Kuituoptinen viestintä. Kuituoptiset verkot

Kuituoptinen viestintä- tiedonsiirtomenetelmä, jossa käytetään optisen (lähi-infrapuna) alueen sähkömagneettista säteilyä informaatiosignaalin kantajana ja valokuitukaapeleita ohjausjärjestelminä. Korkean kantoaaltotaajuuden ja laajojen multipleksointimahdollisuuksien ansiosta kuituoptisten linjojen suorituskyky on monta kertaa suurempi kuin kaikkien muiden viestintäjärjestelmien suorituskyky, ja se voidaan mitata terabitteinä sekunnissa. Optisen kuidun valon alhainen vaimennus mahdollistaa kuituoptisen viestinnän käytön pitkiä matkoja ilman vahvistimia. Kuituoptinen viestintä on vapaa sähkömagneettisista häiriöistä, ja siihen on vaikea päästä käsiksi luvatta: optisen kaapelin kautta lähetetyn signaalin sieppaaminen huomaamatta on teknisesti erittäin vaikeaa.

Fyysinen perusta

Kuituoptinen viestintä perustuu ilmiöön, jossa sähkömagneettisten aaltojen sisäinen kokonaisheijastus eri taitekertoimien eristeiden rajapinnalla on. optinen kuitu koostuu kahdesta elementistä - ytimestä, joka on suora valonohjain, ja kuoresta. Ytimen taitekerroin on hieman suurempi kuin vaipan taitekerroin, minkä vuoksi valonsäde, joka kokee useita heijastuksia ydin-kuori rajapinnassa, etenee ytimessä poistumatta siitä.

Sovellus

Kuituoptista viestintää on tulossa yhä enemmän laaja sovellus kaikilla aloilla - tietokoneista ja lentokoneista, lentokoneiden ja laivojen järjestelmistä tiedonsiirtojärjestelmiin pitkät matkat Esimerkiksi Länsi-Euroopan ja Japanin välistä kuituoptista viestintälinjaa käytetään tällä hetkellä menestyksekkäästi, ja suurin osa kulkee Venäjän alueen läpi. Lisäksi merenalaisten kuituoptisten viestintälinjojen kokonaispituus maanosien välillä kasvaa.

Kuitua jokaiseen kotiin Kuitu tiloihin, FTP tai Kuitu kotiin, FTTH ) on termi, jota televiestintä-Internet-palveluntarjoajat käyttävät viittaamaan laajakaistaisiin tietoliikennejärjestelmiin, jotka perustuvat kuitukanavan johtamiseen ja sen loppuun saattamiseen loppukäyttäjän alueella asentamalla päätelaite optiset laitteet tarjota erilaisia tietoliikennepalveluja, mukaan lukien:

nopea Internet-yhteys;
puhelinviestintäpalvelut;
television vastaanottopalvelut.

Valokuitutekniikan käyttökustannukset laskevat, mikä tekee tästä palvelusta kilpailukykyisen perinteisten palvelujen kanssa.

Tarina

Pitkien etäisyyksien tiedonsiirtojärjestelmien historian pitäisi alkaa antiikista, jolloin ihmiset käyttivät savumerkkejä. Siitä lähtien nämä järjestelmät ovat parantuneet dramaattisesti, ensin ilmestyi lennätin, sitten koaksiaalikaapeli. Kehittäessään nämä järjestelmät törmäsivät ennemmin tai myöhemmin perustavanlaatuisiin rajoituksiin: sähköjärjestelmissä tämä on signaalin vaimenemisen ilmiö tietyllä etäisyydellä, mikroaaltojärjestelmissä se on kantoaaltotaajuus. Siksi pohjimmiltaan uusien järjestelmien etsiminen jatkui, ja 1900-luvun jälkipuoliskolla löydettiin ratkaisu - kävi ilmi, että signaalin siirto valolla on paljon tehokkaampaa kuin sähkö- ja mikroaaltouunisignaalit.

Vuonna 1966 Kao ja Hokam STC Laboratorysta (STL) esittelivät tavallisia lasioptisia filamentteja, joiden vaimennus oli 1000 dB/km (kun taas koaksiaalikaapelin vaimennus oli vain 5-10 dB/km) niiden sisältämien epäpuhtauksien vuoksi. ja jotka periaatteessa voitaisiin poistaa.

Niitä oli kaksi globaaleihin ongelmiin kun kehitetään optiset järjestelmät tiedonsiirto: valonlähde ja signaalin kantoaalto. Ensimmäinen ratkesi keksimällä laserit vuonna 1960 ja toinen korkealaatuisten optisten kaapelien myötä vuonna 1970. Sen on kehittänyt Corning Incorporated (Englanti) . Tällaisten kaapeleiden vaimennus oli noin 20 dB/km, mikä oli varsin hyväksyttävää signaalin siirtoon tietoliikennejärjestelmissä. Samaan aikaan kehitettiin melko kompakteja puolijohde-GaAs-lasereita.

Vuosien 1975 ja 1980 välisen intensiivisen tutkimuksen jälkeen ilmestyi ensimmäinen kaupallinen valokuitujärjestelmä, joka toimi valolla 0,8 mikronin aallonpituudella ja käytti galliumarsenidi (GaAs) puolijohdelaseria. Ensimmäisen sukupolven järjestelmien bittinopeus oli 45 Mbps, toistimien välinen etäisyys 10 km.

22. huhtikuuta 1977 Long Beachissa Kaliforniassa General Telephone and Electronics käytti ensimmäisenä optista linkkiä puhelinliikenteen kuljettamiseen nopeudella 6 Mbps.

Kuituoptisten järjestelmien toinen sukupolvi kehitettiin kaupalliseen käyttöön 1980-luvun alussa. Ne toimivat valolla, jonka aallonpituus oli 1,3 mikronia InGaAsP-lasereista. Tällaiset järjestelmät olivat kuitenkin edelleen rajallisia johtuen kanavassa tapahtuvasta sironnasta. Kuitenkin jo vuonna 1987 nämä järjestelmät toimivat jopa 1,7 Gbit/s nopeuksilla ja toistimien välinen etäisyys oli 50 km.

