Комуникация с оптични влакна
Оптично влакно е съкращението от оптично влакно. Комуникацията с оптични влакна е комуникационен метод, при който светлинните вълни се използват като носители на информация, а оптичните влакна се използват като среда за предаване. От принципна гледна точка, основните материални елементи, които изграждат комуникацията с оптични влакна, са оптични влакна, източници на светлина и светлинни детектори. В допълнение към класификацията на оптичните влакна според производствения процес, състава на материала и оптичните характеристики, в приложенията оптичните влакна често се класифицират според употребата и могат да бъдат разделени на оптични влакна за комуникация и оптични влакна за наблюдение. Влакното за предавателна среда е разделено на общи и специални два типа, а влакното за функционално устройство се отнася до влакното, използвано за завършване на функциите на усилване на светлинни вълни, оформяне, разделяне на честотата, удвояване на честотата, модулация и оптично трептене и често се използва с определено функционално устройство. Появява се формата.
Комуникацията с оптични влакна е комуникационен метод, който използва светлинни вълни като носеща вълна и оптични влакна като преносна среда за предаване на информация от едно място на друго. Нарича се "кабелна" оптична комуникация. В днешно време оптичните влакна са много по-добри от предаването на кабелна и микровълнова комуникация поради своята честотна лента на предаване, висока способност срещу смущения и ниско затихване на сигнала. Той се е превърнал в основен метод на предаване в световната комуникация.
Комуникационна система
Речник
Комуникационната технология с оптични влакна и компютърната технология са двата основни стълба на информатизацията, а компютрите са отговорни за цифровизирането на информацията в мрежата. ; Оптичното влакно е отговорно за предаването на информация. В съвременното социално-икономическо развитие информационният капацитет нараства бързо. За да се подобри скоростта на предаване и капацитета на информацията, комуникацията с оптични влакна се използва широко в развитието на информационните технологии и се превърна във важна технология в информационното поле след микроелектрониката.
Основна комуникационна система с оптични влакна
Най-основната комуникационна система с оптични влакна се състои от източник на данни, оптичен предавател, оптичен канал и оптичен приемник. Източникът на данни включва всички източници на сигнали, които са сигнали, получени чрез кодиране на източник за услуги като глас, изображение и данни; оптичните предаватели и модулатори са отговорни за преобразуването на сигналите в оптични сигнали, подходящи за предаване по оптични влакна. Прозорците на светлинните вълни, използвани последователно, са 0,85, 1,31 и 1,55. Оптичният канал включва най-основното оптично влакно, както и релейния усилвател EDFA и др.; докато оптичният приемник получава оптичния сигнал, извлича информация от него и след това го преобразува в електрически сигнал и накрая получава съответния глас, изображение, данни и друга информация.
Цифрова оптична комуникационна система
Преносната система с оптични влакна е идеален канал за цифрова комуникация. В сравнение с аналоговата комуникация, цифровата комуникация има много предимства, като например висока чувствителност и добро качество на предаване. Поради това повечето комуникационни системи с оптични влакна с голям капацитет и на дълги разстояния приемат цифрови методи за предаване.
В комуникационната система с оптични влакна двоичният светлинен импулс с код „0“ и код „1“ се предават в оптичното влакно, което се генерира от модулацията за включване и изключване на светлинния източник от двоичния цифров сигнал. Цифровият сигнал се генерира чрез дискретизация, квантуване и кодиране на непрекъснато променящия се аналогов сигнал, който се нарича PCM (импулсна кодова модулация), т.е. импулсна кодова модулация. Този вид електрически цифров сигнал се нарича цифров бейсбенд сигнал, който се генерира от PCM електрически терминал.
Основна структура
(1) Оптичен предавател
Оптичният предавател е оптичен приемо-предавател, който осъществява електрическо/оптично преобразуване. Състои се от източник на светлина, драйвер и модулатор. Неговата функция е да модулира светлинната вълна, излъчвана от източника на светлина от електрическия сигнал от електрическия терминал, за да се превърне в модулирана светлинна вълна и след това да свързва модулирания светлинен сигнал към оптично влакно или кабел за предаване. Електрическият терминал е конвенционално електронно комуникационно устройство.
