Comunicații prin fibră optică. Rețele de fibră optică

Comunicații prin fibră optică- o metodă de transmitere a informațiilor care utilizează radiația electromagnetică din domeniul optic (infraroșu apropiat) ca purtător al unui semnal de informații și cabluri de fibră optică ca sisteme de ghidare. Datorită frecvenței purtătoarei înalte și capacităților largi de multiplexare, debitul liniilor de fibră optică este de multe ori mai mare decât debitul tuturor celorlalte sisteme de comunicații și poate fi măsurat în Terabiți pe secundă. Atenuarea scăzută a luminii într-o fibră optică face posibilă utilizarea comunicației prin fibră optică pe distanțe considerabile fără utilizarea amplificatoarelor. Comunicația prin fibră optică este lipsită de interferențe electromagnetice și este dificil de accesat pentru utilizare neautorizată: este extrem de dificil din punct de vedere tehnic să interceptați un semnal transmis printr-un cablu optic neobservat.

Baza fizică

Comunicarea prin fibră optică se bazează pe fenomenul de reflexie internă totală a undelor electromagnetice la interfața dintre dielectrici cu indici de refracție diferiți. fibra optica constă din două elemente - miezul, care este un ghid de lumină directă, și carcasa. Indicele de refracție al miezului este puțin mai mare decât indicele de refracție al carcasei, datorită căruia fasciculul de lumină, care experimentează reflexii multiple la interfața miez-cochilie, se propagă în miez fără a-l părăsi.

Aplicație

Comunicațiile prin fibră optică devin din ce în ce mai multe aplicare largăîn toate domeniile - de la computere și sisteme spațiale de bord, aeronave și nave, până la sisteme de transmitere a informațiilor către distante lungi, de exemplu, linia de comunicație prin fibră optică Europa de Vest-Japonia este utilizată în prezent cu succes, cea mai mare parte trece prin teritoriul Rusiei. În plus, lungimea totală a liniilor de comunicații submarine prin fibră optică între continente este în creștere.

Fibră în fiecare casă Fibră până la sediu, FTP sau Fibră până acasă, FTTH ) este un termen folosit de furnizorii de internet de telecomunicații pentru a se referi la sistemele de telecomunicații în bandă largă bazate pe conducerea unui canal de fibră și finalizarea acestuia pe teritoriul utilizatorului final prin instalarea unui terminal echipamente optice pentru a furniza o serie de servicii de telecomunicații, inclusiv:

acces la internet de mare viteză;
Servicii de comunicatii telefonice;
servicii de receptie de televiziune.

Costul utilizării tehnologiei cu fibră optică este în scădere, făcând acest serviciu competitiv cu serviciile tradiționale.

Poveste

Istoria sistemelor de transmisie a datelor pe distanțe lungi ar trebui să înceapă cu antichitate, când oamenii foloseau semnale de fum. De atunci, aceste sisteme s-au îmbunătățit dramatic, a apărut mai întâi telegraful, apoi cablul coaxial. În dezvoltarea lor, aceste sisteme au întâlnit mai devreme sau mai târziu limitări fundamentale: pentru sistemele electrice, acesta este fenomenul de atenuare a semnalului la o anumită distanță, pentru sistemele cu microunde, este o frecvență purtătoare. Prin urmare, căutarea unor sisteme fundamental noi a continuat, iar în a doua jumătate a secolului al XX-lea a fost găsită o soluție - s-a dovedit că transmisia semnalului prin intermediul luminii este mult mai eficientă decât semnalele electrice și cu microunde.

În 1966, Kao și Hokam de la STC Laboratory (STL) au introdus filamente optice de sticlă obișnuite care aveau o atenuare de 1000 dB/km (în timp ce atenuarea în cablul coaxial era de numai 5-10 dB/km) din cauza impurităților pe care le conțineau. și care, în principiu, ar putea fi înlăturat.

Erau doi probleme globale la dezvoltare sisteme optice transmisie de date: sursă de lumină și purtător de semnal. Prima a fost rezolvată odată cu inventarea laserelor în 1960, a doua odată cu apariția cablurilor optice de înaltă calitate în 1970. A fost dezvoltat de Corning Incorporated (Engleză) . Atenuarea în astfel de cabluri a fost de aproximativ 20 dB/km, ceea ce era destul de acceptabil pentru transmisia semnalului în sistemele de telecomunicații. În același timp, au fost dezvoltate lasere GaAs semiconductoare destul de compacte.

După cercetări intense între 1975 și 1980, a apărut primul sistem comercial de fibră optică, care funcționează cu lumină la o lungime de undă de 0,8 microni și folosind un laser semiconductor cu arseniură de galiu (GaAs). Rata de biți a sistemelor de prima generație a fost de 45 Mbps, distanța dintre repetoare a fost de 10 km.

Pe 22 aprilie 1977, în Long Beach, California, General Telephone and Electronics a fost primul care a folosit o legătură optică pentru a transporta traficul telefonic la 6 Mbps.

A doua generație de sisteme de fibră optică a fost dezvoltată pentru uz comercial la începutul anilor 1980. Au funcționat cu lumină cu o lungime de undă de 1,3 microni de la lasere InGaAsP. Cu toate acestea, astfel de sisteme erau încă limitate din cauza împrăștierii care are loc în canal. Cu toate acestea, deja în 1987, aceste sisteme funcționau la viteze de până la 1,7 Gbit/s, cu o distanță între repetoare de 50 km.