OPTINEN VIESTINTÄ- tiedonsiirto e-magnin avulla. tulee optinen. alue. O:n idea. ihmiskunnan tiedossa pitkään (tavalliset tulipalot, 1700-luvun lopusta lähtien semaforiaakkoset), mutta vasta laserien luomisen myötä tuli mahdolliseksi rakentaa laajakaistaisia optisia järjestelmiä.
Optinen ominaisuus. informat. järjestelmät ovat suuri kaistanleveys johtuen kantoaaltotaajuuden suuresta arvosta, ja näin ollen kyvystä lähettää suuria määriä tietoa suurella nopeudella ( Kanssa). Pieni kulma lasersäteen hajoaminen antaa tilaa. salaisuus ja korkea energia. Optisen tiedonsiirron kohinansieto. viestintäkanava pienikokoisilla lähetin-vastaanottimilla.

O.:n järjestelmän fyysinen malli. onko se tieto enkooderissa oleva signaali muunnetaan modulaatiolle sopivaan muotoon, sitten se tulee alimodulaattori-vahvistimeen ja sitten modulaattorin herätepiiriin. Ulkoisen avulla tai int. Modulaattori moduloi tiedon amplitudin, intensiteetin, taajuuden, vaiheen tai kantoaaltotaajuuden signaalia. signaali (katso Valon modulaatio). Sitten moduloidaan. lasersäde kollimoidaan optisesti. järjestelmässä ja lähetetään kohteeseen. Vastaanottavan optiikan avulla järjestelmässä, signaali keskittyy valoilmaisimeen, ulostulo sähköiseen. signaali to-rogo käsitellään edelleen tiedon poimimiseksi. signaali. On kaksi tapaa vastaanottaa optista. signaali - suora tunnistus ja heterodyne-vastaanotto. Heterodyne-vastaanottojärjestelmissä ja viestintäjärjestelmissä apukantoaaltotaajuudella signaali muunnetaan tai siirretään matalataajuiselle alueelle.
optinen viestintäjärjestelmät on jaettu avoimiin - maanpäällisiin tai avaruusjärjestelmiin ja suljettuihin - valojohtimiin. optinen Ilmakehän viestintälinjat riippuvat voimakkaasti sääolosuhteista, pölyn, savun ja muiden sulkeumien läsnäolosta. Ilmakehän turbulenttiset ilmiöt johtavat väliaineen taitekertoimen vaihteluihin ja siten säteen vääristymiseen ja valoilmaisimen saapumiskulman vaihteluihin.
Korkea lasersäteilyn aste mahdollistaa kohinaa kestävien modulaatiomenetelmien käytön - taajuus, vaihe ja polarisaatio. modulaatio. O:n järjestelmät tunnetaan. käyttämällä polarisaattoreita. jatkuvatoimisten kaasulaserien (laser He - Ne - 0,03 μm ja CO 2 laser - 10,6 μm) säteilyn modulointi sekä analogisen että digitaalisen tiedon siirtoon. Lähettääkseni viimeiset päiväunet. mukava intensiteetti puolijohdelaserit pumpun virta.
O.-linjan toiminta-alue. maanpäällisissä olosuhteissa rajoittuu näkölinjaan. Horisontin ulkopuolinen viestintä on kuitenkin mahdollista ilmakehän avulla - laserviestintälinjoilla atm:llä. sirontakanava.
Avoimista viestintälinjoista lupaavia ovat maa-avaruus- ja avaruus-avaruusviestintälinjat, joissa suurilla etäisyyksillä (esim. 1,6 x 10 8 km Mars-planeetalle) on tarpeen siirtää suuri määrä tietoa suurella nopeudella. (10 6 bit/s).

Suljetut viestintälinjat. Maanpäällisissä olosuhteissa max. lupaava suljettu valokuitu. tietoliikennelinjat (FOCL). Matala optinen vaimennus signaalit yksimuotoisissa optisissa kuiduissa, jotka perustuvat kvartsilasiin (katso kuva). kuituoptiikka) ja monet niiden perustavanlaatuiset edut langalliseen tietoliikenteeseen verrattuna mahdollistavat niiden laajan käytön laajennetuissa viestintälinjoissa.
Multimode FOCL:illä on perustavanlaatuisia rajoituksia digitaalisen tiedon pituuden ja lähetysnopeuden suhteen, jotka määräytyvät optisten pulssien vaimennuksen ja levenemisen perusteella. signaaleja. Jälkimmäinen johtuu modaalista ja kromaattisesta. monimuotooptisen dispersiot. kuidut. Pienivaimeuttavien yksimuotoisten optisten kuitujen (0,2 dB/km) käyttö yhdessä puolijohdelasereiden kanssa, jotka toimivat min. Emissiospektrin leveys mahdollistaa dispersion vaikutuksen minimoimisen =1,3 μm:ssä ja digitaalisen tiedon siirtämisen suurella nopeudella ja pitkiä matkoja.
Parametri nopean tiedonsiirron mahdollisuuksien arvioimiseksi on tiedonsiirtonopeuden ja etäisyyden tulo. Yksimuotoisissa FOCL-aalloissa, joiden säteilyn aallonpituus on 1,55 µm, tämä parametri voi ylittää 200 (Gbit/s)-km.
Erityinen O:n järjestelmien ominaisuus. radioon verrattuna järjestelmät ovat rajallinen määrä energiaa. potentiaali - säteilylähteen tehon suhde optisen tehoon. signaali, joka tulee kuitulinjan lähdöstä valotunnistimeen ja tarvitaan signaalin rekisteröintiin vaaditulla virhetodennäköisyydellä (enintään 10 -9).
Tiedon korostamiseksi Vastaanottimeen tulee saapua tietty määrä fotoneja. Tiedonsiirtonopeuden kasvaessa ja samalla virhetodennäköisyydellä optisen pitäisi kasvaa. valotunnistimen havaitsema teho. Siksi kiireellisenä tehtävänä on kehittää kuituvalojohtimia, joilla on alhainen vaimennus ja eff. kuidusta tulevan säteilyn syöttö- ja ulostulojärjestelmät.
Nopeuden ja kohinansietokyvyn ohella informaatiosignaalien lähettämiseen tarkoitettujen kuitulinjojen on oltava metrologisten tietojen luotettavuutta ja vakautta. ominaisuudet. Tämä käytännössä eliminoi amplitudimodulaation käytön FOCL:ssä, koska signaalin suuruus tietoliikennelinjan lähdössä riippuu viestintälinjan tilanteesta, erityisesti vaimennuksesta. Lisäksi lähettimien ja vastaanottimien huononeminen ajan myötä, lämpötilavaikutukset ja muut tekijät voivat johtaa viestinnän laadun heikkenemiseen. Naib. lupaavaa on digitaalisen tiedon välittäminen pulssimodulaatiomenetelmillä.
Pitkäikäisten (~10 4 h) kehitys puolijohdelaserit c=1,3 µm ja modulaatiokaistanleveys jopa 10 GHz, laajakaista erittäin herkkä. valoilmaisimet sekä pienihäviöiset valonohjaimet johtavat O. s.:n hallitsevaan asemaan. jo lähitulevaisuudessa.
Nykyisessä aika (90s) rakentanut ja menestyksekkäästi käyttänyt lukuisia. kuitulinjat O. kanssa. FOCL:n käyttö on lupaavaa kaapelitelevisio, siirtää tietoja laskettavaksi. erikoislaitteet ja järjestelmät. objektin sisäinen viestintä, mannertenväliset viestintälinjat.
O:n linjojen kehittäminen. liittyvät kehitykseen integroitu optiikka. Täysaaltoputkimodulaattoreiden, kytkimien, kytkimien, suodattimien jne. käyttö mahdollistaa nopeiden, laajakaistaisten, eff-yhteyksien luomisen. O:n linjat. nopeaa tiedonsiirtoa varten.

