Ciekawy

Komunikacja światłowodowa: telekomunikacja

Komunikacja światłowodowa: telekomunikacja


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Komunikacja światłowodowa zrewolucjonizowała branżę telekomunikacyjną. Jego obecność jest również szeroko odczuwalna w społeczności sieci danych. Wykorzystując kabel światłowodowy, komunikacja optyczna umożliwiła tworzenie łączy telekomunikacyjnych na znacznie większe odległości i przy znacznie niższych poziomach strat w medium transmisyjnym i być może najważniejszym ze wszystkich, komunikacja światłowodowa umożliwiła obsługę znacznie wyższych szybkości transmisji danych.

W wyniku tych zalet systemy komunikacji światłowodowej są szeroko stosowane w zastosowaniach, od głównej telekomunikacyjnej infrastruktury szkieletowej po systemy Ethernet, dystrybucję szerokopasmową i ogólne sieci danych.

Rozwój światłowodów

Od najwcześniejszych dni w telekomunikacji istnieje coraz większa potrzeba przesyłania większej ilości danych jeszcze szybciej. Początkowo używano pojedynczych przewodów. To ustąpiło miejsca kablom koncentrycznym, które umożliwiły przesyłanie kilku kanałów tym samym kablem. Jednak systemy te miały ograniczoną przepustowość i zbadano systemy optyczne.

Komunikacja optyczna stała się możliwa po opracowaniu pierwszych laserów w latach 60. Kolejny element układanki trafił na swoje miejsce, gdy w latach siedemdziesiątych XX wieku opracowano pierwsze światłowody o dostatecznie niskich stratach do celów komunikacyjnych. Następnie, pod koniec lat siedemdziesiątych XX wieku, podjęto znaczną liczbę badań. Zaowocowało to zainstalowaniem pierwszego światłowodowego systemu telekomunikacyjnego. Przebiegał na dystansie 45 km i wykorzystywał długość fali 0,5 mm i miał szybkość transmisji zaledwie 45 Mb / s - ułamek tego, co jest obecnie możliwe.

Od tego czasu dokonano znacznych ulepszeń w technologii. Szybkość transmisji danych uległa poprawie, a ponadto poprawiono wydajność światłowodu, aby umożliwić osiągnięcie znacznie większych odległości między repeaterami. Wskazuje na to, że prędkości, które można teraz osiągnąć wzdłuż systemu światłowodowego, przekraczają 10 Tb / s.

Podczas opracowywania pierwszych światłowodowych systemów transmisyjnych sądzono, że okablowanie światłowodowe i technologia będą zbyt drogie. Jednak tak się nie stało, a koszty spadły do ​​tego stopnia, że ​​światłowody stanowią obecnie jedyną realną opcję dla wielu zastosowań telekomunikacyjnych. Oprócz tego jest również używany w wielu sieciach lokalnych, w których szybkość jest głównym wymaganiem.

Zalety światłowodów do komunikacji

Istnieje wiele istotnych powodów, które doprowadziły do ​​powszechnego przyjęcia okablowania światłowodowego do zastosowań telekomunikacyjnych:

  • Znacznie niższe poziomy tłumienia sygnału
  • Okablowanie światłowodowe zapewnia znacznie większą przepustowość, umożliwiając dostarczenie większej ilości danych
  • Kable światłowodowe są znacznie lżejsze niż kable koncentryczne, których można by użyć w innym przypadku.
  • Światłowody nie cierpią z powodu rozproszonych zakłóceń, które występują w przypadku okablowania koncentrycznego

System transmisji światłowodowej

Każdy światłowodowy system transmisji danych będzie składał się z wielu różnych elementów. Istnieją trzy główne elementy (zaznaczone pogrubioną czcionką) i kolejny, który jest niezbędny dla praktycznych systemów:

  • Nadajnik (źródło światła)
  • Przewód optyczny
  • Repeater optyczny
  • Odbiornik (detektor)

Poszczególne elementy systemu będą się różnić w zależności od zastosowania. Systemy używane do łączy o niższej przepustowości, być może w sieciach lokalnych, będą wykorzystywać nieco inne techniki i komponenty niż te używane przez dostawców sieci, które zapewniają bardzo wysokie szybkości transmisji danych na duże odległości. Niemniej jednak podstawowe zasady są takie same niezależnie od systemu.

