75379

Преимущества оптического волокна как среды для передачи информации

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Полезная ширина полосы одиночно излученного светового импульса определяется импульсной передаточной функцией рассматриваемого оптического волокна ОВ. Учитывая что оптическая ширина полосы волокна определяется импульсной передаточной функцией этого волокна можно показать что измеренная на уровне 3 дБ по мощности оптическая ширина полосы Во оценивается с помощью показателя полная ширина полосы на уровне половины от максимума...

Русский

2015-01-12

225.5 KB

1 чел.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

  1.  Преимущества оптического волокна как среды

для передачи информации

Оптическое волокно - среда передачи, используемая в современных наземных сетях связи. Если скорости передачи в 1 бит/с соответствует диапазон частот в 1 Гц, то фактически весь используемый радиочастотный спектр (3 кГц - 200 ГГц) может быть передан по одному волокну. При современной технологии скорость передачи данных может достигать 100 Гбит/с для одного потока.

Волоко́нно-опти́ческая связь - вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и достигает 10 - 15 Тбит/с. Малое затухание сигнала обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования. Волоконно-оптическая связь находит всё более широкое применение - от компьютеров и бортовых космических, самолётных, корабельных систем, до передачи информации на большие расстояния. Общая протяженность волоконно-оптических линий связи исчисляется сотнями миллионов километров.

Оптическое волокно хорошо вписывается в схему цифровой передачи. Передача сигнала по коаксиальному кабелю и паре проводов требует значительно больше повторителей (регенераторов) на единицу длины, по сравнению с ВОЛС. Это соотношение колеблется от 20:1 до 100:1. В результате, накопленное дрожание фазы фронтов импульсов при передаче по оптоволокну значительно меньше, чем при передаче по медным проводам. Это происходит потому, что накопленное дрожание фазы фронта - функция числа последовательно включенных повторителей.

Полезная ширина полосы одиночно излученного светового импульса определяется импульсной передаточной функцией рассматриваемого оптического волокна (ОВ). Пусть Воширина полосы ОВ. Учитывая, что оптическая ширина полосы волокна определяется импульсной передаточной функцией этого волокна, можно показать, что измеренная на уровне -3 дБ (по мощности) оптическая ширина полосы Во оценивается с помощью показателя «полная ширина полосы на уровне половины от максимума» (FWHM):

Во = 441/FWHM,

полагая, что Во измеряется в МГц, a FWHM - в нс.

Время нарастания переднего фронта импульса обратно пропорционально Во:

t = 315/ Во

Рис. 1.1. Упрощенная модель ВОСП

Операции в блоках могут быть аналоговыми или цифровыми. Многие кабельные телевизионные системы используют аналоговый формат, со временем, однако он все больше меняется на цифровой. Другая форму аналоговых приложений - передача радиосигналов в их естественной форме без использования частотной модуляции.

Электрооптический преобразователь (ЭОП) преобразует цифровой электрический сигнал в оптический NRZ- или RZ-сигнал или сигнал, использующий манчестерский код. Он также устанавливает требуемый уровень постоянного смещения входных импульсов. Существуют два источника света, широко используемых сегодня на практике: светоизлучающий диод — СИД (LED) и лазерный диод — ЛД (LD). Оба источника используют модуляцию по интенсивности.

Этот источник соединяется с детектором светового сигнала на удаленном конце через одно из оптических волокон в ВОК (другие волокна используются для других целей, в том числе и для резервирования). Оптические волокна внутри кабеля могут быть как одномодовыми, так и многомодовыми. Физические размеры волокна (диаметр его сердцевины) определяют какого оно типа. Существуют как экономические, так и эксплуатационные соображения, которые могут определять, какой тип волокна нужно использовать для конкретного проекта.

