Glasvezelkabels worden in veel industrieën gebruikt voor datatransmissie met hoge snelheid, met name in de telecommunicatie. Maar wat is glasvezelkabel precies? Hoe werkt hij? Hoe is het opgebouwd? In dit artikel proberen we antwoord te geven op al deze vragen.

Wat zijn glasvezelkabels?

Over het algemeen verschillen glasvezelkabels niet veel van andere soorten kabels. Behalve dat ze geen energie (elektronen), maar licht (fotonen) gebruiken om data over te dragen. Glasvezeltransmissie is een algemene term voor de overdracht van informatie in de vorm van licht.

Hoe werken glasvezelkabels?

De glasvezelkabel is gebaseerd op een kern van kwartsglas of kunststofvezel. Het is deze kern die dient als de hoofdgeleider van het licht in de kabel. Er is nog een laag tussen de kern van de kabel en de mantel, de grenslaag. Het dient om licht te reflecteren. De brekingsindex heeft direct invloed op de transmissiesnelheid van de lichtstraal.

De volgende is de kernschaal zelf, die ook fungeert als een geleider van lichtstralen, maar een lagere reflectie-index heeft dan kern ... De envelop wordt bedekt door de volgende laag, de "buffer" (buffer). Zijn functie is om vochtophoping in de kern en de huls te voorkomen.
Ten slotte is de laatste laag de buitenmantel van de kabel, die de kabel beschermt tegen mechanische schade.

Hoe zenden glasvezelkabels lichtstralen uit?

Voor datatransmissie via glasvezel wordt het binnenkomende elektrische signaal met behulp van een speciale elektro-optische converter omgezet in een lichtpuls. Daarna begint de lichtstraal langs de kabels te bewegen. Op het laatste punt van zijn route komt de straal de opto-elektronische omzetter binnen, waar het wordt omgezet in elektronische signalen.
Verschillende soorten glasvezelkabels hebben verschillende kerndiameters. Grotere kernen kunnen meer stralen doorlaten. Glasvezelkabels kunnen gebogen zijn, maar zorg ervoor dat de kabel niet te veel wordt gebogen, omdat dit de transmissie van lichtstralen in de kabel kan verstoren.

Welke soorten glasvezelkabels zijn er?

Er zijn verschillende soorten glasvezelkabels. Laten we ze allemaal bekijken.

Multimode vezels met step-index profiel (Multimode getrapte indexkabels)

Getrapte index multimode kabels zijn de eenvoudigste glasvezelkabels. Ze bestaan ​​uit een glazen kern met een constante reflectie-index. Dit type kabel maakt gelijktijdige transmissie van meerdere bundels mogelijk, die met verschillende intensiteiten worden gereflecteerd en langs een zigzagpad worden verzonden. De reflectie-index blijft echter constant.
Doordat de bundels herhaaldelijk onder verschillende hoeken worden gebroken, wordt de gegevensoverdrachtsnelheid verlaagd. Dergelijke kabels bieden een bandbreedte tot 100 MHz en maken het mogelijk om signalen over een afstand van maximaal 1 kilometer te verzenden.De aderdiameters van dit type kabel zijn meestal: 100, 120 of 400 µm.
Multimode vezels met gegradeerde index (Gradient index multimode kabels).

Net als het vorige type kabel, kunt u met deze kabel tegelijkertijd veel signalen verzenden, maar de signalen in de vezel worden niet in een zigzag, maar langs een parabolisch pad gebroken, wat de gegevensoverdrachtsnelheid aanzienlijk kan verhogen. De nadelen van deze kabels zijn onder meer hogere kosten. Kabels van dit type worden meestal gebruikt om snelle datatransmissienetwerken te bouwen.
Kerndiameters: 50 µm, 62,5 µm, 85 µm, 100 µm, 125 µm, 140 µm.

Single-mode vezels (Singlemode kabels)

Singlemode glasvezelkabels hebben een zeer kleine kerndiameter en laten slechts één signaal tegelijk toe. De afwezigheid van brekingen heeft een positief effect op de snelheid en afstand van de gegevensoverdracht. Single-mode kabels zijn vrij duur, maar bieden een uitstekende bandbreedte en datatransmissieafstand, tot 100 (Gbit/s) km.

Wat zijn de voordelen van het gebruik van glasvezelkabels?
Vergeleken met conventionele kabels biedt glasvezel voordelen als:
Immuniteit voor radio-interferentie en spanningsdalingen
Verhoogd niveau van kracht
Snelle gegevensoverdracht over lange afstanden
Immuniteit voor elektromagnetische interferentie
Compatibel met andere kabeltypes

Er zijn niet veel artikelen over Habré gewijd aan de technologieën van optische communicatielijnen. Meer recentelijk zijn er artikelen verschenen over krachtige DWDM-systemen en een kort artikel over de toepassing van het CWDM-systeem. Ik zal proberen deze materialen aan te vullen en u kort te vertellen over de meest wijdverbreide en betaalbare manieren om in Rusland gebruik te maken van glasvezelcommunicatielijnen in datatransmissienetwerken en - nogal wat - kabeltelevisie.

Begin. Eigenschappen van standaard G.652 single-mode vezel

De meest voorkomende single-mode optische vezel is SMF G.652 met verschillende modificaties. Vrijwel zeker, als u een glasvezelverbinding heeft, is deze gemaakt van G.652-vezel. Het heeft een aantal belangrijke kenmerken om in gedachten te houden.
Specifieke (ook wel kilometrische) demping - dat wil zeggen de demping van één kilometer vezel - hangt af van de golflengte van de straling.

Wikipedia vertelt ons de volgende verdeling:

In het echt is het beeld nu beter, met name de specifieke demping in het 1310nm-venster valt meestal binnen 0,35dB/km, in het 1550nm-venster is het ongeveer 0,22-0,25dB/km, en de zogenaamde "waterpiek " in het gebied van 1400-1450 nm voor moderne vezels komt niet zo sterk tot uiting, of is helemaal afwezig.

Niettemin moet men dit beeld en het bestaan ​​van deze afhankelijkheid in gedachten houden.

Historisch gezien is het bereik van golflengten die door optische vezels worden uitgezonden, onderverdeeld in de volgende bereiken:

O - 1260 ... 1360
E - 1360 ... 1460
S - 1460 ... 1530
C - 1530 ... 1565
L - 1565 ... 1625
U - 1625 ... 1675
(Ik citeer uit hetzelfde Wikipedia-artikel).

Met een acceptabele benadering kunnen de eigenschappen van de vezel binnen elk bereik ongeveer hetzelfde worden beschouwd. De waterpiek vindt meestal plaats aan het lange-golflengte-uiteinde van de E-band. We zullen ook in gedachten houden dat de specifieke (kilometrische) demping in de O-band ongeveer anderhalf keer hoger is dan in de S- en C-banden, de specifieke chromatische dispersie daarentegen heeft een minimum nul bij een golflengte van 1310 nm en niet-nul in het C-bereik.

Eenvoudigste verdichtingssystemen - bidirectionele transmissie over één vezel

Aanvankelijk had een duplex glasvezelcommunicatielijn twee vezels nodig om te werken: informatie werd langs de ene vezel in de ene richting verzonden, langs de andere vezel - in de andere. Dit is handig vanwege de vanzelfsprekendheid, maar nogal verspillend in relatie tot het gebruik van de bron van de gelegde kabel.