W systemie nadajnik źródła światła generuje modulowany strumień światła, umożliwiający przenoszenie danych. Zwykle impuls światła wskazuje „1”, a brak światła wskazuje „0”. Światło to jest przesyłane przez bardzo cienkie włókno szklane lub innego odpowiedniego materiału, które ma być przedstawione w odbiorniku lub detektorze. Detektor przekształca impulsy światła w równoważne impulsy elektryczne. W ten sposób dane mogą być przesyłane w postaci światła na duże odległości.

Nadajnik światłowodowy

Chociaż pierwotne telekomunikacyjne systemy światłowodowe wykorzystywałyby duże lasery, obecnie można stosować różne urządzenia półprzewodnikowe. Najczęściej używanymi urządzeniami są diody elektroluminescencyjne, diody LED i półprzewodnikowe diody laserowe.

Najprostszym nadajnikiem jest dioda LED. Jego główną zaletą jest to, że jest tani, co czyni go idealnym do zastosowań o niskich kosztach, w których potrzebne są tylko krótkie serie. Mają jednak szereg wad. Po pierwsze, oferują bardzo niski poziom wydajności. Tylko około 1% mocy wejściowej trafia do światłowodu, a to oznacza, że ​​do zapewnienia dostatecznej ilości światła, aby umożliwić transmisję na duże odległości, potrzebne byłyby sterowniki dużej mocy. Inną wadą diod LED jest to, że wytwarzają tak zwane niespójne światło, które obejmuje stosunkowo szerokie spektrum. Zwykle szerokość widmowa wynosi od 30 do 60 nm. Oznacza to, że jakakolwiek dyspersja chromatyczna we włóknie ograniczy przepustowość systemu.

Ze względu na ich wydajność, diody LED są używane głównie w aplikacjach sieci lokalnych, gdzie szybkości transmisji danych zwykle mieszczą się w zakresie 10-100 Mb / s, a odległości transmisji wynoszą kilka kilometrów.

Tam, gdzie wymagane są wyższe poziomy wydajności, tj. Konieczne jest, aby łącze światłowodowe mogło działać na większych odległościach i przy wyższych szybkościach transmisji danych, stosuje się lasery. Chociaż są droższe, oferują pewne istotne zalety. W pierwszej kolejności są w stanie zapewnić wyższy poziom wyjściowy, a dodatkowo strumień świetlny jest kierunkowy, co umożliwia znacznie wyższy poziom wydajności w przenoszeniu światła do światłowodu. Zazwyczaj wydajność sprzęgania w światłowodzie jednomodowym może wynosić nawet 50%. Kolejną zaletą jest to, że lasery mają bardzo wąskie pasmo widmowe, co wynika z faktu, że wytwarzają spójne światło. Ta wąska szerokość widmowa umożliwia laserom przesyłanie danych z dużo większą szybkością, ponieważ dyspersja modalna jest mniej widoczna. Kolejną zaletą jest to, że lasery półprzewodnikowe można modulować bezpośrednio przy wysokich częstotliwościach ze względu na krótki czas rekombinacji nośników w materiale półprzewodnikowym.

Diody laserowe są często modulowane bezpośrednio. Zapewnia to bardzo prostą i skuteczną metodę przenoszenia danych na sygnał optyczny. Osiąga się to poprzez kontrolę prądu doprowadzanego bezpośrednio do urządzenia. To z kolei zmienia moc światła lasera. Jednak przy bardzo dużych szybkościach transmisji danych lub połączeniach na bardzo duże odległości bardziej efektywne jest uruchamianie lasera na stałym poziomie wyjściowym (ciągła fala). Światło jest następnie modulowane za pomocą zewnętrznego urządzenia. Zaletą korzystania z zewnętrznych środków modulacji jest to, że zwiększa maksymalną odległość łącza, ponieważ eliminowany jest efekt znany jako ćwierkanie lasera. To ćwierkanie poszerza widmo sygnału świetlnego, a to zwiększa dyspersję chromatyczną w kablu światłowodowym.

