Signaalin siirto. Digitaaliset valokuitujärjestelmät. Analogiset laitteet signaalien vastaanottamiseen ja lähettämiseen kuidun kautta

Optinen kuitu koostuu keskeisestä valonjohtimesta (ytimestä) - lasikuidusta, jota ympäröi toinen lasikerros - verhous, jonka taitekerroin on pienempi kuin ytimen. Leviäessään ytimen läpi valonsäteet eivät ylitä sen rajoja heijastaen kuoren peittävästä kerroksesta. Optisessa kuidussa valonsäde syntyy yleensä puolijohde- tai diodilaserilla. Taitekertoimen jakauman ja ytimen halkaisijan mukaan optinen kuitu jaetaan yksimuotoiseen ja monimuotoiseen.

Valokuitutuotteiden markkinat Venäjällä

Tarina

Vaikka kuituoptiikka on laajalti käytetty ja suosittu viestintäväline, itse tekniikka on yksinkertainen ja kehitetty kauan sitten. Daniel Colladon ja Jacques Babinet esittelivät kokeen valonsäteen suunnan muuttamisesta taittumalla vuonna 1840. Muutamaa vuotta myöhemmin John Tyndall käytti tätä kokeilua julkisissa luennoissaan Lontoossa, ja jo vuonna 1870 hän julkaisi teoksen valon luonteesta. Teknologian käytännön sovellus löydettiin vasta 1900-luvulla. 1920-luvulla kokeet Clarence Hasnell ja John Berd osoittivat mahdollisuuden siirtää kuvia optisten putkien kautta. Heinrich Lamm käytti tätä periaatetta potilaiden lääketieteellisiin tutkimuksiin. Vasta vuonna 1952 intialainen fyysikko Narinder Singh Kapany suoritti sarjan omia kokeitaan, jotka johtivat optisen kuidun keksimiseen. Itse asiassa hän loi saman lasilankakimpun, ja kuori ja ydin tehtiin kuiduista, joilla oli erilaiset taitekertoimet. Kuori itse asiassa toimi peilinä, ja ydin oli läpinäkyvämpi - tämä ratkaisi nopean leviämisen ongelman. Jos aikaisemmin säde ei päässyt optisen hehkulangan päähän, ja tällaista lähetyskeinoa ei voitu käyttää pitkiä matkoja, nyt ongelma on ratkaistu. Narinder Kapani paransi tekniikkaa vuoteen 1956 mennessä. Joukko joustavia lasitankoja välitti kuvan käytännössä ilman häviötä tai vääristymistä.

Corningin asiantuntijoiden vuonna 1970 tekemää optisen kuidun keksintöä, joka mahdollisti puhelinsignaalin tiedonsiirtojärjestelmän monistamisen kuparilangalla saman matkan ilman toistimia, pidetään käännekohtana kuitujen kehityksen historiassa. optiset tekniikat. Kehittäjät onnistuivat luomaan johtimen, joka pystyy ylläpitämään vähintään yhden prosentin optisen signaalin tehosta kilometrin etäisyydellä. Tämän päivän mittareilla tämä on melko vaatimaton saavutus, mutta sitten, melkein 40 vuotta sitten, - välttämätön edellytys kehittyäkseen uutta lajia langallinen yhteys.

Alun perin valokuitu oli monivaiheinen, eli se pystyi lähettämään satoja valon vaiheita kerralla. Lisäksi kuituytimen kasvanut halkaisija mahdollisti edullisien optisten lähettimien ja liittimien käytön. Paljon myöhemmin alettiin käyttää tehokkaampaa kuitua, jonka kautta optisessa ympäristössä oli mahdollista lähettää vain yksi vaihe. Yksivaiheisen kuidun käyttöönoton myötä signaalin eheys pystyttiin säilyttämään suuremmilla etäisyyksillä, mikä helpotti huomattavien tietomäärien siirtoa.

Nykyään suosituin kuitu on yksivaiheinen kuitu, jonka aallonpituusero on nolla. Vuodesta 1983 lähtien se on ollut alan johtava valokuitutuote, jonka toimivuus on todistetusti kymmeniä miljoonia kilometrejä.

Kuituoptisen viestinnän edut

Optisten signaalien laajakaistanleveys johtuu erittäin korkeataajuus harjoittaja. Tämä tarkoittaa, että mukaan valokuitulinja on mahdollista lähettää tietoa noin 1 Tbit/s nopeudella;
Erittäin alhainen vaimennus valo merkki kuidussa, jonka avulla voit rakentaa kuituoptisia viestintälinjoja, joiden pituus on vähintään 100 km ilman signaalin regenerointia;
Ympäröivien kuparikaapelointijärjestelmien, sähkölaitteiden (voimajohdot, sähkömoottorit jne.) ja sääolosuhteiden aiheuttamien sähkömagneettisten häiriöiden kestävyys;
Suojaus luvattomalta käytöltä. Kuitujen kautta välitetty tieto optiset linjat viestintää, on käytännössä mahdotonta siepata kaapelia tuhoamattomalla tavalla;
Sähköturvallisuus. Itse asiassa dielektrisenä optisena kuiduna lisää verkon räjähdys- ja paloturvallisuutta, mikä on erityisen tärkeää kemian- ja öljynjalostamoilla, kun huolletaan korkean riskin teknisiä prosesseja;
FOCL-kestävyys - kuituoptisten tietoliikennelinjojen käyttöikä on vähintään 25 vuotta.

Kuituoptisen viestinnän haitat

Aktiivisten linjaelementtien suhteellisen korkeat kustannukset, jotka muuttavat sähkösignaalit valoksi ja valon sähköisiksi signaaleiksi;
Suhteellisen korkeat hitsauskustannukset optinen kuitu. Tämä vaatii tarkkoja ja siten kalliita teknisiä laitteita. Tämän seurauksena, jos optinen kaapeli katkeaa, kuituoptisen linjan kunnostuskustannukset ovat korkeammat kuin kuparikaapeleita käytettäessä.

Kuituoptiset linjaelementit

Optinen vastaanotin

Optiset vastaanottimet havaitsevat kuituoptista kaapelia pitkin lähetetyt signaalit ja muuntavat ne sähköisiksi signaaleiksi, jotka sitten vahvistavat ja palauttavat muotonsa, sekä kellosignaaleja. Tiedonsiirtonopeudesta ja laitteen järjestelmäominaisuuksista riippuen tietovirta voidaan muuntaa sarjamuotoisesta rinnakkaissuuntaiseksi.

Optinen lähetin

Kuituoptisen järjestelmän optinen lähetin muuntaa järjestelmäkomponenttien toimittaman sähköisen datasekvenssin optiseksi tietovirraksi. Lähetin koostuu rinnakkaissarjamuuntimesta, jossa on kellosyntetisaattori (joka riippuu järjestelmän asennus ja bittinopeus), ohjain ja optinen signaalilähde. varten optiset järjestelmät lähetys voi käyttää erilaisia optisia lähteitä. Esimerkiksi valodiodeja käytetään usein edullisina paikalliset verkot lyhyen matkan viestintään. Laaja spektrikaistanleveys ja kyvyttömyys toimia toisen ja kolmannen optisen ikkunan aallonpituuksilla eivät kuitenkaan salli LEDien käyttöä tietoliikennejärjestelmissä.

Esivahvistin

Vahvistin muuntaa valodiodianturista tulevan epäsymmetrisen virran epäsymmetriseksi jännitteeksi, joka vahvistetaan ja muunnetaan differentiaalisignaaliksi.

Tietojen synkronointi ja palautussiru

Tämän sirun on palautettava kellosignaalit vastaanotetusta datavirrasta ja niiden kellotus. Kellon palautukseen vaadittava vaihelukittu silmukkapiiri on myös täysin integroitu kellopiiriin, eikä se vaadi ulkoisia ohjauskellopulsseja.

Sarjasta rinnakkaiseksi koodimuunnoslohko

Rinnakkais-sarjamuunnin

Lasermuotoilija

Sen päätehtävänä on tuottaa esijännitettä ja moduloivaa virtaa laserdiodin suoraan moduloimiseksi.

Optinen kaapeli, joka koostuu optisista kuiduista, jotka sijaitsevat yhteisen suojavaipan alla.

Yksimuotoinen kuitu

Jos kuidun halkaisija ja aallonpituus ovat riittävän pieniä, yksi säde etenee kuidun läpi. Yleisesti ottaen jo se tosiasia, että valitaan yksimuotoisen signaalin etenemismoodin ytimen halkaisija, puhuu kunkin yksittäisen kuidun suunnitteluvaihtoehdon erityispiirteistä. Toisin sanoen yksimuoto viittaa kuidun ominaisuuksiin suhteessa käytetyn aallon ominaistaajuuteen. Vain yhden säteen eteneminen antaa sinun päästä eroon intermode-dispersiosta, ja siksi yksimuotokuidut ovat suuruusluokkaa tuottavampia. Päällä Tämä hetki käytetään ydintä, jonka ulkohalkaisija on noin 8 mikronia. Kuten monimuotokuitujen tapauksessa, käytetään sekä askel- että gradienttimateriaalin jakautumistiheyksiä.

Toinen vaihtoehto on tuottavampi. Yksimuototekniikka on ohuempaa, kalliimpaa ja sitä käytetään tällä hetkellä tietoliikenteessä. Optista kuitua käytetään kuituoptisissa viestintälinjoissa, jotka ovat sähköistä viestintää parempia, koska ne mahdollistavat häviöttömän viestinnän suuri nopeus lähettää digitaalista dataa pitkiä matkoja. Kuituoptiset linjat voivat muodostaa molemmat uusi verkko ja yhdistää jo olemassa olevia verkkoja - valokuitujen osia, jotka yhdistyvät fyysisesti kuitutasolla tai loogisesti tiedonsiirtoprotokollien tasolla. Tiedonsiirtonopeudet kuituoptisilla linjoilla voidaan mitata sadoina gigabitteinä sekunnissa. Standardi on jo viimeistelyssä mahdollistamaan tiedonsiirron nopeudella 100 Gbit/s, ja 10 Gbit Ethernet -standardia on käytetty nykyaikaisissa tietoliikennerakenteissa useiden vuosien ajan.