Daarom, zodra de technologie het toeliet, begonnen er oplossingen te verschijnen voor het verzenden van informatie in beide richtingen over één vezel. De namen van dergelijke oplossingen zijn "single-fiber transceivers", "WDM", "bi-directioneel".

De meest voorkomende varianten gebruiken golflengten van respectievelijk 1310 en 1550 nm uit de O- en C-band. "In het wild" worden zendontvangers voor deze golflengten gevonden voor lijnen tot 60 km. Er zijn meer "langeafstands"-opties gemaakt voor andere combinaties - 1490/1550, 1510/1570 en vergelijkbare opties met behulp van transparante vensters met minder specifieke demping dan in het O-bereik.

Naast de bovengenoemde paren golflengten, is het mogelijk om een ​​combinatie van 1310 / 1490nm te vinden - deze wordt gebruikt als, gelijktijdig met de gegevens, een kabel-tv-signaal over dezelfde vezel wordt verzonden met een golflengte van 1550nm; of 1270 / 1330nm - het wordt gebruikt om 10Gbps-streams over te dragen.

Data- en kabel-tv multiplexen

Aangezien ik het onderwerp KTV heb aangeroerd, zal ik er wat meer over vertellen.

Optica wordt nu ook gebruikt om het kabel-tv-signaal van het kopstation naar het appartementengebouw te brengen. Hiervoor wordt ofwel een golflengte van 1310 nm gebruikt - hier is de minimale chromatische dispersie, dat wil zeggen signaalvervorming; of een golflengte van 1550 nm - hier is de minimale specifieke demping en het gebruik van puur optische versterking met EDFA mogelijk. Als het nodig is om zowel de datastroom (internet) als het KTV-signaal tegelijkertijd aan één huis te leveren, moet u ofwel twee afzonderlijke vezels gebruiken, of een eenvoudig passief apparaat - een FWDM-filter.

Dit is een omkeerbaar apparaat (dat wil zeggen, hetzelfde apparaat wordt gebruikt voor zowel het multiplexen als demultiplexen van streams) met drie uitgangen: voor KTV, een transceiver met één vezel en een gemeenschappelijke uitgang (zie diagram). U kunt dus een PON- of Ethernet-netwerk bouwen met golflengten van 1310/1490 voor gegevensoverdracht en 1550 nm voor KTV.

CWDM en DWDM

Theslim heeft het al kort gehad over het CWDM-zegel. Namens mezelf zal ik alleen toevoegen dat de kanalen voor het ontvangen en verzenden van gegevens die in het artikel worden aangegeven pure conventie zijn, het maakt de multiplexer niet uit in welke richting het signaal in elk kanaal gaat; en optische ontvangers zijn breedband, ze reageren op straling van elke golflengte. De belangrijke punten om in gedachten te houden bij het ontwerpen van een CWDM-lijn zijn het verschil in de specifieke demping in de vezel op verschillende kanalen (zie het eerste deel van dit artikel), evenals het verschil in de demping die door de multiplexer zelf wordt geïntroduceerd. De multiplexer is gemaakt van in serie geschakelde filters, en als voor het eerste kanaal in de keten de demping minder dan één decibel kan zijn, dan zal deze voor de laatste dichter bij vier zijn (deze waarden worden gegeven voor een 1x16 multiplexer, 16 golflengten). Het is ook handig om te onthouden dat niemand het verbiedt om tweevezelige CWDM-lijnen te bouwen door simpelweg twee paar multiplexers in één functioneel blok te combineren.
Bovendien merk ik op dat het heel goed mogelijk is om een ​​deel van de frequentiebron voor KTV toe te wijzen, waarbij tot zeven duplex-gegevensstromen over één vezel gelijktijdig met analoge televisie worden verzonden.

DWDM-systeem verschilt fundamenteel niet van CWDM, maar - zoals ze zeggen - "de duivel zit in de details." Als de kanaalpitch in CWDM 20nm is, dan is het voor DWDM veel smaller en wordt het gemeten in gigahertz (de meest gebruikelijke optie is nu 100GHz, of ongeveer 0,8nm; een verouderde versie met een 200GHz-band is ook mogelijk, en modernere versies verspreiden zich geleidelijk - 50 en 25 GHz). Het frequentiebereik van DWDM ligt in de C- en L-band, met 40 kanalen op 100 GHz elk. Hieruit volgen enkele belangrijke eigenschappen van DWDM-systemen.

Ten eerste zijn ze aanzienlijk duurder dan CWDM. Het gebruik ervan vereist lasers met een nauwe golflengtetolerantie en multiplexers met een zeer hoge selectiviteit.

Ten tweede liggen de gebruikte bereiken in de werkgebieden van de EDFA optische versterkers. Dit maakt het mogelijk om lange lijnen te bouwen met pure optische versterking zonder dat er opto-elektronische signaalconversie nodig is. Het is deze eigenschap die velen ertoe heeft gebracht zich onmiddellijk de complexe systemen van de telecommarktmonsters voor te stellen wanneer ze "DWDM" zeggen, hoewel dergelijke apparatuur in eenvoudiger systemen kan worden gebruikt.
En ten derde is de demping in de C- en L-banden minimaal van het gehele transparantievenster van de glasvezel, waardoor het mogelijk is om ook zonder versterkers langere lijnen te bouwen dan bij gebruik van CWDM.

DWDM-multiplexers zijn passieve apparaten zoals CWDM-multiplexers. Voor het aantal kanalen tot 16 zijn ze ook gerangschikt vanuit afzonderlijke filters, en dit zijn vrij eenvoudige apparaten. Multiplexers voor een groot aantal kanalen worden echter gemaakt met behulp van Arrayed Wavelength Grating-technologie, die extreem gevoelig is voor temperatuurveranderingen. Daarom zijn deze multiplexers verkrijgbaar met een elektronische thermische stabilisatieschakeling (Thermal AWG), of met het gebruik van speciale zelfcompensatiemethoden die geen energie vereisen (Athermal AWG). Dit maakt deze multiplexers duurder en gevoeliger in het gebruik.

Praktische beperkingen in glasvezelcommunicatie

Tot slot zal ik nog iets zeggen over de beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden bij het organiseren van optische communicatie.

Zoals kameraad Saul terecht opmerkte, is de eerste beperking het optische budget.
Ik zal er enkele verduidelijkingen aan toevoegen.

Als we het hebben over communicatielijnen met twee vezels, volstaat het om het optische budget voor één golflengte te berekenen - degene waarop de transmissie zal worden uitgevoerd.

Zodra we multiplexing met golflengteverdeling hebben (vooral in het geval van transceivers met één vezel of CWDM-systemen), moeten we ons onmiddellijk herinneren aan de ongelijkmatigheid van de specifieke demping van de vezel bij verschillende golflengten en de demping die wordt geïntroduceerd door multiplexers.

Als we een systeem bouwen met tussenliggende takken op de OADM - vergeet dan niet om de demping op de OADM te berekenen. Het verschilt trouwens voor de end-to-end- en outputgolflengten.

Vergeet niet enkele decibel operationele hoofdruimte over te laten.