COMUNICARE OPTICA- transmiterea de informații folosind e-magn. va optică. gamă. ideea lui O. cu. cunoscută omenirii de multă vreme (incendiile obișnuite, de la sfârșitul secolului al XVIII-lea, alfabetul semaforului), dar numai odată cu crearea laserelor a devenit posibilă construirea de sisteme optice de bandă largă.
Caracteristica optică. informa. sistemelor este o lățime de bandă mare datorită valorii mari a frecvenței purtătoare și, în consecință, capacității de a transmite cantități mari de informații la viteză mare ( Cu). Unghi mic divergenţa fasciculului laser oferă spaţii. secret și energie ridicată. imunitatea la zgomot a transmisiei de informații prin optică. canal de comunicație cu dimensiuni reduse ale dispozitivelor transceiver.

Modelul fizic al sistemului O. s. este acea informație semnalul din encoder este convertit într-o formă convenabilă pentru modulare, apoi intră în submodulator-amplificator și apoi în circuitul de excitație al modulatorului. Cu ajutorul extern sau int. Modulatorul modulează semnalul de amplitudine, intensitate, frecvență, fază sau frecvență purtătoare în conformitate cu informațiile. semnal (vezi Modularea luminii).Apoi modulând. fasciculul laser este colimat optic. sistem și trimis la obiect. Cu ajutorul unei optice receptoare sistem, semnalul este focalizat pe fotodetector, ieșirea electrică. semnalul to-rogo este procesat în continuare pentru a extrage informații. semnal. Există două moduri de a primi optică. semnal - detecție directă și recepție heterodină. În sistemele de recepție heterodine și în sistemele de comunicație la o frecvență subpurtătoare, semnalul este convertit sau transferat în regiunea de joasă frecvență.
optic sistemele de comunicații sunt împărțite în deschise - terestre sau spațiale și închise - ghid de lumină. optic Liniile de comunicare din atmosferă depind puternic de condițiile meteorologice, de prezența prafului, fumului și a altor incluziuni. Fenomenele turbulente din atmosferă duc la fluctuații ale indicelui de refracție al mediului și, în consecință, la distorsiuni ale fasciculului și fluctuații ale unghiului de sosire la fotodetector.
Gradul ridicat de radiație laser permite utilizarea metodelor de modulare rezistente la zgomot - frecvență, fază și polarizare. modulare. Sistemele lui O. sunt cunoscute. folosind polarizatoare. modularea radiației laserelor cu gaz continuu (laser He - Ne cu - 0,03 μm și laser CO 2 cu - 10,6 μm) pentru transmiterea atât a informațiilor analogice, cât și a celor digitale. Pentru a trimite ultimul napb. intensitate confortabilă lasere semiconductoare curentul pompei.
Raza de acţiune a liniei O. cu. în condiţii terestre se limitează la linia de vedere. Cu toate acestea, este posibil să se efectueze o comunicare peste orizont utilizând atmosfera - linii de comunicație laser cu atm. canal de împrăștiere.
Dintre liniile de comunicație deschise, sunt promițătoare liniile de comunicație Pământ-spațiu și spațiu-spațiu, unde la distanțe mari (de exemplu, 1,6 x 10 8 km până la planeta Marte) este necesară transmiterea unei cantități mari de informații la viteză mare. (10 6 biți / s).