Monimuotokuitu

Monimuotoisessa optisessa kuidussa suuri määrä moodeja – kuituun eri kulmista johdettuja säteitä – voi levitä samanaikaisesti. Multimode OFF -toiminnolla on suhteellisen suuri ytimen halkaisija ( vakioarvot 50 ja 62,5 µm) ja vastaavasti suuri numeerinen aukko. Monimuotokuidun suurempi ytimen halkaisija yksinkertaistaa optisen säteilyn kytkemistä kuituun, ja monimuotokuidun kevennetyt toleranssivaatimukset vähentävät optisten lähetin-vastaanottimien kustannuksia. Näin ollen monimuotokuitu on vallitseva lyhyen kantaman paikallis- ja kotiverkoissa.

Monimuotooptisen kuidun suurin haittapuoli on intermodisen dispersion esiintyminen, joka johtuu siitä, että eri moodit seuraavat kuidussa eri optisia polkuja. Tämän ilmiön vaikutuksen vähentämiseksi kehitettiin monimuotokuitu, jolla on asteittainen taitekerroin, jonka ansiosta kuidun moodit etenevät parabolisia liikeratoja pitkin ja niiden optisten reittien ero ja siten intermodaalinen dispersio on merkittävästi. Vähemmän. Huolimatta siitä, kuinka tasapainoisia gradienttimonimuotokuidut ovat, niiden suorituskykyä ei voi verrata yksimuototekniikoihin.

Kuituoptiset lähetin-vastaanottimet

Tietojen siirtämiseksi optisten kanavien kautta signaalit on muutettava sähköisistä optisiksi, lähetettävä viestintälinkin kautta ja muutettava sitten takaisin sähköisiksi vastaanottimessa. Nämä muunnokset tapahtuvat lähetin-vastaanotinlaitteessa, joka sisältää elektroniset komponentit optisten komponenttien kanssa.

Lähetystekniikassa laajalti käytetty aikajakomultiplekseri mahdollistaa siirtonopeuden nostamisen 10 Gb/s:iin. Nykyaikaiset nopeat kuituoptiset järjestelmät tarjoavat standardien mukaisesti siirtonopeudet.

SONET-standardi	SDH standardi	Lähetysnopeus
OC 1	-	51,84 Mb/s
OC 3	STM 1	155,52 Mb/s
OC 12	STM 4	622,08 Mb/s
OC 48	STM 16	2,4883 Gb/s
OC 192	STM 64	9,9533 Gb/s

Uudet aallonpituusjako- taienetelmät mahdollistavat tiedonsiirron tiheyden lisäämisen. Tämän saavuttamiseksi useita multipleksoituja tietovirtoja lähetetään yhden kuituoptisen kanavan kautta käyttämällä kunkin virran lähetystä eri aallonpituudella. Elektroniset komponentit WDM-vastaanotin ja -lähetin ovat erilaisia verrattuna aikajakojärjestelmässä käytettyihin.

Kuituoptisten tietoliikennelinjojen käyttö

Valokuitua käytetään aktiivisesti kaupunkien, alueellisten ja liittovaltion tietoliikenneverkkojen rakentamiseen sekä kaupunkien automaattisten puhelinvaihteiden välisten yhdyslinjojen asentamiseen. Tämä johtuu nopeudesta, luotettavuudesta ja korkeasta läpijuoksu kuituverkkoja. Kuituoptisten kanavien avulla on myös kaapelitelevisio, etävideovalvonta, videoneuvottelut ja videolähetykset, telemetria ja muut Tietojärjestelmä. Tulevaisuudessa on tarkoitus käyttää puhesignaalien muuntamista optisiksi signaaleiksi kuituoptisissa verkoissa.

Kuituoptisia kaapeleita käytetään nopeaan tiedonsiirtoon useilla teollisuudenaloilla, erityisesti tietoliikenteessä. Mutta mikä on valokuitukaapeli? Miten hän toimii? Miten se on suunniteltu? Tässä artikkelissa yritämme tarjota vastauksia kaikkiin näihin kysymyksiin.

Mitä valokuitukaapelit ovat?

Yleensä kuituoptiset kaapelit eivät eroa paljon muista kaapeleista. Paitsi että ne käyttävät valoa (fotoneja) energian (elektronien) sijaan tiedon välittämiseen. Kuituoptinen tiedonsiirto on yleinen termi, joka tarkoittaa tiedon siirtymistä valon muodossa.

Miten valokuitukaapelit rakennetaan?

Valokuitukaapeli perustuu kvartsilasi- tai muovikuidusta koostuvaan ytimeen. Juuri tämä ydin toimii päävalonjohtimena kaapelin sisällä. Kaapelin sydämen ja sen vaipan välissä on toinen kerros, jota kutsutaan "rajakerrokseksi". Se palvelee valon heijastamista. Taitekerroin vaikuttaa suoraan valonsäteen siirtonopeuteen.

Seuraavaksi tulee itse ydinkuori, joka toimii myös valonsäteiden johtimena, mutta jonka heijastusindeksi on pienempi kuin ydin . Kuoren peittää seuraava kerros, jota kutsutaan "puskurikerrokseksi". Sen tehtävänä on estää kosteuden muodostuminen ytimen ja kuoren sisään.
Ja lopuksi, viimeinen kerros on kaapelin ulkokuori, joka suojaa kaapelia mekaanisilta vaurioilta.

Miten valokuitukaapelit välittävät valonsäteitä?

Tietojen siirtämiseksi optisen kuidun kautta tuleva sähköinen signaali muunnetaan valopulssiksi käyttämällä erityistä sähköoptista muuntajaa. Tämän jälkeen valonsäde alkaa liikkua kaapeleita pitkin. Reittinsä viimeisessä kohdassa säde menee optoelektroniseen muuntimeen, jossa se muunnetaan elektronisiksi signaaleiksi.
Eri tyyppisillä valokuitukaapeleilla on erilaiset sydämen halkaisijat. Halkaisijaltaan suuremmat ytimet voivat siirtää enemmän säteitä. Kuituoptisia kaapeleita voidaan taivuttaa, mutta varmista, että kaapelia ei taivuta liikaa, koska se voi häiritä valonsäteiden siirtymistä kaapelin sisällä.

Millaisia kuituoptisia kaapeleita on?

Kuituoptisia kaapeleita on useita tyyppejä. Katsotaanpa niitä kaikkia.

Monimuotokuidut askelindeksiprofiililla (Multimode Step Index -kaapelit)

Monimuotoiset porrastetut indeksikaapelit ovat yksinkertaisimpia kuituoptisia kaapeleita. Ne koostuvat lasiytimestä, jolla on vakio heijastusindeksi. Tämän tyyppisen kaapelin avulla voit lähettää samanaikaisesti useita säteitä, jotka heijastuvat eri intensiteetillä ja lähetetään siksak-reittiä pitkin. Heijastusindeksi pysyy kuitenkin vakiona.
Koska säteet taittuvat monta kertaa eri kulmissa, tiedonsiirtonopeus laskee. Kaapelit tämän tyyppistä tarjoavat jopa 100 MHz:n suorituskyvyn ja voit lähettää signaaleja jopa 1 kilometrin etäisyydelle.Tämän tyyppisten kaapeleiden sydänhalkaisijat ovat yleensä: 100, 120 tai 400 µm.
Monimuotokuidut, joissa on lajiteltu indeksi (Arvioidut Index Multimode Kaapelit).

Sama kuin edellinen kaapelityyppi, tämä kaapeli mahdollistaa useiden signaalien lähettämisen samanaikaisesti, mutta optisen kuidun sisällä olevat signaalit eivät taitu siksakiksi, vaan parabolista polkua pitkin, minkä avulla voit lisätä merkittävästi tiedonsiirtonopeutta. Näiden kaapelien haittoja ovat niiden korkea hinta. Tämän tyyppisiä kaapeleita käytetään yleensä nopeiden tiedonsiirtoverkkojen rakentamiseen.
Ytimen halkaisijat: 50 µm, 62,5 µm, 85 µm, 100 µm, 125 µm, 140 µm.

Yksimuotoiset kuidut (Yksimoodikaapelit)

Yksimuotoisten valokuitukaapeleiden sydämen halkaisija on hyvin pieni ja ne voivat kuljettaa vain yhtä signaalia kerrallaan. Taittumien puuttuminen vaikuttaa positiivisesti tiedonsiirron nopeuteen ja etäisyyteen. Yksimuotoiset kaapelit ovat melko kalliita, mutta tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn ja tiedonsiirtoalueen, jopa 100 (Gbit/s) km.

Mitä hyötyä valokuitukaapeleiden käytöstä on?
Perinteisiin kaapeleihin verrattuna valokuitu tarjoaa seuraavat edut:
Kestää radiohäiriöitä ja jännitepiikkejä
Korotettu taso vahvuus
Nopea tiedonsiirto pitkiä matkoja
Sähkömagneettisten häiriöiden sieto
Yhteensopiva muiden kaapelityyppien kanssa

Signaalin siirrosta optisen kaapelin kautta on tullut entistä helpompaa PROSOFT-tarjontaohjelman uusien audio/videosignaalin muunnoslaitteiden ansiosta.

Tiedonsiirtoa optisen kuidun kautta käytetään, jos videosignaali on siirrettävä erityisen pitkiä matkoja. Kun dataa siirretään optisten tietoliikennelinjojen kautta, ulkoisten sähkömagneettisten häiriöiden ja potentiaalierojen ongelma ratkeaa radikaalisti, mikä parantaa merkittävästi vastaanotetun signaalin laatua.

