Comunicazione in fibra ottica. Reti in Fibra Ottica

Comunicazione in fibra ottica- un metodo di trasmissione dell'informazione che utilizza radiazioni elettromagnetiche della gamma ottica (vicino infrarosso) come vettore di un segnale informativo e cavi in fibra ottica come sistemi di guida. A causa dell'elevata frequenza portante e delle ampie capacità di multiplexing, il throughput delle linee in fibra ottica è molte volte maggiore del throughput di tutti gli altri sistemi di comunicazione e può essere misurato in terabit al secondo. La bassa attenuazione della luce in una fibra ottica consente di utilizzare la comunicazione in fibra ottica su distanze considerevoli senza l'uso di amplificatori. La comunicazione in fibra ottica è esente da interferenze elettromagnetiche ed è di difficile accesso per usi non autorizzati: è tecnicamente estremamente difficile intercettare inosservato un segnale trasmesso su un cavo ottico.

Base fisica

La comunicazione in fibra ottica si basa sul fenomeno della riflessione interna totale delle onde elettromagnetiche all'interfaccia tra dielettrici con diversi indici di rifrazione. fibra otticaè costituito da due elementi: il nucleo, che è una guida di luce diretta, e il guscio. L'indice di rifrazione del nucleo è leggermente superiore all'indice di rifrazione del guscio, a causa del quale il raggio di luce, subendo riflessioni multiple all'interfaccia nucleo-guscio, si propaga nel nucleo senza lasciarlo.

Applicazione

La comunicazione in fibra ottica sta diventando sempre di più ampia applicazione in tutti i settori: dai computer e dallo spazio di bordo, dai sistemi aeronautici e navali, ai sistemi per la trasmissione di informazioni lunghe distanze, ad esempio, la linea di comunicazione in fibra ottica Europa occidentale-Giappone è attualmente utilizzata con successo, la maggior parte della quale passa attraverso il territorio della Russia. Inoltre, la lunghezza totale delle linee di comunicazione sottomarine in fibra ottica tra i continenti è in aumento.

Fibra per ogni casa Fibra ai locali, FTP o Fibra a casa, FTTH ) è un termine utilizzato dai fornitori di servizi Internet di telecomunicazioni per riferirsi a sistemi di telecomunicazioni a banda larga basati sull'installazione di un canale in fibra e il suo completamento nel territorio dell'utente finale mediante l'installazione di apparecchiature terminali ottiche per fornire una gamma di servizi di telecomunicazione, tra cui:

accesso a Internet ad alta velocità;
servizi di comunicazione telefonica;
servizi di ricezione televisiva.

Il costo dell'utilizzo della tecnologia in fibra ottica è in diminuzione, rendendo questo servizio competitivo rispetto ai servizi tradizionali.

Storia

La storia dei sistemi di trasmissione dati su lunghe distanze dovrebbe iniziare nell'antichità, quando le persone usavano segnali di fumo. Da quel momento, questi sistemi sono migliorati notevolmente, è apparso prima il telegrafo, quindi il cavo coassiale. Nel loro sviluppo, questi sistemi prima o poi sono incappati in limitazioni fondamentali: per i sistemi elettrici si tratta del fenomeno dell'attenuazione del segnale a una certa distanza, per i sistemi a microonde è una frequenza portante. Pertanto, la ricerca di sistemi fondamentalmente nuovi è continuata e nella seconda metà del 20° secolo è stata trovata una soluzione: si è scoperto che la trasmissione del segnale tramite la luce è molto più efficiente dei segnali sia elettrici che a microonde.

Nel 1966, Kao e Hokam del Laboratorio STC (STL) introdussero filamenti ottici di vetro ordinari che avevano un'attenuazione di 1000 dB/km (mentre l'attenuazione nel cavo coassiale era solo 5-10 dB/km) a causa delle impurità, che contenevano e che, in linea di principio, potrebbero essere rimossi.

Ce n'erano due problemi globali durante lo sviluppo sistemi ottici trasmissione dati: sorgente luminosa e portante del segnale. Il primo è stato risolto con l'invenzione dei laser nel 1960, il secondo con l'avvento dei cavi ottici di alta qualità nel 1970. È stato sviluppato da Corning Incorporated (inglese) . L'attenuazione in tali cavi era di circa 20 dB/km, che era abbastanza accettabile per la trasmissione del segnale nei sistemi di telecomunicazione. Allo stesso tempo, sono stati sviluppati laser GaAs a semiconduttore abbastanza compatti.

Dopo un'intensa ricerca tra il 1975 e il 1980, è apparso il primo sistema in fibra ottica commerciale, funzionante con luce a una lunghezza d'onda di 0,8 micron e utilizzando un laser a semiconduttore all'arseniuro di gallio (GaAs). Il bitrate dei sistemi di prima generazione era di 45 Mbps, la distanza tra i ripetitori era di 10 km.

Il 22 aprile 1977 a Long Beach, in California, General Telephone and Electronics è stata la prima a utilizzare un collegamento ottico per trasportare il traffico telefonico a 6 Mbps.

