Fiberoptisk kommunikasjon. Fiberoptiske nettverk

Fiberoptisk kommunikasjon- en metode for informasjonsoverføring ved bruk av elektromagnetisk stråling fra det optiske (nær infrarøde) området som en bærer av et informasjonssignal, og fiberoptiske kabler som ledesystemer. På grunn av den høye bærefrekvensen og de brede multipleksingsmulighetene, er gjennomstrømningen av fiberoptiske linjer mange ganger større enn gjennomstrømningen til alle andre kommunikasjonssystemer og kan måles i Terabits per sekund. Den lave dempingen av lys i en optisk fiber gjør det mulig å bruke fiberoptisk kommunikasjon over betydelige avstander uten bruk av forsterkere. Fiberoptisk kommunikasjon er fri for elektromagnetisk interferens og er vanskelig tilgjengelig for uautorisert bruk: det er teknisk ekstremt vanskelig å fange opp et signal som sendes over en optisk kabel ubemerket.

Fysisk grunnlag

Fiberoptisk kommunikasjon er basert på fenomenet total intern refleksjon av elektromagnetiske bølger i grensesnittet mellom dielektrikum med forskjellige brytningsindekser. optisk fiber består av to elementer - kjernen, som er en direkte lysleder, og skallet. Brytningsindeksen til kjernen er noe høyere enn brytningsindeksen til skallet, på grunn av hvilken lysstrålen, som opplever flere refleksjoner ved kjerne-skall-grensesnittet, forplanter seg i kjernen uten å forlate den.

applikasjon

Fiberoptisk kommunikasjon blir mer og mer bred applikasjon på alle områder - fra datamaskiner og romfartøy ombord, fly- og skipssystemer, til systemer for overføring av informasjon til lange avstander, for eksempel brukes den fiberoptiske kommunikasjonslinjen Vest-Europa-Japan for tiden med suksess, hvorav det meste går gjennom Russlands territorium. I tillegg øker den totale lengden på undersjøiske fiberoptiske kommunikasjonslinjer mellom kontinenter.

Fiber til alle hjem Fiber til lokalene, FTP eller Fiber til hjemmet, FTTH ) er et begrep som brukes avandører for å referere til bredbåndstelekommunikasjonssystemer basert på installasjon av en fiberkanal og fullføring av den på sluttbrukerens territorium ved å installere optisk terminalutstyr for å tilby en rekke telekommunikasjonstjenester, inkludert:

høyhastighets Internett-tilgang;
telefonkommunikasjonstjenester;
TV-mottakstjenester.

Kostnadene ved bruk av fiberoptisk teknologi synker, noe som gjør denne tjenesten konkurransedyktig med tradisjonelle tjenester.

Historie

Historien om dataoverføringssystemer over lange avstander burde begynne med antikken, da folk brukte røyksignaler. Siden den gang har disse systemene forbedret seg dramatisk, først telegraf dukket opp, deretter koaksialkabel. I deres utvikling løp disse systemene før eller senere inn i grunnleggende begrensninger: for elektriske systemer er dette fenomenet signaldempning på en viss avstand, for mikrobølgesystemer er det en bærefrekvens. Derfor fortsatte jakten på fundamentalt nye systemer, og i andre halvdel av 1900-tallet fant man en løsning – det viste seg at signaloverføring ved bruk av lys er mye mer effektiv enn både elektriske og mikrobølgesignaler.

I 1966 introduserte Kao og Hokam fra STC Laboratory (STL) vanlige optiske glassfilamenter som hadde en dempning på 1000 dB/km (mens dempningen i koaksialkabel bare var 5-10 dB/km) på grunn av urenheter, som de inneholdt og som i prinsippet kunne fjernes.

Det var to globale problemer ved utvikling optiske systemer dataoverføring: lyskilde og signalbærer. Den første ble løst med oppfinnelsen av lasere i 1960, den andre med bruken av optiske kabler av høy kvalitet i 1970. Den ble utviklet av Corning Incorporated (Engelsk) . Dempningen i slike kabler var ca. 20 dB/km, noe som var ganske akseptabelt for signaloverføring i telekommunikasjonssystemer. Samtidig ble det utviklet ganske kompakte halvleder GaAs-lasere.

Etter intens forskning mellom 1975 og 1980 dukket det første kommersielle fiberoptiske systemet opp, som opererte med lys ved en bølgelengde på 0,8 mikron og brukte en galliumarsenid (GaAs) halvlederlaser. Bithastigheten til førstegenerasjonssystemene var 45 Mbps, avstanden mellom repeatere var 10 km.

Den 22. april 1977 i Long Beach, California, var General Telephone and Electronics den første som brukte en optisk kobling for å overføre telefontrafikk med 6 Mbps.

Den andre generasjonen fiberoptiske systemer ble utviklet for kommersiell bruk på begynnelsen av 1980-tallet. De opererte med lys med en bølgelengde på 1,3 mikron fra InGaAsP-lasere. Imidlertid var slike systemer fortsatt begrenset på grunn av spredningen som oppstår i kanalen. Men allerede i 1987 opererte disse systemene med hastigheter opp til 1,7 Gbit/s med en avstand mellom repeatere på 50 km.