Siten audio/videosignaalien lähettämisellä optiikan kautta on lähes samat edut. Näitä ovat huomattavat etäisyydet, joille tiedonsiirto on mahdollista (esimerkiksi DVI-signaalille - jopa 5 km), AV-signaalien lähettämiseen kuituoptiikan kautta tarkoitettujen laitteiden alhaiset kustannukset jne. Tämän menetelmän haittoja ovat muun muassa korkeat kustannukset optinen kaapeli verrattuna kierrettyyn pariin.

Optisia kaapeleita vedettäessä on erittäin tärkeää välttää kuitujen taitoksia. Valokuitu itsessään on melko hauras, ja voimakkaissa mutkissa kuidut voivat katketa tai sameaa mikrohalkeamien esiintymisen vuoksi. Kaikki tämä voi vähentää merkittävästi verkon läpimenoa tai jopa johtaa tiedonsiirron pysähtymiseen signaalin puutteen vuoksi.

Kuituoptinen siirtotekniikka

Audio/videosignaalien siirto kuituoptisten tietoliikennelinjojen kautta on organisoitu melko yksinkertaisesti - lähteestä lähetetty signaali syötetään sähkö-optiseen signaalimuuntimeen, jonka jälkeen se lähetetään kuituoptisen kaapelin kautta. Vastaanottimen puolelle on asennettu käänteismuunnin optisesta sähköisestä signaalista, joka syötetään näyttölaitteeseen parhaan signaalin laadun saavuttamiseksi.
Tiedonsiirto valokuidun kautta tapahtuu laitteilla, jotka toimivat yksimuotoisella tai monimuotoisella optisella kaapelilla (muunnoksen mukaan) ja joilla on erittäin pienet häviöt etäisyydellä.

Signaalin siirto erityislaitteilla

PROSOFT tarjoaa yhteistyökumppaneilleen tarvittavia ratkaisujaääni-/videosignaalien lähettämiseen valokuitukaapelin kautta. Yrityksen edistyneen kehityksen ansiosta asentajat ja integraattorit voivat luoda eripituisia digitaalisia signaalinsiirtolinjoja käyttämällä erityisiä audio/videosignaalin muunnoslaitteita.

Optiset tiedonsiirtolaitteet tukevat EDID- ja HDCP-tekniikoita. Siksi ei ole ongelmia, kun nämä laitteet kytketään signaalilähteisiin ja tietojen näyttölaitteisiin.

Jokaisen tällaisen laitteen mukana tulee ulkoinen sovitin virtalähde ja sillä on yleensä pienet mitat, mikä mahdollistaa sen käytön paikoissa, joihin on rajoitettu pääsy.
Käyttölämpötila: 0 - +50 C.

Sovellusvalikoima on myös varsin laaja: pienistä yritysjärjestelmistä (kuten kokoushuoneet ja kokoushuoneet) jättiläisverkkoihin. Digital Signage, kattavat turva- ja videovalvontajärjestelmät. On kuitenkin syytä huomata, että kuituoptisten verkkojen käyttöalue on paljon laajempi.

AV-signaalien optinen siirto on ylivoimaisesti tinkimätön ratkaisu signaalien lähettämiseen pitkiä ja erittäin pitkiä matkoja.

Menetelmiä eri tyyppisten signaalien, datan ja ohjauskomentojen lähettämiseksi kuituoptisten viestintälinjojen kautta alettiin ottaa aktiivisesti käyttöön viime vuosisadan viimeisellä vuosikymmenellä. Pitkään aikaan he eivät kuitenkaan pystyneet vakavasti kilpailemaan (ainakaan TSB-segmentissä) koaksiaalikaapelin ja kierretyn parin kanssa. Huolimatta sellaisista haitoista kuin korkea vastus ja kapasitanssi, joka rajoittaa merkittävästi signaalin siirtoaluetta, turvajärjestelmissä vallitsi koaksiaalikaapeli ja kierretty pari. Tänään tilanne alkaa muuttua, ja uskallan sanoa, että nämä muutokset ovat perustavanlaatuisia. Ei, pienissä järjestelmissä, joissa video- ja ohjaussignaalit on lähetettävä lyhyitä matkoja, koaksiaalikaapeli ja kierretty pari ovat edelleen välttämättömiä. Suurissa ja erityisen hajautetuissa järjestelmissä valokuidulla ei käytännössä ole vaihtoehtoa.
Tosiasia on, että kuituoptisista laitteista on nykyään tullut paljon edullisempia ja suuntaus kohti niiden hintojen edelleen alenemista on melko vakaa.
Joten valokuitu mahdollistaa tällä hetkellä turvajärjestelmien asiakkaalle luotettavan, mutta myös kustannustehokkaan ratkaisun tarjoamisen. Käyttämällä valonsädettä signaalin lähettämiseen, laaja kaistanleveys mahdollistaa korkealaatuisen signaalin lähettämisen pitkiä matkoja ilman vahvistimia ja toistimia.
Kuituoptiikan käytön tärkeimmät edut tiedetään olevan:
– leveämpi kaistanleveys (jopa useita gigahertsejä) kuin kuparikaapelilla (jopa 20 MHz);
– sähköhäiriöiden sieto, "maasilmukoiden" puuttuminen;
– pienet häviöt signaalinsiirrossa, signaalin vaimennus on noin 0,2–2,5 dB/km (RG59 koaksiaalikaapelilla – 30 dB/km 10 MHz signaalilla);
– ei aiheuta häiriöitä viereisiin kupari- tai muihin valokuitukaapeleihin;
– pitkä lähetysalue;
– lisääntynyt turvallisuus tiedonsiirto;
– hyvä laatu lähetetty signaali;
– Valokuitukaapeli on pienikokoinen ja kevyt.

Kuituoptisen linjan toimintaperiaate
Kuituoptiikka on teknologiaa, joka käyttää valoa tiedonvälittäjänä riippumatta tiedosta. me puhumme: analoginen tai digitaalinen. Tyypillisesti käytetään infrapunavaloa ja siirtoväline on lasikuitu.
Kuituoptisia laitteita voidaan käyttää erityyppisten analogisten tai digitaalisten signaalien lähettämiseen.
Yksinkertaisimmassa muodossaan kuituoptinen viestintälinja koostuu kolmesta osasta:
– kuituoptinen lähetin lähteestä (esimerkiksi videokamerasta) tulevan sähköisen signaalin muuntamiseksi moduloiduksi valosignaaliksi;
– valokuitulinja, jonka kautta valosignaali välitetään vastaanottimeen;
– kuituoptinen vastaanotin, joka muuntaa signaalin sähköiseksi, lähes identtiseksi lähdesignaalin kanssa.
Optisten kaapeleiden kautta jaetun valon lähde on valoa emittoiva diodi (LED) (tai puolijohdelaser - LD). Kaapelin toisessa päässä vastaanottava ilmaisin muuntaa valosignaalit sähköisiksi signaaleiksi. Kuituoptiikka luottaa erikoistehosteeseen - taittumiseen suurimmalla tulokulmalla, kun kokonaisheijastus tapahtuu. Tämä ilmiö tapahtuu, kun valonsäde lähtee tiheästä väliaineesta ja saapuu vähemmän tiheään väliaineeseen tietyssä kulmassa. Kuituoptisen kaapelin sisäsydämellä (säikeellä) on korkeampi taitekerroin kuin suojakuorella. Siten sisäisen ytimen läpi kulkeva valonsäde ei voi ylittää rajojaan kokonaisheijastuksen vaikutuksesta (kuvio 1) Siten kuljetettu signaali kulkee suljetun väliaineen sisällä ja kulkee tiensä signaalilähteestä sen vastaanotin.
Kaapelin muut osat suojaavat vain herkkää kuitua ulkoisen ympäristön vaurioilta, joiden aggressiivisuus vaihtelee.

Kuituoptinen viestintä- tiedonsiirtomenetelmä, jossa käytetään optisen (lähi-infrapuna) alueen sähkömagneettista säteilyä informaatiosignaalin kantajana ja kuituoptisia kaapeleita ohjausjärjestelminä. Korkean kantotaajuuden ja laajat mahdollisuudet multipleksoinnissa kuituoptisten linjojen suorituskyky ylittää monta kertaa kaikkien muiden viestintäjärjestelmien suorituskyvyn ja se voidaan mitata terabitteinä sekunnissa. Valon alhainen vaimennus optisessa kuidussa mahdollistaa kuituoptisen viestinnän käytön merkittävillä etäisyyksillä ilman vahvistimia. Kuituoptinen viestintä on vapaa sähkömagneettisista häiriöistä, ja niihin on vaikea päästä käsiksi luvatta: optisen kaapelin kautta lähetetyn signaalin salakuuntelu on teknisesti erittäin vaikeaa.

Fyysinen perusta

Kuituoptinen viestintä perustuu täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiöön elektromagneettiset aallot eri taitekertoimien omaavien eristeiden rajapinnassa. Optinen kuitu koostuu kahdesta elementistä - ytimestä, joka on suora valonohjain, ja verhouksesta. Ytimen taitekerroin on hieman suurempi kuin verhouksen taitekerroin, minkä vuoksi valonsäde, joka kokee useita heijastuksia sydämen ja päällysteen rajapinnassa, etenee ytimessä poistumatta siitä.

Sovellus

Kuituoptista viestintää käytetään yhä enemmän kaikilla aloilla - tietokoneista ja lentokoneista, lentokone- ja laivajärjestelmistä pitkän matkan tiedonsiirtojärjestelmiin, esimerkiksi kuituoptiseen viestintälinjaan Länsi-Eurooppa - Japani, josta suuri osa kulkee Venäjän alueen läpi. Lisäksi vedenalaisten kuituoptisten viestintälinjojen kokonaispituus maanosien välillä kasvaa.