Linii de comunicare închise. În condiții terestre, max. fibră optică închisă promițătoare. linii de comunicare (FOCL). Atenuare optică scăzută semnale în fibre optice monomode pe bază de sticlă de cuarț (vezi Fig. fibre optice) și o serie de avantaje fundamentale ale acestora față de comunicațiile prin cablu fac posibilă utilizarea lor pe scară largă în liniile de comunicații extinse.
FOCL-urile multimodale au limitări fundamentale în ceea ce privește lungimea și rata de transmisie a informațiilor digitale, determinate de atenuarea și lărgirea impulsurilor optice. semnale. Acesta din urmă se datorează modal și cromatic. dispersiile optice multimodale. fibre. Utilizarea fibrelor optice monomod cu atenuare scăzută (0,2 dB/km) în combinație cu lasere semiconductoare care funcționează cu min. lățimea spectrului de emisie, vă permite să minimizați efectul dispersiei pe =1,3 μm și să transmiteți informații digitale la viteză mare și pe distanțe mari.
Parametrul de evaluare a posibilităților de transfer de informații de mare viteză este produsul dintre viteza de transfer de informații și distanța. Pentru FOCL monomod la o lungime de undă de radiație de 1,55 µm, acest parametru poate depăși 200 (Gbit/s)-km.
Specific caracteristica sistemelor lui O. cu. comparativ cu radioul sisteme este o cantitate limitată de energie. potențial - raportul dintre puterea sursei de radiație și puterea opticei. semnal care vine de la ieșirea liniei de fibră către fotodetector și necesar pentru înregistrarea semnalului cu probabilitatea de eroare necesară (nu mai mult de 10 -9).
Pentru a evidenția informații un anumit număr de fotoni trebuie să ajungă la receptor. Cu o creștere a ratei de transfer de informații și în același timp menținând aceeași probabilitate de eroare, opticul ar trebui să crească. puterea detectată de fotodetector. Prin urmare, o sarcină urgentă este dezvoltarea ghidurilor de lumină cu fibre cu atenuare și eficacitate scăzute. sisteme de intrare și ieșire a radiațiilor din fibră.
Alături de imunitatea la viteză și la zgomot, liniile de fibră pentru transmiterea semnalelor informaționale trebuie să aibă fiabilitatea și stabilitatea datelor metrologice. caracteristici. Acest lucru elimină practic utilizarea modulării de amplitudine în FOCL, deoarece mărimea semnalului la ieșirea liniei de comunicație depinde de situația din linia de comunicație, în special de atenuare. În plus, degradarea în timp a emițătorilor și receptorilor, efectele temperaturii și alți factori pot duce la o deteriorare a calității comunicației. Naib. promițătoare este transmiterea de informații digitale folosind metode de modulare a impulsurilor.
Dezvoltarea de lungă durată (~10 4 h) lasere semiconductoare c=1,3 µm și lățime de bandă de modulație de până la 10 GHz, bandă largă foarte sensibilă. fotodetectoarele, precum și ghidurile de lumină cu pierderi reduse, vor duce la poziția dominantă a O. s. deja în viitorul apropiat.
In prezent timp (anii 90) construit și exploatat cu succes de numeroși. linii de fibre O. cu. Este promițător să folosiți FOCL pentru televiziune prin cablu, transferând informații pentru a calcula. echipamente si sisteme speciale. comunicare intra-obiect, linii de comunicare intercontinentale.
Dezvoltarea liniilor lui O. cu. asociat cu dezvoltarea optică integrată. Utilizarea modulatoarelor, comutatoarelor, cuplelor, filtrelor etc. cu ghiduri de undă plenare vă va permite să creați de mare viteză, bandă largă, eff. replicile lui O. cu. pentru transferul de informații de mare viteză.

Lit.: Pratt V., Sisteme de comunicare cu laser, trad. din engleză, M., 1972; Comunicații prin fibră optică. Dispozitive, scheme și sisteme, trans. din engleză, M., 1982; Sisteme optice pentru transmiterea informaţiei printr-un canal atmosferic, M., 1985; Hinrikus X. V., Zgomote în sistemele informaţionale cu laser M., 1987; Tehnologia de comunicare optică. Fotodetectoare, per. din engleză, M., 1988; Gouer D., Sisteme optice splina per. din engleză, M., 1989.

Iu. V. Popov, V. B. Volkonsky.

Fibra optica ( optică, sticlă, fibră optică, fibră) - unul dintre cele mai moderne și fiabile medii de transmisie de date pentru așezarea și configurarea unei rețele LAN. Este un cablu cu mai multe perechi, format din miezuri - învelite într-o împletitură specială. Miezurile sunt realizate dintr-un polimer special - și realizate în așa fel - încât „pereții” săi să fie perfect netezi.

Transmiterea datelor în fibra optică se realizează cu ajutorul luminii - după cum știți - una dintre cele mai rapide materie din univers. semnal electric cablu de cupru trece printr-o specială convertorși se transformă în lumină. Fiecare fir de optică este ca un tub de sticlă într-un tub oglindă. ( Polimer de densitate diferită. de exemplu 9/125 microni) Lumina, pătrunzând în ea, este reflectată de la joncțiunea limitelor venelor venei și zboară din ce în ce mai departe. La sfârșitul călătoriei, acesta este recepționat de dispozitivul de recepție și convertit înapoi într-un semnal electric.

Cu toate acestea, transmisia de date prin fibra optică este mai lentă decât viteza luminii (~1 miliard km/h). Pentru că microlaserele folosite pentru a transmite lumina prin fibră optică nu produc lumină la această viteză. Și, de asemenea, din cauza pierderilor datorate refracției razelor.

Rata de atenuare a unui semnal într-o fibră optică diferă în funcție de tipul de miez optic. Deci cablu multimod ( 50/125, 62/125 ) vă permite să transmiteți un semnal pe 2-3 kilometri fără pierderi semnificative. Cablu monomod ( 9/125 ) - functioneaza la o distanta de pana la 10 km. Cel mai probabil, mult depinde de materialul care este utilizat la fabricarea cablurilor. Lungimile specificate corespund cablurilor polimerice moderne. Cel mai probabil, o venă dintr-un material mai dens va permite luminii să fie transmisă pe distanțe mai lungi. De asemenea, totul depinde de sursa semnalului. În consecință - cu cât este mai puternică, cu atât lumina va „zbura” mai departe.

Fibra optică este utilizată în multe domenii ale industriei - precum și în viața de zi cu zi. În primul rând, cablul optic este un dielectric, ceea ce îl face sigur pentru transmisia de date în rafinăriile de petrol și alte instalații explozive.

În al doilea rând, din același motiv, optica acumulează foarte puțină electricitate statică. Valorile sunt atât de mici încât nici măcar nu sunt luate în considerare. În consecință, cablurile de fibră optică pot fi utilizate în rețele de la diferite locații asociate cu tensiuni înalte.

Cablurile de fibră optică pot fi așezate în apă, în pământ într-un mediu agresiv - folosind mantale speciale. Cu toate acestea, scopul principal al opticii este de a transmite date pe distanțe lungi.

