial distante.

Se ha acumulado cierta experiencia de trabajo con líneas abiertas en la URSS y en el extranjero. comunicación óptica en las capas superficiales de la atmósfera utilizando láseres. Se muestra que la fuerte dependencia de la fiabilidad de la comunicación de las condiciones atmosféricas (que determinan la visibilidad óptica) a lo largo del trayecto de propagación limita el uso de líneas abiertas. comunicación óptica distancias relativamente cortas (varios kilómetros) y sólo para la duplicación de existentes líneas de cable comunicaciones, uso en sistemas móviles de baja información, sistemas de señalización, etc. Sin embargo, las líneas abiertas comunicación óptica prometedor como la afinidad de la conexión entre la Tierra y el espacio. Por ejemplo, utilizando un rayo láser, la información se puede transmitir a una distancia de ~10 8 kilómetros a velocidades de hasta 10 5 un poco en segundo, mientras que la tecnología de microondas a estas distancias proporciona una tasa de transmisión de solo ~10 un poco en segundo. Básicamente, comunicación óptica en el espacio es posible a distancias de hasta 10 10 kilómetros, lo que es impensable para otros sistemas de comunicación; sin embargo, la construcción de líneas espaciales comunicación óptica técnicamente muy difícil.

En condiciones terrestres, los sistemas más prometedores comunicación óptica utilizando estructuras de guía de luz cerradas. En 1974, la posibilidad de fabricar guías de luz de vidrio con atenuación de las señales transmitidas de no más de unos pocos base de datos/kilómetros. Con el nivel actual de tecnología, utilizando emisores de diodos semiconductores que funcionan tanto en modo láser (coherente) como no coherente, cables con núcleos de fibra de luz y receptores semiconductores, es posible construir líneas de comunicación para miles de canales telefónicos con repetidores ubicados en distancias de unos 10 kilómetros de cada uno. Trabajo intensivo en la creación de emisores láser con una vida útil de ~10-100 mil años. h, es probable que el desarrollo de receptores de banda ancha de alta sensibilidad, estructuras de guía de luz más eficientes y tecnologías de fabricación de fibra de largo alcance hagan comunicación óptica competitivo con la comunicación por cable y líneas de retransmisión existentes ya en la próxima década. Se puede esperar que comunicación óptica ocupará un lugar importante en la red nacional de comunicaciones junto con otros medios. Perspectiva del sistema comunicación óptica con ligeras pautas, en cuanto a sus capacidades de información y costo por unidad de información, pueden convertirse en el principal tipo de backbone y comunicaciones intraurbanas.

Iluminado.: Chernyshev V. N., Sheremetiev A. G., Kobzev V. V., Láseres en sistemas de comunicación, M.; Pratt V.K., Sistemas de comunicación láser, trad. de Inglés, M., 1972; El uso de láseres, trad. de Inglés, M., 1974.

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

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