Kuitua jokaiseen kotiin Kuitu tiloihin, FTTP tai Kuitu kotiin, FTTH) on termi, jota televiestintä-Internet-palveluntarjoajat käyttävät kuvaamaan laajakaistaisia televiestintäjärjestelmiä, jotka perustuvat kuitukanavan asentamiseen ja sen päättämiseen loppukäyttäjän alueelle asentamalla optisia päätelaitteita erilaisten tietoliikennepalvelujen tarjoamiseksi, mukaan lukien:

nopea Internet-yhteys;
puhelinpalvelut;
television vastaanottopalvelut.

Kuituoptisen teknologian käyttökustannukset ovat laskussa, tekeminen tämä palvelu kilpailukykyisiä perinteisiin palveluihin verrattuna.

Tarina

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

Vuonna 1966 Kao ja Hokam STC Laboratorysta (STL) esittelivät tavallisesta lasista valmistettuja optisia filamentteja, joiden vaimennus oli 1000 dB/km (kun koaksiaalikaapelin vaimennus oli vain 5-10 dB/km) epäpuhtauksien vuoksi. ja jotka periaatteessa voitaisiin poistaa.

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

Vuosien 1975 ja 1980 välisen intensiivisen tutkimuksen jälkeen ensimmäinen kaupallinen valokuitujärjestelmä kehitettiin käyttämällä galliumarsenidi (GaAs) puolijohdelaseria 0,8 μm aallonpituudella. Ensimmäisen sukupolven järjestelmien bittinopeus oli 45 Mbit/s, toistimien välinen etäisyys 10 km.

22. huhtikuuta 1977 Kalifornian Long Beachissä General Telephone and Electronics käytti ensimmäisen kerran optista linkkiä puhelinliikenteen välittämiseen nopeudella 6 Mbps.

Kuituoptisten järjestelmien toinen sukupolvi kehitettiin kaupalliseen käyttöön 1980-luvun alussa. Ne toimivat valolla, jonka aallonpituus oli 1,3 mikronia InGaAsP-lasereista. Tällaisia järjestelmiä rajoitti kuitenkin edelleen kanavassa esiintyvä dispersio. Kuitenkin jo vuonna 1987 nämä järjestelmät toimivat jopa 1,7 Gbit/s nopeuksilla toistimien välisellä etäisyydellä 50 km.

Perusmääritelmät

Optinen kuitu on lasi- tai muovilanka, jota käytetään kuljettamaan valoa sisällään täydellisen sisäisen heijastuksen kautta.

Kuituoptisen kaapelin rakenne on hyvin yksinkertainen ja samanlainen kuin koaksiaalisen sähkökaapelin rakenne, vain keskikuparilangan sijasta käytetään ohutta lasikuitua (halkaisija noin 1-10 mikronia) ja sisäisen sijaan eristykseen käytetään lasi- tai muovikuorta, joka ei päästä valoa pääsemään lasikuidun ulkopuolelle. Kyseessä on ns. kokonaisvaltaisen valon sisäisen heijastuksen järjestelmä kahden eri taitekertoimen omaavan aineen rajalta (lasikuoren taitekerroin on paljon pienempi kuin keskuskuidun). Kaapelin metallipunos puuttuu yleensä, koska suojausta ulkoisilta sähkömagneettisilta häiriöiltä ei vaadita, mutta joskus sitä käytetään silti mekaaniseen suojaamiseen ympäristöltä (tällaista kaapelia kutsutaan joskus panssaroiduksi kaapeliksi; se voi yhdistää useita valokuitukaapeleita yhden vaipan alla).

Kuituoptiikan soveltavan tieteen ja konetekniikan ala, joka kuvaa tällaisia kuituja. Optisia kuituja käytetään valokuituviestinnässä, mikä mahdollistaa tiedonsiirron digitaalista tietoa pidemmillä etäisyyksillä ja suuremmilla tiedonsiirtonopeuksilla kuin sisällä sähköisiä keinoja viestintää. Joissakin tapauksissa niitä käytetään myös antureiden luomiseen.

Valokuitukaapelien pohjalta rakennettu kuituoptinen viestintä. Myös lyhenne FOCL (fiber-optic communication line) on laajalti käytössä. Käytetään useilla ihmisen toiminnan alueilla, alkaen tietokonejärjestelmät ja päättyen pitkien etäisyyksien kommunikaatiorakenteisiin. Se on nykyään suosituin ja tehokkain tapa tarjota tietoliikennepalveluja.

Materiaalit

Lasioptiset kuidut valmistetaan kvartsilasista, mutta muita materiaaleja, kuten fluori-zirkonaatti-, fluori-aluminaatti- ja kalkogenidilaseja, voidaan käyttää kauko-infrapunaan. Kuten muidenkin lasien, näidenkin taitekerroin on noin 1,5.

Tällä hetkellä muovisten optisten kuitujen käyttö on kehittymässä.

Valokuitukaapeleissa valonlähteinä käytetään seuraavia:

LEDit tai valodiodit (Light Emmited Diode, LED);
puolijohdelaserit tai laserdiodit (Laser Diode).

Yksimuotokaapeleissa käytetään vain laserdiodeja, koska valokuidun näin pienellä halkaisijalla LEDin luomaa valovirtaa ei voida ohjata kuituun ilman suuria häviöitä, kun taas sen säteilykuvio on liian laaja laserdiodi on kapea. Siksi halvempia LED-lähettimiä käytetään vain monimuotokaapeleissa.

Vaikka kuituoptiikka on laajalti käytetty ja suosittu viestintäväline, itse tekniikka on yksinkertainen ja kehitetty kauan sitten. Daniel Colladon ja Jacques Babinet esittelivät kokeen valonsäteen suunnan muuttamisesta taittumalla vuonna 1840. Muutamaa vuotta myöhemmin John Tyndall käytti tätä kokeilua julkisissa luennoissaan Lontoossa, ja jo vuonna 1870 hän julkaisi teoksen valon luonteesta. Teknologian käytännön sovellus löydettiin vasta 1900-luvulla. 1920-luvulla kokeet Clarence Hasnell ja John Berd osoittivat mahdollisuuden siirtää kuvia optisten putkien kautta. Heinrich Lamm käytti tätä periaatetta potilaiden lääketieteellisiin tutkimuksiin. Vasta vuonna 1952 intialainen fyysikko Narinder Singh Kapany suoritti sarjan omia kokeitaan, jotka johtivat optisen kuidun keksimiseen. Itse asiassa hän loi saman lasilankakimpun, ja kuori ja ydin tehtiin kuiduista, joilla oli erilaiset taitekertoimet. Kuori itse asiassa toimi peilinä ja ydin oli läpinäkyvämpi - näin nopean leviämisen ongelma ratkaistiin. Jos aikaisemmin säde ei päässyt optisen hehkulangan päähän, ja tällaista lähetyskeinoa ei voitu käyttää pitkiä matkoja, nyt ongelma on ratkaistu. Narinder Kapani paransi tekniikkaa vuoteen 1956 mennessä. Joukko joustavia lasitankoja välitti kuvan käytännössä ilman häviötä tai vääristymistä.

Corningin asiantuntijoiden vuonna 1970 tekemää kuituoptiikan keksintöä, joka mahdollisti puhelinsignaalin tiedonsiirtojärjestelmän monistamisen kuparilangalla samalla etäisyydellä ilman toistimia, pidetään käännekohtana valokuituoptiikan kehityksen historiassa. teknologioita. Kehittäjät onnistuivat luomaan johtimen, joka pystyy ylläpitämään vähintään yhden prosentin optisen signaalin tehosta kilometrin etäisyydellä. Tämän päivän standardien mukaan tämä on melko vaatimaton saavutus, mutta silloin se oli välttämätön edellytys uudenlaisen langallisen viestinnän kehittämiseksi.

Luokittelu

Optisia kuituja on useita luokkia niiden rakenteen ja toimintaperiaatteen perusteella:

Yksimuotoiset kuidut
Monimuotoiset kuidut
Gradientti-indeksikuidut

Optiset kuidut, joissa on porrastettu taitekerroinjakaumaprofiili.

Erityyppisten optisten kuitujen taitekerroinprofiili: monimuotokuitu, jonka taitekerroin (a) muuttuu asteittain; monimuotokuitu, jonka taitekerroin muuttuu tasaisesti (6); yksimuotokuitu (c).

Kaikki optiset kuidut on jaettu kahteen pääryhmään: multimode MMF (monimuotokuitu) ja yksimuotoinen SMF (single mode fiber).

Käsite "tila" kuvaa valonsäteiden etenemistapaa kaapelin sisäytimessä. Yksimuotoinen kaapeli käyttää keskijohdinta, jonka halkaisija on hyvin pieni ja joka on verrattavissa 5-10 mikronin valon aallonpituuteen. Tässä tapauksessa lähes kaikki valonsäteet etenevät pitkin valonohjaimen optista akselia heijastumatta ulkoisesta johtimesta. Ultraohuiden korkealaatuisten kuitujen valmistus yksimuotokaapelille on monimutkainen teknologinen prosessi, mikä tekee yksimuotokaapelista melko kalliita. Lisäksi on melko vaikeaa suunnata valonsäde halkaisijaltaan niin pieneen kuituun menettämättä merkittävää osaa sen energiasta. Monimuotokaapeleissa käytetään leveämpiä sisäjohtimia, jotka on teknisesti helpompi valmistaa. Standardit määrittelevät kaksi yleisimmin käytettyä monimuotokaapelia: 62,5/125 μm ja 50/125 μm, joissa 62,5 μm tai 50 μm on keskijohtimen halkaisija ja 125 μm on ulkojohtimen halkaisija.

Monimuotoiset kuidut

Monimuotokuidut jaetaan askelindeksi-monimuotokuituihin ja asteittaiseen indeksimonimuotokuituihin.