Lit.: Pratt V., Laserviestintäjärjestelmät, käänn. Englannista, M., 1972; Kuituoptinen viestintä. Laitteet, kaaviot ja järjestelmät, käänn. Englannista, M., 1982; Optiset järjestelmät tiedon siirtämiseksi ilmakehän kanavan kautta, M., 1985; Hinrikus X. V., Melut lasertietojärjestelmissä M., 1987; Optinen viestintätekniikka. Valoilmaisimet, per. Englannista, M., 1988; Gouer D., Optiset järjestelmät perna per. Englannista, M., 1989.

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

Optinen kuitu ( optiikka, lasi, valokuitu, kuitu) - yksi nykyaikaisimmista ja luotettavimmista tiedonsiirtovälineistä lähiverkon asennukseen ja perustamiseen. Se on moniparinen kaapeli, joka koostuu ytimistä - kääritty erityiseen punokseen. Ytimet on valmistettu erityisestä polymeeristä - ja valmistettu siten, että sen "seinät" ovat täysin sileät.

Tiedonsiirto optisessa kuidussa tapahtuu valon avulla - kuten tiedätte - yhden universumin nopeimmista aineista. sähköinen signaali kuparikaapeli menee erikoisen läpi muunnin ja muuttuu valoksi. Jokainen optiikkanauha on kuin lasiputki peiliputkessa. ( Eri tiheydellä oleva polymeeri. esim. 9/125 mikronia) Valo, joka tunkeutuu siihen, heijastuu suonen suonten rajojen risteyksestä ja lentää kauemmas ja kauemmas. Matkan lopussa vastaanottava laite vastaanottaa sen ja muuntaa sen takaisin sähköiseksi signaaliksi.

Tiedonsiirto optisen kuidun kautta on kuitenkin hitaampaa kuin valon nopeus (~1 miljardi km/h). Koska mikrolaserit, joita käytetään valon siirtämiseen kuituoptiikan yli, eivät tuota valoa tällä nopeudella. Ja myös säteiden taittumisesta johtuvista tappioista.

Signaalin vaimennusnopeus optisessa kuidussa vaihtelee optisen ytimen tyypin mukaan. Joten monimuotoinen kaapeli ( 50/125, 62/125 ) mahdollistaa signaalin lähettämisen 2-3 kilometriä ilman merkittäviä häviöitä. Yksimuotoinen kaapeli ( 9/125 ) - toimii jopa 10 km:n etäisyydellä. Todennäköisesti paljon riippuu materiaalista, jota käytetään kaapelien valmistuksessa. Ilmoitetut pituudet vastaavat nykyaikaisia polymeerikaapeleita. Todennäköisimmin tiheämästä materiaalista valmistettu suoni sallii valon siirtymisen pitkiä matkoja. Lisäksi kaikki riippuu signaalilähteestä. Näin ollen - mitä tehokkaampi se on, sitä kauemmas valo "lentää".

Kuituoptiikkaa käytetään monilla teollisuuden aloilla - samoin kuin jokapäiväisessä elämässä. Ensinnäkin optinen kaapeli on dielektrinen, mikä tekee siitä turvallisen tiedonsiirrossa öljynjalostamoissa ja muissa räjähdysherkissä tiloissa.

Toiseksi, samasta syystä optiikka kerää hyvin vähän staattista sähköä. Arvot ovat niin pieniä, että niitä ei edes oteta huomioon. Näin ollen kuituoptisia kaapeleita voidaan käyttää verkoissa eri paikoissa, joihin liittyy suuria jännitteitä.

Kuituoptiset kaapelit voidaan asentaa veteen, maahan aggressiivisessa ympäristössä - käyttämällä erityisiä vaippaa. Optiikan päätarkoitus on kuitenkin siirtää tietoa pitkiä matkoja.

Optisen kaapelin ominaisuuksien rajalle sijoitetaan erityinen laite - toistin, joka lisää etäisyyttä seuraavalla pituudella. Valokuitua kytkettäessä käytetään optisia liittimiä, joissa kuidut hitsataan yhteen.