Het tweede waar je mee om moet gaan is chromatische dispersie. Het wordt echt relevant voor 10Gb / s-lijnen, en over het algemeen denkt de fabrikant van de apparatuur er als eerste over na. Het is trouwens de spreiding die de fysieke betekenis geeft aan het noemen van kilometers in de marketingnamen van transceivers. Het is gewoon handig voor een operatiespecialist om te begrijpen dat een vezel zo'n eigenschap heeft en dat naast signaalverzwakking in de vezel ook dispersie het beeld bederft. Tags toevoegen

Russische Staat Pedagogisch

Universiteit vernoemd naar

abstract

over computerarchitectuur

over het onderwerp:

"Glasvezel - optische netwerken"

Uitgevoerd: Yunchenko T.

student II Cursus

f-dat IOT, groep 2.2

Gecontroleerd:

Sint-Petersburg 2004

1. Optisch kabelapparaat

2. Optische vezelclassificatie

3. Informatieoverdracht via glasvezel

4. DWDM en verkeer

5. DWDM morgen

6. Literatuur

Glasvezelnetwerken en technologieDWDM

Optisch kabelapparaat

Het belangrijkste element van een optische kabel (OC) is een optische golfgeleider - een ronde staaf gemaakt van een optisch transparant diëlektricum. Vanwege hun kleine dwarsdoorsnede-afmetingen worden optische golfgeleiders gewoonlijk optische vezels (WF) of optische vezels (OF) genoemd.

De dubbele aard van licht is bekend: golf en corpusculair. Op basis van de studie van deze eigenschappen zijn kwantum- (corpusculaire) en golf- (elektromagnetische) theorieën over licht ontwikkeld. Deze theorieën zijn niet te weerleggen. Alleen in hun totaliteit maken ze het mogelijk om de bekende optische fenomenen te verklaren.

Een optische vezel bestaat uit een kern, waardoor lichtgolven zich voortplanten, en een mantel. De kern wordt gebruikt om lichtgolven door te geven. Het doel van de bekleding is om betere reflectiecondities te creëren op de grens "kern - bekleding" en om te beschermen tegen energiestraling naar de omringende ruimte.

In het algemeen kunnen drie soorten golven zich voortplanten in een OF: geleid, uitgaand en uitgestraald. De actie en het overwicht van elk type golven worden voornamelijk geassocieerd met de invalshoek van de golf op de "kernbekleding" OF-grens. Bij bepaalde invalshoeken van de stralen op het OF-eindvlak vindt het fenomeen van totale interne reflectie op de "kern-schil"-grens van het OF plaats. Optische straling zit als het ware opgesloten in de kern en plant zich alleen daarin voort.

Optische vezelclassificatie

Er wordt onderscheid gemaakt tussen single-mode en multimode modi van stralingstransmissie over het OF. In de multimode-modus van stralingsvoortplanting langs de OF wordt voldaan aan de voorwaarde van totale interne reflectie voor een oneindig stel bundels. Dit is alleen mogelijk voor OF's, waarin de kernen veel groter zijn dan de gepropageerde golflengten. Dergelijke OF's worden multimode genoemd.

In single-mode OF plant zich, in tegenstelling tot multimode, slechts één bundel voort, en daarom is er geen signaalvervorming die wordt veroorzaakt door verschillende voortplantingstijden van verschillende bundels.

Alle optische vezels zijn onderverdeeld in groepen volgens het type zich voortplantende straling, in subgroepen volgens het type - volgens het type brekingsindexprofiel en in typen - volgens het materiaal van de kern en de schaal.

De volgende OM-groepen worden onderscheiden:

Multimode (M)

Single-mode polarisatievrije straling (E)

Single-mode met behoud van polarisatie van straling (P)

De groep multimode optische vezels is onderverdeeld in twee subgroepen:

Met getrapte brekingsindex (C)

Gradiëntbrekingsindex (G)

Daarnaast zijn OM onderverdeeld in de volgende typen:

Kwartskern en bekleding

De kern is kwarts en de bekleding is polymeer

Meercomponenten glaskern en bekleding

Polymeerkern en mantel

Op aanduiding zijn optische communicatiekabels onderverdeeld in:

Stedelijk

Zone

Kofferbak

Afhankelijk van de installatieomstandigheden wordt er onderscheid gemaakt tussen vaste en lijnoptische kabels. Deze laatste zijn op hun beurt verdeeld in kabels die bedoeld zijn om in riolen en collectoren te worden gelegd, in de grond, voor ophanging op steunen en rekken, voor plaatsing onder water.

Informatieoverdracht via glasvezel

In vergelijking met andere methoden om informatie over te dragen, is de orde van grootte van TB / s gewoon onbereikbaar. Een ander pluspunt van dergelijke technologieën is de betrouwbaarheid van de transmissie. Glasvezeltransmissie heeft niet de nadelen van elektrische of radiosignaaltransmissie. Er is geen interferentie die het signaal zou kunnen beschadigen, en het is niet nodig een licentie te verlenen voor het gebruik van radiofrequentie. Er zijn echter niet zo veel mensen die zich voorstellen hoe informatie in het algemeen over glasvezel wordt verzonden, en nog meer, ze zijn niet bekend met specifieke implementaties van technologieën. We zullen een van hen beschouwen - DWDM-technologie (dichtheidsmultiplexing met golflengteverdeling).

Laten we eerst eens kijken hoe informatie in het algemeen via glasvezel wordt verzonden. Optische vezel is een golfgeleider waardoor elektromagnetische golven zich voortplanten met een golflengte in de orde van duizend nanometer (10-9 m). Dit is een gebied van infraroodstraling dat niet zichtbaar is voor het menselijk oog. En het belangrijkste idee is dat bij een bepaalde selectie van het vezelmateriaal en de diameter ervan een situatie ontstaat waarin dit medium voor sommige golflengten bijna transparant wordt en zelfs wanneer het de interface tussen de vezel en de externe omgeving raakt, de meeste energie wordt teruggekaatst in de vezel. Dit zorgt ervoor dat straling zonder noemenswaardige verliezen door de vezel gaat, en de belangrijkste taak is om deze straling aan het andere uiteinde van de vezel te ontvangen. Natuurlijk verbergt zo'n korte beschrijving een enorm en moeilijk werk van veel mensen. Denk niet dat dergelijk materiaal gemakkelijk te maken is of dat het effect duidelijk is. Integendeel, het moet worden behandeld als een grote ontdekking, omdat het nu een betere manier is om informatie over te brengen. Het moet duidelijk zijn dat het materiaal van de golfgeleider een unieke ontwikkeling is en dat de kwaliteit van de gegevensoverdracht en het interferentieniveau afhankelijk zijn van de eigenschappen ervan; De isolatie van de golfgeleider is ontworpen om de energie-output naar buiten te minimaliseren.

Specifiek betekent een technologie die multiplexing wordt genoemd, dat u meerdere golflengten tegelijkertijd uitzendt. Ze hebben geen interactie met elkaar en bij het ontvangen of verzenden van informatie zijn interferentie-effecten (superpositie van de ene golf op de andere) onbeduidend, omdat ze het meest uitgesproken zijn bij meerdere golflengten. Hier hebben we het over het gebruik van nabije frequenties (frequentie is omgekeerd evenredig met de golflengte, dus het maakt niet uit waar we het over moeten hebben). Een apparaat dat een multiplexer wordt genoemd, is een apparaat voor het coderen of decoderen van informatie in golfvormen en omgekeerd. Na deze korte introductie gaan we verder met een specifieke beschrijving van de DWDM-technologie.