(2) Оптичен приемник
Оптичният приемник е оптичен приемо-предавател, който осъществява оптично/електрическо преобразуване. Състои се от оптичен детектор и оптичен усилвател. Неговата функция е да преобразува оптичния сигнал, предаван от оптичното влакно или оптичния кабел, в електрически сигнал от фотодетектора и след това да усили слабия електрически сигнал до достатъчно ниво от усилващата верига и да го изпрати до електрическия край на приемника край за рисуване.
(3) Оптично влакно или оптичен кабел
Оптичното влакно или оптичният кабел представлява пътя за предаване на светлината. Неговата функция е да свърже затъмнения сигнал от края на подателя към светлинния детектор в края на приемника след предаване на дълги разстояния чрез оптично влакно или кабел, за да завърши задачата за предаване на информация.
(4) Ретранслатор
Ретранслаторът се състои от светлинен детектор, светлинен източник и верига за регенериране на решение. Той има две функции: едната е да компенсира затихването на оптичния сигнал, когато се предава в оптичното влакно; другото е да се оформи изкривеният пулс.
(5) Пасивни компоненти като съединители и съединители за оптични влакна
Тъй като дължината на оптичното влакно или оптичния кабел е ограничена от процеса на изтегляне на оптичното влакно и условията на конструкцията на оптичния кабел, и оптичното влакно е изтеглено, дължината също е ограничена (като 1 км). Следователно една линия с оптични влакна може да има проблем със свързването на множество оптични влакна. Следователно връзката между оптичните влакна и връзката и свързването между оптичното влакно и оптичния приемо-предавател са незаменими за използването на пасивни компоненти като съединители и съединители за оптични влакна.
Система за архивиране
За да се осигури плавно протичане на системата, обикновено се настройва система за архивиране, която е като архивиране на диск. При нормални обстоятелства работи само основната система. След като основната система се повреди, тя може незабавно да бъде превключена към резервната система, така че да се гарантира гладката и правилна комуникация.
Спомагателно оборудване
Спомагателното оборудване е съвършенството на системата, което включва система за управление на мониторинг, официална комуникационна система, система за автоматично превключване, система за обработка на аларми, система за захранване и др.
Сред тях системата за наблюдение и управление може автоматично да наблюдава производителността и работния статус на различното оборудване, което съставлява системата за предаване на оптични влакна. Когато възникне повреда, тя автоматично ще предупреди и ще се справи с нея и автоматично ще контролира системата за превключване на защитата. За комуникационни линии на дълги разстояния с множество релейни станции и централни офиси за поддръжка на линии, оборудвани с достъп до множество посоки и множество системи, централизираният мониторинг е необходим метод за поддръжка.
Общ преглед
Оптичното влакно е съкращение от оптично влакно. Комуникацията с оптични влакна е комуникационен метод, при който светлинните вълни се използват като носители на информация, а оптичните влакна се използват като среда за предаване. От принципна гледна точка, основните материални елементи, които изграждат комуникацията с оптични влакна, са оптични влакна, източници на светлина и светлинни детектори. В допълнение към класификацията на оптичните влакна според производствения процес, състава на материала и оптичните характеристики, в приложенията оптичните влакна често се класифицират според употребата и могат да бъдат разделени на оптични влакна за комуникация и оптични влакна за наблюдение. Влакното за предавателна среда е разделено на общи и специални два типа, а влакното за функционално устройство се отнася до влакното, използвано за завършване на функциите на усилване на светлинни вълни, оформяне, разделяне на честотата, удвояване на честотата, модулация и оптично трептене и често се използва с определено функционално устройство. Появява се формата.
Комуникацията с оптични влакна е комуникационен метод, който използва светлинни вълни като носеща вълна и оптични влакна като преносна среда за предаване на информация от едно място на друго. Нарича се "кабелна" оптична комуникация. В днешно време оптичните влакна са много по-добри от предаването на кабелна и микровълнова комуникация поради своята честотна лента на предаване, висока способност срещу смущения и ниско затихване на сигнала и се превърнаха в основния метод за предаване в световната комуникация.