La limita capacităților unui cablu optic, este plasat un dispozitiv special - un repetor, care mărește distanța cu următoarea lungime. La conectarea fibrei optice se folosesc cuplaje optice, în care fibrele sunt sudate între ele.

Acum, cu costul unui metru de optică egal cu costul unei perechi răsucite, putem vorbi despre construirea rețelelor în întregime pe el. Dar acest lucru nu înseamnă că instalarea acestuia poate fi încredințată unor instalatori slab calificați.

De obicei, în orice companie care instalează rețele optice prin cablu, o echipă separată, sau chiar un întreg departament, este implicată în proiectarea și instalarea rețelelor optice. Este legat de diverse caracteristici la instalarea opticii.

De exemplu, un cablu optic nu poate fi îndoit la unghiuri mai mici de 110-120 de grade. Este de dorit să instalați fibră optică într-o țeavă ondulată - datorită rezistenței scăzute a unui cablu optic convențional. Este ușor să o rupi.

Cel mai adesea, optica este așezată într-un canal separat. Și așa mai departe - există destul de multe subtilități similare de lucru atunci când lucrați cu acest tip de cabluri. În plus, o secțiune separată merită o metodă de conectare și terminare a unei fibre optice.

Cablul este terminat pe conectori speciali - conectori. Există mai multe tipuri de ele.

Pentru conectare ( sudare) cablurile optice necesită un dispozitiv special scump - aparat de sudura. Costul unui dispozitiv de calitate începe de la 150.000 de ruble. Acum piața este inundată de soluții chinezești ieftine pentru 30-40 de mii de ruble, dar utilizarea unor astfel de dispozitive produce conexiuni de calitate scăzută. În plus, astfel de dispozitive eșuează rapid.

Un dispozitiv de înaltă calitate produce în liniște aproximativ 2000 de suduri, după care electrozii se schimbă în el și continuă să funcționeze. Piața dispozitivelor uzate este destul de populară. Sper că în viitor vom face un articol întreg despre cum să sudăm un cablu optic. Pentru acum -

Folosiți serviciile companiei noastre pentru instalarea traseelor optice, sudarea opticii și certificare. Puteți depune o cerere, fie sunând compania prin manager.

LUMEA NUMERELOR ȘI A STICULUI

INTRODUCERE

Fibra optică are multe avantaje binecunoscute față de cablurile cu perechi răsucite și coaxiale, cum ar fi imunitatea la zgomotul electric și lățimea de bandă de neegalat.

În ultimul sfert de secol, comunicațiile cu fibră optică au devenit o metodă larg răspândită pentru transmiterea video, audio, alte semnale analogice și date digitale. Fibra optică are multe avantaje binecunoscute față de cablurile cu perechi răsucite și coaxiale, cum ar fi imunitatea la interferențe electrice și lățimea de bandă de neegalat. Din aceste motive și din multe alte motive, sistemele de transmisie a informațiilor prin fibră optică pătrund din ce în ce mai mult în diverse domenii ale tehnologiei informației.

Sistemele digitale oferă performanțe foarte înalte, flexibilitate și fiabilitate și nu costă mai mult decât soluțiile analogice pe care le înlocuiesc

Cu toate acestea, în ciuda acestor avantaje, până de curând sistemele cu fibră optică foloseau aceleași tehnologii de transmisie a semnalului analogic ca și predecesorii lor din cupru. Acum, că a apărut o nouă generație de echipamente, bazată exclusiv pe metode de procesare a semnalului digital, comunicațiile cu fibră optică duc din nou telecomunicațiile la un nivel complet nou. nou nivel. Sistemele digitale oferă performanțe, flexibilitate și fiabilitate foarte înalte și nu costă mai mult decât soluțiile analogice pe care le înlocuiesc.

Acest manual discută despre tehnica transmiterii semnalului digital prin cabluri de fibră optică și avantajele sale economice și tehnologice.

TRANSMISIE ANALOGĂ PRIN FIBRĂ

Pentru a aprecia pe deplin beneficiile tehnologiei digitale, să ne uităm mai întâi la metodele tradiționale de transmitere a semnalelor analogice prin fibră. Pentru a transmite semnale analogice, se utilizează modulația de amplitudine (AM) și frecvență (FM). În ambele cazuri, intrarea transmițătorului optic primește un semnal audio și video analogic de joasă frecvență sau date, care este convertit într-un semnal optic. Acest lucru se face în moduri diferite.

În sistemele modulate în amplitudine, semnalul optic este un flux luminos cu o intensitate care se modifică în funcție de modificările semnalului electric de intrare. Ca sursă de lumină sunt folosite fie LED-uri, fie lasere. Din păcate, ambele sunt neliniare, adică în toată gama de luminozitate de la lipsa radiației până la valoarea maximă, nu există proporționalitate între semnalul de intrare și intensitatea luminii. Cu toate acestea, această metodă de control este utilizată în sistemele cu modulație de amplitudine. Ca urmare, apar diverse distorsiuni ale semnalului transmis:

scăderea raportului semnal-zgomot pe măsură ce lungimea cablului crește;
amplificare diferenţială neliniară şi erori de fază în transmisia semnalului video;
limitarea intervalului dinamic al semnalului audio.