Nyt kun optiikkametrin hinta on yhtä suuri kuin kierretyn parin hinta, voimme puhua verkkojen rakentamisesta kokonaan sen päälle. Mutta tämä ei tarkoita, että sen asennus voidaan uskoa vähän koulutettujen asentajien tehtäväksi.

Yleensä missä tahansa kaapelioptisia verkkoja asentavassa yrityksessä optisten verkkojen suunnittelussa ja asennuksessa on mukana erillinen tiimi tai jopa koko osasto. Se liittyy erilaisia ominaisuuksia optiikkaa asennettaessa.

Esimerkiksi optista kaapelia ei saa taivuttaa alle 110-120 asteen kulmiin. On toivottavaa asentaa optinen kuitu aallotettuun putkeen - tavanomaisen optisen kaapelin heikon lujuuden vuoksi. Se on helppo rikkoa.

Useimmiten optiikka asetetaan erilliseen kanavaan. Ja niin edelleen - tällaisten kaapeleiden kanssa työskennellessä on melko paljon samanlaisia työn hienouksia. Lisäksi erillinen osa ansaitsee menetelmän optisen kuidun liittämiseksi ja päättämiseksi.

Kaapeli päätetään erityisiin liittimiin - liittimiin. Niitä on useita tyyppejä.

Yhteyttä varten ( hitsaus) optiset kaapelit vaativat erityisen kalliin laitteen - hitsauskone. Laadukkaan laitteen hinta alkaa 150 000 ruplasta. Nyt markkinat ovat täynnä edullisia kiinalaisia ratkaisuja 30-40 tuhatta ruplaa, mutta tällaisten laitteiden käyttö tuottaa heikkolaatuisia yhteyksiä. Lisäksi tällaiset laitteet epäonnistuvat nopeasti.

Laadukas laite tuottaa hiljaa noin 2000 hitsiä, minkä jälkeen elektrodit vaihtuvat siinä ja se jatkaa toimintaansa. Käytettyjen laitteiden markkinat ovat melko suosittuja. Toivon, että tulevaisuudessa teemme koko artikkelin optisen kaapelin hitsauksesta. Toistaiseksi -

Käytä yrityksemme palveluita optisten reittien asennukseen, optiikan hitsaukseen ja sertifiointiin. Voit jättää hakemuksen joko soittamalla yritykseen esimiehen kautta.

NUMEROJEN JA LASIN MAAILMA

JOHDANTO

Kuituoptiikalla on monia tunnettuja etuja kierrettyihin pari- ja koaksiaalikaapeleihin verrattuna, kuten sähköhäiriöiden sieto ja vertaansa vailla oleva kaistanleveys.

Viimeisen neljännesvuosisadan aikana valokuituviestinnästä on tullut laajalle levinnyt menetelmä videon, äänen, muiden analogisten signaalien ja digitaalisen tiedon siirtämiseen. Kuituoptiikalla on monia tunnettuja etuja kierrettyihin pari- ja koaksiaalikaapeleihin verrattuna, kuten sähköhäiriöiden sieto ja vertaansa vailla oleva kaistanleveys. Näistä ja monista muista syistä kuituoptiset tiedonsiirtojärjestelmät tunkeutuvat yhä enemmän tietotekniikan eri alueille.

Digitaaliset järjestelmät tarjoavat erittäin korkean suorituskyvyn, joustavuuden ja luotettavuuden, eivätkä maksa enempää kuin analogiset ratkaisut, jotka ne korvaavat

Näistä eduista huolimatta valokuitujärjestelmät käyttivät viime aikoihin asti samoja analogisia signaalinsiirtotekniikoita kuin kupariset edeltäjänsä. Nyt kun uusi, pelkästään digitaalisiin signaalinkäsittelymenetelmiin perustuva laitesukupolvi on ilmaantunut, valokuituviestintä vie tietoliikenteen jälleen täysin uudelle tasolle. uusi taso. Digitaaliset järjestelmät tarjoavat erittäin korkean suorituskyvyn, joustavuuden ja luotettavuuden, eivätkä maksa enempää kuin analogiset ratkaisut, jotka ne korvaavat.

Tässä käsikirjassa käsitellään digitaalisen signaalin siirtotekniikkaa kuituoptisten kaapeleiden kautta ja sen taloudellisia ja teknologisia etuja.

ANALOGISIIRTO KUIDUN YLI

Ymmärtääksemme täysin digitaalitekniikan edut, katsotaanpa ensin perinteisiä menetelmiä analogisten signaalien lähettämiseksi kuidun kautta. Analogisten signaalien lähettämiseen käytetään amplitudi (AM) ja taajuus (FM) modulaatiota. Molemmissa tapauksissa optisen lähettimen tulo vastaanottaa matalataajuista analogista audio- ja videosignaalia tai dataa, joka muunnetaan optiseksi signaaliksi. Tämä tehdään eri tavoilla.

Amplitudimoduloiduissa järjestelmissä optinen signaali on valovirta, jonka intensiteetti muuttuu sähköisen tulosignaalin muutosten mukaan. Valonlähteenä käytetään joko LEDejä tai lasereita. Valitettavasti molemmat ovat epälineaarisia, eli täydellä kirkkausalueella ei säteilyä maksimiarvoon tulosignaalin ja valon voimakkuuden välillä ei ole suhteellisuutta. Kuitenkin tätä ohjausmenetelmää käytetään järjestelmissä, joissa on amplitudimodulaatio. Tämän seurauksena lähetetyssä signaalissa esiintyy erilaisia vääristymiä:

signaali-kohinasuhteen väheneminen kaapelin pituuden kasvaessa;
epälineaariset differentiaalivahvistus- ja vaihevirheet videosignaalin lähetyksessä;
rajoittaa äänisignaalin dynaamista aluetta.