La seconda generazione di sistemi in fibra ottica è stata sviluppata per uso commerciale all'inizio degli anni '80. Hanno funzionato con luce con una lunghezza d'onda di 1,3 micron da laser InGaAsP. Tuttavia, tali sistemi erano ancora limitati a causa della dispersione che si verifica nel canale. Tuttavia, già nel 1987, questi sistemi funzionavano a velocità fino a 1,7 Gbit/s con una distanza tra i ripetitori di 50 km.

COMUNICAZIONE OTTICA- trasmissione di informazioni tramite e-magn. sarà ottico. gamma. L'idea di O. con. noto all'umanità da molto tempo (fuochi ordinari, dalla fine del 18° secolo, l'alfabeto del semaforo), ma solo con la creazione dei laser è diventato possibile costruire sistemi ottici a banda larga.
Caratteristica ottica. informato. sistemi è una grande larghezza di banda a causa dell'alto valore della frequenza portante e, di conseguenza, la capacità di trasmettere grandi quantità di informazioni ad alta velocità ( Insieme a). Angolo piccolo la divergenza del raggio laser fornisce spazi. segretezza e alta energia. immunità al rumore della trasmissione di informazioni via ottica. canale di comunicazione con piccole dimensioni dei dispositivi ricetrasmittenti.

Modello fisico del sistema O. s. è quell'informazione il segnale nell'encoder viene convertito in una forma conveniente per la modulazione, quindi entra nel submodulatore-amplificatore e quindi nel circuito di eccitazione del modulatore. Con l'aiuto di esterni o int. Il modulatore modula il segnale di ampiezza, intensità, frequenza, fase o frequenza portante in base alle informazioni. segnale (vedi Modulazione della luce).Poi modulando. il raggio laser viene collimato otticamente. sistema e inviato all'oggetto. Con l'ausilio di un'ottica ricevente sistema, il segnale è focalizzato sul fotorilevatore, l'uscita elettrica. il segnale to-rogo viene ulteriormente elaborato per estrarre informazioni. segnale. Ci sono due modi per ricevere l'ottica. segnale - rilevamento diretto e ricezione eterodina. Nei sistemi di ricezione eterodina e nei sistemi di comunicazione a una frequenza di sottoportante, il segnale viene convertito o trasferito nella regione di bassa frequenza.
ottico i sistemi di comunicazione si dividono in aperto - terrestre o spaziale e chiuso - guida di luce. ottico Le linee di comunicazione nell'atmosfera dipendono fortemente dalle condizioni meteorologiche, dalla presenza di polvere, fumo e altre inclusioni. Fenomeni turbolenti nell'atmosfera portano a fluttuazioni dell'indice di rifrazione del mezzo e, di conseguenza, a distorsioni del fascio e fluttuazioni dell'angolo di arrivo al fotorivelatore.
L'alto grado di radiazione laser consente l'uso di metodi di modulazione resistenti al rumore: frequenza, fase e polarizzazione. modulazione. I sistemi di O. sono noti. usando i polarizzatori. modulazione della radiazione di laser a gas continui (laser He - Ne con - 0.03 μm e laser CO 2 con - 10.6 μm) per la trasmissione di informazioni sia analogiche che digitali. Per inviare l'ultimo pisolino. intensità confortevole laser a semiconduttore corrente della pompa.
Raggio d'azione della linea O. con. in condizioni terrestri è limitato alla linea di vista. Tuttavia, è possibile effettuare comunicazioni oltre l'orizzonte utilizzando l'atmosfera - linee di comunicazione laser con atm. canale di diffusione.
Tra le linee di comunicazione aperte, sono promettenti le linee di comunicazione Terra-spazio e spazio-spazio, dove a grandi distanze (ad esempio 1,6 x 10 8 km dal pianeta Marte) è necessario trasmettere una grande quantità di informazioni ad alta velocità (10 6 bit/s).