Pentru a îmbunătăți calitatea sistemelor de transmisie a semnalului cu fibră optică, s-a propus utilizarea modulării în frecvență, în care sursa de lumină este întotdeauna complet oprită sau pornită la putere maximă, iar rata de repetiție a pulsului se modifică în funcție de amplitudinea semnal de intrare. Pentru cei care sunt familiarizați cu modularea în frecvență a semnalelor în inginerie radio, utilizarea acestui termen aici poate părea nerezonabilă, deoarece în contextul sistemelor de fibră optică este percepută ca o metodă de control al frecvenței emisiei de lumină în sine. Nu este cazul și, într-adevăr, ar fi mai corect să folosim termenul de „modulație în fază de impuls” (PPM), dar în domeniul tehnologiei fibrei optice, o astfel de terminologie a devenit consacrată. Trebuie amintit întotdeauna că cuvântul „frecvență” din numele metodei de modulare înseamnă frecvența impulsurilor și nu frecvența undelor luminoase care le poartă.

Cu modularea în amplitudine, nivelul semnalului de intrare este reprezentat de intensitatea fasciculului de lumină

Cu modularea în frecvență, nivelul semnalului de intrare este reprezentat de rata de repetiție a impulsurilor de lumină
Orez. 1. Comparația modulației de amplitudine și frecvență

Deși modularea în frecvență elimină multe dintre problemele de control al radiației inerente sistemelor AM, are propriile provocări. Una dintre ele este cunoscuta diafonie în sistemele FM. Ele sunt observate, în special, la transmiterea mai multor semnale cu modulație de frecvență pe o singură fibră, de exemplu, la utilizarea unui multiplexor. Diafonia apare într-un transmițător sau receptor ca urmare a instabilității reglajului în circuite importante de filtrare a semnalului concepute pentru a separa frecvențele purtătoare. Dacă filtrele sunt reglate slab, atunci purtătorii modulați în frecvență interacționează între ele și sunt distorsionați. Inginerii de fibră optică pot proiecta sisteme FM care minimizează șansa de diafonie, dar orice îmbunătățire a designului are un cost.

Un alt tip de distorsiune se numește intermodulație. La fel ca și diafonia, intermodularea are loc în sistemele concepute pentru a transmite mai multe semnale simultan pe o singură fibră. Distorsiunea de intermodulație apare la un transmițător cel mai adesea ca urmare a neliniarităților din circuitele comune diferitelor purtători FM. Ca urmare, înainte de a combina mai multe purtători într-un semnal optic, aceștia acționează unul asupra celuilalt, reducând precizia transmisiei semnalului original.

SISTEME DIGITALE

Ca și în cazul sistemelor analogice, emițătoarele de sistem digital primesc semnale audio și video analogice de joasă frecvență sau date digitale, care sunt convertite într-un semnal optic. Receptorul primește semnalul optic și emite semnalul electric în format nativ. Diferența constă în modul în care semnalele sunt procesate și transmise de la emițător la receptor.

Orez. 2. Sistem digital de transmisie a semnalului analogic

În sistemele pur digitale, semnalul de joasă frecvență de intrare este transmis imediat la convertorul analog-digital, care face parte din transmițător. Acolo, semnalul este convertit într-o succesiune de niveluri logice - zerouri și unu, numite flux digital. Dacă transmițătorul este multicanal, adică proiectat să funcționeze cu mai multe semnale, atunci mai multe fluxuri digitale sunt combinate într-unul singur și controlează pornirea și oprirea unui emițător, care are loc la o frecvență foarte înaltă.

La capătul de recepție, semnalul este convertit invers. Din fluxul digital combinat, fluxurile individuale sunt extrase corespunzând semnalelor individuale transmise. Acestea sunt alimentate la convertoarele digital-analogic, după care sunt transmise la ieșiri în formatul original (Fig. 2).

Transmisia pură a semnalului digital are multe avantaje față de sistemele tradiționale AM și FM, de la versatilitate și o calitate mai bună a semnalului până la costuri de instalare mai mici. Să aruncăm o privire la câteva dintre beneficii mai detaliat și, pe parcurs, să discutăm beneficiile atât pentru instalatorul de sistem, cât și pentru utilizatorul sistemului.

PRECIZITATEA SEMNALULUI

În sistemele analogice cu modulație de amplitudine, semnalul își pierde calitatea proporțional cu calea parcursă prin fibră. Acest fapt, combinat cu faptul că sistemele AM funcționează numai cu fibre multimodale, limitează utilizarea unor astfel de sisteme la distanțe de transmisie relativ scurte. Sistemele FM funcționează ceva mai bine: în ele, deși calitatea semnalului scade, acesta rămâne aproximativ constant în linii nu foarte lungi, scăzând brusc doar când se atinge o anumită lungime limită. Doar în sistemele complet digitale este garantată păstrarea calității semnalului în timpul transmisiei printr-o linie de comunicație prin fibră optică, indiferent de distanța dintre emițător și receptor și de numărul de canale transmise (desigur, în limitele posibilităților sistemului).