De belangrijkste kenmerken van DWDM-multiplexers die hen onderscheiden van alleen WDM-multiplexers:
met slechts één transparant venster 1550 nm, binnen het versterkingsgebied EDFA nm (EDFA - optisch versterkingssysteem; EDFA - optische repeater, hiermee kunt u het optische vermogen van het signaal herstellen dat verloren is gegaan tijdens de passage langs een lange lijn, zonder converteren naar een elektrisch signaal en vice versa Optische vezel gedoteerd met het zeldzame aarde-element erbium, heeft het vermogen om licht op de ene golflengte te absorberen en op een andere golflengte uit te zenden Een externe halfgeleiderlaser zendt 980 of 1480 nanometer infrarood licht in de vezel, waardoor erbium-atomen worden opgewekt golven van 1530 tot 1620 nanometer, geëxciteerde erbiumatomen zenden licht uit met dezelfde golflengte als het ingangssignaal Eliminatie van de omzetting van lichtsignalen in elektrische signalen en vice versa vereenvoudigt en verlaagt de kosten van versterkingsapparatuur en maakt het mogelijk om geen extra vervormingen te introduceren tijdens conversies. EDFA versterkers worden gebruikt op " long range lijnen waar het moeilijk is om complexe tussenversterkerapparatuur te installeren (bijvoorbeeld een onderzeese kabel). Laten we ter referentie zeggen dat de golflengte van zichtbaar licht 400-800 nm is.

Omdat de naam zelf spreekt van een dichte (dichte) transmissie van kanalen, is het aantal kanalen bovendien groter dan in conventionele WDM-schema's en bereikt het enkele tientallen. Hierdoor ontstaat de behoefte om apparaten te creëren die in staat zijn om een ​​kanaal toe te voegen of te verwijderen, in tegenstelling tot conventionele schema's, wanneer alle kanalen tegelijk worden gecodeerd of gedecodeerd. Geassocieerd met dergelijke apparaten die op één van de vele kanalen werken, is het concept van passieve golflengteroutering. Het is ook duidelijk dat het omgaan met een groot aantal kanalen een grotere precisie in de signaal-encoder en -decoder vereist en hogere eisen stelt aan de kwaliteit van de lijn. Vandaar de duidelijke stijging van de kosten van apparaten - terwijl de prijs voor de verzending van een informatie-eenheid wordt verlaagd omdat deze nu in een groter volume kan worden verzonden.
Zo werkt een demultiplexer met een spiegel (schema in figuur 1a). Het binnenkomende multiplexsignaal gaat naar de ingangspoort. Dit signaal gaat dan door de plaatgolfgeleider en wordt verdeeld over een aantal golfgeleiders, die een arrayed waveguide-rooster (AWG) diffractiestructuur zijn. Zoals eerder blijft het signaal in elk van de golfgeleiders gemultiplext en wordt elk kanaal weergegeven in alle golfgeleiders, dat wil zeggen dat tot nu toe alleen parallellisatie heeft plaatsgevonden. Verder worden de signalen gereflecteerd vanaf het spiegeloppervlak, en als resultaat worden de lichtstromen opnieuw verzameld in de golfgeleiderplaat, waar ze worden gefocusseerd en gestoord. Dit leidt tot de vorming van een interferentiepatroon met ruimtelijk gescheiden maxima, en meestal wordt de geometrie van de plaat en spiegel zo berekend dat deze maxima samenvallen met de uitgangspolen. Multiplexing gebeurt op de tegenovergestelde manier.

Rijst. 1. Schema's van DWDM-multiplexers: a) met een reflecterend element; b) met twee golfgeleiderplaten

Een andere methode voor het bouwen van een multiplexer is niet gebaseerd op één, maar op een paar golfgeleiderplaten (figuur 1b). Het werkingsprincipe van een dergelijk apparaat is vergelijkbaar met het vorige geval, behalve dat hier een extra plaat wordt gebruikt voor scherpstelling en interferentie.
DWDM-multiplexers, die puur passieve apparaten zijn, introduceren een grote signaalverzwakking. Het verlies voor een apparaat (zie figuur 1a) dat in demultiplexmodus werkt, is bijvoorbeeld 10-12 dB, met overspraak op lange afstand van minder dan –20 dB en een signaal met een halve breedte van 1 nm (gebaseerd op Oki Electric Industry) . Door hoge verliezen is het vaak nodig om een ​​optische versterker voor en/of achter de DWDM multiplexer te plaatsen.
De belangrijkste parameter in multiplextechnologie met een dichte golflengteverdeling is ongetwijfeld de afstand tussen aangrenzende kanalen. Standaardisatie van de ruimtelijke opstelling van kanalen is noodzakelijk, al was het maar omdat het op basis daarvan mogelijk zal zijn om tests uit te voeren voor de onderlinge compatibiliteit van apparatuur van verschillende fabrikanten. De Telecommunications Standardization Sector van de International Telecommunication Union ITU-T heeft een DWDM-frequentieplan goedgekeurd met een kanaalafstand van 100 GHz, wat overeenkomt met een golflengteverschil van 0,8 nm. Ook wordt gesproken over het doorgeven van informatie met een verschil in golflengte van 0,4 nm. Het lijkt erop dat het verschil nog kleiner kan worden gemaakt, waardoor een hogere transmissiecapaciteit wordt bereikt, maar in dit geval doen zich puur technologische problemen voor in verband met de fabricage van lasers die een strikt monochromatisch signaal genereren (constante frequentie zonder interferentie), en diffractieroosters, die maxima in de ruimte scheiden die overeenkomen met verschillende golflengten. Bij gebruik van 100 GHz-scheiding vullen alle kanalen het gebruikte bereik gelijkmatig, wat handig is bij het instellen en opnieuw configureren van apparatuur. De keuze van het scheidingsinterval wordt bepaald door de benodigde bandbreedte, het type laser en de mate van ruis op de lijn. Houd er echter rekening mee dat wanneer zelfs in zo'n smal bereik (nm) wordt gewerkt, het effect van niet-lineaire interferentie aan de grenzen van dit gebied zeer significant is. Dit verklaart het feit dat met een toename van het aantal kanalen het nodig is om het laservermogen te vergroten, maar dit leidt op zijn beurt tot een afname van de signaal-ruisverhouding. Hierdoor is het gebruik van een stijvere afdichting nog niet gestandaardiseerd en in ontwikkeling. Een ander duidelijk nadeel van toenemende dichtheid is een afname van de afstand waarover een signaal kan worden verzonden zonder versterking of regeneratie (meer hierover hieronder).
Merk op dat het hierboven genoemde niet-lineariteitsprobleem inherent is aan op silicium gebaseerde versterkingssystemen. Er worden nu betrouwbaardere fluor-zirkonaatsystemen ontwikkeld die zorgen voor een grotere lineariteit (over het gehele nm-gebied) van de versterking. Met een toename van het EDFA-werkgebied wordt het mogelijk om 40 STM-64-kanalen te multiplexen met een interval van 100 GHz met een totale capaciteit van 400 GHz per vezel (Fig. 2).

Rijst. 2. Spectrale plaatsing van kanalen in de vezel

De tabel toont de technische kenmerken van een van de krachtige multiplexsystemen die gebruikmaken van het 100/50 GHz-frequentieplan, vervaardigd door Ciena Corp.

