Zanimivo

Komunikacija z optičnimi vlakni: telekomunikacije

Komunikacija z optičnimi vlakni: telekomunikacije


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.

Optična komunikacija je revolucionirala telekomunikacijsko industrijo. Prisotnost je močno zaznala tudi znotraj skupnosti za mreženje podatkov. Optične komunikacije so z optičnimi kabli omogočile vzpostavitev telekomunikacijskih povezav na veliko večjih razdaljah in z veliko nižjimi stopnjami izgub v prenosnem mediju in morda najpomembnejše od vsega, optične komunikacije omogočajo prilagoditev veliko višjih hitrosti prenosa podatkov.

Kot rezultat teh prednosti se optični komunikacijski sistemi pogosto uporabljajo za aplikacije, ki segajo od glavne telekomunikacijske hrbtenične infrastrukture do ethernetnih sistemov, širokopasovne distribucije in splošnih omrežij za prenos podatkov.

Razvoj optičnih vlaken

Že od prvih telekomunikacijskih dni je vedno več potrebe po pošiljanju več podatkov še hitreje. Sprva so se uporabljale enovrstne žice. Ti so se umaknili koaksialnim kablom, ki so omogočili prenos več kanalov po istem kablu. Vendar so bili ti sistemi omejeni v pasovni širini in raziskani so bili optični sistemi.

Optična komunikacija je postala mogoča po razvoju prvih laserjev v šestdesetih letih. Naslednji del sestavljanke je padel na svoje mesto, ko so bila v sedemdesetih letih razvita prva optična vlakna z dovolj majhno izgubo za komunikacijske namene. Potem, konec sedemdesetih let, je bilo opravljenih precej raziskav. Rezultat tega je bila namestitev prvega telekomunikacijskega sistema z optičnimi vlakni. Potekel je na razdalji 45 km in uporabil valovno dolžino 0,5 mm in je imela hitrost prenosa podatkov le 45 Mbps - delček tega, kar je danes mogoče.

Od takrat je bila tehnologija precej izboljšana. Hitrost prenosa podatkov se je izboljšala, poleg tega pa se je izboljšala tudi zmogljivost optičnega vlakna, da je bilo mogoče doseči veliko večje razdalje med repetitorji. Kot znak tega hitrosti, ki jih je zdaj mogoče doseči s pomočjo optičnega sistema, presegajo 10 Tbps.

Ko so se razvijali prvi prenosni sistemi z optičnimi vlakni, so menili, da bi bila optična kabli in tehnologija predraga. Vendar temu ni bilo tako in stroški so padli do te mere, da optična vlakna zdaj ponujajo edino izvedljivo možnost za številne telekomunikacijske aplikacije. Poleg tega se uporablja tudi v številnih lokalnih omrežjih, kjer je hitrost glavna zahteva.

Prednosti optičnih vlaken za komunikacije

Obstajajo številni prepričljivi razlogi, ki vodijo do širokega sprejemanja optičnih vlaken za telekomunikacijske aplikacije:

  • Veliko nižje ravni dušenja signala
  • Kabli z optičnimi vlakni zagotavljajo veliko večjo pasovno širino, ki omogoča dostavo več podatkov
  • Optični kabli so veliko lažji od koaksialnih kablov, ki bi jih sicer lahko uporabili.
  • Optična vlakna ne trpijo zaradi motečih motenj, ki se pojavijo pri koaksialnih kablih

Optični prenosni sistem

Vsak optični sistem za prenos podatkov bo vseboval več različnih elementov. Obstajajo trije glavni elementi (označeni s krepkim tiskom) in še en, ki je ključnega pomena za praktične sisteme:

  • Oddajnik (vir svetlobe)
  • Optični kabel
  • Optični repetitor
  • Sprejemnik (detektor)

Različni elementi sistema se razlikujejo glede na aplikacijo. Sistemi, ki se uporabljajo za povezave manjše zmogljivosti, po možnosti za lokalna omrežja, bodo uporabili nekoliko drugačne tehnike in komponente kot tiste, ki jih uporabljajo ponudniki omrežij, ki zagotavljajo izjemno visoke hitrosti prenosa podatkov na velike razdalje. Kljub temu so osnovna načela enaka ne glede na sistem.

