Informācijas pārveidošanas un pārraides princips par optiskajām šķiedrām

Mūsdienu sakaru līnijas, kas paredzētas informācijas pārraidei lielos attālumos, bieži vien ir tikai optiskās līnijas, pateicoties šīs tehnoloģijas diezgan augstajai efektivitātei, ko tā jau daudzus gadus ir veiksmīgi demonstrējusi, piemēram, kā līdzekli platjoslas piekļuves internetam nodrošināšanai. .

Pati šķiedra sastāv no stikla serdes, ko ieskauj apvalks, kura laušanas koeficients ir zemāks nekā serdei. Gaismas stars, kas atbild par informācijas pārraidi pa līniju, izplatās pa šķiedras serdi, atstarojas ceļā no apšuvuma un tādējādi neiziet ārpus pārvades līnijas.

Staru veidojošais gaismas avots parasti ir diodes vai pusvadītāju lāzers, savukārt pati šķiedra atkarībā no serdes diametra un refrakcijas indeksa sadalījuma var būt vienmoda vai daudzmodu.

Optiskās šķiedras sakaru līnijās ir pārākas par elektroniskajiem sakaru līdzekļiem, nodrošinot ātrdarbīgu un bezzudumu digitālo datu pārraidi lielos attālumos.

Principā optiskās līnijas var veidot neatkarīgu tīklu vai kalpot jau esošo tīklu — optisko šķiedru maģistrāļu posmu, kas fiziski apvienoti optiskās šķiedras līmenī vai loģiski — datu pārraides protokolu līmenī, apvienošanai.

Datu pārraides ātrumu pa optiskajām līnijām var mērīt simtos gigabitos sekundē, piemēram, 10 Gbit Ethernet standarts, kas jau daudzus gadus tiek izmantots mūsdienu telekomunikāciju struktūrās.

Par optiskās šķiedras izgudrošanas gadu tiek uzskatīts 1970. gads, kad Pīters Šulcs, Donalds Keks un Roberts Maurers — Korningas zinātnieki — izgudroja zemu zudumu optisko šķiedru, kas pavēra iespēju dublēt kabeļu sistēmu telefona signāla pārraidīšanai. tiek izmantoti bez atkārtotājiem. Izstrādātāji ir izveidojuši vadu, kas ļauj ietaupīt 1% no optiskā signāla jaudas 1 kilometra attālumā no avota.

Tas bija tehnoloģiju pagrieziena punkts. Sākotnēji līnijas tika izstrādātas, lai vienlaikus pārraidītu simtiem gaismas fāžu, vēlāk tika izstrādāta vienfāzes šķiedra ar lielāku veiktspēju, kas spēj saglabāt signāla integritāti lielākos attālumos. Vienfāzes nulles nobīdes šķiedra ir bijusi vispieprasītākais šķiedru veids kopš 1983. gada līdz mūsdienām.

Lai pārraidītu datus pa optisko šķiedru, signāls vispirms ir jāpārveido no elektriskā uz optisko, pēc tam jāpārraida pa līniju un pēc tam uztvērējā jāpārveido atpakaļ uz elektrisko.Visa ierīce tiek saukta par raiduztvērēju, un tajā ietilpst ne tikai optiskie, bet arī elektroniskie komponenti.

Tātad pirmais optiskās līnijas elements ir optiskais raidītājs. Tas pārveido virkni elektrisko datu optiskā plūsmā. Raidītājs ietver: paralēlo uz seriālo pārveidotāju ar sinhronizācijas impulsu sintezatoru, draiveri un optiskā signāla avotu.

Optiskā signāla avots var būt lāzerdiode vai gaismas diode. Parastās gaismas diodes netiek izmantotas telekomunikāciju sistēmās. Nospriegojuma strāvu un modulācijas strāvu lāzera diodes tiešai modulācijai piegādā lāzera draiveris, pēc tam gaisma caur optisko savienotāju tiek piegādāta šķiedrā. optiskais kabelis.

Līnijas otrā pusē signālu un laika signālu nosaka optiskais uztvērējs (galvenokārt fotodiodes sensors), kur tie tiek pārveidoti par elektrisko signālu, kas tiek pastiprināts un pēc tam tiek rekonstruēts pārraidītais signāls. Jo īpaši seriālo datu plūsmu var pārveidot par paralēlu.

Priekšpastiprinātājs ir atbildīgs par asimetriskas strāvas pārveidošanu no fotodiodes sensora spriegumā, par tās turpmāko pastiprināšanu un pārveidošanu diferenciālā signālā. Datu sinhronizācijas un atkopšanas mikroshēma atgūst pulksteņa signālus un to laiku no saņemtās datu straumes.

Laika dalīšanas multiplekseris sasniedz datu pārraides ātrumu līdz 10 Gb/s. Tātad šodien ir šādi datu pārraides ātruma standarti, izmantojot optiskās sistēmas:

Viļņa garuma dalīšanas multipleksēšana un viļņu garuma dalīšanas multipleksēšana ļauj vēl vairāk palielināt datu pārraides blīvumu, kad vienā kanālā tiek nosūtītas vairākas multipleksētas datu plūsmas, bet katrai plūsmai ir savs viļņa garums.

Viena režīma šķiedrai ir salīdzinoši mazs ārējais serdes diametrs, kas ir aptuveni 8 mikroni. Šāda šķiedra ļauj caur to izplatīties noteiktas frekvences staram, kas atbilst dotās šķiedras īpašībām. Kad stars kustas viens, starprežīmu izkliedes problēma pazūd, kā rezultātā palielinās līnijas veiktspēja.

Materiāla blīvuma sadalījums var būt gradients vai pakāpenisks. Gradienta sadalījums nodrošina lielāku caurlaidspēju. Viena režīma tehnoloģija ir plānāka un dārgāka nekā vairāku režīmu tehnoloģija, taču tā ir viena režīma tehnoloģija, ko pašlaik izmanto telekomunikācijās.

Daudzmodu šķiedra ļauj vienlaikus izplatīt vairākus pārraides starus dažādos leņķos. Serdes diametrs parasti ir 50 vai 62,5 µm, tāpēc tiek atvieglota optiskā starojuma ieviešana. Raiduztvērēju cena ir zemāka nekā vienmoda.

Tā ir daudzmodu šķiedra, kas ir ļoti piemērota maziem mājas un lokālajiem tīkliem. Starpmodu dispersijas fenomens tiek uzskatīts par galveno daudzmodu šķiedras trūkumu, tāpēc šīs kaitīgās parādības mazināšanai ir īpaši izstrādātas šķiedras ar gradienta laušanas koeficientu, lai stari izplatītos pa paraboliskiem ceļiem un to optisko ceļu atšķirība būtu mazāka. .Tā vai citādi viena režīma tehnoloģiju veiktspēja joprojām ir augstāka.