Linee di comunicazione chiuse. In condizioni terrestri, max. promettente fibra ottica chiusa. linee di comunicazione (UFCL). Bassa attenuazione ottica segnali in fibre ottiche monomodali basate su vetro di quarzo (vedi Fig. fibra ottica) e alcuni dei loro vantaggi fondamentali rispetto alle comunicazioni cablate ne consentono un ampio utilizzo in linee di comunicazione estese.
I FOCL multimodali presentano limitazioni fondamentali in termini di lunghezza e velocità di trasmissione delle informazioni digitali, determinate dall'attenuazione e dall'allargamento degli impulsi ottici. segnali. Quest'ultimo è dovuto al modale e al cromatico. dispersioni di ottiche multimodali. fibre. L'uso di fibre ottiche monomodali a bassa attenuazione (0,2 dB/km) in combinazione con laser a semiconduttore operanti con min. larghezza dello spettro di emissione, consente di ridurre al minimo l'effetto di dispersione su =1,3 μm e di trasmettere informazioni digitali ad alta velocità e su lunghe distanze.
Il parametro per valutare le possibilità di trasferimento di informazioni ad alta velocità è il prodotto della velocità di trasferimento di informazioni e della distanza. Per FOCL monomodali con una lunghezza d'onda di radiazione di 1,55 µm, questo parametro può superare 200 (Gbit/s)-km.
Specifico caratteristica dei sistemi di O. con. rispetto alla radio sistemi è una quantità limitata di energia. potenziale - il rapporto tra la potenza della sorgente di radiazione e la potenza dell'ottica. segnale proveniente dall'uscita della linea in fibra al fotorivelatore e necessario per la registrazione del segnale con la probabilità di errore richiesta (non superiore a 10 -9).
Per evidenziare le informazioni un certo numero di fotoni deve arrivare al ricevitore. Con un aumento della velocità di trasferimento delle informazioni e mantenendo la stessa probabilità di errore, l'ottica dovrebbe aumentare. potenza rilevata dal fotorilevatore. Pertanto, un compito urgente è sviluppare guide di luce in fibra con bassa attenuazione ed eff. sistemi per l'ingresso e l'uscita della radiazione dalla fibra.
Insieme alla velocità e all'immunità al rumore, le linee in fibra per la trasmissione dei segnali di informazione devono avere affidabilità e stabilità dei dati metrologici. caratteristiche. Ciò elimina virtualmente l'uso della modulazione di ampiezza in FOCL, poiché l'ampiezza del segnale all'uscita della linea di comunicazione dipende dalla situazione nella linea di comunicazione, in particolare dall'attenuazione. Inoltre, il degrado nel tempo di emettitori e ricevitori, gli effetti della temperatura e altri fattori possono portare a un deterioramento della qualità della comunicazione. Naib. promettente è la trasmissione di informazioni digitali utilizzando metodi di modulazione degli impulsi.
Sviluppo di lunga durata (~10 4 h) laser a semiconduttore c=1,3 µm e larghezza di banda di modulazione fino a 10 GHz, banda larga altamente sensibile. fotorivelatori, così come guide di luce con basse perdite, porteranno alla posizione dominante di O. s. già nel prossimo futuro.
Nel presente tempo (anni '90) costruito e gestito con successo da numerosi. linee di fibra O. con. Promette di utilizzare FOCL per tv via cavo, trasferendo le informazioni da calcolare. apparecchiature e sistemi speciali. comunicazione intra-oggetto, linee di comunicazione intercontinentali.
Sviluppo delle linee di O. con. associato allo sviluppo ottica integrata. L'uso di modulatori a guida d'onda plenaria, interruttori, accoppiatori, filtri, ecc. ti consentirà di creare ad alta velocità, banda larga, eff. Le linee di O. con. per il trasferimento di informazioni ad alta velocità.

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YuV Popov, VB Volkonsky.

Fibra ottica ( ottica, vetro, fibra ottica, fibra) - uno dei più moderni ed affidabili mezzi di trasmissione dati per la posa e la realizzazione di una rete LAN. È un cavo multi-coppia, costituito da conduttori - avvolti in una speciale treccia. Le anime sono realizzate con uno speciale polimero - e realizzate in modo tale che le sue "pareti" siano perfettamente lisce.

La trasmissione dei dati in fibra ottica avviene con l'ausilio della luce - come sapete - una delle materie più veloci dell'universo. segnale elettrico cavo di rame passa attraverso uno speciale convertitore e si fa luce. Ogni filo di ottica è come un tubo di vetro in un tubo a specchio. ( Polimero di diversa densità. ad esempio 9/125 micron) La luce, penetrando in essa, viene riflessa dalla giunzione dei confini delle vene della vena e vola sempre più lontano. Alla fine del viaggio, viene ricevuto dal dispositivo ricevente e riconvertito in segnale elettrico.

Tuttavia, la trasmissione dei dati su fibra ottica è più lenta della velocità della luce (~1 miliardo di km/h). Perché i microlaser utilizzati per trasmettere la luce su fibra ottica non producono luce a quella velocità. E anche per perdite dovute alla rifrazione dei raggi.

Il tasso di attenuazione di un segnale in una fibra ottica varia a seconda del tipo di nucleo ottico. Quindi cavo multimodale ( 50/125, 62/125 ) consente di trasmettere un segnale per 2-3 chilometri senza perdite significative. Cavo monomodale ( 9/125 ) - funziona a una distanza massima di 10 km. Molto probabilmente, molto dipende dal materiale utilizzato nella produzione dei cavi. Le lunghezze specificate corrispondono ai moderni cavi polimerici. Molto probabilmente, una vena di un materiale più denso consentirà alla luce di essere trasmessa su distanze maggiori. Inoltre, tutto dipende dalla sorgente del segnale. Di conseguenza, più è potente, più la luce "vola" lontano.

La fibra ottica è utilizzata in molti settori dell'industria, così come nella vita di tutti i giorni. In primo luogo, il cavo ottico è un dielettrico, il che lo rende sicuro per la trasmissione di dati nelle raffinerie di petrolio e in altri impianti esplosivi.

In secondo luogo, per lo stesso motivo, l'ottica accumula pochissima elettricità statica. I valori sono così piccoli da non essere nemmeno presi in considerazione. Di conseguenza, i cavi in fibra ottica possono essere utilizzati in reti in vari siti associati ad alte tensioni.

I cavi in fibra ottica possono essere posati in acqua, nel terreno in un ambiente aggressivo, utilizzando apposite guaine. Tuttavia, lo scopo principale dell'ottica è trasmettere dati su lunghe distanze.

Al confine delle capacità di un cavo ottico, viene posizionato un dispositivo speciale: un ripetitore, che aumenta la distanza della lunghezza successiva. Quando si collega la fibra ottica, vengono utilizzati accoppiamenti ottici in cui le fibre sono saldate insieme.