V sistemu oddajnik svetlobnega vira ustvari svetlobni tok, moduliran, da mu omogoča prenos podatkov. Običajno impulz svetlobe označuje "1", odsotnost svetlobe pa "0". Ta svetloba se prenaša po zelo tanki stekleni vlakni ali drugem primernem materialu, ki se predstavi v sprejemniku ali detektorju. Detektor pretvori svetlobne impulze v enakovredne električne impulze. Na ta način se lahko podatki prenašajo kot svetloba na velike razdalje.

Optični oddajnik

Čeprav bi prvotni telekomunikacijski optični sistemi uporabljali velike laserje, je danes mogoče uporabiti različne polprevodniške naprave. Najpogosteje uporabljene naprave so diode, ki oddajajo svetlobo, LED in polprevodniške laserske diode.

Najenostavnejša oddajna naprava je LED. Njegova glavna prednost je, da je poceni, zaradi česar je idealen za poceni aplikacije, kjer so potrebni le kratki teki. Vendar imajo številne pomanjkljivosti. Prvi je ta, da ponujajo zelo nizko stopnjo učinkovitosti. V optična vlakna vstopi le približno 1% vhodne moči, kar pomeni, da bi bili potrebni visokozmogljivi gonilniki, ki bi zagotovili dovolj svetlobe za prenos na velike razdalje. Druga pomanjkljivost LED je, da proizvajajo tako imenovano nekoherentno svetlobo, ki pokriva sorazmerno širok spekter. Običajno je spektralna širina med 30 in 60 nm. To pomeni, da bo vsaka kromatična disperzija v vlaknu omejila pasovno širino sistema.

Glede na njihovo učinkovitost se LED uporabljajo predvsem v aplikacijah lokalnega omrežja, kjer so hitrosti prenosa podatkov običajno v območju 10-100 Mb / s in prenosne razdalje nekaj kilometrov.

Kjer so potrebne višje stopnje zmogljivosti, tj. Potrebno je, da lahko optična povezava deluje na večje razdalje in z višjimi hitrostmi prenosa podatkov, potem se uporabljajo laserji. Čeprav so dražje, ponujajo nekatere pomembne prednosti. V prvi vrsti lahko zagotovijo višjo izhodno raven, poleg tega pa je izhodna svetloba usmerjena in to omogoča veliko višjo stopnjo učinkovitosti pri prenosu svetlobe v optični kabel. Običajno je lahko učinkovitost spenjanja v enodomno vlakno tudi do 50%. Nadaljnja prednost je, da imajo laserji zelo ozko spektralno pasovno širino, ker proizvajajo koherentno svetlobo. Ta ozka spektralna širina omogoča laserjem prenos podatkov s precej višjimi hitrostmi, ker je modalna disperzija manj očitna. Druga prednost je, da se lahko polprevodniški laserji modulirajo neposredno pri visokih frekvencah zaradi kratkega časa rekombinacije nosilcev v polprevodniškem materialu.

Laserske diode so pogosto neposredno modulirane. To zagotavlja zelo preprost in učinkovit način prenosa podatkov na optični signal. To dosežemo z nadzorovanjem toka, ki se nanaša neposredno na napravo. To pa spreminja izhodno svetlobo iz laserja. Vendar pa je pri zelo visokih hitrostih prenosa podatkov ali povezavah na velike razdalje bolj učinkovito voditi laser pri konstantni izhodni ravni (neprekinjeni val). Nato se svetloba modulira z zunanjo napravo. Prednost uporabe zunanjega modulacijskega sredstva je v tem, da poveča največjo razdaljo povezave, ker se odpravi učinek, znan kot lasersko žvrgolenje. To žvrgolenje širi spekter svetlobnega signala in s tem povečuje kromatično disperzijo v optičnem kablu.

