Мы стали гораздо чаще слышать оптоволоконная связь, чем раньше. Пора разобраться что такое оптоволоконная связь и в чём её преимущества.
Вступление
Оптоволоконная связь позволяет телекоммуникационным сетям обеспечивать высокоскоростные соединения с высокой пропускной способностью в пределах одной страны и в международном информационно коммуникационном пространстве.
Оптоволоконная связь состоит из активных и пассивных элементов, основными из которых являются:
- Формирователь лазерного сигнала: оптические мультиплексоры преобразующие электрический сигнал (группу сигналов) в оптический.
- Приёмопередатчики: нужны либо для передачи, либо для приёма данных между связными элементами ВОЛС, например, мультиплексорами (multiplexer) или маршрутизаторами (router);
- Оптоволоконный кабель, оптоволоконные разъемы, другие пассивные оптические компоненты.
Всю номенклатуру элементов и компонентов ВОЛС, а также другого оборудования радиофотоника посмотрите на сайте https://lenlasers.ru/catalog/opticheskie-transivery-sfp-mednye/. Это сайт компании разработчик и поставщика лазерно-оптических компонентов и оборудования российского и зарубежного производства.
История оптоволоконной связи
Оптоволоконная связь произвела революцию в телекоммуникационной отрасли. Он получил широкое признание у организаторов сетей связи и коммуникаций. Оптическая связь, используя оптоволоконный кабель, позволила установить телекоммуникационные линии на гораздо большие расстояния, с гораздо меньшими уровнями потерь. Это позволило обеспечить гораздо более высокие скорости передачи данных.
В результате этих преимуществ ВОЛС широко используются в основной инфраструктуре магистральной связи, в широкополосных системах Ethernet и общих сетей передачи данных.
С первых дней развития телекоммуникаций постоянно возрастала потребность в передаче большего количества данных. Первоначально использовались однолинейные провода. На смену им пришли коаксиальные кабели, которые позволили нескольким каналам передавать по одному и тому же кабелю. Однако эти системы были ограничены в полосе пропускания.
В 60-70-х годах прошлого века, после ряда открытий (в частности создания лазера), стала возможной оптическая связь — передача электрического сигнала светом.
Сегодня это открытие позволяет передавать данные на большие расстояния со скоростью передачи до 10Тбит/сек.
Оптоволоконная связь в преимуществах
Существует ряд веских причин, которые приводят к широкому распространению ВОК кабелей:
- Низкие уровни ослабления сигнала;
- Более высокая пропускная способность, позволяет передавать большие объемы данных;
- ВОК кабели легче всех коаксиальных;
- Оптоволоконная связь не страдает от помех.
Из чего состоит оптоволоконная связь
Любая ВОЛС будет состоять из ряда элементов. Это:
- Передатчик (источник света – лазер, светодиод);
- Оптоволоконный кабель;
- Ретранслятор;
- Детектор (приемник).
Элементы ВОЛС могут меняться в зависимости от назначения. Очевидно, что локальным сетям, не нужны методы организации ВОЛС между городами. Однако, общие принципы для любой ВОЛС одинаковые.
Оптоволоконная связь: основные принципы
Суть оптоволоконной связи в преобразовании электрического сигнала в световой потолок, передача светового потока на расстояние и обратное преобразование света в электрический сигнал.
Свет в данной системе передается по специальному кабелю, называемому стекловолокном. «Ловят» оптический сигнал детекторы. Они преобразуют импульсы света обратно в «читаемые» электрические импульсы. То есть имеет место передача электрических сигналов светом.
Оптоволоконный передатчик
В первоначальных ВОЛС использовались большие лазеры, сегодня можно использовать различные полупроводниковые устройства. Чаще всего используются светоизлучающие диоды, светодиоды и полупроводниковые лазерные диоды.
Самым простым передающим устройством является светодиод. Его главное преимущество заключается в дешевизне. Однако у них есть ряд недостатков. Во-первых, они имеют очень низкий уровень эффективности. Только около 1% мощности поступает в оптическое волокно, а это означает, что потребуются драйверы высокой мощности для обеспечения достаточного количества света для передачи на большие расстояния.