ВОК поставляется на катушках (или барабанах), представляющих одну кабельную секцию, которая имеет длину 1, 2, 5 и 10 км. Соединительные оптические разъемы (или коннекторы) используются на концах кабелей (с обоих сторон) для соединения кабеля с указанными источником и детектором. Для длинных линий (ВОСП) может потребоваться несколько таких катушек. Строительные длины соединяются друг с другом путем сращивания. Сростки и оптические разъемы рассматриваются в гл. 3. В связи с этим, обычно, рассматриваются два наиболее важных параметра: вносимые потери и возвратные потери. Вносимые потери, вызванные наличием сростка, должны быть меньше 0,1 дБ, тогда как аналогичные потери, вызванные наличием оптического разъема, должны быть меньше 1 дБ. Возвратные потери (или потери на отражение), определяющие уровень согласования между сростком и кабелем, должны быть не менее 30 дБ.

Большинство ВОСП в настоящее время используют два типа приемников: PIN-диод и лавинный фотодиод (ЛФД). PIN-диод проще и менее чувствителен к изменению окружающей среды, так как не имеет внутреннего усиления. ЛФД — более сложен и более чувствителен к изменению окружающей среды, но может обеспечить 10-20 дБ дополнительного усиления.

Волокно в каждый дом (англ. Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) - термин для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего: высокоскоростной доступ в Интернет; услуги телефонной связи; услуги телевизионного приёма.

2. Распространение оптического излучения в волокне.

Числовая апертура и моды оптического волокна

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов - сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными. Показатель преломления сердцевины несколько больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая многократные переотражения на границе сердцевина - оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её. Показатель преломления сердцевины обозначают n1, а показатель преломления оболочки - n2. Это важные параметры и мы рассмотрим их ниже. Когда жила ОВ спроектирована так, что n1 n2, то структура: сердцевина-оболочка, ведет себя как волновод. Кварцевое стекло (SiO2) является основным материалом, как для сердцевины, так и оболочки. Для подгонки нужных значений показателя преломления используются легирующие примеси, такие как бор или германий.

Конструкция световода

Путь лучей для нескольких углов падения, n1  n2

Условие полного внутреннего отражения:

                                     (1)

Числовая апертура волокна (NANumerical Aperture) максимальный синус угла  между лучом и осью волокна, при падении под которым излучение еще распространяется внутри световода. Если угол больше предельного, излучение уходит в оболочку:

                                                    (2)

Мода оптического волокна – распределение поля поперек волокна,

которое воспроизводится по форме в любом его сечении.

Распределение поля поперек волокна (вдоль оси x) является

стоячей волной.

Одномодовое волокно                                        Многомодовое волокно

                                             125 мкм

                                            Оболочка

                                          Сердцевина

              7…9 мкм                          50/62,5 мкм

Многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления: .

Одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления: .

Диаметр покрытия – 250 мкм.

Параметр волокна (нормированная частота волокна):

.                                                        (1.3)