Optični kabel

Vse podrobnosti in opis optičnih kablov najdete v ločenem članku / vadnici na tem področju spletnega mesta. V bistvu je optični kabel sestavljen iz jedra, okoli katerega je še en sloj, imenovan obloga. Zunaj tega je zaščitni zunanji premaz.

Optični kabli delujejo, ker ima njihova obloga lomni količnik, ki je nekoliko nižji od indeksa jedra. To pomeni, da svetloba, ki prehaja po jedru, doživi popoln notranji odboj, ko doseže mejo jedra / obloge, in je zato v jedru optičnega vlakna.

Ponavljalniki in ojačevalniki

Obstaja največja razdalja, na kateri se lahko signali prenašajo prek optičnih kablov. To ni omejeno samo z dušenjem kabla, temveč tudi z izkrivljanjem svetlobnega signala vzdolž kabla. Za premagovanje teh učinkov in prenos signalov na daljše razdalje se uporabljajo repetitorji in ojačevalniki.

Lahko se uporabijo optoelektrični repetitorji. Te naprave pretvorijo optični signal v električni format, kjer ga je mogoče obdelati, da se zagotovi, da signal ni popačen in nato pretvori nazaj v optični format. Nato se lahko prenaša po naslednjem stanju optičnega kabla.

Alternativni pristop je uporaba optičnega ojačevalnika. Ti ojačevalniki neposredno ojačajo optični signal, ne da bi ga bilo treba pretvoriti nazaj v električni format. Ojačevalniki so sestavljeni iz dolžine optičnega kabla, ki je dopiran z redko zemeljskim mineralom po imenu Erbium. Nato obdelani optični kabel osvetli ali črpa s svetlobo krajše valovne dolžine drugega laserja, kar služi za ojačanje signala, ki se prenaša.

Glede na precej nižje stroške optičnih ojačevalnikov pred repetitorji so ojačevalci veliko bolj razširjeni. Večina repetitorjev je bilo zamenjanih, ojačevalniki pa se danes uporabljajo skoraj v vseh novih instalacijah.

Sprejemniki

Svetlobo, ki potuje po optičnem kablu, je treba pretvoriti v električni signal, da jo je mogoče obdelati in pridobiti podatke, ki se prenašajo. Komponenta, ki je v središču sprejemnika, je foto detektor. To je običajno polprevodniška naprava in je lahko p-n spoj, p-i-n foto-dioda ali plazovita foto-dioda. Foto-tranzistorji se ne uporabljajo, ker nimajo zadostne hitrosti.

Ko je optični signal iz optičnega kabla uporabljen na fotodetektorju in pretvorjen v električni format, se lahko obdela, da se povrnejo podatki, ki se nato posredujejo do končnega cilja.

Optični prenos podatkov se običajno uporablja za telekomunikacijske povezave na dolge razdalje in za hitra lokalna omrežja. Trenutno se optična vlakna ne uporabljajo za izvajanje storitev po domovih, čeprav je to dolgoročen cilj mnogih telekomunikacijskih podjetij. Z uporabo kablov z optičnimi vlakni bi bila razpoložljiva pasovna širina za nove storitve bistveno večja in povečala bi se možnost večjih prihodkov. Trenutno stroški pogosto niso izvedljivi, čeprav se bodo srednjeročno verjetno zgodili.

Teme brezžične in žične povezljivosti:
Osnove mobilnih komunikacij 2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT brezžični telefoni NFC - Komunikacija na bližnjem terenu Osnove omrežja Kaj je CloudEthernetSerilni podatkiUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Vrnite se na brezžično in žično povezljivost


Poglej si posnetek: Asertivna komunikacija - konstruktivnom komunikacijom do uspeha. Gost Dr Stanislava Popov (Maj 2022).