Systeemniveau	Capaciteit, Gbps	kanalen van 2,5 Gbps)
	OC-48 / (STM-16) / OC-48c / STM-16c
Frequentieplan
Mogelijke configuraties	5 overspanningen 25 dB - (500 km) 2 overspanningen 33 dB - (240 km)
Systeemfoutpercentage (BER)
Kanaalinterfaces		Korte / middelzware afstanden, STM-16 / G.957 I-16 & S.16.1, In-Office toepassingen
Ingangssignaalniveau, dBm	-18 tot -3
Uitgangssignaalniveau, dBm
Golflengte van geïnjecteerde straling, nm
Netwerkcontrole	Controle systeem	WaveWatch van CIENA via SNMP of TMN
Standaard interface	VT100 (TM), Asynchrone RS-232, Telnet Remote Access, ITU TMN, TL-1, SNMP
Controle van kanaalstatus	Kanaalbitfouten door SDH B1 overhead, optische vermogensregeling op elk kanaal
Externe interfaces	RS-422 / X.25 (TL-1-interface), IP / 802.3 via 10Base-T
Optisch servicekanaal	2.048 Mbps bij 1625 nm
voedingskenmerken	Voedingsspanning, V, gelijkstroom	-48 tot -58
Stroomverbruik bij 40 kanalen, W	800 typisch, 925 (maximum) - rek 1, 1000 typisch, 1250 (maximum) - rek 2

Laten we in meer detail stilstaan ​​​​bij het optische versterkingssysteem. Wat is het probleem? Het signaal wordt in eerste instantie gegenereerd door een laser en naar de vezel gestuurd. Het verspreidt zich langs de vezel die veranderingen ondergaat. De belangrijkste verandering die moet worden aangepakt, is signaalverstrooiing (dispersie). Het wordt geassocieerd met niet-lineaire effecten die voortkomen uit de passage van een golfpakket in een medium en wordt duidelijk verklaard door de weerstand van het medium. Dit roept het probleem van lange afstandstransmissie op. Groot - in de zin van honderden of zelfs duizenden kilometers. Dit is 12 ordes van grootte langer dan de golflengte, dus het is niet verwonderlijk dat zelfs als de niet-lineaire effecten klein zijn, er op zo'n afstand in totaal rekening mee moet worden gehouden. Bovendien kan niet-lineariteit in de laser zelf zitten. Er zijn twee manieren om een ​​betrouwbare signaaloverdracht te bereiken. De eerste is de installatie van regeneratoren die het signaal zullen ontvangen, decoderen, een nieuw signaal genereren, volledig identiek aan het binnenkomende, en het verder sturen. Deze methode is effectief, maar dergelijke apparaten zijn erg duur en het is moeilijk om het systeem opnieuw te configureren om hun capaciteit te vergroten of nieuwe kanalen toe te voegen die ze moeten verwerken. De tweede methode is simpelweg optische signaalversterking, volledig analoog aan geluidsversterking in een muziekcentrum. Deze versterking is gebaseerd op EDFA-technologie. Het signaal wordt niet gedecodeerd, maar neemt alleen in amplitude toe. Hiermee kunt u snelheidsverliezen in de versterkingsknooppunten wegwerken en ook het probleem van het toevoegen van nieuwe kanalen wegnemen, aangezien de versterker alles binnen een bepaald bereik versterkt.

Op basis van EDFA wordt het vermogensverlies in de lijn opgevangen door optische versterking (Fig. 3). In tegenstelling tot regeneratoren is deze "transparante" versterking niet gebonden aan de bitsnelheid van het signaal, waardoor informatie met hogere snelheden kan worden verzonden en de doorvoer wordt verhoogd totdat andere beperkende factoren zoals chromatische dispersie en polarisatiemodusdispersie in het spel komen. EDFA-versterkers zijn ook in staat om een ​​meerkanaals WDM-signaal te versterken, wat een extra dimensie aan de bandbreedte toevoegt.

Rijst. 3. Optische communicatiesystemen gebaseerd op: a) een cascade van regeneratieve repeaters; b) een cascade van optische versterkers EDFA

Hoewel het optische signaal gegenereerd door de originele laserzender een goed gedefinieerde polarisatie heeft, zouden alle andere knooppunten langs het pad van het optische signaal, inclusief de optische ontvanger, een zwakke afhankelijkheid van hun parameters van de polarisatierichting moeten vertonen. In die zin hebben optische versterkers EDFA, die worden gekenmerkt door een zwakke polarisatie-afhankelijkheid van de versterking, een tastbaar voordeel ten opzichte van halfgeleiderversterkers. In afb. 3 toont de diagrammen van het werk van beide methoden.
In tegenstelling tot regeneratoren introduceren optische versterkers extra ruis waarmee rekening moet worden gehouden. Daarom is, samen met de versterking, een van de belangrijke parameters van de EDFA het ruisgetal. EDFA-technologie is goedkoper en wordt daarom in de praktijk vaker toegepast.

Aangezien EDFA er aantrekkelijker uitziet, althans in termen van prijs, laten we de belangrijkste kenmerken van dit systeem opsplitsen. Dit is het verzadigingsvermogen, dat het uitgangsvermogen van de versterker kenmerkt (het kan 4 W bereiken of zelfs overschrijden); versterking, gedefinieerd als de verhouding van het vermogen van de ingangs- en uitgangssignalen; het versterkte spontane emissievermogen bepaalt het ruisniveau dat door de versterker zelf wordt gegenereerd. Hier is het passend om een ​​voorbeeld te geven van een muzikaal centrum, waar men analogieën kan vinden in al deze parameters. Vooral de derde (geluidsniveau) is belangrijk en het is wenselijk dat deze zo laag mogelijk is. Als u een analogie gebruikt, kunt u proberen het muziekcentrum aan te zetten zonder een schijf te starten, maar toch de volumeknop op het maximum draaien. In de meeste gevallen zult u wat ruis horen. Deze ruis wordt gegenereerd door versterkingssystemen, simpelweg omdat ze worden aangedreven. Evenzo vindt in ons geval spontane emissie plaats, maar aangezien de versterker is ontworpen om golven in een bepaald bereik uit te zenden, is de kans groter dat fotonen van dit specifieke bereik in de lijn worden uitgezonden. Dit zal (in ons geval) lichte ruis veroorzaken. Dit legt een beperking op aan de maximale lijnlengte en het aantal optische versterkers daarin. De versterking wordt meestal aangepast om het oorspronkelijke signaalniveau te herstellen. In afb. 4 toont de vergelijkende spectra van het uitgangssignaal in aanwezigheid en afwezigheid van een signaal aan de ingang.

Rijst. 4. Het uitgangsspectrum van de EDFA, genomen door een spectrale analysator (ASE - spectrale ruisdichtheid)

Een andere parameter die handig is om te gebruiken bij het karakteriseren van een versterker, is de ruisfactor - dit is de verhouding van de signaal-ruisparameters aan de ingang en uitgang van de versterker. In een ideale versterker zou deze parameter gelijk moeten zijn aan één.
Er zijn drie toepassingen voor EDFA-versterkers: voorversterkers, lijnversterkers en eindversterkers. De eerstgenoemde worden direct voor de ontvanger geïnstalleerd. Dit om de signaal-ruisverhouding te vergroten, waardoor het gebruik van eenvoudigere ontvangers mogelijk wordt en de kosten van apparatuur kunnen worden verlaagd. Lineaire versterkers zijn ontworpen om het signaal eenvoudig te versterken in lange lijnen of in het geval van vertakking van dergelijke lijnen. Eindversterkers worden gebruikt om het uitgangssignaal direct na de laser te versterken. Dit komt doordat het laservermogen ook beperkt is en soms is het makkelijker om gewoon een optische versterker te installeren dan om een ​​krachtigere laser te installeren. In afb. 5 toont schematisch alle drie de toepassingen van EDFA.