Ora, con il costo di un metro di ottica pari al costo di un doppino intrecciato, si può parlare di costruire reti interamente su di esso. Ma questo non significa che la sua installazione possa essere affidata a installatori poco qualificati.

Di solito, in qualsiasi azienda che installa reti ottiche via cavo, un team separato, o anche un intero reparto, è coinvolto nella progettazione e installazione di reti ottiche. È connesso con varie caratteristiche durante l'installazione dell'ottica.

Ad esempio, un cavo ottico non può essere piegato ad angoli inferiori a 110-120 gradi. È preferibile installare la fibra ottica in un tubo corrugato, a causa della bassa resistenza di un cavo ottico convenzionale. È facile romperlo.

Molto spesso, l'ottica viene posata in un canale separato. E così via - ci sono molte sottigliezze simili di lavoro quando si lavora con questo tipo di cavi. Inoltre, una sezione separata merita un metodo di collegamento e terminazione di una fibra ottica.

Il cavo è terminato su connettori speciali - connettori. Ce ne sono di diversi tipi.

Per il collegamento ( saldatura) i cavi ottici richiedono un dispositivo speciale e costoso - saldatrice. Il costo di un dispositivo di qualità parte da 150.000 rubli. Ora il mercato è invaso da soluzioni cinesi economiche per 30-40 mila rubli, ma l'uso di tali dispositivi produce connessioni di bassa qualità. Inoltre, tali dispositivi si guastano rapidamente.

Un dispositivo di alta qualità produce silenziosamente circa 2000 saldature, dopodiché gli elettrodi cambiano e continua a lavorare. Il mercato dei dispositivi usati è piuttosto popolare. Spero che in futuro faremo un intero articolo su come saldare un cavo ottico. Per adesso -

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IL MONDO DEI NUMERI E DEL VETRO

INTRODUZIONE

La fibra ottica presenta molti noti vantaggi rispetto ai doppini intrecciati e ai cavi coassiali, come l'immunità ai disturbi elettrici e una larghezza di banda senza rivali.

Nell'ultimo quarto di secolo, le comunicazioni in fibra ottica sono diventate un metodo diffuso per la trasmissione di video, audio, altri segnali analogici e dati digitali. La fibra ottica presenta molti noti vantaggi rispetto ai doppini intrecciati e ai cavi coassiali, come l'immunità alle interferenze elettriche e una larghezza di banda senza rivali. Per questi e molti altri motivi, i sistemi di trasmissione delle informazioni in fibra ottica stanno penetrando sempre più in vari settori della tecnologia dell'informazione.

I sistemi digitali offrono prestazioni, flessibilità e affidabilità molto elevate e non costano più delle soluzioni analogiche che sostituiscono

Tuttavia, nonostante questi vantaggi, fino a tempi recenti i sistemi in fibra ottica utilizzavano le stesse tecnologie di trasmissione del segnale analogico dei loro predecessori in rame. Ora che è emersa una nuova generazione di apparecchiature, basate esclusivamente su metodi di elaborazione del segnale digitale, la comunicazione in fibra ottica sta portando ancora una volta le telecomunicazioni a un livello completamente nuovo. nuovo livello. I sistemi digitali offrono prestazioni, flessibilità e affidabilità molto elevate e non costano più delle soluzioni analogiche che sostituiscono.

Questo manuale discute la tecnica di trasmissione del segnale digitale su cavi in fibra ottica ei suoi vantaggi economici e tecnologici.

TRASMISSIONE ANALOGICA SU FIBRA

Per apprezzare appieno i vantaggi della tecnologia digitale, diamo prima un'occhiata ai metodi tradizionali di trasmissione di segnali analogici su fibra. Per trasmettere segnali analogici, viene utilizzata la modulazione di ampiezza (AM) e frequenza (FM). In entrambi i casi, l'ingresso del trasmettitore ottico riceve un segnale o dati audio e video analogici a bassa frequenza, che vengono convertiti in un segnale ottico. Questo viene fatto in diversi modi.

Nei sistemi a modulazione di ampiezza, il segnale ottico è un flusso luminoso con un'intensità che cambia in base alle variazioni del segnale elettrico in ingresso. Come sorgente luminosa vengono utilizzati LED o laser. Sfortunatamente, entrambi sono non lineari, cioè nell'intero intervallo di luminosità da nessuna radiazione al valore massimo, non c'è proporzionalità tra il segnale di ingresso e l'intensità della luce. Tuttavia, è questo metodo di controllo che viene utilizzato nei sistemi con modulazione di ampiezza. Di conseguenza, si verificano varie distorsioni del segnale trasmesso:

diminuzione del rapporto segnale/rumore all'aumentare della lunghezza del cavo;
guadagno differenziale non lineare ed errori di fase nella trasmissione del segnale video;
limitando la gamma dinamica del segnale audio.