Kuituoptisten signaalinsiirtojärjestelmien laadun parantamiseksi ehdotettiin taajuusmodulaatiota, jossa valonlähde on aina joko kokonaan sammutettu tai kytketty päälle täydellä teholla ja pulssin toistotaajuus muuttuu valon amplitudin mukaan. tulosignaali. Radiotekniikan signaalien taajuusmodulaation tunteville voi tämän termin käyttö tässä tuntua kohtuuttomalta, koska valokuitujärjestelmien yhteydessä se nähdään menetelmänä itse valon emission taajuuden säätämiseksi. Näin ei ole, ja olisikin oikeampaa käyttää termiä "pulssivaihemodulaatio" (PPM), mutta kuituoptisen tekniikan alalla tällainen terminologia on vakiintunut. On aina muistettava, että sana "taajuus" modulaatiomenetelmän nimessä tarkoittaa pulssien taajuutta, ei niitä kuljettavien valoaaltojen taajuutta.

Amplitudimodulaatiolla tulosignaalin tasoa edustaa valonsäteen intensiteetti

Taajuusmodulaatiolla tulosignaalin tasoa edustaa valopulssien toistonopeus
Riisi. 1. Amplitudi- ja taajuusmodulaation vertailu

Vaikka taajuusmodulaatio eliminoi monet AM-järjestelmille ominaisista säteilyn säätöongelmista, sillä on omat haasteensa. Yksi niistä on tunnettu ylikuuluminen FM-järjestelmissä. Niitä havaitaan erityisesti lähetettäessä useita signaaleja taajuusmodulaatiolla yhden kuidun yli, esimerkiksi käytettäessä multiplekseria. Ylikuuluminen tapahtuu lähettimessä tai vastaanottimessa virityksen epävakauden seurauksena tärkeissä signaalinsuodatuspiireissä, jotka on suunniteltu erottamaan kantoaaltotaajuudet. Jos suodattimet on viritetty huonosti, taajuusmoduloidut kantoaaltokanavat ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja ovat vääristyneitä. Kuituoptiikan insinöörit voivat suunnitella FM-järjestelmiä, jotka minimoivat ylikuulumisen mahdollisuuden, mutta kaikki suunnittelun parannukset maksavat.

Toista säröä kutsutaan intermodulaatioksi. Kuten ylikuuluminen, keskinäismodulaatiota tapahtuu järjestelmissä, jotka on suunniteltu lähettämään useita signaaleja kerralla yhden kuidun kautta. Keskinäismodulaatiosäröä esiintyy lähettimessä useimmiten eri FM-kantoaaltojen yhteisten piirien epälineaarisuuden seurauksena. Tämän seurauksena ennen useiden kantoaaltojen yhdistämistä yhdeksi optiseksi signaaliksi ne vaikuttavat toisiinsa vähentäen alkuperäisen signaalin lähetyksen tarkkuutta.

DIGITAALISET JÄRJESTELMÄT

Kuten analogisissakin järjestelmissä, digitaalisten järjestelmien lähettimet vastaanottavat matalataajuisia analogisia ääni- ja videosignaaleja tai digitaalista dataa, joka muunnetaan optiseksi signaaliksi. Vastaanotin vastaanottaa optisen signaalin ja lähettää natiivimuotoisen sähköisen signaalin. Ero on siinä, kuinka signaalit käsitellään ja lähetetään lähettimestä vastaanottimeen.

Riisi. 2. Digitaalinen analoginen signaalinsiirtojärjestelmä

Puhtaasti digitaalisissa järjestelmissä matalataajuinen sisääntulosignaali syötetään välittömästi analogia-digitaalimuuntimeen, joka on osa lähetintä. Siellä signaali muunnetaan loogisten tasojen sarjaksi - nollia ja ykkösiä, joita kutsutaan digitaalivirraksi. Jos lähetin on monikanavainen, eli suunniteltu toimimaan useiden signaalien kanssa, niin useita digitaalisia virtoja yhdistetään yhdeksi, ja se ohjaa yhden lähettimen päälle ja pois päältä, mikä tapahtuu erittäin korkealla taajuudella.

Vastaanottopäässä signaali muunnetaan käänteiseksi. Yhdistetystä digitaalisesta virrasta erotetaan yksittäisiä lähetettyjä signaaleja vastaavat yksittäiset virrat. Ne syötetään digitaali-analogia-muuntimiin, minkä jälkeen ne lähetetään lähtöihin alkuperäisessä muodossa (kuva 2).

Puhtaalla digitaalisella signaalinsiirrolla on monia etuja perinteisiin AM- ja FM-järjestelmiin verrattuna monipuolisuudesta ja paremmasta signaalinlaadusta alhaisempiin asennuskustannuksiin. Tarkastellaanpa joitain etuja tarkemmin ja keskustellaan matkan varrella eduista sekä järjestelmän asentajalle että järjestelmän käyttäjälle.

SIGNAALIN TARKKUUS

Analogisissa järjestelmissä, joissa on amplitudimodulaatio, signaalin laatu heikkenee suhteessa kuidun läpi kulkevaan polkuun. Tämä seikka yhdistettynä siihen tosiasiaan, että AM-järjestelmät toimivat vain monimuotokuitujen kanssa, rajoittaa tällaisten järjestelmien käytön suhteellisen lyhyille lähetysmatkoille. FM-järjestelmät toimivat jonkin verran paremmin: niissä, vaikka signaalin laatu heikkenee, se pysyy suunnilleen vakiona ei kovin pitkillä linjoilla, laskeen jyrkästi vasta, kun tietty rajapituus saavutetaan. Vain täysin digitaalisissa järjestelmissä signaalin laadun säilyminen kuituoptisella tietoliikennelinjalla tapahtuvan lähetyksen aikana taataan riippumatta lähettimen ja vastaanottimen välisestä etäisyydestä ja lähetettyjen kanavien määrästä (tietysti järjestelmän ominaisuuksien puitteissa).

Lähetetyn signaalin toiston tarkkuus on merkittävä ongelma kehitettäessä järjestelmiä useiden lähetyskanavien järjestämiseksi yhden optisen kuidun yli (multiplekserit). Esimerkiksi analogisessa järjestelmässä, joka on suunniteltu lähettämään neljää video- tai äänikanavaa, pitääksesi järjestelmän kaistanleveyden sisällä, sinun on rajoitettava yksittäisille kanaville varattu kaistanleveys. Digitaalisissa järjestelmissä tällaista kompromissia ei tarvitse tehdä: yhden kuidun kautta voidaan lähettää yksi, neljä tai jopa kymmenen signaalia laadun heikkenemättä.