Rijst. 5. Toepassing van verschillende soorten optische versterkers

Naast de hierboven beschreven directe optische versterking, wordt momenteel een Raman-versterkingsapparaat ontwikkeld door Bell Labs voor de markt voorbereid. De essentie van het effect ligt in het feit dat een laserstraal van een bepaalde golflengte van het ontvangstpunt naar het signaal wordt gestuurd, dat het kristalrooster van de golfgeleider zodanig schudt dat het fotonen begint uit te zenden in een breed spectrum van frequenties. Het totale niveau van het bruikbare signaal stijgt dus, wat het mogelijk maakt om de maximale afstand iets te vergroten. Tegenwoordig is deze afstand 160-180 km, vergeleken met 70-80 km zonder Raman-versterking. Deze apparaten, vervaardigd door Lucent Technologies, zullen begin 2001 op de markt komen.

Wat hierboven werd besproken, is technologie. Nu een paar woorden over de implementaties die al bestaan ​​en actief worden gebruikt in de praktijk. Laten we allereerst opmerken dat het gebruik van glasvezelnetwerken niet alleen internet is en misschien niet zozeer internet. Glasvezelnetwerken kunnen spraak- en tv-kanalen verzenden. Ten tweede, laten we zeggen dat er verschillende soorten netwerken zijn. We zijn geïnteresseerd in backbone-netwerken op lange afstand, maar ook in gelokaliseerde netwerken, bijvoorbeeld binnen één stad (zogenaamde metro-oplossingen). Tegelijkertijd is DWDM-technologie de optimale en redelijke oplossing voor backbone-communicatiekanalen, waar de regel "hoe dikker de pijp, hoe beter" perfect werkt. Een andere situatie doet zich voor in stedelijke netwerken, waar de aanvragen voor verkeerstransmissie niet zo groot zijn als voor backbone-kanalen. Hier gebruiken dragers het goede oude SDH / SONET-transport dat werkt in het golflengtebereik van 1310 nm. Om het probleem van onvoldoende bandbreedte op te lossen, wat overigens niet erg acuut is voor grootstedelijke netwerken, kunt u de nieuwe SWDM-technologie gebruiken, een soort compromis tussen SDH / SONET en DWDM (lees meer over SWDM-technologie op onze cd-rom). In overeenstemming met deze technologie ondersteunen dezelfde glasvezelringknooppunten zowel enkelkanaals datatransmissie bij 1310 nm als WDM bij 1550 nm. Besparingen worden bereikt door een extra golflengte "in te schakelen", waarvoor een module aan het bijbehorende apparaat moet worden toegevoegd.

DWDM en verkeer

Een van de belangrijke punten bij het gebruik van DWDM-technologie is het verzonden verkeer. Feit is dat de meeste apparatuur die tegenwoordig bestaat de transmissie van slechts één type verkeer op één golflengte ondersteunt. Hierdoor ontstaat vaak de situatie dat het verkeer de vezel niet helemaal vult. Er wordt dus minder "dicht" verkeer verzonden over een kanaal met een formele bandbreedte die equivalent is aan bijvoorbeeld STM-16.
Momenteel verschijnt er apparatuur die de volledige lading aan golflengten implementeert. In dit geval kan één golflengte worden "gevuld" met heterogeen verkeer, bijvoorbeeld TDM, ATM, IP. Een voorbeeld is de apparatuur van de Chromatis-familie vervaardigd door Lucent Technologies, die alle soorten verkeer die door de I / O-interfaces worden ondersteund, op één golflengte kan verzenden. Dit wordt bereikt door de ingebouwde TDM-cross-connect en ATM-switch. Bovendien is de extra ATM-switch geen prijs. Met andere woorden, de extra functionaliteit van de apparatuur wordt bereikt tegen nagenoeg dezelfde kosten. Dit stelt ons in staat te voorspellen dat de toekomst toebehoort aan universele apparaten die in staat zijn om al het verkeer van

optimaal gebruik van bandbreedte.

DWDM morgen

Soepel doorgaand naar de ontwikkelingstrends van deze technologie, zullen we Amerika zeker niet openen als we zeggen dat DWDM de meest veelbelovende optische datatransmissietechnologie is. Dit kan grotendeels worden toegeschreven aan de snelle groei van het internetverkeer, waarvan de groeipercentages duizenden procenten naderen. De belangrijkste uitgangspunten in de ontwikkeling zijn het vergroten van de maximale transmissielengte zonder optische signaalversterking en het implementeren van een groter aantal kanalen (golflengten) in één vezel. De huidige systemen zenden 40 golflengten uit, wat overeenkomt met een frequentienet van 100 GHz. De volgende in de rij om de markt te betreden, zijn apparaten met een 50-gigahertz-raster dat tot 80 kanalen ondersteunt, wat overeenkomt met de transmissie van terabit-streams over een enkele vezel. En vandaag kun je al de uitspraken horen van de laboratoria van ontwikkelingsbedrijven, zoals Lucent Technologies of Nortel Networks, over de op handen zijnde creatie van 25-gigahertz-systemen.
Ondanks zo'n snelle ontwikkeling van het engineering- en onderzoeksdenken, maken marktindicatoren hun eigen aanpassingen. Het afgelopen jaar werd gekenmerkt door een ernstige daling in de optische markt, zoals blijkt uit een aanzienlijke daling van de aandelenkoers van Nortel Networks (29% in één handelsdag) nadat het problemen had aangekondigd om zijn producten te verkopen. Andere fabrikanten bevonden zich in een vergelijkbare situatie.
Tegelijkertijd, terwijl enige verzadiging wordt waargenomen in de westerse markten, beginnen de oostelijke markten zich net te ontvouwen. Het meest opvallende voorbeeld is de Chinese markt, waar een tiental operators op nationale schaal racen om backbone-netwerken te bouwen. En als "zij" de problemen van het bouwen van backbone-netwerken al praktisch hebben opgelost, dan zijn er in ons land helaas geen dikke kanalen nodig om hun eigen verkeer door te geven. Desalniettemin onthulde de tentoonstelling "Departementale en bedrijfscommunicatienetwerken", die begin december werd gehouden, de grote interesse van huishoudelijke communicatiemedewerkers voor nieuwe technologieën, waaronder DWDM. En als monsters als "Transtelecom" of "Rostelecom" al transportnetwerken op nationale schaal hebben, dan beginnen de huidige energietechnici ze net te bouwen. Dus ondanks alle problemen heeft optica de toekomst. En DWDM zal hier een belangrijke rol spelen.

Literatuur

1. http: // www. ***** / productie. php4? & rubriek97

2. ComputerPress tijdschrift # 1 2001

Invoering

Momenteel ondergaat de telecommunicatie-industrie ongekende veranderingen in verband met de overgang van spraakgeoriënteerde systemen naar datatransmissiesystemen, wat een gevolg is van de snelle ontwikkeling van internettechnologieën en een verscheidenheid aan netwerktoepassingen. Daarom is een van de belangrijkste vereisten voor transportnetwerken voor datatransmissie het vermogen om hun doorvoer snel te vergroten in overeenstemming met de groei van de verkeersvolumes.

Digitale communicatie via optische kabels, die steeds belangrijker wordt, is een van de belangrijkste richtingen van wetenschappelijke en technologische vooruitgang.

De voordelen van digitale stromen zijn de relatief eenvoudige verwerking door middel van een computer, de mogelijkheid om de signaal-ruisverhouding te vergroten en de informatiestroomdichtheid te vergroten.

