Недостатки  оптоволоконного типа связи

 

• Относительно  высокая стоимость активных элементов  линии, преобразующих электрические  сигналы в свет и свет в электрические  сигналы;
• Относительно высокая стоимость сварки оптического волокна. Для этого требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление ВОЛС выше, чем при работе с медными кабелями.

Элементы  волоконно-оптической линии

 

• Оптический  приёмник

Оптические  приёмники обнаруживают сигналы, передаваемые по волоконно-оптическому кабелю и преобразовывают его в электрические сигналы, которые затем усиливают и далее восстанавливают их форму, а также синхросигналы. В зависимости от скорости передачи и системной специфики устройства, поток данных может быть преобразован из последовательного вида в параллельный.

• Оптический передатчик

Оптический  передатчик в волоконно-оптической системе преобразовывает электрическую  последовательность данных, поставляемых компонентами системы, в оптический поток данных. Передатчик состоит  из параллельно-последовательного  преобразователя с синтезатором синхроимпульсов (который зависит  от системной установки и скорости передачи информации в битах), драйвера и источника оптического сигнала. Для оптических систем передачи могут  быть использованы различные оптические источники. Например, светоизлучающие  диоды часто используются в дешёвых  локальных сетях для связи  на малое расстояние. Однако, широкая  спектральная полоса пропускания и  невозможность работы в длинах волны  второй и третьей оптических окон, не позволяет использовать светодиод  в системах телесвязи.

• Предусилитель

Усилитель преобразовывает асимметричный  ток от фотодиодного датчика в  асимметричное напряжение, которое  усиливается и преобразуется  в дифференциальный сигнал.

• Микросхема cинхронизации и восстановления данных

Эта микросхема должна восстанавливать  синхросигналы от полученного потока данных и их тактирование. Схема  фазовой автоподстройки частоты, необходимая  для восстановления синхроимпульсов, также полностью интегрирована  в микросхему синхронизации и  не требует внешних контрольных  синхроимпульсов.

• Блок преобразования последовательного кода в параллельный
• Параллельно-последовательный преобразователь
• Лазерный формирователь

Основной  его задачей является подача тока смещения и модулирующего тока для  прямого модулирования лазерного  диода.

• Оптический кабель, состоящий из оптических волокон, находящихся под общей защитной оболочкой.

Одномодовое волокно

      При достаточно малом диаметре волокна и соответствующей длине волны через световод будет распространяться единственный луч. Вообще сам факт подбора диаметра сердечника под одномодовый режим распространения сигнала говорит о частности каждого отдельного варианта конструкции световода. То есть под одномодовостью следует понимать характеристики волокна относительно конкретной частоты используемой волны. Распространение лишь одного луча позволяет избавиться от межмодовой дисперсии, в связи с чем одномодовые световоды на порядки производительнее. На данный момент применяется сердечник с внешним диаметром около 8 мкм. Как и в случае с многомодовыми световодами, используется и ступенчатая, и градиентная плотность распределения материала.

       Второй вариант более производительный. Одномодовая технология более тонкая, дорогая и применяется в настоящее время в телекоммуникациях. Оптическое волокно используется в волоконно-оптических линиях связи, которые превосходят электронные средства связи тем, что позволяют без потерь с высокой скоростью транслировать цифровые данные на огромные расстояния. Оптоволоконные линии могут как образовывать новую сеть, так и служить для объединения уже существующих сетей — участков магистралей оптических волокон, объединенных физически на уровне световода, либо логически — на уровне протоколов передачи данных. Скорость передачи данных по ВОЛС может измеряться сотнями гигабит в секунду. Уже сейчас дорабатывается стандарт, позволяющий передавать данные со скоростью 100 Гбит/c, а стандарт 10 Гбит Ethernet используется в современных телекоммуникационных структурах уже несколько лет.

Многомодовое волокно

        В многомодовом ОВ может распространяться одновременно большое число мод – лучей, введенных в световод под разными углами. Многомодовое ОВ обладает относительно большим диаметром сердцевины (стандартные значения 50 и 62,5 мкм) и, соответственно, большой числовой апертурой. Больший диаметр сердцевины многомодового волокна упрощает ввод оптического излучения в волокно, а более мягкие требования к допустимым отклонениям для многомодового волокна позволяют уменьшить стоимость оптических приемо-передатчиков. Таким образом, многомодовое волокно преобладает в локальных и домашних сетях небольшой протяженности.

Основным  недостатком многомодового ОВ является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь. Для уменьшения влияния этого явления было разработано многомодовое волокно с градиентным показателем преломления, благодаря чему моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их оптических путей, а, следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше. Однако насколько не были бы сбалансированы градиентные многомодовые волокна, их пропускная способность не сравнится с одномодовыми технологиями.