Precizia reproducerii semnalului transmis este o problemă semnificativă în dezvoltarea sistemelor de organizare a mai multor canale de transmisie pe o singură fibră optică (multiplexoare). De exemplu, într-un sistem analogic conceput să transmită patru canale video sau audio, pentru a păstra lățimea de bandă a sistemului, trebuie să limitați lățimea de bandă alocată canalelor individuale. În sistemele digitale, nu este nevoie să faceți un astfel de compromis: unul, patru sau chiar zece semnale pot fi transmise printr-o singură fibră fără a reduce calitatea.

CALITATE MAI BUNĂ A SEMNULUI

Orez. 3

Transmiterea semnalelor analogice în formă digitală oferă o calitate superioară decât analogul pur. Distorsiunea semnalului cu această metodă de transmisie poate apărea numai cu conversie analog-digitală și inversă digital-analogic. Deși nicio conversie nu este perfectă, tehnologia modernă este atât de avansată încât chiar și ADC-urile și DAC-urile ieftine oferă o calitate video și audio mult mai bună decât se poate obține cu sistemele analogice AM și FM. Acest lucru este ușor de observat dintr-o comparație a raporturilor semnal-zgomot și a armonicilor (fază diferențială și câștig diferențial) ale sistemelor digitale și analogice concepute pentru a transmite semnale de același format pe același tip de fibră la aceeași lungime de undă.

Tehnologiile digitale oferă inginerilor o flexibilitate fără precedent atunci când creează sisteme de fibră optică. Acum este ușor să găsiți nivelul potrivit de performanță pentru diferite piețe, sarcini și bugete. De exemplu, prin modificarea adâncimii de biți a unui convertor analog-digital, se poate influența lățimea de bandă a sistemului necesară pentru transmiterea semnalului și, ca rezultat, performanța și costul general. În același timp, alte proprietăți ale sistemului digital - absența distorsiunii și independența calității muncii față de lungimea liniei - sunt păstrate până la distanța maximă de transmisie. Atunci când proiectează sisteme analogice, inginerii sunt întotdeauna prinși în mijlocul unui compromis între costul sistemului și performanță, încercând să echilibreze cele două fără a compromite parametrii critici ai semnalului de transmisie. În sistemele digitale, scalarea sistemelor și gestionarea performanței și costurilor acestora este mult mai puțin o provocare.

DISTANTA DE TRANSMISIE NELIMITATA

Un alt avantaj al sistemelor digitale față de predecesorii analogici este capacitatea lor de a restabili semnalul fără a-i introduce distorsiuni suplimentare. O astfel de restaurare se realizează într-un dispozitiv special numit repetitor sau amplificator liniar.

Avantajul oferit de sistemele digitale este evident. În acestea, semnalul poate fi transmis pe distanțe care depășesc cu mult capacitățile sistemelor AM și FM, în timp ce dezvoltatorul poate fi sigur că semnalul primit se potrivește exact cu cel transmis și îndeplinește cerințele specificațiilor tehnice.

Pe măsură ce lumina trece prin fibră, intensitatea acesteia scade treptat și în cele din urmă devine insuficientă pentru detectare. Dacă totuși, cu puțin înainte de a ajunge la punctul în care lumina devine prea slabă, este instalat un amplificator liniar, atunci acesta va amplifica semnalul la puterea inițială și va fi posibil să-l transmită mai departe la aceeași distanță. Este important de reținut că fluxul digital este restaurat în amplificatorul liniar, ceea ce nu are niciun efect asupra calității semnalului video sau audio analogic codificat în acesta, indiferent de câte ori a fost efectuată restaurarea în amplificatoare liniare de-a lungul calea semnalului de-a lungul unei linii lungi de fibră optică.

COSTUL MAI MAI MULT

Având în vedere numeroasele avantaje pe care le au sistemele digitale cu fibră optică, se poate presupune că ar trebui să coste mult mai mult decât sistemele analogice tradiționale. Cu toate acestea, nu este cazul, iar utilizatorii sistemelor digitale, dimpotrivă, economisesc banii.

Pe o piață competitivă, va exista întotdeauna un producător care oferă calitate digitală la prețul unui sistem analogic.

Costul componentelor digitale a scăzut semnificativ în ultimii ani, iar OEM-urile au reușit să dezvolte și să comercializeze produse care costă la fel sau chiar mai puțin decât instrumentele analogice din generația anterioară. Desigur, unele firme vor să convingă publicul că calitatea superioară a sistemelor digitale poate fi obținută doar cu un cost suplimentar, dar în realitate au decis pur și simplu să nu împartă economiile cu clienții lor. Dar pe o piata competitiva va exista intotdeauna un producator care ofera calitate digitala la pretul unui sistem analogic.

Sistemele digitale permit transmiterea mai multor informații printr-un singur cablu, reducând astfel nevoia.

Alți factori afectează, de asemenea, costul instalării și funcționării unui sistem de fibră optică. Cel mai evident dintre acestea sunt costurile cablurilor. Sistemele digitale permit transmiterea mai multor informații printr-un singur cablu, reducând astfel nevoia. Avantajul este vizibil mai ales acolo unde este necesar să se transmită semnale simultan tipuri variate, cum ar fi video și audio sau audio și date. Fără prea multe probleme, inginerii pot proiecta un sistem digital rentabil care poate transporta diferite tipuri de semnale, cum ar fi două canale video și patru canale audio, pe o singură fibră. Cu tehnologia analogică, cel mai probabil ar trebui să faci două sisteme separate sau cel puțin să folosești două cabluri separate pentru transmiterea semnalelor audio și video.