Per migliorare la qualità dei sistemi di trasmissione del segnale in fibra ottica, è stato proposto di utilizzare la modulazione di frequenza, in cui la sorgente luminosa è sempre completamente spenta o accesa a piena potenza e la frequenza di ripetizione dell'impulso cambia in base all'ampiezza del segnale segnale di input. Per coloro che hanno familiarità con la modulazione di frequenza dei segnali in ingegneria radio, l'uso di questo termine qui può sembrare irragionevole, poiché nel contesto dei sistemi in fibra ottica è percepito come un metodo per controllare la frequenza dell'emissione luminosa stessa. Non è così, e in effetti sarebbe più corretto utilizzare il termine "modulazione di fase a impulsi" (PPM), ma nel campo della tecnologia delle fibre ottiche tale terminologia si è affermata. Va sempre ricordato che la parola "frequenza" nel nome del metodo di modulazione indica la frequenza degli impulsi, e non la frequenza delle onde luminose che li trasportano.

Con la modulazione di ampiezza, il livello del segnale in ingresso è rappresentato dall'intensità del fascio luminoso

Con la modulazione di frequenza, il livello del segnale in ingresso è rappresentato dalla frequenza di ripetizione degli impulsi luminosi
Riso. 1. Confronto di ampiezza e modulazione di frequenza

Sebbene la modulazione di frequenza elimini molti dei problemi di controllo della radianza inerenti ai sistemi AM, ha le sue sfide. Uno di questi è il noto crosstalk nei sistemi FM. Si osservano, in particolare, quando si trasmettono più segnali con modulazione di frequenza su una fibra, ad esempio quando si utilizza un multiplexer. Il crosstalk si verifica in un trasmettitore o ricevitore a causa dell'instabilità di sintonizzazione in importanti circuiti di filtraggio del segnale progettati per separare le frequenze portanti. Se i filtri sono sintonizzati male, le portanti modulate in frequenza interagiscono tra loro e sono distorte. Gli ingegneri in fibra ottica possono progettare sistemi FM che riducono al minimo la possibilità di diafonia, ma qualsiasi miglioramento del design ha un costo.

Un altro tipo di distorsione è chiamato intermodulazione. Come il crosstalk, l'intermodulazione si verifica in sistemi progettati per trasmettere più segnali contemporaneamente su una singola fibra. La distorsione di intermodulazione si verifica in un trasmettitore il più delle volte come risultato di non linearità nei circuiti comuni a diverse portanti FM. Di conseguenza, prima di combinare più portanti in un segnale ottico, agiscono l'una sull'altra, riducendo l'accuratezza della trasmissione del segnale originale.

SISTEMI DIGITALI

Come per i sistemi analogici, i trasmettitori di sistemi digitali ricevono segnali audio e video analogici a bassa frequenza o dati digitali, che vengono convertiti in un segnale ottico. Il ricevitore riceve il segnale ottico ed emette il segnale elettrico in formato nativo. La differenza sta nel modo in cui i segnali vengono elaborati e trasmessi dal trasmettitore al ricevitore.

Riso. 2. Sistema di trasmissione del segnale analogico digitale

Nei sistemi puramente digitali, il segnale di ingresso a bassa frequenza viene immediatamente inviato al convertitore analogico-digitale, che fa parte del trasmettitore. Lì, il segnale viene convertito in una sequenza di livelli logici: zero e uno, chiamata flusso digitale. Se il trasmettitore è multicanale, cioè progettato per funzionare con più segnali, allora più flussi digitali vengono combinati in uno e controlla l'accensione e lo spegnimento di un emettitore, che si verifica a una frequenza molto alta.

All'estremità ricevente, il segnale viene convertito in modo inverso. Dal flusso digitale combinato vengono estratti i singoli flussi corrispondenti ai singoli segnali trasmessi. Vengono inviati ai convertitori da digitale ad analogico, dopodiché vengono inviati alle uscite nel formato originale (Fig. 2).

La pura trasmissione del segnale digitale presenta molti vantaggi rispetto ai tradizionali sistemi AM e FM, dalla versatilità e migliore qualità del segnale ai minori costi di installazione. Diamo un'occhiata ad alcuni dei vantaggi in modo più dettagliato e lungo il percorso discutiamo i vantaggi sia per l'installatore del sistema che per l'utente del sistema.

PRECISIONE DEL SEGNALE

Nei sistemi analogici con modulazione di ampiezza, il segnale perde qualità in proporzione al percorso percorso attraverso la fibra. Questo fatto, unito al fatto che i sistemi AM funzionano solo con fibre multimodali, limita l'uso di tali sistemi a distanze di trasmissione relativamente brevi. I sistemi FM funzionano un po' meglio: in essi, sebbene la qualità del segnale diminuisca, rimane pressoché costante in linee non molto lunghe, scendendo bruscamente solo al raggiungimento di una certa lunghezza limite. Solo nei sistemi completamente digitali è garantita la conservazione della qualità del segnale durante la trasmissione su una linea di comunicazione in fibra ottica, indipendentemente dalla distanza tra trasmettitore e ricevitore e dal numero di canali trasmessi (ovviamente nell'ambito delle capacità del sistema).

L'accuratezza della riproduzione del segnale trasmesso è un problema significativo nello sviluppo di sistemi per organizzare più canali di trasmissione su un'unica fibra ottica (multiplexer). Ad esempio, in un sistema analogico progettato per trasmettere quattro canali video o audio, per rimanere all'interno della larghezza di banda del sistema, è necessario limitare la larghezza di banda assegnata ai singoli canali. Nei sistemi digitali non è necessario scendere a compromessi: uno, quattro o anche dieci segnali possono essere trasmessi attraverso una fibra senza ridurre la qualità.