Monimuotokaapelissa valonsäteiden liikeradalla on havaittava sironta, jonka seurauksena signaalin muoto kaapelin vastaanottopäässä vääristyy. Keskikuidun halkaisija on 62,5 µm ja halkaisija ulkokuori 125 µm (tätä kutsutaan joskus nimellä 62,5/125). Lähetyksessä käytetään tavallista (ei laseria) LEDiä, mikä vähentää kustannuksia ja pidentää lähetin-vastaanottimien käyttöikää verrattuna yksimuotoiseen kaapeliin. Valon aallonpituus monimuotokaapelissa on 0,85 mikronia. Sallittu kaapelin pituus on 2-5 km. Nykyään monimuotokaapeli on pääasiallinen kuituoptisen kaapelin tyyppi, koska se on halvempaa ja helpommin saatavilla.

Monimuotoiset porrastetut profiilikuidut

Ensimmäiset datakuidut olivat monimuotoisia, ja niissä oli porrastettu taitekerroinprofiili. Jotta valo etenee sisäisen kokonaisheijastuksen läpi, ydinlasin taitekerroin n1 on oltava hieman suurempi kuin verhouslasin taitekerroin n2. Kahden lasimateriaalin rajapinnassa seuraavan ehdon on täytyttävä: n1 > n2. Jos valokuituytimen n1 taitekerroin on sama koko poikkileikkauksella, sanotaan kuidun olevan porrastettu profiili. Tämä kuituvaloohjain on monimuotoinen. Siinä etenevä valopulssi koostuu monista komponenteista, jotka on suunnattu erillisiin valojohtimen tiloihin. Kukin näistä muodoista viritetään kuidun sisäänmenossa omassa kuituun tulokulmassaan ja suunnataan sitä pitkin ydintä pitkin kulkeen eri säteen kulkureiteillä. Jokainen muoti menee ohi eri etäisyys optisen polun ja kulkee siksi koko valoohjaimen pituuden eri aikoina. Lisäksi, jos käytämme lyhyttä (suorakulmaista) valopulssia valonohjaimen tuloon, niin monimuotoisen valoohjaimen lähdössä saamme pulssin "sumeana" ajassa. Näitä yksittäisten moodien viiveajan hajoamisesta johtuvia vääristymiä kutsutaan moodidispersioksi.

Gradienttiprofiili Multimode-kuidut

Monimuotoisessa porrasprofiilisessa optisessa kuidussa moodit kulkevat eripituisia optisia reittejä pitkin ja saapuvat siten kuidun päähän eri aikoina. Tätä dispersiota voidaan vähentää merkittävästi, jos ydinlasin taitekerroin pienenee parabolisesti maksimiarvosta n1 valojohtimen akselilla taitekerroin arvoon n2 rajapinnassa verhouksen kanssa. Optista aaltoputkea, jolla on tällainen profiili (kun taitekerroin muuttuu tasaisesti), kutsutaan gradienttikuituvalonohjaimeksi. Valosäteet kulkevat tällaisen kuidun läpi aalto- tai kierrespiraaleina. Mitä enemmän valonsäde poikkeaa valonohjaimen akselista, sitä enemmän se kääntyy takaisin kohti akselia. Tässä tapauksessa, koska taitekerroin akselilta ytimen reunaan pienenee, valon etenemisnopeus väliaineessa kasvaa. Tämän ansiosta pidemmät optiset reitit kompensoidaan lyhyemmillä matka-ajoilla. Tämän seurauksena eri säteiden aikaviiveiden erot katoavat lähes kokonaan.

Yksimuotoiset kuidut

Yksimuotokuidut jaetaan askelindeksin yksimuotokuituihin tai standardikuituihin SF, dispersiosiirrettyihin yksimuotokuituihin ja nollasta poikkeaviin dispersiosiirrettyihin yksimuotokuituihin.

Yksimuotoisessa kaapelissa käytännöllisesti katsoen kaikki säteet kulkevat samaa reittiä, jolloin ne kaikki saavuttavat vastaanottimen samaan aikaan ja signaalin muoto on käytännössä vääristymätön. Yksimuotoisen kaapelin keskikuidun halkaisija on noin 1,3 µm ja se lähettää valoa vain samalla aallonpituudella (1,3 µm). Dispersio ja signaalihäviö ovat hyvin pieniä, mikä mahdollistaa signaalien siirtämisen paljon pidemmälle kuin monimuotokaapelilla. Yksimuotokaapelissa käytetään laserlähetin-vastaanottimia, jotka käyttävät valoa yksinomaan vaaditulla aallonpituudella. Tällaiset lähetin-vastaanottimet ovat edelleen suhteellisen kalliita eivätkä kovin kestäviä. Tulevaisuudessa yksimuotokaapelista tulisi kuitenkin tulla pääkaapeli sen erinomaisten ominaisuuksien vuoksi.

Askelprofiilikuituja

Valokuidun moodidispersio voidaan eliminoida, jos porrastetun kuidun rakenteelliset parametrit valitaan siten, että siinä ohjataan vain yhtä moodia, eli perus- (pää)moodia. Perusmoodi kuitenkin myös laajenee ajassa kulkiessaan tällaisen kuidun läpi. Tätä ilmiötä kutsutaan kromaattiseksi dispersioksi. Se on materiaalin ominaisuus, joten sitä esiintyy yleensä missä tahansa optisessa kuidussa, mutta aallonpituusalueella 1200-1600 nm se on suhteellisen pieni tai puuttuu. Vähävaimeutetun porrastetun kuidun tuottamiseksi, joka ohjaa vain perusmoodia yli 1200 nm:n aallonpituusalueella, moodikentän halkaisija on pienennettävä 8-10 µm:iin. Tällaista porrastettua kuituvaloohjainta kutsutaan tavalliseksi yksimuotooptiseksi kuiduksi.

Monivaiheiset profiilikuidut

Perinteisen yksimuotokuidun taitekerroinprofiilissa on porrastettu profiili. Tällaiselle profiilirakenteelle materiaalidispersion summa aaltoputkidispersiossa aallonpituudella noin 1300 nm on nolla. varten nykyaikaiset laitteet optisten kuitujen lähetyksiä käyttäen aallonpituuksia 1550 nm tai signaalien samanaikaista lähetystä useilla aallonpituuksilla, on toivottavaa, että muilla aallonpituuksilla on nolladispersio. Ja tätä varten on tarpeen muuttaa aaltodispersiota ja siten kuidun valonohjaimen taiteprofiilin rakennetta. Tämä johtaa monivaiheisiin tai segmentoituihin taitekerroinprofiileihin. Näitä profiileja käyttämällä voidaan valmistaa optisia kuituja, joissa nolladispersion aallonpituus on siirretty 1550 nm:iin (dispersiosiirretty kuitu) tai dispersioarvot ovat hyvin pieniä koko aallonpituusalueella 1300 nm - 1550 nm ( dispersiotasoitettu tai kompensoitu kuitu).

Yksimuotokuitujen ytimen halkaisija on 7-9 mikronia. Pienen halkaisijan vuoksi kuidun läpi siirtyy vain yksi sähkömagneettisen säteilyn muoto, mikä eliminoi dispersiovääristymien vaikutuksen. Tällä hetkellä lähes kaikki tuotetut kuidut ovat yksimuotoisia.

Kuituoptiset linjaelementit

Optinen vastaanotin

Optiset vastaanottimet havaitsevat valokaapelin kautta lähetetyt signaalit ja muuntavat ne sähköisiksi signaaleiksi, jotka sitten vahvistetaan ja rekonstruoidaan edelleen, sekä kellosignaaleiksi. Tiedonsiirtonopeudesta ja laitteen järjestelmäominaisuuksista riippuen tietovirta voidaan muuntaa sarjamuotoisesta rinnakkaissuuntaiseksi.

Optinen lähetin

Kuituoptisen järjestelmän optinen lähetin muuntaa järjestelmäkomponenttien toimittaman sähköisen datasekvenssin optiseksi tietovirraksi.

Esivahvistin

Vahvistin muuntaa valodiodianturista tulevan epäsymmetrisen virran epäsymmetriseksi jännitteeksi, joka vahvistetaan ja muunnetaan differentiaalisignaaliksi.

Tietojen synkronointi ja palautussiru

Optinen kaapeli, joka koostuu optisista kuiduista, jotka sijaitsevat yhteisen suojavaipan alla.

Kuituoptiset lähetin-vastaanottimet

Tietojen siirtämiseksi optisten kanavien kautta signaalit on muutettava sähköisistä optisiksi, lähetettävä viestintälinkin kautta ja muutettava sitten takaisin sähköisiksi vastaanottimessa. Nämä muutokset tapahtuvat lähetin-vastaanottimessa, joka sisältää elektronisia komponentteja optisten komponenttien ohella.

SONET-standardi	SDH standardi	Lähetysnopeus
		51,84 Mb/s
		155,52 Mb/s
		622,08 Mb/s
		2,4883 Gb/s
		9,9533 Gb/s

Uudet aallonpituusjako- taienetelmät mahdollistavat tiedonsiirron tiheyden lisäämisen. Tämän saavuttamiseksi useita multipleksoituja tietovirtoja lähetetään yhden kuituoptisen kanavan kautta käyttämällä kunkin virran lähetystä eri aallonpituudella. WDM-vastaanottimen ja -lähettimen elektroniset komponentit ovat erilaisia kuin aikajakojärjestelmässä käytetyt komponentit.

Kuituoptisen viestinnän edut

Laajakaistaiset optiset signaalit erittäin korkean kantotaajuuden ansiosta. Tämä tarkoittaa, että informaatiota voidaan siirtää valokuitulinjan yli nopeudella noin 1 Tbit/s;
Valosignaalin erittäin alhainen vaimennus kuidussa, mikä mahdollistaa jopa 100 km:n tai pitempien kuituoptisten viestintälinjojen rakentamisen ilman signaalin regenerointia;
Ympäröivien kuparikaapelijärjestelmien (voimajohdot, sähkömoottoriasennukset jne.) ja sääolosuhteiden aiheuttamien sähkömagneettisten häiriöiden kestävyys;
Suojaus luvattomalta käytöltä. Kuituoptisten viestintälinjojen kautta siirrettyä tietoa on käytännössä mahdotonta siepata tuhoamattomalla tavalla;
Sähköturvallisuus. Itse asiassa dielektrisenä optisena kuiduna lisää verkon räjähdys- ja paloturvallisuutta, mikä on erityisen tärkeää kemian- ja öljynjalostamoilla, kun huolletaan korkean riskin teknisiä prosesseja;
Kuituoptisten tietoliikennelinjojen kestävyys kuituoptisten tietoliikennelinjojen käyttöikä on vähintään 25 vuotta.