OPTISK KOMMUNIKASJON- overføring av informasjon ved hjelp av e-magn. vil optisk. område. O.s idé med. kjent for menneskeheten i lang tid (vanlige branner, siden slutten av 1700-tallet, semaforalfabetet), men først med opprettelsen av lasere ble det mulig å bygge optiske bredbåndssystemer.
Optisk funksjon. informasjon. systemer er en stor båndbredde på grunn av den høye verdien av bærefrekvensen, og følgelig evnen til å overføre store mengder informasjon med høy hastighet ( Med). Liten vinkel divergensen til laserstrålen gir mellomrom. hemmelighold og høy energi. støyimmunitet for informasjonsoverføring via optisk. kommunikasjonskanal med små dimensjoner av transceiver-enheter.

Fysisk modell av O. s-systemet. er den informasjonen signalet i koderen konverteres til en form som er praktisk for modulasjon, deretter går det inn i submodulator-forsterkeren og deretter til eksitasjonskretsen til modulatoren. Ved hjelp av eksterne eller int. Modulatoren modulerer amplitude, intensitet, frekvens, fase eller bærefrekvenssignal i samsvar med informasjonen. signal (se Lysmodulasjon).Deretter modulerer. laserstrålen kollimeres optisk. systemet og sendes til objektet. Ved hjelp av en mottaksoptikk system, er signalet fokusert på fotodetektoren, utgangen elektrisk. signalet til-rogo behandles videre for å trekke ut informasjon. signal. Det er to måter å motta optisk på. signal - direkte deteksjon og heterodyne mottak. I heterodyne mottakssystemer og i kommunikasjonssystemer ved en underbærefrekvens, blir signalet konvertert eller overført til lavfrekvensområdet.
optisk kommunikasjonssystemer er delt inn i åpen - terrestrisk eller rom, og lukket - lysleder. optisk Kommunikasjonslinjer i atmosfæren er sterkt avhengig av værforhold, av tilstedeværelsen av støv, røyk og andre inneslutninger. Turbulente fenomener i atmosfæren fører til fluktuasjoner i brytningsindeksen til mediet og følgelig til stråleforvrengning og fluktuasjoner i ankomstvinkelen til fotodetektoren.
Den høye graden av laserstråling tillater bruk av støybestandige modulasjonsmetoder - frekvens, fase og polarisering. modulasjon. O.s systemer er kjent. ved hjelp av polarisatorer. modulering av strålingen til kontinuerlige gasslasere (laser He - Ne med - 0,03 μm og CO 2 -laser med - 10,6 μm) for overføring av både analog og digital informasjon. For å sende den siste luren. behagelig intensitet halvlederlasere pumpestrøm.
Handlingsområde for O.-linjen med. under terrestriske forhold er begrenset til siktelinjen. Det er imidlertid mulig å utføre kommunikasjon over horisonten ved hjelp av atmosfæren - laserkommunikasjonslinjer med atm. spredningskanal.
Blant de åpne kommunikasjonslinjene er jord-rom- og rom-rom-kommunikasjonslinjene lovende, der det på store avstander (for eksempel 1,6 x 10 8 km til planeten Mars) er nødvendig å overføre en stor mengde informasjon med høy hastighet (10 6 bit/s).