MIGLIORE QUALITÀ DEL SEGNALE

Riso. 3

La trasmissione di segnali analogici in forma digitale fornisce una qualità superiore rispetto all'analogico puro. La distorsione del segnale con questo metodo di trasmissione può verificarsi solo con la conversione da analogico a digitale e da digitale ad analogico inversa. Sebbene nessuna conversione sia perfetta, la tecnologia moderna è così avanzata che anche ADC e DAC economici forniscono una qualità video e audio molto migliore rispetto a quella ottenibile con i sistemi AM e FM analogici. Ciò è facilmente visibile da un confronto dei rapporti segnale-rumore e delle armoniche (fase differenziale e guadagno differenziale) di sistemi digitali e analogici progettati per trasmettere segnali dello stesso formato sullo stesso tipo di fibra alla stessa lunghezza d'onda.

Le tecnologie digitali offrono agli ingegneri una flessibilità senza precedenti durante la creazione di sistemi in fibra ottica. Ora è facile trovare il giusto livello di prestazioni per diversi mercati, attività e budget. Ad esempio, modificando la profondità di bit di un convertitore analogico-digitale, è possibile influenzare la larghezza di banda del sistema richiesta per la trasmissione del segnale e, di conseguenza, le prestazioni e i costi complessivi. Allo stesso tempo, altre proprietà del sistema digitale - l'assenza di distorsione e l'indipendenza della qualità del lavoro dalla lunghezza della linea - vengono preservate fino alla massima distanza di trasmissione. Durante la progettazione di sistemi analogici, gli ingegneri sono sempre presi nel mezzo di un compromesso tra costo del sistema e prestazioni, cercando di bilanciare i due senza compromettere i parametri critici del segnale di trasmissione. Nei sistemi digitali, ridimensionare i sistemi e gestirne le prestazioni e i costi è molto meno problematico.

DISTANZA DI TRASMISSIONE ILLIMITATA

Un altro vantaggio dei sistemi digitali rispetto ai predecessori analogici è la loro capacità di ripristinare il segnale senza introdurre distorsioni aggiuntive. Tale ripristino viene eseguito in un dispositivo speciale chiamato ripetitore o amplificatore lineare.

Il vantaggio offerto dai sistemi digitali è evidente. In essi, il segnale può essere trasmesso su distanze di gran lunga superiori alle capacità dei sistemi AM e FM, mentre lo sviluppatore può essere sicuro che il segnale ricevuto corrisponda esattamente a quello trasmesso e soddisfi i requisiti delle specifiche tecniche.

Quando la luce viaggia attraverso la fibra, la sua intensità diminuisce gradualmente e alla fine diventa insufficiente per il rilevamento. Se, invece, poco prima di raggiungere il punto in cui la luce diventa troppo debole, viene installato un amplificatore lineare, allora amplificherà il segnale alla sua potenza originale e sarà possibile trasmetterlo ulteriormente alla stessa distanza. È importante notare che il flusso digitale viene ripristinato nell'amplificatore lineare, il che non ha alcun effetto sulla qualità del segnale video o audio analogico in esso codificato, indipendentemente da quante volte il ripristino è stato eseguito in amplificatori lineari lungo il percorso del segnale lungo una lunga linea in fibra ottica.

MENO COSTO

Considerando i numerosi vantaggi offerti dai sistemi digitali in fibra ottica, si può presumere che dovrebbero costare molto di più dei tradizionali sistemi analogici. Tuttavia, non è così e gli utenti dei sistemi digitali, al contrario, risparmiano denaro.

In un mercato competitivo, ci sarà sempre un produttore che offre la qualità digitale al prezzo di un sistema analogico.

Il costo dei componenti digitali è diminuito in modo significativo negli ultimi anni e gli OEM sono stati in grado di sviluppare e commercializzare prodotti che costano lo stesso o anche meno degli strumenti analogici della generazione precedente. Certo, alcune aziende vogliono convincere il pubblico che la qualità superiore dei sistemi digitali può essere ottenuta solo a un costo aggiuntivo, ma in realtà hanno semplicemente deciso di non condividere i risparmi con i propri clienti. Ma in un mercato competitivo ci sarà sempre un produttore che offre la qualità digitale al prezzo di un sistema analogico.

I sistemi digitali consentono di trasmettere più informazioni su un singolo cavo, riducendone così la necessità.

Anche altri fattori influiscono sul costo di installazione e funzionamento di un sistema in fibra ottica. Il più ovvio di questi sono i costi dei cavi. I sistemi digitali consentono di trasmettere più informazioni su un singolo cavo, riducendone così la necessità. Il vantaggio è particolarmente evidente laddove è necessario trasmettere segnali contemporaneamente vari tipi, come video e audio o audio e dati. Senza troppi problemi, gli ingegneri possono progettare un sistema digitale conveniente in grado di trasportare diversi tipi di segnali, come due canali video e quattro canali audio, su una singola fibra. Con la tecnologia analogica, molto probabilmente dovresti realizzare due sistemi separati o almeno utilizzare due cavi separati per trasmettere segnali audio e video.