Kuituoptisen viestinnän haitat

Aktiivisten linjaelementtien suhteellisen korkeat kustannukset, jotka muuttavat sähkösignaalit valoksi ja valon sähköisiksi signaaleiksi;
Suhteellisen korkeat optisen kuidun liitoskustannukset. Tämä vaatii tarkkoja ja siten kalliita teknisiä laitteita. Tämän seurauksena, jos optinen kaapeli katkeaa, kuituoptisen linjan kunnostuskustannukset ovat korkeammat kuin kuparikaapeleita käytettäessä.

Kuituoptisten tietoliikennelinjojen käyttö

Valokuitua käytetään aktiivisesti kaupunkien, alueellisten ja liittovaltion tietoliikenneverkkojen rakentamiseen sekä kaupunkien automaattisten puhelinvaihteiden välisten yhdyslinjojen asentamiseen. Tämä johtuu kuituverkkojen nopeudesta, luotettavuudesta ja suuresta kapasiteetista. Kuituoptisten kanavien avulla on myös kaapelitelevisio, etävideovalvonta, videoneuvottelut ja videolähetykset, telemetria ja muut tietojärjestelmät. Tulevaisuudessa on tarkoitus käyttää puhesignaalien muuntamista optisiksi signaaleiksi kuituoptisissa verkoissa.

Liittovaltion budjettitaloudellinen korkea-asteen koulutuslaitos

Pietarin kansallinen tutkimusyliopisto

tietotekniikka, mekaniikka ja optiikka

IKVO:n tiedekunta MIPiU:n laitos

Suunta (erikoisuus) 090900 "Tietoturva" Ryhmä 2750

Pätevyys (tutkinto) kandidaatti

Kurssille "Nykyaikaisen luonnontieteen käsitteet"

Kuituoptinen viestintä.

Valmistunut:

2. vuoden opiskelija

Bogopolskaya E.A.

teknisten tieteiden kandidaatti, PBKS:n laitoksen apulaisprofessori

Komarova I.E.

G.S. Pietari

1. Peruskäsitteet……………………………1

2. Materiaalit…………………………………………………………..2

3. Historia…………………………………………………………2

4. Luokitus………………………………………3

5. Kuituoptisten johtojen elementit………7

6. Kuituoptisen viestinnän edut......9

7. Kuituoptisen viestinnän haitat.......9

8. Kuituoptisten tietoliikennelinjojen soveltaminen…….9

Optinen viestintä

viestintä kautta sähkömagneettiset värähtelyt optinen alue (yleensä 10 13 - 10 15 Hz). Valon käytöllä yksinkertaisimmissa (vähätietoisissa) viestintäjärjestelmissä on pitkä historia (katso esimerkiksi Optinen lennätin). Lasereiden myötä avautui mahdollisuus siirtää optiselle alueelle erilaisia radioalueelle kehitettyjä tiedon vastaanotto-, käsittely- ja lähetyskeinoja ja -periaatteita. Lähetetyn tiedon määrän valtava kasvu ja samalla radioalueen kapasiteetin lähes täydellinen loppuminen ovat tehneet optisen kantaman hallitsemisen ongelmasta viestintätarkoituksiin poikkeuksellisen tärkeäksi. O. s.:n tärkeimmät edut. verrattuna radiotaajuiseen tietoliikenteeseen, joka määräytyy optisen taajuuden suuren arvon (lyhyen aallonpituuden) perusteella: suuri taajuuskaistanleveys tiedonsiirrossa, 10 4 kertaa suurempi kuin koko radioalueen taajuuskaista ja korkea säteilyn suuntaavuus tulo- ja lähtöaukot x, huomattavasti pienemmät aukot antennit radioalueella. Viimeinen etu O. s. mahdollistaa suhteellisen pienitehoisten generaattoreiden käytön optisten viestintäjärjestelmien lähettimissä ja parantaa kohinansietokykyä ja viestintäsalaisuutta.

Rakenteellisesti linja O. s. samanlainen kuin radioviestintälinja (katso Radioviestintä). Optisen generaattorin säteilyn moduloimiseksi joko ohjausprosessia ohjataan vaikuttamalla teholähteeseen tai generaattorin optiseen resonaattoriin tai käytetään lisälaitteita, jotka muuttavat lähtösäteilyä vaaditun lain mukaan (katso Valon modulaatio). Lähtöoptisen yksikön avulla säteily muodostetaan mataladivergenssisäteeksi, joka saavuttaa optisen tuloyksikön, joka fokusoi sen valomuuntimen aktiiviselle pinnalle. Jälkimmäisen lähdöstä sähköiset signaalit tulevat tiedonkäsittelysolmuihin. Kantoaaltotaajuuden valinta O.S. - monimutkainen monimutkainen ongelma, jossa on otettava huomioon optisen säteilyn etenemisolosuhteet siirtoväliaineessa, lasereiden, modulaattoreiden, valovastaanottimien (katso valovastaanottimien) ja optisten yksiköiden tekniset ominaisuudet. O.-järjestelmissä. Signaalien vastaanottamiseen käytetään kahta menetelmää - suoratunnistus ja heterodyne-vastaanotto. Heterodyne-vastaanottomenetelmä, jolla on useita etuja, joista tärkeimmät ovat lisääntynyt herkkyys ja syrjivyys taustamelu, on teknisesti paljon monimutkaisempi kuin suora havaitseminen. Tämän menetelmän vakava haitta on valodetektorin lähdössä olevan signaalin arvon merkittävä riippuvuus reitin ominaisuuksista.

Riippuen O. s:n toiminta-alueesta. voidaan jakaa seuraaviin pääluokkiin: avoimet maassa sijaitsevat lyhyen kantaman järjestelmät, jotka käyttävät säteilyn kulkua ilmakehän pintakerroksissa; maassa olevat järjestelmät, jotka käyttävät suljettuja valonohjainkanavia (kuituvalojohteita, valonohjainpeili-linssirakenteita) erittäin informatiiviseen viestintään automaattisten puhelinvaihteiden, tietokoneiden ja kaukoviestinnän välillä; erittäin informatiiviset viestintälinjat (pääasiassa relelinjat), jotka toimivat lähellä ulkoavaruutta; pitkän matkan viestintälinjoja.

Neuvostoliitossa ja ulkomailla on kertynyt jonkin verran kokemusta työskentelystä avoimien O.S. ilmakehän pintakerroksissa lasereiden avulla. On osoitettu, että tietoliikenteen luotettavuuden voimakas riippuvuus ilmakehän olosuhteista (jotka määräävät optisen näkyvyyden) etenemisreitillä rajoittaa avoimien optisten tietoliikennelinjojen käyttöä. suhteellisen lyhyillä etäisyyksillä (useita kilometrejä) ja vain olemassa olevien kaapeliviestintälinjojen kopioimiseen, käyttö vähätietoisissa matkaviestinjärjestelmissä, hälytysjärjestelmissä jne. Kuitenkin avoimet linjat O. s. lupaava affiniteettiyhteys Maan ja avaruuden välillä. Esimerkiksi lasersäteen avulla voit lähettää tietoa etäyhteyden kautta10 8 km jopa 105 nopeuksilla bitti V sek, kun taas mikroaaltouunitekniikka näillä etäisyyksillä tarjoaa vain siirtonopeuksia Optinen viestintä10 bitti V sek. Periaatteessa O. s. avaruudessa mahdollista jopa 10 10 etäisyyksillä km, mikä on mahdotonta ajatella muissa viestintäjärjestelmissä; kuitenkin O:n kosmisten linjojen rakentaminen. teknisesti erittäin vaikeaa.

Maanpäällisissä olosuhteissa lupaavimpia optisia järjestelmiä ovat ne, jotka käyttävät suljettuja valonohjausrakenteita. Vuonna 1974 esitettiin mahdollisuus valmistaa lasivalonohjaimia, joiden lähetettyjen signaalien vaimennus on enintään muutama. db/km. Nykyisellä tekniikan tasolla käyttämällä sekä laser- (koherentissa) että epäkoherentissa tilassa toimivia puolijohdediodilähettimiä, optisia kuituytimiä sisältäviä kaapeleita ja puolijohdevastaanottimia on mahdollista rakentaa tietoliikennelinjoja tuhansille puhelinkanaville toistimilla, jotka sijaitsevat noin etäisyydellä. 10 km toisiltaan. Intensiivinen työ lasersäteilijöiden luomiseksi, joiden käyttöikä Optinen viestintä 10-100 tuhatta. h, laajakaistaisten, erittäin herkkien vastaanottolaitteiden, tehokkaampien valonohjainrakenteiden ja pitkän matkan valojohtimien valmistusteknologian kehitys tekee ilmeisesti O.S. kilpailukykyinen nykyisten kaapeli- ja releväylien kautta tapahtuvan viestinnän kanssa seuraavan vuosikymmenen aikana. Voidaan olettaa, että O. s. ottaa tärkeä paikka valtakunnallisessa viestintäverkossa muiden keinojen ohella. O.-järjestelmän tulevaisuudessa. kuituoptisilla linjoilla, niiden informaatiokapasiteetin ja informaatioyksikkökohtaisen hinnan perusteella, voi tulla runko- ja kaupunginsisäisen viestinnän päätyyppi.

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

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

Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1969-1978 .