Datorită mai puține componente care se pot defecta în timp, sistemele digitale sunt mult mai stabile și mai fiabile.

Chiar și în cazurile în care mai multe semnale de același tip trebuie transmise pe o singură fibră, sistemele digitale sunt de preferat deoarece funcționează mai fiabil și oferă o calitate mai ridicată a semnalului. De exemplu, într-un multiplexor video digital, zece canale pot fi transmise cu aceeași înaltă calitate, în timp ce într-un sistem analogic acest lucru nu este deloc posibil.

De asemenea, este necesar să se țină cont de costurile inevitabile pentru anii de funcționare a sistemelor de fibră optică. întreținere si repara. Și aici avantajul constă în sistemele digitale. În primul rând, nu necesită setare inițială după instalare - emițătorul și receptorul sunt pur și simplu conectate printr-un cablu de fibră optică, iar sistemul este gata de funcționare. Sistemele analogice necesită de obicei reglaj pentru o anumită linie de transmisie, ținând cont de lungimea și puterea semnalului acesteia. Timpul suplimentar pentru ajustare implică costuri suplimentare.

Emițătoarele și receptoarele pentru sisteme digitale sunt mai ieftine, consumul de cablu este mai mic, costurile de operare sunt mai mici

Datorită mai puține componente care se pot defecta în timp, sistemele digitale sunt mult mai stabile și mai fiabile. Nu necesită reajustare, iar depanarea este mult mai rapidă, deoarece nu au diafonia, deriva și alte dezavantaje ale sistemelor analogice tradiționale.

Rezuma. Emițătoarele și receptoarele pentru sisteme digitale sunt mai ieftine, consumul de cablu este mai mic, iar costurile de operare sunt mai mici. Sistemele digitale de fibră optică oferă un avantaj economic clar la toate nivelurile.

CONCLUZII

Cum tehnologia cu fibră optică are multe avantaje față de cea tradițională fire de cupruși cablurile coaxiale și transmisia digitală a informațiilor avansează tehnologia cu fibră optică cu câțiva pași în sus, oferind utilizatorilor un set complet nou de calități utile. Sistemele digitale au caracteristici unice: acuratețea transmisiei semnalului pe toată lungimea liniei de comunicație, distorsiuni introduse minime (inclusiv absența diafoniei și a intermodulării), capacitatea de a restabili în mod repetat fluxul digital atunci când este transmis pe o linie lungă fără a compromite calitatea semnalului analogic codificat în acesta. Acest lucru garantează un nivel de fidelitate în reproducerea semnalului analogic pe care sistemele analogice nu îl pot atinge.

Prețurile componentelor pentru sistemele digitale și analogice de fibră sunt comparabile, iar atunci când sunt combinate cu costurile de instalare, operare și întreținere, sistemele digitale oferă beneficii economice clare.

Atunci când proiectați un nou sistem de fibră optică, nu pierdeți timpul analizând avantajele și dezavantajele sistemelor digitale versus analogice, deoarece alegerea este clară: sistemele digitale sunt mai bune din toate punctele de vedere. Va fi mult mai util să ne limităm doar la ei și să ridicăm acele produse care cel mai bun mod potrivi nevoilor tale. Chiar și printre sistemele digitale, există o mare varietate de soluții. Iată câteva întrebări care vă vor ajuta să le evaluați:

Cât de ușoară este instalarea sistemului?
- dacă emițătorul și receptorul sunt configurabile de utilizator, cât de ușor este de făcut și care sunt problemele?
Designul instrumentului este compact, robust și fiabil?
Instrumentele sunt disponibile în carcase de birou sau sunt proiectate pentru montare în rack? Există opțiuni în ambele tipuri de cazuri?
- Dispozitivele sunt potrivite pentru utilizarea atât cu fibre monomode, cât și cu fibre multimodale?
- Producătorul are suficientă experiență și reputație pe piață pentru produsele pe care le oferă?
- Cum se compară prețul produsului cu prețul sistemelor analogice tradiționale? (Dispozitivele digitale în producție nu sunt mai scumpe decât cele analogice și costul lor nu ar trebui să fie mai mare).

Analizarea pieței și compararea caracteristicilor produselor similare vă va permite să selectați în sfârșit elementele sistemelor digitale de fibră optică care vă vor servi cu fidelitate mulți ani.

a devenit posibilă transferarea în domeniul optic a unei varietăți de mijloace și principii de primire, procesare și transmitere a informațiilor dezvoltate pentru domeniul radio. Creșterea enormă a volumului de informații transmise și, în același timp, epuizarea aproape completă a capacității benzii radio au făcut ca problema stăpânirii benzii optice în scopuri de comunicare să aibă o importanță excepțională. Principalele avantaje comunicare opticăîn comparație cu comunicarea la frecvențe radio, determinată de valoarea mare a frecvenței optice (lungime de undă scurtă): o lățime de bandă mare pentru transmiterea informațiilor, de 10 4 ori lățimea de bandă a întregii game radio și o directivitate mare a radiației la intrare și la ieșire deschideri , deschideri de antenă mult mai mici în domeniul radio. Ultima Demnitate comunicare optică permite utilizarea generatoarelor cu putere relativ redusă în transmițătoarele sistemelor de comunicații optice și asigură o imunitate sporită la zgomot și secretul comunicațiilor.