A causa del minor numero di componenti che possono guastarsi nel tempo, i sistemi digitali sono molto più stabili e affidabili.

Anche nei casi in cui più segnali dello stesso tipo devono essere trasmessi su una singola fibra, i sistemi digitali sono preferibili perché funzionano in modo più affidabile e forniscono una qualità del segnale superiore. Ad esempio, in un multiplexer video digitale è possibile trasmettere dieci canali con la stessa alta qualità, mentre in un sistema analogico ciò non è affatto possibile.

È inoltre necessario tenere conto degli inevitabili costi per gli anni di esercizio dei sistemi in fibra ottica. Manutenzione e riparazione. E qui il vantaggio risiede nei sistemi digitali. Innanzitutto, non richiedono la configurazione iniziale dopo l'installazione: il trasmettitore e il ricevitore sono semplicemente collegati tramite cavo in fibra ottica e il sistema è pronto per l'uso. I sistemi analogici in genere richiedono la messa a punto di una particolare linea di trasmissione, tenendo conto della sua lunghezza e potenza del segnale. Il tempo aggiuntivo per l'adeguamento comporta costi aggiuntivi.

Trasmettitori e ricevitori per sistemi digitali sono più economici, il consumo di cavi è inferiore, i costi operativi sono inferiori

A causa del minor numero di componenti che possono guastarsi nel tempo, i sistemi digitali sono molto più stabili e affidabili. Non richiedono la risintonizzazione e la risoluzione dei problemi è molto più veloce perché non presentano la diafonia, la deriva e altri svantaggi dei sistemi analogici tradizionali.

Ricapitolare. Trasmettitori e ricevitori per sistemi digitali sono più economici, il consumo di cavi è inferiore e i costi operativi sono inferiori. I sistemi digitali in fibra ottica offrono un chiaro vantaggio economico a tutti i livelli.

CONCLUSIONI

Come la tecnologia in fibra ottica ha molti vantaggi rispetto alla tradizionale fili di rame e cavi coassiali e la trasmissione digitale di informazioni fa avanzare la tecnologia in fibra ottica di diversi gradini, offrendo agli utenti una serie completamente nuova di qualità utili. I sistemi digitali hanno caratteristiche uniche: precisione di trasmissione del segnale su tutta la lunghezza della linea di comunicazione, distorsioni minime introdotte (compresa l'assenza di diafonia e intermodulazione), capacità di ripristinare ripetutamente il flusso digitale quando viene trasmesso su una lunga linea senza compromettere la qualità del segnale analogico in esso codificato. Ciò garantisce un livello di fedeltà nella riproduzione del segnale analogico che i sistemi analogici non possono raggiungere.

I prezzi dei componenti per i sistemi in fibra digitali e analogici sono comparabili e, se combinati con i costi di installazione, funzionamento e manutenzione, i sistemi digitali offrono evidenti vantaggi economici.

Quando progetti un nuovo sistema in fibra ottica, non perdere tempo ad analizzare vantaggi e svantaggi dei sistemi digitali rispetto a quelli analogici, perché la scelta è chiara: i sistemi digitali sono migliori sotto ogni aspetto. Sarà molto più utile limitarci solo a loro e raccogliere quei prodotti che il modo migliore corrisponde alle tue esigenze. Anche tra i sistemi digitali esiste un'enorme varietà di soluzioni. Ecco alcune domande per aiutarti a valutarli:

Quanto è facile l'installazione del sistema?
- se trasmettitore e ricevitore sono configurabili dall'utente, quanto è facile farlo e quali sono i problemi?
Il design dello strumento è compatto, robusto e affidabile?
Gli strumenti sono disponibili in custodie da tavolo o sono progettati per il montaggio su rack? Ci sono opzioni in entrambi i tipi di casi?
- I dispositivi sono adatti per l'uso con fibre sia monomodali che multimodali?
- Il produttore ha sufficiente esperienza e reputazione sul mercato per i prodotti che offre?
- come si confronta il prezzo del prodotto con il prezzo dei tradizionali sistemi analogici? (I dispositivi digitali in produzione non sono più costosi di quelli analogici e il loro costo non dovrebbe essere maggiore).

Analizzare il mercato e confrontare le caratteristiche di prodotti simili ti consentirà finalmente di selezionare gli elementi dei sistemi digitali in fibra ottica che ti serviranno fedelmente per molti anni.

è diventato possibile trasferire alla gamma ottica una varietà di mezzi e principi per ricevere, elaborare e trasmettere informazioni sviluppate per la gamma radio. L'enorme crescita del volume delle informazioni trasmesse e, allo stesso tempo, il quasi completo esaurimento della capacità della banda radio, hanno reso il problema della padronanza della banda ottica a fini di comunicazione di eccezionale importanza. Principali vantaggi comunicazione ottica rispetto alla comunicazione a radiofrequenze, determinata dall'alto valore della frequenza ottica (lunghezza d'onda corta): un'ampia larghezza di banda per la trasmissione di informazioni, 10 4 volte la larghezza di banda dell'intera gamma radio e un'elevata direttività della radiazione in ingresso e in uscita aperture , aperture dell'antenna molto più piccole nella gamma radio. Ultima dignità comunicazione ottica consente l'uso di generatori con potenza relativamente bassa nei trasmettitori di sistemi di comunicazione ottica e fornisce una maggiore immunità al rumore e segretezza di comunicazione.