През 1966 г. британският китаец Чарлз Као публикува статия и предлага да се използва кварц за направата на стъклени нишки (оптични влакна), чиято загуба може да достигне 20 dB/km, което може да реализира комуникация с оптични влакна с голям капацитет. По това време само няколко души в света вярваха, като British Standard Telecommunications Laboratory (STL), American Corning Glass Company, Bell Labs и други лидери. През 2009 г. Гао Кун спечели Нобелова награда за изобретяването на оптични влакна. През 1970 г. Corning разработи кварцово оптично влакно със загуба от едва 20dB/km и дължина около 30m. Говори се, че е струвал 30 милиона щатски долара. През 1976 г. Bell Labs създава експериментална линия в Атланта, Вашингтон, със скорост на предаване от само 45Mb/s, която може да предава само стотици телефони, докато използваният коаксиален кабел може да предава 1800 телефона. Тъй като по това време няма лазер за комуникация, светодиодите (LED) се използват като източник на светлина за комуникация с оптични влакна, така че скоростта е много ниска. Около 1984 г. полупроводниковият лазер за комуникация беше успешно разработен. Скоростта на комуникация по оптични влакна достигна 144Mb/s, което можеше да пренесе 1920 телефона. През 1992 г. скоростта на предаване на оптично влакно достигна 2,5 Gb/s, което е еквивалентно на повече от 30 000 телефонни линии. През 1996 г. бяха успешно разработени лазери с различни дължини на вълната, които могат да реализират комуникация с оптични влакна с много дължини на вълни и много канали, така наречената технология за мултиплексиране по дължина на вълната (WDM), което означава, че се предават множество оптични сигнали с различни дължини на вълната в едно оптично влакно. . В резултат на това капацитетът на предаване на комуникациите с оптични влакна се удвоява. През 2000 г., използвайки WDM технологията, скоростта на предаване на оптично влакно достигна 640Gb/s. Някои хора имат големи съмнения относно Гао Кун, който изобретява оптичните влакна през 1976 г., но печели Нобеловата награда едва през 2010 г. Всъщност от горната история на развитие на оптичните влакна може да се види, че въпреки големия капацитет на оптичните влакна, ултра- големият капацитет на оптичните влакна не може да се играе без високоскоростни лазери и микроелектроника. Скоростта на електронните устройства е достигнала порядъка на гигабита/секунда. Появата на високоскоростни лазери с различни дължини на вълната позволи предаването на оптични влакна да достигне от порядъка на терабита/секунда (1Tb/s=1000Gb/s). Революция в комуникационните технологии!"
Характеристики
①Количеството информация, което може да бъде предадено за единица време, е голямо. Информационната скорост на практическото ниво на комуникация с оптични влакна в началото на 90-те години на миналия век беше 2,488 Gbit/s, т.е. двойка едномодови оптични влакна може да отвори 35 000 телефона едновременно и все още се развива бързо; ②Икономичност. Разходите за изграждане на комуникация с оптични влакна намаляват с увеличаването на броя на употребата; ③Малък размер, леко тегло, удобна конструкция и поддръжка и др.; ④Използване на по-малко метал, силни анти-електромагнитни смущения, силни анти-радиация, добра поверителност и др.
Основна композиция
Основните компоненти на конвенционалната комуникационна система с оптични влакна са оптични влакна, източник на светлина и детектор за светлина. Оптичните влакна включват едномодови и многомодови влакна, а източниците на светлина включват полупроводникови лазери и диоди, излъчващи светлина. Системите за средни и дълги разстояния използват едномодови влакна и полупроводникови лазери, новоразработените високоскоростни системи използват лазери с разпределена обратна връзка (DFB), а системите за къси разстояния могат да използват многомодови влакна и светоизлъчващи диоди.
Конвенционалната комуникационна система с оптични влакна се отнася до система, в която предаващият край модулира интензитета на източника на светлина, а приемащият край използва фотодетектор за директно откриване на получения оптичен сигнал (IM/DD), известен също като директен модулация на интензитета Комуникационната система с оптични влакна с привързана вълна, която беше масовото използване в началото на 90-те години. Основната му структура взема за пример системата 2,488Gbit/s, както е показано на фигура 2.
Лявата страна на Фигура 2 е електрическият мултиплексор с разделяне на времето в предавателния край, който комбинира входния цифров сигнал от 155 Mbit/s в сигнал от 2,488 Gbit/s. Интензитетът на сигнала директно модулира лазер с разпределена обратна връзка и след това предава затъмнения изход към едномодовото влакно. От дясната страна на Фигура 2 светлинно-електрическият детектор директно открива приглушената светлина и получава цифров сигнал от 2,488Gbit/s, след което разлага мултиплексора с течение на времето, за да получи набор от цифрови сигнали от 155Mbit/s.