linie structurală comunicare optică similar cu linia comunicatii radio . Pentru a modula radiația unui generator optic, fie procesul de generare este controlat acționând asupra sursei de alimentare sau a rezonatorului optic al generatorului, fie sunt utilizate dispozitive externe suplimentare care modifică radiația de ieșire conform legii cerute (vezi Fig. Modularea luminii ). Cu ajutorul unității optice de ieșire, radiația este formată într-un fascicul divergent scăzut care ajunge la unitatea optică de intrare, care o focalizează pe suprafața activă a fotoconvertorului. De la ieșirea acestuia din urmă, semnalele electrice intră în nodurile de procesare a informațiilor. Selectarea frecvenței purtătoare în sistem comunicare optică- o sarcină complexă complexă, în care trebuie luate în considerare condițiile de propagare a radiației optice în mediul de transmisie, specificații lasere, modulatori, receptoare de lumină , noduri optice. În sisteme comunicare optică se folosesc două metode de recepție a semnalelor - detecția directă și recepția heterodină. Metoda de recepție heterodină, având o serie de avantaje, dintre care principalul este sensibilitatea crescută și discriminarea zgomotului de fond, este mult mai complicată din punct de vedere tehnic decât detectarea directă. Un dezavantaj serios al acestei metode este dependența semnificativă a valorii semnalului la ieșirea fotodetectorului de caracteristicile traseului.

În funcție de raza de acțiune a sistemului comunicare optică pot fi împărțite în următoarele clase principale: sisteme terestre deschise cu rază scurtă de acțiune care utilizează trecerea radiațiilor în straturile de suprafață ale atmosferei; sisteme terestre care utilizează canale de ghidare a luminii închise (fibră ghiduri de lumină , structuri de lentile oglindă de ghidare a luminii) pentru comunicare cu o mare informație între centrale telefonice automate, calculatoare, pentru comunicare la distanță lungă; linii de comunicație foarte informative (în principal releu) care funcționează în spațiul apropiat; linii de comunicații în spațiu îndepărtat.

O anumită experiență de lucru cu linii deschise a fost acumulată în URSS și în străinătate comunicare opticăîn straturile de suprafaţă ale atmosferei folosind lasere. Se arată că dependența puternică a fiabilității comunicațiilor de condițiile atmosferice (care determină vizibilitatea optică) de-a lungul căii de propagare limitează utilizarea liniilor deschise. comunicare optică distanțe relativ scurte (câțiva kilometri) și numai pentru duplicarea celor existente linii de cablu comunicații, utilizare în sisteme mobile cu informație scăzută, sisteme de semnalizare etc. Cu toate acestea, linii deschise comunicare optică promițătoare ca afinitatea conexiunii dintre Pământ și spațiu. De exemplu, folosind un fascicul laser, informațiile pot fi transmise pe o distanță de ~108 km la viteze de până la 105 pic V sec, în timp ce tehnologia cu microunde la aceste distanțe oferă o rată de transmisie de numai ~10 pic V sec. Pe scurt, comunicare opticăîn spațiu este posibil la distanțe de până la 10 10 km, ceea ce este de neconceput pentru alte sisteme de comunicații; cu toate acestea, construcția liniilor spațiale comunicare optică foarte dificil din punct de vedere tehnic.

În condiții terestre, cele mai promițătoare sisteme comunicare optică folosind structuri închise de ghidare a luminii. În 1974, a fost posibilă fabricarea ghidajelor de lumină din sticlă cu atenuarea semnalelor transmise de cel mult câteva db/km. La nivelul actual de tehnologie, folosind emițători de diode semiconductoare care funcționează atât în mod laser (coerent) cât și incoerent, cabluri cu miez de fibră luminoasă și receptoare semiconductoare, este posibilă construirea de linii de comunicație pentru mii de canale telefonice cu repetoare situate la distanțe de aproximativ 10 km unul de altul. Muncă intensă la crearea emițătorilor laser cu o durată de viață de ~10-100 mii de ani. h, dezvoltarea de receptoare de bandă largă de înaltă sensibilitate, structuri de ghidare a luminii mai eficiente și tehnologii de fabricare a fibrelor pe distanțe lungi sunt probabil să facă comunicare optică competitiv cu comunicarea prin cabluri și linii de relee existente deja în următorul deceniu. Se poate aștepta ca comunicare optică va ocupa un loc important în rețeaua națională de comunicații alături de alte mijloace. Perspectiva sistemului comunicare optică cu linii directoare ușoare, în ceea ce privește capacitățile lor de informare și costul pe unitate de informație, ele pot deveni principalul tip de coloană vertebrală și comunicații intracity.

Lit.: Chernyshev V. N., Sheremetiev A. G., Kobzev V. V., Lasere în sistemele de comunicații, M.,; Pratt V.K., Sisteme de comunicare cu laser, trad. din engleză, M., 1972; Utilizarea laserelor, trad. din engleză, M., 1974.

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

Articol despre cuvânt comunicare optică„ în Marea Enciclopedie Sovietică a fost citit de 7148 de ori