Lukkede kommunikasjonslinjer. Under terrestriske forhold, maks. lovende lukket fiberoptikk. kommunikasjonslinjer (FOCL). Lav optisk demping signaler i single-mode optiske fibre basert på kvartsglass (se fig. fiberoptikk) og en rekke av deres grunnleggende fordeler fremfor kablet kommunikasjon gjør det mulig å bruke dem mye i utvidede kommunikasjonslinjer.
Multimode FOCL-er har grunnleggende begrensninger når det gjelder lengden og overføringshastigheten til digital informasjon, bestemt av demping og utvidelse av optiske pulser. signaler. Sistnevnte skyldes modal og kromatisk. dispersjoner av multimodus optisk. fibre. Bruken av lav-dempende enkeltmodus optiske fibre (0,2 dB/km) i forbindelse med halvlederlasere som opererer med min. bredden på emisjonsspekteret, lar deg minimere effekten av spredning på =1,3 μm og overføre digital informasjon i høy hastighet og over lange avstander.
Parameteren for å evaluere mulighetene for høyhastighets informasjonsoverføring er produktet av informasjonsoverføringshastigheten og avstanden. For enkeltmodus-FOCL-er ved en strålingsbølgelengde på 1,55 µm, kan denne parameteren overstige 200 (Gbit/s)-km.
Spesifikk trekk ved O.s systemer med. sammenlignet med radio systemer er en begrenset mengde energi. potensial - forholdet mellom kraften til strålingskilden og kraften til det optiske. signal som kommer fra utgangen av fiberlinjen til fotodetektoren og nødvendig for signalregistrering med nødvendig feilsannsynlighet (ikke mer enn 10 -9).
For å fremheve informasjon et visst antall fotoner må komme frem til mottakeren. Med en økning i informasjonsoverføringshastigheten og samtidig opprettholde samme feilsannsynlighet, bør den optiske øke. effekt oppdaget av fotodetektoren. Derfor er en presserende oppgave å utvikle fiberlysledere med lav demping og eff. systemer for input og output av stråling fra fiberen.
Sammen med hastighet og støyimmunitet, må fiberlinjer for overføring av informasjonssignaler ha pålitelighet og stabilitet av metrologiske data. kjennetegn. Dette eliminerer praktisk talt bruken av amplitudemodulasjon i FOCL, siden størrelsen på signalet ved utgangen av kommunikasjonslinjen avhenger av situasjonen i kommunikasjonslinjen, spesielt av demping. I tillegg kan forringelse over tid av sendere og mottakere, temperatureffekter og andre faktorer føre til en forringelse av kvaliteten på kommunikasjonen. Naib. lovende er overføring av digital informasjon ved hjelp av pulsmodulasjonsmetoder.
Utvikling av langlivede (~10 4 timer) halvlederlasere c=1,3 µm og modulasjonsbåndbredde opp til 10 GHz, bredbånd svært følsom. fotodetektorer, samt lysledere med lave tap, vil føre til den dominerende posisjonen til O. s. allerede i nær fremtid.
I nåtiden tid (90-tallet) bygget og vellykket operert av mange. fiberlinjer O. med. Det er lovende å bruke FOCL til Kabel-TV, overføre informasjon for å beregne. spesialutstyr og systemer. intra-objekt kommunikasjon, interkontinentale kommunikasjonslinjer.
Utvikling av O.s linjer med. knyttet til utviklingen integrert optikk. Bruken av plenumbølgeledermodulatorer, brytere, koblere, filtre, etc. vil tillate deg å lage høyhastighets bredbånd, eff. O. sine linjer med. for høyhastighets informasjonsoverføring.

Litt.: Pratt V., Laserkommunikasjonssystemer, trans. fra English, M., 1972; Fiberoptisk kommunikasjon. Enheter, ordninger og systemer, trans. fra English, M., 1982; Optiske systemer for overføring av informasjon gjennom en atmosfærisk kanal, M., 1985; Hinrikus X. V., Støy i laserinformasjonssystemer M., 1987; Optisk kommunikasjonsteknologi. Fotodetektorer, pr. fra English, M., 1988; Gouer D., Optiske systemer milt pr. fra engelsk, M., 1989.

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

Optisk fiber ( optikk, glass, optisk fiber, fiber) - et av de mest moderne og pålitelige dataoverføringsmediene for å legge og sette opp et LAN. Det er en multi-par kabel, bestående av kjerner - pakket inn i en spesiell flette. Kjernene er laget av en spesiell polymer - og laget på en slik måte - at "veggene" er helt glatte.

Dataoverføring i optisk fiber utføres ved hjelp av lys – som du vet – en av de raskeste materiene i universet. elektrisk signal kobberkabel går gjennom en spesiell omformer og blir til lys. Hver tråd av optikk er som et glassrør i et speilrør. ( Polymer med forskjellig tetthet. for eksempel 9/125 mikron) Lys som trenger inn i det, reflekteres fra krysset mellom grensene til venene i venen og flyr lenger og lenger. På slutten av reisen mottas den av mottaksenheten og konverteres tilbake til et elektrisk signal.

Dataoverføring over optisk fiber er imidlertid langsommere enn lysets hastighet (~1 milliard km/t). Fordi mikrolaserne som brukes til å overføre lys over fiberoptikk ikke produserer lys med den hastigheten. Og også på grunn av tap på grunn av brytning av stråler.

Dempningshastigheten til et signal i en optisk fiber varierer avhengig av typen optisk kjerne. Så multimodus kabel ( 50/125, 62/125 ) lar deg sende et signal i 2-3 kilometer uten betydelige tap. Enkeltmoduskabel ( 9/125 ) - fungerer i en avstand på opptil 10 km. Mest sannsynlig avhenger mye av materialet som brukes til fremstilling av kabler. De angitte lengdene tilsvarer moderne polymerkabler. Mest sannsynlig vil en vene av et tettere materiale tillate lys å bli overført over lengre avstander. Dessuten avhenger alt av signalkilden. Følgelig - jo kraftigere det er, jo lenger vil lyset "fly".

Fiberoptikk brukes i mange områder av industrien – så vel som i hverdagen. For det første er den optiske kabelen et dielektrikum, noe som gjør den trygg for dataoverføring i oljeraffinerier og andre eksplosive anlegg.

For det andre, av samme grunn, akkumulerer optikk svært lite statisk elektrisitet. Verdiene er så små at de ikke engang blir tatt i betraktning. Følgelig kan fiberoptiske kabler brukes i nettverk på ulike steder knyttet til høyspenninger.

Fiberoptiske kabler kan legges i vann, i bakken i et aggressivt miljø - ved hjelp av spesielle kapper. Hovedformålet med optikk er imidlertid å overføre data over lange avstander.