Katso, mitä "optinen viestintä" on muissa sanakirjoissa:

Tietojen välittäminen valolla. Yksinkertaisimmat (epäinformatiiviset) O. s. käytetty con. 1700-luvulla (esim. semaforiaakkoset). Lasereiden tultua mahdolliseksi siirtyminen optiseen tekniikkaan. tuotannon, jalostuksen keinovalikoima ja periaatteet... ... Fyysinen tietosanakirja

OPTISET TIEDOT CM- Optinen viestintä... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

Suuri Ensyklopedinen sanakirja

optinen viestintä- Katso optinen tiedonsiirto. Ero näiden kahden termin käytössä on seuraava: käsite optinen viittaa useimmiten optiseen viestintälaitteeseen ja termi lightwave viittaa optiseen signaalinkäsittelylaitteeseen. [L.M. Nevdyaev...... Teknisen kääntäjän opas

Viestintä kahden tai useamman pisteen välillä valolla, valosignaalilla. Valon käytöllä yksinkertaisten viestien välittämiseen on pitkä historia. Muinaisista ajoista lähtien nuotioiden valot varoittivat vihollisten lähestymisestä, osoittivat tietä... ... Tekniikan tietosanakirja

Viestintä sähkömagneettisten värähtelyjen kautta optisella alueella (1013-1015 Hz), yleensä lasereita käyttäen. Optiset viestintäjärjestelmät ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin radioviestintäjärjestelmät. Avoin avaruus ja maanpäälliset optiset tietoliikennelinjat ovat lupaavia... ... tietosanakirja

optinen viestintä- optinis ryšio statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. optinen viestintä vok. optinen Kopplung, f; optische Nachrichtenübertragung, f rus. optinen viestintä, f pranc. viestintäoptiikka, m … Automatikos terminų žodynas

Viestintä kahden tai useamman välillä. pisteitä optisten sähkömagneettisten aaltojen avulla. alue. Optinen kapasiteetti Viestintäkanava ylittää merkittävästi radiotaajuuskanavien kapasiteetin, koska optisen säteilyn taajuudet ovat luokkaa 10 1000 THz (1012 1015 Hz) ... Suuri tietosanakirja polytekninen sanakirja

Kuituoptinen viestintä on eräänlainen langallinen tietoliikenne, joka käyttää optisen (lähi-infrapuna) alueen sähkömagneettista säteilyä tietosignaalin välittäjänä ja kuitua ohjausjärjestelminä... ... Wikipedia

DIGITAALIN JA LASIN MAAILMA

JOHDANTO

Kuituoptisella tiedonsiirrolla on monia tunnettuja etuja kierrettyihin pareihin verrattuna koaksiaalikaapelit, kuten sähköhäiriöiden kestävyys ja vertaansa vailla oleva kaistanleveys

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

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

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

Tämä opetusohjelma tutkii digitaalisen signaalin siirtotekniikkaa valokaapelien kautta ja sen taloudellisia ja teknologisia etuja.

ANALOGISIIRTO KUIDUN YLI

Jotta digitaalisen tekniikan edut voitaisiin ymmärtää kunnolla, katsotaanpa ensin perinteisiä menetelmiä analogisten signaalien lähettämiseksi kuituoptiikan kautta. Analogisten signaalien lähettämiseen käytetään amplitudi (AM) ja taajuus (FM) modulaatiota. Molemmissa tapauksissa optisen lähettimen tulo vastaanottaa matalataajuisia analogisia ääni- ja videosignaaleja tai dataa, joka muunnetaan optiseksi signaaliksi. Tämä tehdään eri tavoilla.

Amplitudimodulaatiojärjestelmissä optinen signaali on valovirta, jonka intensiteetti muuttuu sisäänmenosignaalin muutosten mukaan. Valonlähteenä käytetään joko LEDejä tai lasereita. Valitettavasti molemmat ovat epälineaarisia, eli täydellä kirkkausalueella ei säteilyä maksimiarvoon tulosignaalin ja valon intensiteetin suhteellisuutta ei havaita. Tämä on kuitenkin juuri se ohjausmenetelmä, jota käytetään järjestelmissä, joissa on amplitudimodulaatio. Tämän seurauksena lähetetyssä signaalissa esiintyy erilaisia vääristymiä:

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

Kuituoptisten signaalinsiirtojärjestelmien laadun parantamiseksi ehdotettiin taajuusmodulaatiota, jossa valonlähde on aina joko kokonaan sammutettu tai kytketty päälle täydellä teholla ja pulssin toistotaajuus muuttuu amplitudin mukaan. tulosignaali. Radiotekniikan signaalien taajuusmodulaation tunteville tämän termin käyttö saattaa tuntua perusteettomalta, koska kuituoptisten järjestelmien yhteydessä se nähdään menetelmänä itse valosäteilyn taajuuden säätöön. Tämä ei pidä paikkaansa, ja itse asiassa olisi oikeampaa käyttää termiä "pulssivaihemodulaatio" (PPM), mutta valokuitutekniikan alalla tämä on vakiintunut terminologia. Muista aina, että modulaatiomenetelmän nimessä oleva sana "taajuus" tarkoittaa pulssien toistonopeutta, ei niitä kuljettavien valoaaltojen taajuutta.

Amplitudimodulaatiossa tulosignaalin tasoa edustaa valonsäteen intensiteetti

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

Vaikka taajuusmodulaatio eliminoi monet AM-järjestelmiin liittyvät ohjaimen kirkkauden säätöongelmat, sillä on omat haasteensa. Yksi niistä on ylikuuluminen, joka tunnetaan FM-järjestelmissä. Niitä havaitaan erityisesti lähetettäessä useita taajuusmoduloituja signaaleja yhden optisen kuidun yli, esimerkiksi käytettäessä multiplekseria. Ylikuuluminen tapahtuu lähettimessä tai vastaanottimessa kantoaaltotaajuuksien erottamiseen suunniteltujen tärkeiden signaalinsuodatuspiirien virityksen epävakauden seurauksena. Jos suodattimet on viritetty huonosti, taajuusmoduloidut kantoaaltokanavat ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja vääristyvät. Kuituoptiikan insinöörit voivat suunnitella FM-järjestelmiä, jotka minimoivat ylikuulumisen mahdollisuuden, mutta kaikki suunnittelun parannukset nostavat laitteiden kustannuksia.

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

DIGITAALISET JÄRJESTELMÄT

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

Riisi. 2. Digitaalinen siirtojärjestelmä analoginen signaali

Puhtaasti digitaalisissa järjestelmissä matalataajuinen tulosignaali lähetetään välittömästi analogia-digitaalimuuntimeen, joka on osa lähetintä. Siellä signaali muunnetaan sekvenssiksi loogisia tasoja– nollia ja ykkösiä, joita kutsutaan digitaaliseksi streamiksi. Jos lähetin on monikanavainen, eli suunniteltu toimimaan useiden signaalien kanssa, niin useita digitaalisia virtoja yhdistetään yhdeksi, ja se ohjaa yhden lähettimen päälle- ja poiskytkentää, mikä tapahtuu erittäin korkealla taajuudella.

Vastaanottopäässä signaali muunnetaan käänteisesti. Yksittäisiä lähetettyjä signaaleja vastaavat yksittäiset virrat erotetaan yhdistetystä digitaalisesta virrasta. Ne lähetetään digitaali-analogi-muuntimille, minkä jälkeen ne lähetetään alkuperäisessä muodossa (kuva 2).

Puhtaasti digitaalinen lähetys signaalilla on monia etuja perinteisiin AM- ja FM-järjestelmiin verrattuna - monipuolisuudesta ja laadukkaammasta signaalista alhaisempiin asennuskustannuksiin. Tarkastellaan joitain etuja tarkemmin ja keskustellaan matkan varrella taloudellisista eduista sekä järjestelmän asentajalle että käyttäjälle.

SIGNAALIN SIIRTOTARKKUUS

Analogisissa järjestelmissä, joissa on amplitudimodulaatio, signaalin laatu heikkenee suhteessa optisen kuidun kulkemaan reittiin. Tämä seikka yhdistettynä siihen tosiasiaan, että AM-järjestelmät toimivat vain monimuotokuitujen kanssa, rajoittaa tällaisten järjestelmien käytön suhteellisen lyhyille lähetysmatkoille. FM-järjestelmät toimivat jonkin verran paremmin: vaikka signaalin laatu niissä heikkenee, se pysyy suunnilleen vakiona ei kovin pitkillä linjoilla, laskeen jyrkästi vasta kun tietty maksimipituus saavutetaan. Vain täysin digitaaliset järjestelmät takaavat signaalin laadun säilymisen kuituoptisella tietoliikennelinjalla lähetettäessä riippumatta lähettimen ja vastaanottimen välisestä etäisyydestä ja lähetettyjen kanavien määrästä (tietysti järjestelmän kykyjen puitteissa).

Analogisissa järjestelmissä, joissa on amplitudimodulaatio, signaalin laatu heikkenee suhteessa optisen kuidun kulkemaan reittiin. Tämä seikka yhdistettynä siihen, että AM-järjestelmät toimivat vain monimuotokuitujen kanssa, rajoittaa tällaisten järjestelmien käytön suhteellisen lyhyille lähetysmatkoille.

Lähetetyn signaalin toiston tarkkuus on merkittävä ongelma kehitettäessä järjestelmiä useiden siirtokanavien järjestämiseksi yhden optisen kuidun yli (multiplekserit). Esimerkiksi analogisessa järjestelmässä, joka on suunniteltu lähettämään neljää video- tai äänikanavaa, järjestelmän kaistanleveyden saavuttamiseksi on välttämätöntä rajoittaa varattu kaistanleveys. yksittäisiä kanavia. Digitaalisissa järjestelmissä tätä kompromissia ei tarvitse tehdä: yhtä kuitua pitkin voidaan lähettää yksi, neljä tai jopa kymmenen signaalia laadun heikkenemättä.