      Волоконно-оптические приёмопередатчики

Чтобы передать данные через оптические каналы, сигналы должны быть преобразованы  из электрического вида в оптический, переданы по линии связи и затем  в приёмнике преобразованы обратно  в электрический вид. Эти преобразования происходят в устройстве приёмопередатчика, который содержит электронные блоки  наряду с оптическими компонентами.

         Широко используемый в технике передач мультиплексор с разделением времени позволяет увеличить скорость передачи до 10 Гб/сек. Современные быстродействующие волоконно-оптические системы предлагают следующие стандарты скорости передач.

        Новые методы мультиплексного разделения длины волны или спектральное уплотнение дают возможность увеличить плотность передачи данных. Для этого многочисленные мультиплексные потоки информации посылаются по одному оптоволоконному каналу с использованием передачи каждого потока на разных длинах волны. Электронные компоненты в WDM-приемнике и передатчике отличаются по сравнению с теми, которые используются в системе с временным разделением.

Применение  линий оптоволоконной связи

       Оптоволокно активно применяется для построения городских, региональных и федеральных сетей связи, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Это связано с быстротой, надёжностью и высокой пропускной способностью волоконных сетей. Также посредством применения оптоволоконных каналов существуют кабельное телевидение, удалённое видеонаблюдение, видеоконференции и видеотрансляции, телеметрические и другие информационные системы. В перспективе в оптоволоконных сетях предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические.

Оптоволоконная  связь

         Определение: технологии передачи информации через оптические волокна.

         Оптоволокно может быть использовано для передачи света и таким образом информации на дальние расстояния. Волоконные системы в значительной степени заменили системы радиопередач. Они широко используются для телефонии, для интернет трафика, высокоскоростных локальных сетей (LAN), для кабельного телевидения, и все чаще для коротких расстояний. В большинстве случаев, используется кварцевое оптоволокно, за исключением очень коротких расстояниях, где пластиковое оптоволокно выгоднее.

         По сравнению с системами на базе электрических кабелей, подход оптоволоконной связи (световой связи) имеет преимущества, наиболее важными из которых являются:

- Способность волокна для передачи  данных огромна: одно кварцевое  волокно может нести сотни  тысяч телефонных каналов, используя  только малую часть теоретического  потенциала. За последние 30 лет, прогресс в отношении способности передачи оптоволоконной связи был значительно быстрее, чем, например, прогресс в скорости и мощности компьютеров.

- Потери при распространении света  в волокнах удивительно малы: ~ 0,2 дБ / км для современных одномодовых кварцевых волокон, так что многие десятки километров могут быть пройдены без усиления сигнала.

- Большое количество каналов может  быть повторно усилено в одном волоконном усилителе, если это требуется для передачи на большие расстояния.

- Из-за достижения огромной скорости  передачи , стоимость каждого бита может быть очень низкой.

- По сравнению с электрическими  кабелями, оптоволоконные кабели  очень легкие, так что стоимость  прокладки оптоволокна ниже.

- Оптоволоконные кабели обладают  иммунитетом к проблемам, которые  возникают с электрическими кабелями, такие как, заземление или электромагнитные  помехи.

Однако  волоконные системы являются более  сложными в установке и эксплуатации, так что они, как правило, менее  экономичные, если, конечно, не требуется полная мощность передачи. Таким образом, «последняя миля» (канал, соединяющий конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа провайдера) подключается через электрические кабели . Постепенно оптоволоконную связь, используются в метрополитенах, и даже волокна в дом разрабатываются, в частности, в Японии, где частные интернет-пользователи уже могут получить доступное подключение к Интернету со скоростью передачи данных до 100 Мбит / с - также выше чем производительность существующих систем ADSL, которые используют электрические телефонные линии. 

Окна  прозрачности оптического волокна

         Окно прозрачности — диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности — в оптическом волокне

 

    - Первое  окно прозрачности на 800-900 нм. Лазерные диоды и светодиоды (LED) на GaAs / AlGaAs основе выступали в качестве передатчиков, и кремниевые фотодиоды были пригодны для приемников. Однако потери волокна являются относительно высокими в этом регионе, и волоконные усилители не очень хорошо разработаны для этой области спектра. Таким образом, первое окно прозрачности подходит только для передачи на короткие расстояния.

    - Второе окно использует длину волны около 1,3 мкм, где потери кварцевых волокон гораздо ниже, и хроматическая дисперсия волокон является очень малой, так что дисперсионные расширение импульсов сводится к минимуму. Это окно изначально использовалось для передачи данных на дальние расстояния. Однако, волоконные усилители на 1,3 мкм (на основе, например, на стекла, легированного празеодимом) не так хороши, как их 1,5-мкм коллеги на основе эрбия. Кроме того, низкая дисперсия не обязательно идеально подходит для дальних передач, так как это может увеличить эффект оптической нелинейности.