På grensen av egenskapene til en optisk kabel er en spesiell enhet plassert - en repeater, som øker avstanden med neste lengde. Ved tilkobling av optisk fiber benyttes optiske koblinger hvor fibrene er sveiset sammen.

Nå, med kostnaden for en meter optikk lik kostnaden for et tvunnet par, kan vi snakke om å bygge nettverk helt på den. Men dette betyr ikke at installasjonen kan overlates til lavkvalifiserte installatører.

Vanligvis, i ethvert selskap som installerer optiske kabelnettverk, er et eget team, eller til og med en hel avdeling, involvert i design og installasjon av optiske nettverk. Det henger sammen med ulike funksjoner ved montering av optikk.

For eksempel kan en optisk kabel ikke bøyes i vinkler mindre enn 110-120 grader. Det er ønskelig å installere optisk fiber i et korrugert rør - på grunn av den lave styrken til en konvensjonell optisk kabel. Det er lett å bryte det.

Oftest legges optikk i en egen kanal. Og så videre - det er ganske mange lignende finesser når du arbeider med denne typen kabler. I tillegg fortjener en egen seksjon en metode for tilkobling og terminering av en optisk fiber.

Kabelen er terminert på spesielle kontakter - kontakter. Det finnes flere typer av dem.

For tilkobling ( sveising) optiske kabler krever en spesiell dyr enhet - sveisemaskin. Kostnaden for en kvalitetsenhet starter fra 150 000 rubler. Nå er markedet oversvømmet med rimelige kinesiske løsninger for 30-40 tusen rubler, men bruken av slike enheter produserer forbindelser av lav kvalitet. I tillegg svikter slike enheter raskt.

En enhet av høy kvalitet produserer stille rundt 2000 sveiser, hvoretter elektrodene endres i den og den fortsetter å jobbe videre. Markedet for brukte enheter er ganske populært. Jeg håper at vi i fremtiden vil lage en hel artikkel om hvordan man sveiser en optisk kabel. For nå -

Bruk tjenestene til selskapet vårt for installasjon av optiske ruter, sveising av optikk og sertifisering. Du kan sende inn en søknad, enten ved å ringe bedriften gjennom leder.

VERDEN AV TALL OG GLASS

INTRODUKSJON

Fiberoptikk har mange velkjente fordeler fremfor tvunnet-par og koaksialkabler, som immunitet mot elektrisk støy og uovertruffen båndbredde.

I løpet av det siste kvart århundre har fiberoptisk kommunikasjon blitt en utbredt metode for overføring av video, lyd, andre analoge signaler og digitale data. Fiberoptikk har mange velkjente fordeler fremfor tvunnet-par og koaksialkabler, som immunitet mot elektrisk interferens og uovertruffen båndbredde. Av disse og mange andre grunner trenger fiberoptiske informasjonsoverføringssystemer i økende grad inn i ulike områder av informasjonsteknologi.

Digitale systemer gir svært høy ytelse, fleksibilitet og pålitelighet, og koster ikke mer enn de analoge løsningene de erstatter

Til tross for disse fordelene brukte imidlertid fiberoptiske systemer de samme analoge signaloverføringsteknologiene som deres kobberforgjengere. Nå som en ny generasjon utstyr har dukket opp, utelukkende basert på digitale signalbehandlingsmetoder, tar fiberoptisk kommunikasjon igjen telekommunikasjonen til et helt nytt nivå. nytt nivå. Digitale systemer tilbyr svært høy ytelse, fleksibilitet og pålitelighet, og koster ikke mer enn de analoge løsningene de erstatter.

Denne håndboken diskuterer teknikken for digital signaloverføring over fiberoptiske kabler og dens økonomiske og teknologiske fordeler.

ANALOG OVERFØRING OVER FIBER

For å fullt ut verdsette fordelene med digital teknologi, la oss først se på de tradisjonelle metodene for å overføre analoge signaler over fiber. For å overføre analoge signaler brukes amplitude (AM) og frekvens (FM) modulering. I begge tilfeller mottar inngangen til den optiske senderen et lavfrekvent analogt lyd- og videosignal eller data, som konverteres til et optisk signal. Dette gjøres på forskjellige måter.

I amplitudemodulerte systemer er det optiske signalet en lysstrøm med en intensitet som endres i samsvar med endringer i det elektriske inngangssignalet. Enten lysdioder eller lasere brukes som lyskilde. Dessverre er begge ikke-lineære, det vil si at i hele lysstyrkeområdet fra ingen stråling til maksimalverdien, er det ingen proporsjonalitet mellom inngangssignalet og lysintensiteten. Det er imidlertid denne kontrollmetoden som brukes i systemer med amplitudemodulasjon. Som et resultat oppstår forskjellige forvrengninger av det overførte signalet:

reduksjon i signal-til-støy-forholdet når kabellengden vokser;
ikke-lineær differensiell forsterkning og fasefeil i videosignaloverføring;
begrenser det dynamiske området til lydsignalet.