De voordelen van optische transmissiesystemen ten opzichte van transmissiesystemen die werken via een metalen kabel zijn:

Mogelijkheden om lichtgeleiders te verkrijgen met lage demping en dispersie, wat een vergroting van het communicatiebereik betekent;

Brede bandbreedte, d.w.z. grote informatiecapaciteit;

De optische kabel heeft geen elektrische geleidbaarheid en inductantie, dat wil zeggen dat de kabels niet worden blootgesteld aan elektromagnetische invloeden;

Verwaarloosbare overspraak;

Lage materiaalkosten van optische kabel, zijn kleine diameter en gewicht;

Hoge geheimhouding van communicatie;

Mogelijkheden om het systeem te verbeteren met behoud van volledige compatibiliteit met andere transmissiesystemen.

Lijnpaden van glasvezeltransmissiesystemen zijn gebouwd als tweevezelige enkelbands enkele kabel, enkelvezelige enkelbands enkelvoudige kabel, enkelvezelige multiband enkelvoudige kabel (met multiplexing met golflengteverdeling).

Rekening houdend met het feit dat het aandeel van de kosten voor kabelapparatuur een aanzienlijk deel uitmaakt van de communicatiekosten, en de prijzen voor optische kabel momenteel vrij hoog blijven, rijst het probleem om de efficiëntie van het gebruik van de bandbreedte van een optische vezel te vergroten vanwege de gelijktijdige overdracht van een grotere hoeveelheid informatie erdoorheen.

Het doel van dit werk is om verschillende manieren te overwegen om de doorvoer van een optische vezel te vergroten.

Principes van signaaloverdracht via optische vezels en de belangrijkste parameters van optische vezels

Principes van signaaloverdracht via optische vezel

De toepassing van glasvezelnetwerken is gebaseerd op het principe van langeafstandsvoortplanting van lichtgolven door optische vezels. In dit geval worden elektrische signalen met informatie omgezet in lichtpulsen, die met minimale vervorming worden verzonden via glasvezelcommunicatielijnen (FOCL). Dergelijke systemen zijn wijdverbreid geworden vanwege een aantal voordelen die glasvezelcommunicatielijnen hebben in vergelijking met transmissiesystemen die koperen kabels of radiolijnen als transmissiemedium gebruiken. De voordelen van FOCL zijn onder meer een brede bandbreedte vanwege de hoge draaggolffrequentie - tot 10 14 Hz. Een dergelijke band maakt het mogelijk om informatiestromen te verzenden met een snelheid van enkele terabits per seconde. Een belangrijk voordeel van glasvezelcommunicatielijnen zijn ook factoren als lage signaalverzwakking, waardoor met behulp van moderne technologieën secties van optische systemen van honderd of meer kilometer kunnen worden gebouwd zonder repeaters, hoge ruisimmuniteit geassocieerd met de lage gevoeligheid van optische glasvezel tot elektromagnetische interferentie, en nog veel meer.

Optische vezels zijn een van de belangrijkste componenten van FOCL. Ze zijn een combinatie van materialen met verschillende optische en mechanische eigenschappen.

Het buitenste deel van de vezel is meestal gemaakt van kunststof of epoxysamenstellingen die een hoge mechanische sterkte en een hoge brekingsindex combineren. Deze laag biedt mechanische bescherming van de vezel en zijn weerstand tegen externe bronnen van optische straling.

Het grootste deel van de vezel bestaat uit een kern en een omhulsel. Het kernmateriaal is ultrapuur kwartsglas, het belangrijkste medium voor het verzenden van optische signalen. Het vasthouden van de lichtpuls ontstaat doordat de brekingsindex van het kernmateriaal groter is dan die van de mantel. Met een optimaal gekozen verhouding van de brekingsindices van materialen wordt de lichtstraal dus volledig in de kern gereflecteerd.

Voor transmissie wordt licht onder een kleine hoek in het uiteinde van de optische vezel gebracht. De maximale penetratiehoek van een lichtpuls in de vezelkern b 0 wordt de hoekopening van de optische vezel genoemd. De sinus van de hoekige opening wordt de numerieke opening NA genoemd en wordt berekend met behulp van de formule:

Uit de bovenstaande formule volgt dat de numerieke apertuur NA van de vezel alleen afhangt van de brekingsindices van de kern en de bekleding - n 1 en n 2. In dit geval wordt altijd aan de voorwaarde voldaan: n 1> n 2 (Figuur 1).

Figuur 1 - Voortplanting van licht in een optische vezel. Numerieke opening van de vezel.

Als de invalshoek van licht b groter is dan b 0, dan wordt de lichtbundel volledig gebroken en valt deze niet in de kern van de optische vezel (Fig. 2a). Als de hoek b kleiner is dan b 0, dan is er een reflectie van de grens van de materialen van de kern rond de schaal en plant de lichtstraal zich voort in de kern (figuur 2b).

Figuur 2 - Voorwaarden voor lichtvoortplanting in een optische vezel

De voortplantingssnelheid van licht in een optische vezel hangt af van de brekingsindex van de vezelkern en wordt gedefinieerd als:

waarbij C de lichtsnelheid in vacuüm is, n de brekingsindex van de kern.

Typische brekingsindices van het kernmateriaal liggen in het bereik van 1,45 - 1,55.

Om licht door optische golfgeleiders te laten gaan, is een bron van strikt coherent licht vereist. Om het zendbereik te vergroten, moet de zenderspectrumbreedte zo klein mogelijk zijn. Hiervoor zijn in het bijzonder lasers geschikt, die door de gestimuleerde emissie van licht een constant faseverschil bij dezelfde golflengte mogelijk maken. Doordat de diameter van de vezelkern vergelijkbaar is met de golflengte van optische straling, treedt er een interferentieverschijnsel op in de vezel. Dit kan worden bewezen door het feit dat het licht zich alleen onder bepaalde hoeken in het glas van de kern voortplant, namelijk in de richtingen waarin de geïntroduceerde lichtgolven worden versterkt wanneer ze worden gesuperponeerd. De zogenaamde constructieve interferentie treedt op. De toegestane lichtgolven die zich in een optische vezel kunnen voortplanten, worden modi (of natuurlijke golven) genoemd. In overeenstemming met de soorten voortplanting van lichtstralen, worden optische vezels verdeeld in multimode, dat wil zeggen met behulp van een reeks lichtgolven, en single-mode, waarin slechts één lichtstraal zich voortplant. Verschillende basisparameters worden gebruikt om de voortplanting van licht in optische vezels te beschrijven.

De meeste glasvezeltechnici kennen het verschil tussen multimode en singlemode vezels. Maar niet iedereen is op de hoogte van de kenmerken van optische vezels en de protocollen voor het verzenden van informatie erover. Dit artikel geeft beschrijvingen van specifieke kenmerken van optische vezels en Ethernet-transmissieprotocollen, die soms voor tegenstrijdige interpretaties zorgen.

Optische vezelkenmerken:

Misschien is er geen kabelspecialist die met glasvezel werkt die het verschil tussen multimode en singlemode vezels niet zou weten. We gaan de algemene waarheden in dit artikel niet herhalen. Laten we stilstaan ​​​​bij de specifieke kenmerken van optische vezels, die soms tegenstrijdige interpretaties veroorzaken.

Optische vezels zorgen ervoor dat datatransmissiesignalen zich langs hen kunnen voortplanten, op voorwaarde dat het lichtsignaal in de vezel wordt geïntroduceerd onder een hoek die totale interne reflectie verschaft op het grensvlak tussen twee media van twee soorten glas met verschillende brekingsindices. In het midden van de kern bevindt zich een extra puur glas met een brekingsindex van 1,5. De kerndiameter varieert van 8 tot 62,5 µm. Het glas rondom de kern, de optische cladding genoemd, is iets minder vrij van onzuiverheden en heeft een brekingsindex van 1,45. De totale diameter van de kern en bekleding varieert van 125 tot 440 µm. Bovenop de optische bekleding worden polymeercoatings aangebracht om de vezel, veiligheidsdraden en de buitenbekleding te versterken.