В волокне со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется только одна мода, если V < 2,405. Это требование позволяет определить критическую (минимальную) длину волны, начиная с которой внутри волокна может распространяться только одна мода.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42878. Графы и алгоритмы на графах. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Разработка программы для решения системы ОДУ, описывающей простейшую модель экосистемы (модель Лотка-Вольтерра). Методы оптимизации 1.58 MB
  Оптимизация как раздел математики существует достаточно давно. Оптимизация - это выбор, т.е. то, чем постоянно приходится заниматься в повседневной жизни. Термином "оптимизация" в литературе обозначают процесс или последовательность операций, позволяющих получить уточненное решение. Хотя конечной целью оптимизации является отыскание наилучшего или "оптимального" решения, обычно приходится довольствоваться улучшением известных решений, а не доведением их до совершенства. По этому под оптимизацией понимают скорее стремление к совершенству, которое, возможно, и не будет достигнуто.
42879. Создания простейшей экспертной системы 69.17 KB
  Если реакция системы не понятна пользователю то он может потребовать объяснения: CLIPS Первоначально аббревиатура CLIPS была названием языка С Lnguge Integrted Production System язык С интегрированный с продукционными системами удобного для разработки баз знаний и макетов экспертных систем. Теперь CLIPS представляет собой современный инструмент предназначенный для создания экспертных систем expert system tool. CLIPS состоит из интерактивной среды экспертной оболочки со своим способом представления знаний гибкого и мощного...
42880. Состояния международного туризма на современном этапе 84.24 KB
  Туризм – явление, известное каждому. Во все времена нашу планету пересекали многочисленные путешественники и первопроходцы. Но лишь недавно туризм возник как специфическая форма деятельности людей. Каждый из нас представляет себе туризм как отрасль, более или менее известную, поскольку все мы куда-то ездили и проводили отпуска вдали от дома. Туризм - сравнительно молодой феномен, имеющий, однако, корни, уходящие в древние времена.
42881. Поняття туризму. Класифікація, види і форми туризму 59.48 KB
  Термін туризм (tourism) першим вжив В. Жекмо в 1830 р. Слово «туризм» походить від французького «tour», що означає «прогулянка». До недавнього часу в різних країнах поняття «туризм», «турист» розумілися неоднаково. З розвитком туризму в сучасному світі, особливо міжнародного і з створенням міжнародних туристичних організацій, стало необхідним дати загальноприйняте визначення поняття «турист» і відповідно «туризм».
42882. SMS-Flooder 284.94 KB
  При атаках автоматизированных систем достаточно сложно определить предсказать уровень ущерба и риска который они могут предоставить. На основе вышеизложенного рассмотрим момент риска по формуле: Отсюда среднее значение ущерба для кривой риска будет равно Далее получим центральный момент риска: Откуда мы можем выразить второй центральный момент риска: Тогда среднеквадратичное отклонение будет иметь вид: Также оно может быть найдено относительно моды риска . Она может выражаться через решение следующего уравнения: Чтобы оценить ассиметрию...
42883. Химическая металлизация печатных плат 1.32 MB
  И так как вытравливается только этот минимальный слой около 3 мкм то величина подтравов минимальна до 2 мкм что позволяет воспроизводить проводники малой ширины. Поэтому в методе необходимо применять фоторезист толщиной около 30 мкм. Затяжкой Тентинг –метод с общей металлизацией поверхности заготовки Слои 1 2 3 4 5 18 мкм 18 мкм 18 мкм Фольга 3 мкм 6 мкм 35 мкм Общая металлизация поверхности 30 мкм 40 мкм 40 мкм 50 мкм Фоторезист 25 мкм 35 мкм 35 мкм Металлизация рисунка 15 мкм 15 мкм Металлорезист 3 мкм 18 мкм 24 мкм 53 мкм Глубина...
42884. Разработка программы для построения графика временной функции в реальном и машинном времени 439 KB
  Создание MS-DOS QuickBASIC (сокращенное обозначение – QB) в середине 80-х годов произвело настоящую революцию в мире BASIC, результатом которой было то, что впервые этот язык занял достаточно прочные позиции среди средств разработки серьезных прикладных систем. В QuickBASIC в достаточно полной мере реализованы идеи структурного и модульного программирования, возможности использования процедур и функций.
42885. Разработка обучающей программы по планированию перемещения артиллерии при заданных рубежах: готовности; начала перемещения; выхода в атаку 247.06 KB
  После запуска следует выбрать какие рубежи заданы Для примера в варианте расчета при заданном рубеже начала перемещения дана схема отображающая перемещения войск в зависимости от введенных данных.
42886. Поиск и индексация в Web. Интернет-каталоги 1004 KB
  Помимо глобального поиска в пространстве Интернет существует также проблема локального поиска, т.е. поиска в пределах одного сайта или портала. Существуют готовые решения, однако для поиска внутри сайта иногда требуется более точная настройка и свои, индивидуальные, алгоритмы, которые будут осуществлять более точный и быстрый поиск по тем данным, с которыми работает сайт. Одним из главных недостатком стандартных решений от Google или Яндекс, например, также является низкая скорость обновления информации о страницах, т.е. индексации.