PAREMPI SIGNAALIN LAATU

Riisi. 3

Analogisten signaalien siirto digitaalisessa muodossa tarjoaa korkeamman laadun kuin puhdas analoginen. Signaalin vääristymistä tällä siirtomenetelmällä voi esiintyä vain analogia-digitaali- ja käänteis-digitaali-analogimuunnoksilla. Vaikka mikään muunnos ei ole täydellinen, moderni tekniikka on niin edistynyt, että jopa edulliset ADC:t ja DAC:t tarjoavat paljon paremman kuvan ja äänen laadun kuin analogisilla AM- ja FM-järjestelmillä. Tämä näkyy helposti vertaamalla digitaalisten ja analogisten järjestelmien signaali-kohinasuhteita ja harmonisia harmonisia (differentiaalinen vaihe ja erovahvistus), jotka on suunniteltu lähettämään saman muodon signaaleja saman tyyppisellä kuidulla samalla aallonpituudella.

Digitaaliset teknologiat tarjoavat insinööreille ennennäkemättömän joustavuutta valokuitujärjestelmien luomisessa. Nyt on helppo löytää oikea suoritustaso eri markkinoille, tehtäviin ja budjetteihin. Esimerkiksi muuttamalla analogia-digitaalimuuntimen bittisyvyyttä voidaan vaikuttaa signaalin siirtoon tarvittavaan järjestelmän kaistanleveyteen ja sen seurauksena kokonaissuorituskykyyn ja kustannuksiin. Samanaikaisesti digitaalisen järjestelmän muut ominaisuudet - vääristymien puuttuminen ja työn laadun riippumattomuus linjan pituudesta - säilyvät enimmäissiirtoetäisyydellä. Analogisia järjestelmiä suunnitellessaan insinöörit jäävät aina järjestelmän kustannusten ja suorituskyvyn väliseen kompromissiin yrittäessään tasapainottaa näitä kahta tinkimättä kriittisistä lähetyssignaalin parametreista. Digitaalisissa järjestelmissä järjestelmien skaalaus ja niiden suorituskyvyn ja kustannusten hallinta on paljon pienempi haaste.

RAJOITTAmaton VAIHTEISTOetäisyys

Toinen digitaalisten järjestelmien etu analogisiin edeltäjiin verrattuna on niiden kyky palauttaa signaali aiheuttamatta siihen lisäsäröä. Tällainen palautus suoritetaan erityisessä laitteessa, jota kutsutaan toistimeksi tai lineaarivahvistimeksi.

Digitaalisten järjestelmien tarjoama etu on ilmeinen. Niissä signaali voidaan lähettää etäisyyksille, jotka ylittävät huomattavasti AM- ja FM-järjestelmien mahdollisuudet, kun taas kehittäjä voi olla varma, että vastaanotettu signaali vastaa täsmälleen lähetettyä ja täyttää teknisten eritelmien vaatimukset.

Kun valo kulkee kuidun läpi, sen intensiteetti vähenee vähitellen ja lopulta tulee riittämättömäksi havaitsemiseen. Jos kuitenkin vähän ennen valon heikkenemistä, asennetaan lineaarivahvistin, joka vahvistaa signaalin alkuperäiseen tehoonsa ja se on mahdollista lähettää edelleen samalle etäisyydelle. On tärkeää huomata, että digitaalinen stream palautuu lineaarivahvistimessa, mikä ei vaikuta siihen koodatun analogisen video- tai audiosignaalin laatuun riippumatta siitä, kuinka monta kertaa palautus suoritettiin lineaarivahvistimessa. signaalipolku pitkää valokuitulinjaa pitkin.

VÄHEMMÄT KUSTANNUKSET

Kun otetaan huomioon digitaalisten kuituoptisten järjestelmien monet edut, voidaan olettaa, että niiden pitäisi maksaa paljon enemmän kuin perinteiset analogiset järjestelmät. Näin ei kuitenkaan ole, ja digitaalisten järjestelmien käyttäjät päinvastoin säästävät rahojaan.

Kilpailluilla markkinoilla on aina valmistaja, joka tarjoaa digitaalista laatua analogisen järjestelmän hinnalla.

Digitaalisten komponenttien hinnat ovat laskeneet merkittävästi viime vuosina, ja OEM-valmistajat ovat pystyneet kehittämään ja markkinoimaan tuotteita, jotka maksavat saman tai jopa halvemman kuin edellisen sukupolven analogiset instrumentit. Tietysti jotkut yritykset haluavat vakuuttaa yleisön siitä, että digitaalisten järjestelmien ylivoimainen laatu voidaan saada vain lisäkustannuksilla, mutta todellisuudessa he päättivät yksinkertaisesti olla jakamatta säästöjä asiakkaidensa kanssa. Mutta kilpailluilla markkinoilla on aina valmistaja, joka tarjoaa digitaalista laatua analogisen järjestelmän hinnalla.

Digitaaliset järjestelmät mahdollistavat useamman tiedon siirron yhdellä kaapelilla, mikä vähentää sen tarvetta.

Myös muut tekijät vaikuttavat valokuitujärjestelmän asennuksen ja käytön kustannuksiin. Näistä ilmeisin on kaapelikustannukset. Digitaaliset järjestelmät mahdollistavat useamman tiedon siirron yhdellä kaapelilla, mikä vähentää sen tarvetta. Etu on erityisen havaittavissa silloin, kun signaaleja on lähetettävä samanaikaisesti erilaisia tyyppejä, kuten video ja ääni tai ääni ja data. Ilman liiallisia ongelmia insinöörit voivat suunnitella kustannustehokkaan digitaalisen järjestelmän, joka pystyy kuljettamaan erityyppisiä signaaleja, kuten kahta videokanavaa ja neljää äänikanavaa, yhden kuidun kautta. Analogisella tekniikalla joudut todennäköisesti tekemään kaksi erillistä järjestelmää tai ainakin käyttämään kahta erillistä kaapelia ääni- ja videosignaalien lähettämiseen.