PAREMPI SIGNAALIN LAATU

Riisi. 3

Analogisten signaalien siirto kohteeseen digitaalinen muoto tarjoaa korkeamman laadun kuin puhdas analogi. Signaalin vääristymistä tällä lähetysmenetelmällä voi esiintyä vain analogisesta digitaaliseen ja taaksepäin muuntaminen digitaalisesta analogiseksi. Vaikka mikään muutos ei ole täydellinen, nykyaikaiset tekniikat niin kehittyneitä, että jopa edulliset ADC:t ja DAC:t tarjoavat paljon laadukkaampia video- ja äänisignaaleja kuin analogisilla AM- ja FM-järjestelmillä voidaan saavuttaa. Tämä voidaan nähdä helposti vertaamalla digitaalisten ja analogisten järjestelmien signaali-kohinasuhteita ja epälineaarisia vääristymiä (differentiaalinen vaihe ja erovahvistus), jotka on suunniteltu lähettämään samaa signaalimuotoa saman tyyppisellä optisella kuidulla samalla aallonpituudella.

Digitaaliset teknologiat antavat insinööreille ennennäkemätöntä joustavuutta valokuitujärjestelmien luomisessa. Nyt on helppo löytää oikea suoritustaso eri markkinoille, tehtäviin ja budjetteihin. Esimerkiksi muuttamalla analogia-digitaalimuuntimen bittileveyttä voit vaikuttaa signaalin siirtoon tarvittavaan järjestelmän kaistanleveyteen ja sen seurauksena kokonaissuorituskykyyn ja kustannuksiin. Samanaikaisesti digitaalisen järjestelmän muut ominaisuudet - vääristymien puuttuminen ja työn laadun riippumattomuus linjan pituudesta - säilyvät enimmäislähetysetäisyydellä. Analogisia järjestelmiä suunnitellessaan insinöörit jäävät aina järjestelmän kustannusten ja sen teknisten ominaisuuksien väliin yrittäen tasapainottaa niitä tinkimättä kriittisestä suorituskyvystä. tärkeitä parametreja lähetetyt signaalit. Digitaalisissa järjestelmissä järjestelmien skaalaus ja niiden suorituskyvyn ja kustannusten hallinta on paljon vähemmän haastavaa.

RAJOITTAmaton VAIHTEISTOetäisyys

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

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

Kun valo kulkee kuidun läpi, sen intensiteetti vähenee vähitellen ja lopulta tulee riittämättömäksi havaitsemiseen. Jos kuitenkin vähän ennen valon heikkenemisen paikkaa asennat lineaarivahvistimen, niin se vahvistaa signaalin alkuperäiseen tehoonsa ja sitä voidaan siirtää eteenpäin samalla etäisyydellä. On tärkeää huomata, että lineaarivahvistin rekonstruoi digitaalisen virran, jolla ei ole mitään vaikutusta koodatun analogisen video- tai audiosignaalin laatuun riippumatta siitä, kuinka monta kertaa palautus suoritetaan lineaarisissa vahvistimissa signaalireitin varrella. pitkä valokuitulinja.

ALEMPI KUSTANNUS

Digitaalisten kuituoptisten järjestelmien monia etuja arvioitaessa voidaan olettaa, että niiden pitäisi maksaa paljon enemmän kuin perinteiset analogiset järjestelmät. Näin ei kuitenkaan ole, ja digitaalisten järjestelmien käyttäjät päinvastoin säästävät rahojaan.

Kilpailluilla markkinoilla on aina valmistajan tarjontaa digitaalista laatua analogisen järjestelmän hinnalla

Digitaalisten komponenttien hinta on laskenut huomattavasti viime vuodet, ja laitevalmistajat ovat pystyneet kehittämään ja tarjoamaan tuotteita, jotka maksavat saman tai jopa halvemman kuin analogiset laitteet edellinen sukupolvi. Tietenkin jotkut yritykset haluavat vakuuttaa yleisön siitä, että digitaalisten järjestelmien korkea laatu voidaan saavuttaa vain lisämaksu, mutta todellisuudessa he päättivät olla jakamatta säästöjä asiakkaidensa kanssa. Mutta kilpailluilla markkinoilla on aina valmistaja, joka tarjoaa digitaalista laatua analogisen järjestelmän hinnalla.

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

Myös muut tekijät vaikuttavat valokuitujärjestelmän asennuksen ja käytön kustannuksiin. Ilmeisin niistä on kaapelikustannukset. Digitaaliset järjestelmät mahdollistavat useamman tiedon siirron yhdellä kaapelilla, mikä vähentää sen tarvetta. Etu on erityisen havaittavissa silloin, kun eri tyyppisiä signaaleja on lähetettävä samanaikaisesti, esimerkiksi videota ja ääntä tai ääntä ja dataa. Insinöörit voivat ilman suuria vaikeuksia suunnitella digitaalisen järjestelmän edulliseen hintaan, jossa yksi kuitu voi kuljettaa erityyppisiä signaaleja, kuten kaksi videokanavaa ja neljä äänikanavaa. Käyttämällä analogiset tekniikat, todennäköisesti joutuisi tekemään kaksi erilliset järjestelmät, tai käytä vähintään kahta erillistä kaapelia ääni- ja videosignaalien lähettämiseen.

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

Jopa tapauksissa, joissa useita samantyyppisiä signaaleja on lähetettävä yhden optisen kuidun kautta, digitaaliset järjestelmät ovat parempia, koska ne toimivat luotettavammin ja tarjoavat paremman signaalin laadun. Esimerkiksi digitaalisessa videomultiplekserissä voi lähettää kymmenen kanavaa yhtä laadukkaasti, mutta analogisessa järjestelmässä tämä ei ole mahdollista.

Sinun tulee myös ottaa huomioon valokuitujärjestelmien väistämättömät ylläpito- ja korjauskustannukset vuosien varrella. Ja tässä etu on digitaalisissa järjestelmissä. Ensinnäkin ne eivät vaadi alkuasennus Asennuksen jälkeen lähetin ja vastaanotin yhdistetään yksinkertaisesti valokuitukaapelilla, ja järjestelmä on käyttövalmis. Analogiset järjestelmät vaativat tyypillisesti säätämistä tietyn siirtolinjan parametreihin ottaen huomioon sen pituus ja signaalin voimakkuus. Lisäsäätöajasta aiheutuu lisäkustannuksia.

Digitaalisten järjestelmien lähettimet ja vastaanottimet ovat halvempia, vaativat vähemmän kaapelia ja pienemmät käyttökustannukset

Koska on vähemmän komponentteja, jotka voivat epäonnistua ajan myötä, digitaaliset järjestelmät ovat paljon vakaampia ja luotettavampia. Ne eivät vaadi uudelleensäätöä, ja vianmääritys vie paljon vähemmän aikaa, koska niissä ei ole ylikuulumista, parametrien ajautumista ja muita perinteisille analogisille järjestelmille ominaisia haittoja.

Tee yhteenveto. Digitaalisten järjestelmien lähettimet ja vastaanottimet ovat halvempia, kaapelien kulutus on pienempi ja käyttökustannukset pienemmät. Digitaaliset valokuitujärjestelmät tarjoavat selkeitä taloudellisia etuja kaikilla tasoilla.

PÄÄTELMÄT

Aivan kuten kuituoptisella tekniikalla on monia etuja perinteisiin kuparijohtoihin ja koaksiaalikaapeleihin verrattuna, digitaalinen siirto nostaa valokuitutekniikkaa useita pykäliä ylöspäin, mikä tarjoaa käyttäjille kokonaan uusia etuja. Digitaalisilla järjestelmillä on ainutlaatuiset ominaisuudet: signaalin lähetyksen tarkkuus koko viestintälinjan pituudella, minimaalinen aiheuttama vääristymä (mukaan lukien ristisäröjen ja keskinäismodulaation puuttuminen), kyky palauttaa toistuvasti digitaalinen virta, kun se lähetetään pitkän linjan yli ilman vaarantaa siihen koodatun analogisen signaalin laadun. Tämä takaa analogisen signaalin tarkkuustason, jota analogisilla järjestelmillä ei voida saavuttaa.

Digitaalisten ja analogisten valokuitujärjestelmien komponenttien hinnat ovat vertailukelpoisia, ja asennus-, käyttö- ja ylläpitokustannuksia huomioiden digitaaliset järjestelmät tarjoavat selkeää taloudellista hyötyä.

Kun suunnittelet uutta valokuitujärjestelmää, älä tuhlaa aikaa digitaalisten ja analogisten järjestelmien etujen ja haittojen analysointiin, sillä valinta on varsin selvä: digitaaliset järjestelmät ovat kaikin puolin parempia. On paljon hyödyllisempää rajoittaa itsesi vain niihin ja valita ne tuotteet, jotka paras tapa sopii tarpeisiisi. Jopa digitaalisten järjestelmien joukossa on valtava valikoima ratkaisuja. Tässä on muutamia kysymyksiä, jotka auttavat sinua arvioimaan niitä:

Kuinka helppoa järjestelmän asentaminen on?
- Jos lähetin ja vastaanotin ovat käyttäjän konfiguroitavissa, kuinka helppoa se on tehdä ja mitkä ovat haasteet?
Onko laitteiden rakenne kompakti, kestävä ja luotettava?
Ovatko laitteet saatavana pöytäkoteloissa tai ne on suunniteltu telineeseen asennettavaksi? Onko vaihtoehtoja molemmissa kotelotyypeissä?
- Soveltuvatko laitteet käytettäväksi sekä yksimuotoisten että monimuotokuitujen kanssa?
- Onko valmistajalla riittävästi kokemusta ja mainetta tarjoamiensa tuotteiden markkinoilla?
- Miten tuotteen hinta on verrattuna perinteisten analogisten järjestelmien hintaan? (Tuotannossa olevat digitaaliset laitteet eivät ole analogisia kalliimpia, eikä niiden hinta saisi olla korkeampi).

Markkina-analyysin ja vastaavien tuotteiden ominaisuuksien vertailun avulla voit lopulta valita digitaalisista valokuitujärjestelmistä elementtejä, jotka palvelevat sinua uskollisesti monta vuotta.