Релейното оборудване на конвенционалната комуникационна система с оптични влакна е показано на фигура 3.
2.2 Обхват на приложението
Комуникацията с оптични влакна първо се прилага между телефонни офиси за формиране на локална оптична мрежа, а след това като комуникация на дълги разстояния за формиране на национална оптична мрежа, която ще се превърне в широколентова комуникационна мрежа Skeleton. Подводни оптични кабелни системи също са разработени за трансокеански комуникации или комуникации на къси разстояния през острови и брегове. Известните подводни оптични кабелни комуникационни системи, които обхващат Атлантическия и Тихия океан. Например, първата трансатлантическа система TAT-8, която беше пусната на пазара през декември 1988 г., има 3 чифта оптични влакна в оптичния кабел, 2 чифта за използване и 1 чифт за режим на готовност. Информационната скорост на всяка двойка е 280Mbit/s. Общата дължина е 6700 км, средното разстояние между релейните станции е 67 knu, а дължината на вълната е 1,3 μm, като се използва конвенционалното едномодово влакно.
Развитите страни планират, проектират и изграждат оптични потребителски мрежи, а именно влакна до дома (FTTH) или влакна до пътя (FTTC). Други приложения, като локални мрежи с оптични влакна с различни мащаби и приложения в различни случаи.
Техническа област
(1) Голям комуникационен капацитет и голямо разстояние на предаване; потенциалната честотна лента на едно оптично влакно може да достигне 20THz. С такава честотна лента е необходима само около една секунда за предаване на всички текстови данни на човешки същества, древни и съвременни, както у дома, така и в чужбина. Системата 400Gbit/s е пусната в търговска употреба. Загубите на оптичното влакно са изключително ниски. Загубата на кварцовото влакно може да бъде по-малка от 0,2 dB/km близо до дължината на светлинната вълна от 1,55 μm, което е по-ниско от загубата на всяка предавателна среда. Следователно разстоянието на нерелейно предаване може да достигне десетки или дори стотици километри.
(2) Слаба сигнална интерференция, добро представяне на сигурността;
(3) Антиелектромагнитни смущения, добро качество на предаване, електрическата комуникация не може да реши различни проблеми с електромагнитни смущения, само комуникация с оптични влакна Не е обект на всички видове електромагнитни смущения.
(4) Оптичното влакно е с малък размер, леко тегло, лесно за полагане и транспортиране;
(5) Източникът на материали е в изобилие и защитата на околната среда е добра, което е благоприятно за спестяване на мед от цветни метали.
(6) Няма радиация и е трудно да се подслушва, тъй като светлинните вълни, предавани от оптичното влакно, не могат да излязат извън оптичното влакно.
(7) Оптичният кабел има силна адаптивност и дълъг експлоатационен живот.
(8) Текстурата е крехка и механичната якост е слаба.
(9) Рязането и снаждането на оптични влакна изисква определени инструменти, оборудване и технология.
(10) Маневрирането и съединяването не са гъвкави.
(11) Радиусът на огъване на оптичния кабел не трябва да е твърде малък (>20 cm)
(12) Има проблем със захранването.
Методът на комуникация, който използва светлинни вълни за предаване на информация в оптични влакна. Тъй като лазерът има значителни предимства като висока насоченост, висока кохерентност, висока монохроматичност и т.н., светлинната вълна в комуникацията с оптични влакна е предимно лазерна, така че се нарича още комуникация с лазерни влакна.
Принцип и приложение
Принципът на комуникацията с оптични влакна е: в края на предаването предаваната информация (като глас) трябва първо да се преобразува в електрически сигнали и след това да се модулира към излъчения лазерен лъч от лазера, интензитетът на светлината се променя с амплитудата (честотата) на електрическия сигнал и той се изпраща през оптичното влакно; в приемащия край детекторът преобразува светлинния сигнал в електрически сигнал след получаването му и възстановява оригиналната информация след демодулация.
Тъй като скоростта на предаване на информационните технологии се актуализира всеки ден, технологията с оптични влакна е широко ценена и прилагана. В многокомпютърната асансьорна система приложението на оптични влакна напълно отговаря на изискванията за голям брой правилни, надеждни, високоскоростни предавания и обработка на комуникация на данни. Прилагането на технология с оптични влакна в асансьорите значително подобрява скоростта на реакция на цялата система за управление и значително подобрява производителността на паралелния групов контрол на асансьорната система. Комуникационното устройство с оптични влакна, използвано в асансьора, се състои главно от източник на светлина, фотоелектрически приемник и оптично влакно.