Второй недостаток светодиода в излучении некогерентного света широкого спектра 30–60 нм. Из-за этого дисперсия в волокне ограничивает предел пропускной способности волоконного световода.
Волоконные светодиоды используются для локальных сетей, где скорость передачи данных в диапазоне 10–100 Мбит/с, а расстояние передачи несколько километров.
Оптоволоконная связь на большие расстояния с более высокими скоростями передачи данных, потребует большей производительности источника света. В этих системах используют лазеры. Хотя они более дорогие, они обладают существенными преимуществами.
Во-первых, они могут обеспечить более высокий выходной уровень;
Во-вторых, световой поток является направленным, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи света в оптоволоконный кабель. Эффективность связи с одномодовым волокном может достигать 50%.
В-третьих, лазеры имеют очень узкую спектральную полосу пропускания, то есть они производят когерентный свет. Эта узкая спектральная ширина позволяет лазерам передавать данные с гораздо большей скоростью, поскольку модальная дисперсия менее заметна.
Для очень высоких скоростей передачи данных или очень больших расстояний более эффективно использовать лазер с постоянным уровнем выходной мощности (непрерывной волной). Затем свет модулируется с помощью внешнего устройства. Использования внешних средств модуляции увеличивает максимальное расстояние между линиями связи, поскольку устраняется эффект, известный как лазерный «чирп». Этот эффект расширяет спектр светового сигнала и увеличивает хроматическую дисперсию в оптоволоконном кабеле.
Оптоволоконная связь и оптический кабель
По сути, оптоволоконный кабель состоит из сердечника, вокруг которого находится еще один слой, называемый оболочкой. Снаружи есть защитное внешнее покрытие.
Оптические кабели работают, потому что их оболочка имеет намного меньший показатель преломления, чем у сердечника. Это означает, что свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению, когда достигает границы сердцевина-оболочка. То есть отражаясь свет движется внутри сердцевины оптического волокна.
Усилители (репитеры)
Есть ограничения в расстояние передачи сигналов по оптоволоконным кабелям. Это ограничивается связаны с затуханием сигнала и искажением светового сигнала вдоль кабеля. Чтобы преодолеть эти эффекты и передавать сигналы на большие расстояния (например, между городами), используются повторители и усилители сигналов.
Часто используют фотоэлектрические повторители. Эти устройства преобразуют оптический сигнал в электрический формат, где его можно обработать, чтобы сигнал не искажался, а затем преобразовать обратно в оптический формат.
Альтернативный подход – использовать оптический усилитель (эрбиевые 1,55мкм, иттербиевые 1 мкм, тулиевые 2 и 1,47 мкм). Эти усилители напрямую усиливают оптический сигнал без необходимости преобразовывать сигнал обратно в электрический формат.
Ввиду гораздо более низкой стоимости ВОУ по сравнению с повторителями, они используются гораздо чаще.
Оптоволоконная связь и приемники
Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, необходимо преобразовать в электрический сигнал, чтобы его можно было обработать и извлечь передаваемые данные. Компонент, который лежит в основе приемника, – это детектор (фотодетектор).
Обычно это полупроводниковое устройство с pn-переходом, штыревым фотодиодом или лавинным фотодиодом. Фототранзисторы не используются, потому что они не имеют достаточного быстродействия.
После того как оптический сигнал от оптоволоконного кабеля был подан на детектор и преобразован в электрический формат, он может быть обработан для восстановления данных, которые затем могут быть переданы в конечный пункт назначения.
Заключение
Оптоволоконная связь сегодня чаще используется для телекоммуникационных сетей на больших расстояниях и для высокоскоростных локальных сетей. В настоящее время волоконная оптика почти не используется для доставки услуг в дома, хотя это является долгосрочной целью для многих телекоммуникационных компаний.
©webonto.ru