For å forbedre kvaliteten på fiberoptiske signaloverføringssystemer, ble det foreslått å bruke frekvensmodulasjon, der lyskilden alltid enten er helt slått av eller slått på med full effekt, og pulsrepetisjonshastigheten endres i samsvar med amplituden til lyskilden. inngangssignal. For de som er kjent med frekvensmodulasjon av signaler i radioteknikk, kan bruken av dette begrepet her virke urimelig, siden det i sammenheng med fiberoptiske systemer oppfattes som en metode for å kontrollere frekvensen til selve lysutslippet. Dette er ikke tilfelle, og det vil faktisk være mer riktig å bruke begrepet "pulsfasemodulasjon" (PPM), men innen fiberoptisk teknologi har en slik terminologi blitt etablert. Det bør alltid huskes at ordet "frekvens" i navnet på modulasjonsmetoden betyr frekvensen til pulsene, og ikke frekvensen til lysbølgene som bærer dem.

Med amplitudemodulasjon er inngangssignalnivået representert av lysstrålens intensitet

Med frekvensmodulasjon er inngangssignalnivået representert av repetisjonshastigheten til lyspulser
Ris. 1. Sammenligning av amplitude og frekvensmodulasjon

Selv om frekvensmodulering eliminerer mange av strålingskontrollproblemene som er iboende i AM-systemer, har den sine egne utfordringer. En av dem er den kjente krysstalen i FM-systemer. De observeres spesielt ved overføring av flere signaler med frekvensmodulasjon over en fiber, for eksempel ved bruk av en multiplekser. Krysstale oppstår i en sender eller mottaker som et resultat av innstillingsustabilitet i viktige signalfiltreringskretser designet for å skille bærefrekvenser. Hvis filtrene er dårlig innstilt, samhandler de frekvensmodulerte bærebølgene med hverandre og blir forvrengt. Fiberoptiske ingeniører kan designe FM-systemer som minimerer sjansen for krysstale, men enhver designforbedring har en kostnad.

En annen type forvrengning kalles intermodulasjon. I likhet med krysstale skjer intermodulasjon i systemer designet for å overføre flere signaler samtidig over en enkelt fiber. Intermodulasjonsforvrengning oppstår oftest i en sender som et resultat av ikke-lineariteter i kretser som er felles for forskjellige FM-bærere. Som et resultat, før de kombinerer flere bærere til ett optisk signal, virker de på hverandre, og reduserer nøyaktigheten av overføringen av det originale signalet.

DIGITALE SYSTEMER

Som med analoge systemer mottar digitale systemsendere lavfrekvente analoge lyd- og videosignaler eller digitale data, som konverteres til et optisk signal. Mottakeren mottar det optiske signalet og sender ut det elektriske signalet i det opprinnelige formatet. Forskjellen ligger i hvordan signalene behandles og overføres fra senderen til mottakeren.

Ris. 2. Digitalt analogt signaloverføringssystem

I rene digitale systemer blir det lavfrekvente inngangssignalet umiddelbart matet til analog-til-digital-omformeren, som er en del av senderen. Der konverteres signalet til en sekvens av logiske nivåer - nuller og enere, kalt den digitale strømmen. Hvis senderen er flerkanals, det vil si designet for å fungere med flere signaler, kombineres flere digitale strømmer til én, og den styrer av og på en sender, som skjer ved en veldig høy frekvens.

På mottakersiden blir signalet reverskonvertert. Fra den kombinerte digitale strømmen trekkes individuelle strømmer ut tilsvarende de individuelle overførte signalene. De mates til digital-til-analog-omformere, hvoretter de sendes ut til utgangene i originalformatet (fig. 2).

Ren digital signaloverføring har mange fordeler fremfor tradisjonelle AM- og FM-systemer, fra allsidighet og bedre signalkvalitet til lavere installasjonskostnader. La oss ta en nærmere titt på noen av fordelene, og underveis diskutere fordelene for både systeminstallatøren og systembrukeren.

SIGNAL NØYAKTIGHET

I analoge systemer med amplitudemodulasjon mister signalet kvalitet i forhold til banen som går gjennom fiberen. Dette faktum, kombinert med det faktum at AM-systemer kun fungerer med multimodusfibre, begrenser bruken av slike systemer til relativt korte overføringsavstander. FM-systemer fungerer noe bedre: i dem, selv om signalkvaliteten reduseres, forblir den omtrent konstant i ikke veldig lange linjer, og synker kraftig bare når en viss begrensende lengde er nådd. Bare i heldigitale systemer er garantert bevaring av signalkvaliteten under overføring over en fiberoptisk kommunikasjonslinje, uavhengig av avstanden mellom sender og mottaker og antall overførte kanaler (selvfølgelig innenfor systemets muligheter).

Nøyaktigheten av reproduksjonen av det overførte signalet er et betydelig problem i utviklingen av systemer for organisering av flere overføringskanaler over en enkelt optisk fiber (multipleksere). For eksempel, i et analogt system designet for å overføre fire kanaler med video eller lyd, for å holde seg innenfor båndbredden til systemet, er det nødvendig å begrense båndbredden som er allokert til individuelle kanaler. I digitale systemer er det ikke nødvendig å inngå et slikt kompromiss: ett, fire eller til og med ti signaler kan overføres gjennom én fiber uten å redusere kvaliteten.