linea strutturale comunicazione ottica simile alla linea comunicazioni radio . Per modulare la radiazione di un generatore ottico, o il processo di generazione viene controllato agendo sulla sorgente di alimentazione o sul risonatore ottico del generatore, oppure vengono utilizzati dispositivi esterni aggiuntivi che modificano la radiazione in uscita secondo la legge richiesta (vedi Fig. Modulazione della luce ). Con l'ausilio dell'unità ottica di uscita, la radiazione viene formata in un raggio a bassa divergenza che raggiunge l'unità ottica di ingresso, che la focalizza sulla superficie attiva del fotoconvertitore. Dall'uscita di quest'ultimo, i segnali elettrici entrano nei nodi di elaborazione delle informazioni. Selezione della frequenza portante nel sistema comunicazione ottica- un compito complesso e complesso, in cui devono essere prese in considerazione le condizioni per la propagazione della radiazione ottica nel mezzo trasmissivo, specifiche laser, modulatori, ricevitori di luce , nodi ottici. Nei sistemi comunicazione ottica vengono utilizzati due metodi di ricezione dei segnali: rilevamento diretto e ricezione eterodina. Il metodo di ricezione eterodina, che presenta numerosi vantaggi, il principale dei quali è una maggiore sensibilità e discriminazione del rumore di fondo, è tecnicamente molto più complicato del rilevamento diretto. Un grave svantaggio di questo metodo è la significativa dipendenza del valore del segnale all'uscita del fotorivelatore dalle caratteristiche del percorso.

A seconda della portata del sistema comunicazione ottica possono essere suddivisi nelle seguenti classi principali: sistemi terrestri aperti a corto raggio che utilizzano il passaggio di radiazioni negli strati superficiali dell'atmosfera; sistemi terrestri che utilizzano canali di guida della luce chiusi (fibra guide di luce , strutture con lenti speculari che guidano la luce) per comunicazioni altamente informative tra centrali telefoniche automatiche, computer, per comunicazioni a lunga distanza; linee di comunicazione altamente informative (principalmente a relè) operanti nel vicino spazio esterno; linee di comunicazione spaziali lontane.

Una certa esperienza di lavoro con le linee aperte è stata accumulata in URSS e all'estero comunicazione ottica negli strati superficiali dell'atmosfera mediante laser. È dimostrato che la forte dipendenza dell'affidabilità della comunicazione dalle condizioni atmosferiche (che determinano la visibilità ottica) lungo il percorso di propagazione limita l'uso di linee aperte. comunicazione ottica distanze relativamente brevi (diversi chilometri) e solo per duplicazione di esistenti linee di cavi comunicazioni, uso in sistemi mobili a bassa informazione, sistemi di segnalamento, ecc. Tuttavia, linee aperte comunicazione ottica promettente come l'affinità della connessione tra la Terra e lo spazio. Ad esempio, utilizzando un raggio laser, le informazioni possono essere trasmesse su una distanza di ~10 8 km a velocità fino a 10 5 morso in sec, mentre la tecnologia a microonde a queste distanze fornisce una velocità di trasmissione di soli ~10 morso in sec. Fondamentalmente, comunicazione ottica nello spazio è possibile a distanze fino a 10 10 km, cosa impensabile per altri sistemi di comunicazione; tuttavia, la costruzione di linee spaziali comunicazione ottica tecnicamente molto difficile.

In condizioni terrestri, i sistemi più promettenti comunicazione ottica utilizzando strutture a guida di luce chiuse. Nel 1974 la possibilità di realizzare guide ottiche in vetro con attenuazione dei segnali trasmessi non superiore a pochi db/km. Allo stato attuale della tecnologia, utilizzando emettitori di diodi a semiconduttore operanti sia in modalità laser (coerente) che non coerente, cavi con anime in fibra leggera e ricevitori a semiconduttore, è possibile costruire linee di comunicazione per migliaia di canali telefonici con ripetitori posti a distanze di circa 10 km l'uno dall'altro. Lavoro intensivo sulla creazione di emettitori laser con una vita utile di ~10-100 mila anni. h, è probabile che lo sviluppo di ricevitori a banda larga ad alta sensibilità, strutture di guida della luce più efficienti e tecnologie di fabbricazione di fibre a lungo raggio comunicazione ottica competitivo con la comunicazione su cavi e linee di collegamento esistenti già nel prossimo decennio. Ci si può aspettare che comunicazione ottica occuperà un posto importante nella rete di comunicazione nazionale insieme ad altri mezzi. Prospettiva del sistema comunicazione ottica con linee guida leggere, in termini di capacità di informazione e costo per unità di informazione, possono diventare il principale tipo di comunicazione backbone e intracity.

Illuminato.: Chernyshev V. N., Sheremetiev A. G., Kobzev V. V., Laser nei sistemi di comunicazione, M.,; Pratt V.K., Sistemi di comunicazione laser, trad. dall'inglese, M., 1972; L'uso dei laser, trad. dall'inglese, M., 1974.

AV Ievsky, MF Stelmakh.

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