Przewód optyczny

Pełne szczegóły i opis okablowania światłowodowego znajdują się w osobnym artykule / tutorialu w tej części serwisu. Zasadniczo kabel światłowodowy składa się z rdzenia, wokół którego znajduje się kolejna warstwa zwana płaszczem. Poza tym znajduje się ochronna powłoka zewnętrzna.

Kable światłowodowe działają, ponieważ ich powłoka ma współczynnik załamania światła, który jest nieco niższy niż rdzenia. Oznacza to, że światło przechodzące w dół rdzenia ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, gdy dociera do granicy rdzenia / płaszcza, a tym samym jest zawarte w rdzeniu światłowodu.

Repeatery i wzmacniacze

Istnieje maksymalna odległość, na jaką sygnały mogą być przesyłane przez okablowanie światłowodowe. Ogranicza to nie tylko tłumienie kabla, ale także zniekształcenie sygnału świetlnego wzdłuż kabla. Aby przezwyciężyć te efekty i przesyłać sygnały na większe odległości, stosuje się repeatery i wzmacniacze.

Można zastosować repeatery optyczne. Urządzenia te konwertują sygnał optyczny na format elektryczny, w którym można go przetworzyć, aby zapewnić, że sygnał nie jest zniekształcony, a następnie ponownie przekształcić w format optyczny. Następnie może być transmitowany wzdłuż następnego stanu kabla światłowodowego.

Alternatywnym podejściem jest użycie wzmacniacza optycznego. Wzmacniacze te bezpośrednio wzmacniają sygnał optyczny bez konieczności przekształcania sygnału z powrotem na format elektryczny. Wzmacniacze składają się z odcinka kabla światłowodowego z domieszką minerału ziem rzadkich o nazwie Erb. Traktowany kabel światłowodowy jest następnie oświetlany lub pompowany światłem o mniejszej długości fali z innego lasera, co służy wzmocnieniu przenoszonego sygnału.

Ze względu na znacznie obniżony koszt wzmacniaczy światłowodowych w porównaniu z repeaterami, wzmacniacze są znacznie szerzej stosowane. Większość repeaterów została wymieniona, a wzmacniacze są obecnie używane w praktycznie wszystkich nowych instalacjach.

Odbiorcy

Światło poruszające się po kablu światłowodowym musi zostać przetworzone na sygnał elektryczny, aby można było je przetworzyć i wydobyć przenoszone dane. Sercem odbiornika jest fotodetektor. Jest to zwykle urządzenie półprzewodnikowe i może to być złącze p-n, fotodioda p-i-n lub fotodioda lawinowa. Nie stosuje się fototranzystorów, ponieważ nie mają one wystarczającej szybkości.

Po przyłożeniu sygnału optycznego z kabla światłowodowego do fotodetektora i przekształceniu go w format elektryczny można go przetworzyć w celu odzyskania danych, które następnie można przesłać do miejsca docelowego.

Światłowodowa transmisja danych jest zwykle stosowana w połączeniach sieci telekomunikacyjnych na duże odległości oraz w szybkich sieciach lokalnych. Obecnie światłowody nie są wykorzystywane do dostarczania usług do domów, chociaż jest to cel długoterminowy dla wielu operatorów telekomunikacyjnych. Dzięki zastosowaniu tu okablowania światłowodowego dostępna przepustowość dla nowych usług byłaby znacznie wyższa, a możliwość uzyskania większych przychodów wzrosłaby. Obecnie jego koszt nie jest opłacalny, chociaż prawdopodobnie nastąpi to w średnim okresie.

Tematy dotyczące łączności bezprzewodowej i przewodowej:
Podstawy komunikacji mobilnej2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT Telefony bezprzewodowe NFC - Komunikacja bliskiego zasięguPodstawy pracy sieciCo to jest chmuraEthernetDane szeregoweUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Wróć do Łączność bezprzewodowa i przewodowa


Obejrzyj wideo: Prawie tysiąc mieszkań bez internetu i uszkodziła światłowód (Może 2022).