Koska vähemmän komponentteja, jotka voivat epäonnistua ajan myötä, digitaaliset järjestelmät ovat paljon vakaampia ja luotettavampia.

Jopa tapauksissa, joissa useita samantyyppisiä signaaleja on lähetettävä yhden kuidun kautta, digitaaliset järjestelmät ovat parempia, koska ne toimivat luotettavammin ja tarjoavat paremman signaalin laadun. Esimerkiksi digitaalisessa videomultiplekserissä kymmenen kanavaa voidaan lähettää yhtä korkealla laadulla, kun taas analogisessa järjestelmässä tämä ei ole mahdollista ollenkaan.

On myös tarpeen ottaa huomioon kuituoptisten järjestelmien vuosien väistämättömät kustannukset. Huolto ja korjaus. Ja tässä etu on digitaalisissa järjestelmissä. Ensinnäkin ne eivät vaadi alkuasennusta asennuksen jälkeen - lähetin ja vastaanotin yhdistetään yksinkertaisesti valokuitukaapelilla, ja järjestelmä on valmis käyttöön. Analogiset järjestelmät vaativat tyypillisesti virityksen tietylle siirtolinjalle ottaen huomioon sen pituus ja signaalin voimakkuus. Ylimääräinen säätöaika aiheuttaa lisäkustannuksia.

Digitaalisten järjestelmien lähettimet ja vastaanottimet ovat halvempia, kaapelin kulutus on pienempi, käyttökustannukset pienemmät

Koska vähemmän komponentteja, jotka voivat epäonnistua ajan myötä, digitaaliset järjestelmät ovat paljon vakaampia ja luotettavampia. Ne eivät vaadi uudelleenviritystä ja vianmääritys on paljon nopeampaa, koska niissä ei ole ylikuulumista, ajautumista ja muita perinteisten analogisten järjestelmien haittoja.

Tee yhteenveto. Digitaalisten järjestelmien lähettimet ja vastaanottimet ovat halvempia, kaapelin kulutus on pienempi ja käyttökustannukset pienemmät. Digitaaliset valokuitujärjestelmät tarjoavat selkeän taloudellisen edun kaikilla tasoilla.

PÄÄTELMÄT

Kuinka valokuituteknologialla on monia etuja perinteiseen verrattuna kuparilangat ja koaksiaalikaapelit ja digitaalinen tiedonsiirto edistävät valokuituteknologiaa useita askeleita ylöspäin antaen käyttäjille kokonaan uusia hyödyllisiä ominaisuuksia. Digitaalisilla järjestelmillä on ainutlaatuiset ominaisuudet: signaalin lähetystarkkuus koko viestintälinjan pituudella, minimaaliset aiheuttamat vääristymät (mukaan lukien ylikuulumisen ja keskinäismodulaation puuttuminen), kyky palauttaa toistuvasti digitaalinen virta, kun se lähetetään pitkän linjan yli vaarantamatta siihen koodatun analogisen signaalin laatu. Tämä takaa analogisen signaalin toiston tarkkuustason, jota analogiset järjestelmät eivät voi saavuttaa.

Digitaalisten ja analogisten kuitujärjestelmien komponenttien hinnat ovat vertailukelpoisia, ja yhdistettynä asennus-, käyttö- ja ylläpitokustannuksiin digitaaliset järjestelmät tarjoavat selkeitä taloudellisia etuja.

Kun suunnittelet uutta valokuitujärjestelmää, älä tuhlaa aikaa digitaalisten ja analogisten järjestelmien etujen ja haittojen analysointiin, sillä valinta on selvä: digitaaliset järjestelmät ovat kaikin puolin parempia. On paljon hyödyllisempää rajoittua vain niihin ja poimia niitä tuotteita paras tapa vastaa tarpeitasi. Jopa digitaalisten järjestelmien joukossa on valtava valikoima ratkaisuja. Tässä on joitain kysymyksiä, jotka auttavat sinua arvioimaan niitä:

Kuinka helppoa järjestelmän asennus on?
- jos lähetin ja vastaanotin ovat käyttäjän konfiguroitavissa, kuinka helppoa se on tehdä ja mitkä ovat ongelmat?
Onko laitteen rakenne kompakti, kestävä ja luotettava?
Ovatko instrumentit saatavana pöytäkoteloissa vai onko ne suunniteltu telineeseen asennettavaksi? Onko vaihtoehtoja molemmissa tapaustyypeissä?
- Soveltuvatko laitteet käytettäväksi sekä yksimuotoisten että monimuotoisten kuitujen kanssa?
- Onko valmistajalla riittävästi kokemusta ja mainetta tarjoamiensa tuotteiden markkinoilla?
- miten tuotteen hinta verrataan perinteisten analogisten järjestelmien hintaan? (Tuotannossa olevat digitaaliset laitteet eivät ole analogisia kalliimpia eivätkä niiden hinta saa olla korkeampi).

Analysoimalla markkinoita ja vertaamalla vastaavien tuotteiden ominaisuuksia voit lopulta valita digitaalisten valokuitujärjestelmien elementit, jotka palvelevat sinua uskollisesti monta vuotta.

tuli mahdolliseksi siirtää optiselle alueelle erilaisia radioalueelle kehitettyjä tiedon vastaanottamisen, käsittelyn ja lähettämisen keinoja ja periaatteita. Lähetetyn informaation määrän valtava kasvu ja samalla radiokaistan kapasiteetin lähes täydellinen ehtyminen tekivät optisen kaistan hallitsemisen ongelmasta viestintätarkoituksiin poikkeuksellisen tärkeäksi. Tärkeimmät edut optinen viestintä verrattuna radiotaajuiseen viestintään, joka määräytyy optisen taajuuden suuren arvon (lyhyen aallonpituuden) perusteella: suuri kaistanleveys tiedonsiirtoon, 10 4 kertaa koko radioalueen kaistanleveys ja korkea säteilyn suuntaavuus tulossa ja lähdössä aukot , paljon pienemmät antenniaukot radioalueella. Viimeinen arvo optinen viestintä mahdollistaa suhteellisen pienitehoisten generaattoreiden käytön optisten viestintäjärjestelmien lähettimissä ja parantaa kohinansietokykyä ja viestintäsalaisuutta.