Wanneer optische straling in een vezel wordt geïnjecteerd, zal een lichtstraal die op zijn uiteinde invalt onder een hoek die groter is dan de kritische, zich voortplanten langs het grensvlak tussen twee media in de vezel. Elke keer dat straling de kern-bekledingsinterface raakt, wordt deze teruggekaatst in de vezel. De ingangshoek van optische straling in de vezel wordt bepaald door de maximaal toegestane ingangshoek, genaamd numerieke apertuur of opening vezels. Als je deze hoek langs de as van de kern draait, ontstaat er een kegel. Elke straal optische straling die het uiteinde van de vezel binnen deze kegel treft, zal verder langs de vezel worden doorgelaten.

Omdat het zich in de kern bevindt, wordt optische straling herhaaldelijk gereflecteerd door het grensvlak tussen twee transparante media met verschillende brekingsindices. Als de fysieke afmetingen van de optische vezelkern significant zijn, zullen individuele lichtstralen in de vezel worden geïntroduceerd en vervolgens onder verschillende hoeken worden gereflecteerd. Omdat de bundels optische energie onder verschillende hoeken in de vezel zijn ingebracht, zullen de afstanden die ze afleggen ook verschillen. Daardoor bereiken ze de vezelopvangbak op verschillende tijdstippen. Het gepulseerde optische signaal dat door de vezel wordt verzonden, zal worden verbreed in vergelijking met het signaal dat werd verzonden, daarom zal ook de kwaliteit van het signaal dat door de vezel wordt verzonden, verslechteren. Dit fenomeen heet modus dispersie(DMD).

Een ander effect, dat ook een verslechtering van het verzonden signaal veroorzaakt, wordt genoemd chromatische dispersie... Chromatische dispersie is te wijten aan het feit dat lichtbundels van verschillende golflengten zich met verschillende snelheden langs een optische vezel voortplanten. Wanneer een reeks lichtpulsen door optische vezels wordt verzonden, kunnen modusdispersie en chromatische dispersie er uiteindelijk toe leiden dat de reeks samensmelt tot één lange puls, interferentie van signaalbits en verlies van verzonden gegevens.

Een ander typisch kenmerk van optische vezels is: verval... Het glas dat wordt gebruikt om de optische vezel (OF)-kern te maken, is erg schoon, maar nog steeds niet perfect. Hierdoor kan licht worden geabsorbeerd door het glasmateriaal in de optische vezel. Andere optische signaalverliezen in een vezel kunnen verstrooiing en verlies zijn, evenals verzwakking door slechte optische verbindingen. Verlies van glasvezelverbinding kan worden veroorzaakt door verkeerd uitgelijnde vezelkernen of vezeluiteinden die niet goed zijn gepolijst en schoongemaakt.

Netwerkprotocollen voor optische transmissie Ethernet

Laten we een lijst maken van de belangrijkste protocollen voor Ethernet-transmissie via multimode en singlemode optische vezels.

10BASE-FL- 10 Mbps Ethernet-overdracht via multimode glasvezel.

100BASE-SX- 100 Mbit/s Ethernet-transmissie over multimode optische vezel bij een golflengte van 850 nm. De maximale transmissieafstand is maximaal 300 m. Lange transmissieafstanden zijn mogelijk bij gebruik van een single-mode OB. Achterwaarts compatibel met 10BASE-FL.

100BASE-FX- 100 Mbit/s Ethernet-transmissie (Fast Ethernet) over multimode glasvezel met een golflengte van 1300 nm. De maximale transmissieafstand is tot 400 m voor half-duplex verbindingen (met botsingsdetectie) of tot 2 km voor full-duplex communicatie. Met een single-mode glasvezel zijn grote afstanden mogelijk. Niet achterwaarts compatibel met het 10BASE-FL-protocol.

100BASE-BX- 100 Mbit/s Ethernet-transmissie via single-mode OB. In tegenstelling tot het 100BASE-FX-protocol, dat gebruikmaakt van twee optische vezels, werkt 100BASE-BX via één vezel met WDM-technologie (Wavelength-Division Multiplexing), waardoor de signaalgolflengten bij ontvangst en verzending kunnen worden gescheiden. Voor transmissie en ontvangst worden twee golflengten gebruikt: 1310 en 1550 nm of 1310 en 1490 nm. Transmissieafstand tot 10, 20 of 40 km.

1000BASE-SX- 1 Gbps Ethernet-transmissie (Gigabit Ethernet) over multimode glasvezel met een golflengte van 850 nm en voor een maximale afstand van maximaal 550 m, afhankelijk van de gebruikte glasvezel.

1000BASE-LX- 1 Gbps Ethernet-transmissie (GigabitEthernet) via multimode glasvezel bij een golflengte van 1300 nm voor een maximale afstand van 550 m. Het protocol is geoptimaliseerd voor transmissie over lange afstanden (tot 10 km) via single-mode glasvezel.

1000BASE-LH- - 1 Gbit/s Ethernet-transmissie over een single-mode optische vezel voor een maximale afstand van maximaal 100 km.

10GBASE-SR- 10 Gbps Ethernet-transmissie (10 GigabitEthernet) via multimode glasvezel met een golflengte van meer dan 850 nm. De transmissieafstand kan 26 m of 82 m zijn, afhankelijk van het type optische vezel dat wordt gebruikt met een kern van 50 of 62,5 µm. Ondersteuning voor transmissie over een afstand van 300 m via multimode OF-klasse OM3 en hoger, met een bandbreedte van minimaal 2000 MHz/km.

10GBASE-LX4- 10 Gbps Ethernet-transmissie via multimode optische vezel bij een golflengte van 1300 nm. Maakt gebruik van WDM-technologie voor transmissie over afstanden tot 300 m via multimode-vezels. Ondersteunt transmissie via single-mode OB over afstanden tot 10 km.

Ter afsluiting van het artikel presenteren we enkele gegevens over de soorten gebruikte multimode optische vezels en transmissienormen. De gegevens zijn samengevat in tabel 1 (fragmenten uit de normen).

Internationale norm: ISO / IEC 11801 "Algemene bekabeling voor klantenruimten"

Internationale norm: IEC 60793-2-10 "Productspecificaties - Sectionele specificatie voor categorie A1 multimode vezels"

ANSI / TIA / EIA-492-AAAx "Detailspecificatie voor klasse 1a Graded-Index multimode optische vezels"

(1) Klasse OM1 multimode optische vezel met een kern van 62,5 µm of 50 µm.

(2) OM2-klasse multimode optische vezel met een kern van 50 m of 62,5 μm.

(3) Klasse OM4 werd in juni 2010 geratificeerd door de IEEE en is de 802.ba-standaard voor 40G / 100G Ethernet. Werkt op afstanden tot 1000 m bij 1 Gb/s Ethernet, 550 m bij 10 Gb/s Ethernet en 150 m bij 40 Gb/s en 100 Gb/s Ethernet netwerkprotocollen.

(4) Internationale norm ISO / IEC 11801 definieert de maximale dempingswaarde van de optische vezel. IEC- en TIA-normen beschrijven de (minimale) of gemiddelde demping van bare fiber.