BEDRE SIGNALKVALITET

Ris. 3

Overføring av analoge signaler i digital form gir høyere kvalitet enn ren analog. Signalforvrengning med denne overføringsmetoden kan bare oppstå med analog-til-digital og invers digital-til-analog konvertering. Selv om ingen konvertering er perfekt, er moderne teknologi så avansert at selv rimelige ADC-er og DAC-er gir mye bedre video- og lydkvalitet enn det som kan oppnås med analoge AM- og FM-systemer. Dette er lett å se fra en sammenligning av signal-til-støy-forhold og harmoniske (differensiell fase og differensiell forsterkning) til digitale og analoge systemer designet for å overføre signaler av samme format over samme type fiber med samme bølgelengde.

Digitale teknologier gir ingeniører enestående fleksibilitet når de lager fiberoptiske systemer. Nå er det enkelt å finne riktig ytelsesnivå for ulike markeder, oppgaver og budsjetter. For eksempel, ved å endre bitdybden til en analog-til-digital-omformer, kan man påvirke systembåndbredden som kreves for signaloverføring, og som et resultat den generelle ytelsen og kostnaden. Samtidig bevares andre egenskaper ved det digitale systemet - fraværet av forvrengning og uavhengigheten av kvaliteten på arbeidet fra lengden på linjen - opp til maksimal overføringsavstand. Når man designer analoge systemer, er ingeniører alltid fanget midt i en avveining mellom systemkostnad og ytelse, og prøver å balansere de to uten å gå på bekostning av kritiske overføringssignalparametere. I digitale systemer er det mye mindre utfordring å skalere systemer og administrere ytelsen og kostnadene.

UBEGRENSET OVERFØRINGSAVSTAND

En annen fordel med digitale systemer i forhold til analoge forgjengere er deres evne til å gjenopprette signalet uten å introdusere ytterligere forvrengning til det. Slik restaurering utføres i en spesiell enhet som kalles en repeater eller lineær forsterker.

Fordelen med digitale systemer er åpenbar. I dem kan signalet overføres over avstander som langt overstiger mulighetene til AM- og FM-systemer, mens utvikleren kan være sikker på at det mottatte signalet samsvarer nøyaktig med det overførte og oppfyller kravene til de tekniske spesifikasjonene.

Når lyset beveger seg gjennom fiberen, reduseres intensiteten gradvis og blir til slutt utilstrekkelig for deteksjon. Hvis imidlertid en lineær forsterker er installert litt før man når det punktet hvor lyset blir for svakt, vil den forsterke signalet til sin opprinnelige effekt, og det vil være mulig å sende det videre til samme avstand. Det er viktig å merke seg at den digitale strømmen gjenopprettes i den lineære forsterkeren, noe som ikke har noen effekt på kvaliteten på det analoge video- eller lydsignalet som er kodet i den, uavhengig av hvor mange ganger restaureringen ble utført i lineære forsterkere langs signalvei langs en lang fiberoptisk linje.

MINDRE KOSTNADER

Tatt i betraktning de mange fordelene som digitale fiberoptiske systemer har, kan det antas at de bør koste mye mer enn tradisjonelle analoge systemer. Dette er imidlertid ikke tilfelle, og brukere av digitale systemer sparer tvert imot pengene sine.

I et konkurranseutsatt marked vil det alltid være en produsent som tilbyr digital kvalitet til prisen av et analogt system.

Kostnaden for digitale komponenter har falt betydelig de siste årene, og OEM-er har vært i stand til å utvikle og markedsføre produkter som koster det samme eller enda mindre enn tidligere generasjons analoge instrumenter. Selvfølgelig ønsker noen firmaer å overbevise publikum om at den overlegne kvaliteten på digitale systemer bare kan oppnås mot en ekstra kostnad, men i virkeligheten bestemte de seg ganske enkelt for å ikke dele besparelsene med kundene sine. Men i et konkurranseutsatt marked vil det alltid være en produsent som tilbyr digital kvalitet til prisen av et analogt system.

Digitale systemer lar mer informasjon overføres over en enkelt kabel, og reduserer dermed behovet for det.

Andre faktorer påvirker også kostnadene ved installasjon og drift av et fiberoptisk system. Den mest åpenbare av disse er kabelkostnader. Digitale systemer lar mer informasjon overføres over en enkelt kabel, og reduserer dermed behovet for det. Fordelen er spesielt merkbar der det er nødvendig å sende signaler samtidig forskjellige typer, for eksempel video og lyd eller lyd og data. Uten for mye problemer kan ingeniører designe et kostnadseffektivt digitalt system som kan bære forskjellige typer signaler, for eksempel to kanaler med video og fire kanaler med lyd, over en enkelt fiber. Med analog teknologi må du mest sannsynlig lage to separate systemer, eller i det minste bruke to separate kabler for å overføre lyd- og videosignaler.