rakenteellinen linja optinen viestintä samanlainen kuin linja radioviestintä . Optisen generaattorin säteilyn moduloimiseksi joko ohjausprosessia ohjataan vaikuttamalla generaattorin teholähteeseen tai optiseen resonaattoriin tai käytetään lisälaitteita, jotka muuttavat lähtösäteilyä vaaditun lain mukaan (ks. Valon modulaatio ). Lähtöoptisen yksikön avulla säteily muodostetaan mataladivergentiksi säteeksi, joka saavuttaa optisen tuloyksikön, joka fokusoi sen valomuuntimen aktiiviselle pinnalle. Jälkimmäisen lähdöstä sähköiset signaalit tulevat tiedonkäsittelysolmuihin. Kantoaaltotaajuuden valinta järjestelmässä optinen viestintä- monimutkainen monimutkainen tehtävä, jossa on otettava huomioon olosuhteet optisen säteilyn etenemiselle siirtovälineessä, tekniset tiedot laserit, modulaattorit, valon vastaanottimet , optiset solmut. Järjestelmissä optinen viestintä käytetään kahta signaalien vastaanottomenetelmää - suoraa ilmaisua ja heterodyne-vastaanottoa. Heterodyne-vastaanottomenetelmä, jolla on useita etuja, joista tärkein on lisääntynyt herkkyys ja taustamelun erottelu, on teknisesti paljon monimutkaisempi kuin suora havaitseminen. Tämän menetelmän vakava haitta on valotunnistimen lähdön signaaliarvon merkittävä riippuvuus polun ominaisuuksista.

Riippuen järjestelmän laajuudesta optinen viestintä voidaan jakaa seuraaviin pääluokkiin: lyhyen kantaman avoimet maanpäälliset järjestelmät, jotka käyttävät säteilyn kulkua ilmakehän pintakerroksissa; maanpäälliset järjestelmät, joissa käytetään suljettuja valonohjauskanavia (kuitu valonohjaimet , valoa ohjaavat peili-linssirakenteet) erittäin informatiiviseen viestintään automaattisten puhelinkeskusten, tietokoneiden välillä, pitkän matkan viestintään; erittäin informatiiviset viestintälinjat (pääasiassa rele), jotka toimivat lähiavaruudessa; kaukaiset avaruusviestintälinjat.

Neuvostoliitossa ja ulkomailla on kertynyt tietty kokemus työskentelystä avoimien linjojen kanssa optinen viestintä ilmakehän pintakerroksissa lasereiden avulla. On osoitettu, että viestinnän luotettavuuden voimakas riippuvuus ilmakehän olosuhteista (jotka määräävät optisen näkyvyyden) etenemisreitillä rajoittaa avoimien linjojen käyttöä. optinen viestintä suhteellisen lyhyitä matkoja (useita kilometrejä) ja vain olemassa olevien toistamiseen kaapelilinjat viestintä, käyttö vähän informatiivisissa matkaviestinjärjestelmissä, merkinantojärjestelmissä jne. Kuitenkin avoimet linjat optinen viestintä lupaava maan ja avaruuden välisen yhteyden affiniteetiksi. Esimerkiksi lasersäteen avulla voidaan siirtää tietoa ~10 8 etäisyydellä km jopa 105 nopeuksilla bitti V sek, kun taas mikroaaltouuniteknologia näillä etäisyyksillä tarjoaa vain ~10 lähetysnopeuden bitti V sek. Pohjimmiltaan, optinen viestintä avaruudessa on mahdollista jopa 10 10 etäisyyksillä km, mikä on mahdotonta ajatella muissa viestintäjärjestelmissä; kuitenkin avaruuslinjojen rakentaminen optinen viestintä teknisesti erittäin vaikeaa.

Maanpäällisissä olosuhteissa lupaavimmat järjestelmät optinen viestintä käyttämällä suljettuja valonohjainrakenteita. Vuonna 1974 mahdollisuus valmistaa lasivalonohjaimia, joiden lähetettyjen signaalien vaimennus on enintään muutama db/km. Nykyisellä tekniikan tasolla käyttämällä sekä laser- (koherentissa) että epäkoherentissa tilassa toimivia puolijohdediodilähettimiä, valokuituytimillä varustettuja kaapeleita ja puolijohdevastaanottimia on mahdollista rakentaa tietoliikennelinjoja tuhansille puhelinkanaville toistimilla, jotka sijaitsevat etäisyyksillä noin 10 km toisiltaan. Intensiivinen työ lasersäteilijöiden luomiseksi, joiden käyttöikä on ~10-100 tuhatta vuotta. h, herkkien laajakaistavastaanottimien, tehokkaampien valonohjausrakenteiden ja pitkän matkan kuidunvalmistustekniikoiden kehittäminen optinen viestintä kilpailukykyinen nykyisten kaapeli- ja relelinjojen viestinnän kanssa jo seuraavan vuosikymmenen aikana. Sitä voidaan odottaa optinen viestintä tulee olemaan tärkeä paikka valtakunnallisessa viestintäverkossa muiden keinojen ohella. Järjestelmän näkökulma optinen viestintä kevyillä ohjelinjoilla, niiden informaatiokapasiteetin ja tietoyksikkökohtaisen hinnan suhteen, niistä voi tulla pääasiallinen runko- ja kaupunginsisäisen viestinnän tyyppi.

Lit.: Chernyshev V. N., Sheremetjev A. G., Kobzev V. V., Lasers in communication systems, M.,; Pratt V.K., Laserviestintäjärjestelmät, käänn. Englannista, M., 1972; Lasereiden käyttö, trans. Englannista, M., 1974.

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

Artikkeli sanasta optinen viestintä" Suuressa Neuvostoliiton tietosanakirjassa on luettu 7148 kertaa