På grunn av færre komponenter som kan svikte over tid, er digitale systemer mye mer stabile og pålitelige.

Selv i tilfeller hvor flere signaler av samme type må sendes over en enkelt fiber, er digitale systemer å foretrekke fordi de fungerer mer pålitelig og gir en høyere signalkvalitet. For eksempel, i en digital videomultiplekser kan ti kanaler overføres med samme høye kvalitet, mens i et analogt system er dette ikke mulig i det hele tatt.

Det er også nødvendig å ta hensyn til de uunngåelige kostnadene for årene med drift av fiberoptiske systemer. Vedlikehold og reparasjon. Og her ligger fordelen med digitale systemer. For det første krever de ikke innledende oppsett etter installasjon - senderen og mottakeren er ganske enkelt koblet sammen med fiberoptisk kabel, og systemet er klart til bruk. Analoge systemer krever vanligvis innstilling for en bestemt overføringslinje, tatt i betraktning dens lengde og signalstyrke. Ekstra tid for omstilling medfører ekstra kostnader.

Sendere og mottakere for digitale systemer er billigere, kabelforbruket er mindre, driftskostnadene er lavere

På grunn av færre komponenter som kan svikte over tid, er digitale systemer mye mer stabile og pålitelige. De krever ikke ominnstilling og feilsøking er mye raskere fordi de ikke har krysstale, drift og andre ulemper med tradisjonelle analoge systemer.

Oppsummer. Sendere og mottakere for digitale systemer er billigere, kabelforbruket er mindre, og driftskostnadene er lavere. Digitale fiberoptiske systemer gir en klar økonomisk fordel på alle nivåer.

KONKLUSJONER

Hvordan fiberoptisk teknologi har mange fordeler fremfor tradisjonelle kobbertråder og koaksialkabler, og digital overføring av informasjon fremmer fiberoptisk teknologi flere trinn oppover, og gir brukerne et helt nytt sett med nyttige egenskaper. Digitale systemer har unike egenskaper: signaloverføringsnøyaktighet over hele lengden av kommunikasjonslinjen, minimale introduserte forvrengninger (inkludert fravær av krysstale og intermodulasjon), muligheten til gjentatte ganger å gjenopprette den digitale strømmen når den sendes over en lang linje uten å kompromittere kvaliteten på det analoge signalet som er kodet i den. Dette garanterer et nivå av troskap i analog signalgjengivelse som analoge systemer ikke kan oppnå.

Komponentprisene for digitale og analoge fibersystemer er sammenlignbare, og kombinert med installasjons-, drift- og vedlikeholdskostnader gir digitale systemer klare økonomiske fordeler.

Når du designer et nytt fiberoptisk system, ikke kast bort tid på å analysere fordeler og ulemper ved digitale kontra analoge systemer, fordi valget er klart: digitale systemer er bedre på alle måter. Det vil være mye mer nyttig å begrense oss bare til dem og plukke opp de produktene som den beste måten matche dine behov. Selv blant digitale systemer er det et stort utvalg av løsninger. Her er noen spørsmål for å hjelpe deg med å vurdere dem:

Hvor enkelt er installasjonen av systemet?
- hvis senderen og mottakeren kan konfigureres av brukeren, hvor enkelt er det å gjøre og hva er problemene?
Er instrumentdesignet kompakt, robust og pålitelig?
Er instrumentene tilgjengelige i stasjonære kofferter eller er de designet for stativmontering? Er det alternativer i begge sakstyper?
- Er enhetene egnet for bruk med både single-mode og multi-mode fiber?
- Har produsenten tilstrekkelig erfaring og rykte i markedet for produktene den tilbyr?
- hvordan er prisen på produktet sammenlignet med prisen på tradisjonelle analoge systemer? (Digitale enheter i produksjon er ikke dyrere enn analoge, og kostnadene bør ikke være høyere).

Å analysere markedet og sammenligne egenskapene til lignende produkter vil tillate deg å endelig velge elementene i digitale fiberoptiske systemer som trofast vil tjene deg i mange år.

det ble mulig å overføre til det optiske området en rekke midler og prinsipper for mottak, prosessering og overføring av informasjon utviklet for radiorekkevidden. Den enorme veksten i volumet av overført informasjon og samtidig den nesten fullstendige utarmingen av kapasiteten til radiobåndet gjorde problemet med å mestre det optiske båndet for kommunikasjonsformål av eksepsjonell betydning. Hovedfordeler optisk kommunikasjon sammenlignet med kommunikasjon ved radiofrekvenser, bestemt av den høye verdien av den optiske frekvensen (kort bølgelengde): stor båndbredde for overføring av informasjon, 10 4 ganger båndbredden til hele radiorekkevidden, og høy strålingsdirektivitet ved inngang og utgang blenderåpninger , mye mindre antenneåpninger i radiorekkevidden. Siste verdighet optisk kommunikasjon tillater bruk av generatorer med relativt lav effekt i sendere av optiske kommunikasjonssystemer og gir økt støyimmunitet og kommunikasjonshemmelighet.

strukturell linje optisk kommunikasjon lik linje radiokommunikasjon . For å modulere strålingen til en optisk generator, styres enten generasjonsprosessen ved å virke på strømkilden eller den optiske resonatoren til generatoren, eller det brukes ytterligere eksterne enheter som endrer utgangsstrålingen i henhold til den påkrevde loven (se fig. Lysmodulasjon ). Ved hjelp av den optiske utgangsenheten formes strålingen til en lavdivergerende stråle som når den optiske inngangsenheten, som fokuserer den på den aktive overflaten til fotokonverteren. Fra utgangen til sistnevnte kommer elektriske signaler inn i informasjonsbehandlingsnodene. Bærefrekvensvalg i systemet optisk kommunikasjon- en kompleks kompleks oppgave, der betingelsene for spredning av optisk stråling i overføringsmediet må tas i betraktning, spesifikasjoner lasere, modulatorer, lysmottakere , optiske noder. I systemer optisk kommunikasjon to metoder for å motta signaler brukes - direkte deteksjon og heterodyne mottak. Den heterodyne mottaksmetoden, som har en rekke fordeler, hvorav de viktigste er økt følsomhet og diskriminering av bakgrunnsstøy, er teknisk mye mer komplisert enn direkte deteksjon. En alvorlig ulempe ved denne metoden er den betydelige avhengigheten av signalverdien ved fotodetektorutgangen av banekarakteristikkene.

Avhengig av rekkevidden til systemet optisk kommunikasjon kan deles inn i følgende hovedklasser: kortdistanse åpne terrestriske systemer som bruker passasje av stråling i atmosfærens overflatelag; terrestriske systemer som bruker lukkede lyslederkanaler (fiber lysledere , lysledende speil-linsestrukturer) for svært informativ kommunikasjon mellom automatiske telefonsentraler, datamaskiner, for langdistansekommunikasjon; svært informative kommunikasjonslinjer (hovedsakelig relé) som opererer i det nære ytre rom; fjerntliggende romkommunikasjonslinjer.

En viss erfaring med å jobbe med åpne linjer har blitt samlet i USSR og i utlandet optisk kommunikasjon i overflatelagene av atmosfæren ved hjelp av lasere. Det er vist at kommunikasjonspålitelighetens sterke avhengighet av atmosfæriske forhold (som bestemmer optisk synlighet) langs forplantningsveien begrenser bruken av åpne linjer. optisk kommunikasjon relativt korte avstander (flere kilometer) og kun for duplisering av eksisterende kabellinjer kommunikasjon, bruk i lite informative mobilsystemer, signalsystemer, etc. Men åpne linjer optisk kommunikasjon lovende som affiniteten til forbindelsen mellom jorden og verdensrommet. For eksempel, ved hjelp av en laserstråle, kan informasjon overføres over en avstand på ~10 8 km med hastigheter opp til 10 5 bit i sek, mens mikrobølgeteknologi på disse avstandene gir en overføringshastighet på bare ~10 bit i sek. I utgangspunktet, optisk kommunikasjon i verdensrommet er mulig i avstander opp til 10 10 km, som er utenkelig for andre kommunikasjonssystemer; imidlertid konstruksjon av romlinjer optisk kommunikasjon teknisk veldig vanskelig.

Under terrestriske forhold, de mest lovende systemene optisk kommunikasjon ved bruk av lukkede lyslederstrukturer. I 1974, muligheten for å produsere lysledere i glass med demping av overførte signaler på ikke mer enn noen få db/km. På det nåværende teknologinivået, ved bruk av halvlederdiodeemittere som opererer i både laser (koherent) og ikke-koherent modus, kabler med lysfiberkjerner og halvledermottakere, er det mulig å bygge kommunikasjonslinjer for tusenvis av telefonkanaler med repeatere plassert på avstander på ca 10 km fra hverandre. Intensivt arbeid med å lage laseremittere med en levetid på ~10-100 tusen år. h, utviklingen av høyfølsomme bredbåndsmottakere, mer effektive lyslederstrukturer og langdisvil sannsynligvis gjøre optisk kommunikasjon konkurransedyktig med kommunikasjon over eksisterende kabel- og relélinjer allerede i det neste tiåret. Det kan forventes optisk kommunikasjon vil ta en viktig plass i det nasjonale kommunikasjonsnettet sammen med andre virkemidler. Systemperspektiv optisk kommunikasjon med lette ledelinjer, når det gjelder informasjonskapasitet og kostnad per informasjonsenhet, kan de bli hovedtypen for ryggrad og kommunikasjon mellom byene.

Litt.: Chernyshev V. N., Sheremetiev A. G., Kobzev V. V., Lasere i kommunikasjonssystemer, M.,; Pratt V.K., Laserkommunikasjonssystemer, trans. fra English, M., 1972; Bruken av lasere, trans. fra engelsk, M., 1974.

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

Artikkel om ordet optisk kommunikasjon" i Great Soviet Encyclopedia har blitt lest 7148 ganger