Източник на светлина
Изходният сигнал от системата за управление на микрокомпютъра е електрически сигнал, докато системата от оптични влакна предава оптичен сигнал. Следователно, за да предадете електрическия сигнал, генериран от микрокомпютърната система в оптичното влакно, първо преобразувайте електрическите сигнали в оптични сигнали. Източникът на светлина е такова електрооптично преобразуващо устройство.
Източникът на светлина първо преобразува електрическия сигнал в оптичен сигнал и след това изпраща оптичния сигнал към оптичното влакно. В оптичната система източникът на светлина има много важна позиция. Като източници на светлина от оптични влакна могат да се използват лампи с нажежаема жичка, лазери и полупроводникови източници на светлина. Полупроводниковите източници на светлина използват полупроводникови PN преходи за преобразуване на електрическа енергия в светлинна енергия. Често използваните полупроводникови източници на светлина включват полупроводникови диоди, излъчващи светлина (LED) и лазерни диоди (LD).
Полупроводниковите източници на светлина се използват широко в системите за предаване на оптични влакна поради малкия си размер, леко тегло, проста структура, удобна употреба и лесна съвместимост с оптични влакна.
Фотоелектрически приемник
Оптичният сигнал, предаван в оптичното влакно, трябва първо да бъде възстановен до съответния електрически сигнал, преди да бъде получен от микрокомпютърната система. Това преобразуване се постига чрез оптичния приемник. Функцията на оптичния приемник е да преобразува оптичния сигнал, предаван от оптичното влакно, в електрически сигнал, след което електрическият сигнал се предава на системата за управление за обработка. Оптичният приемник се основава на принципа на фотоелектрическия ефект, облъчвайки PN прехода на полупроводника със светлина, а PN преходът на полупроводника ще генерира носители след абсорбиране на светлинна енергия, като по този начин генерира фотоелектричния ефект на PN прехода, като по този начин преобразува оптичен сигнал в електрически сигнал. Полупроводниковите приемници, използвани в системи с оптични влакна, включват главно полупроводникови фотодиоди, фототранзистори, фотоумножители и фотоволтаични клетки. Фототранзисторът може не само да преобразува падащия светлинен сигнал в електрически сигнал, но и да усили електрическия сигнал, така че да може да бъде добре съчетан с интерфейсната верига на системата за управление, така че фототранзисторът е най-широко използваният.
Оптично влакно
Оптичното влакно е каналът за предаване на оптичен сигнал и ключовият материал за комуникация с оптични влакна.
Оптичното влакно се състои от сърцевина, обвивка, покритие и кожух и представлява симетричен цилиндър с многослойна диелектрична структура. Основното тяло на ядрото е силициев диоксид, който е добавен с малко количество други материали, за да се увеличи оптичният индекс на пречупване на материала. От външната страна на сърцевината има облицовъчен слой, а обвивката и сърцевината имат различни оптични индекси на пречупване. Оптичният индекс на пречупване на сърцевината е по-висок, за да се гарантира, че оптичният сигнал се предава главно в сърцевината. От външната страна на облицовката има слой покритие, което се използва главно за увеличаване на механичната якост на оптичното влакно, така че оптичното влакно да не се повреди отвън. Най-външният слой на оптичното влакно е кожух, който също играе защитна роля.
Двете основни характеристики на оптичното влакно са загуба и дисперсия. Загубата е затихването или загубата на оптичен сигнал на единица дължина, изразено в db/km. Този параметър е свързан с разстоянието на предаване на оптичния сигнал. Колкото по-голяма е загубата, толкова по-късо е разстоянието на предаване. Мултимикрокомпютърните системи за управление на асансьори обикновено имат къси разстояния на предаване, така че за да се намалят разходите, най-вече се използват пластмасови оптични влакна. Дисперсията на влакното е свързана главно с разширяването на импулса. В системата за управление на асансьори Mitsubishi комуникацията с оптични влакна се използва главно за предаване на данни между групово управление и единичен асансьор и предаване на данни между два паралелни единични асансьора. Устройството с оптични влакна, използвано от Mitsubishi Elevator, се състои главно от източник на светлина, светлинен приемник и оптично влакно. Източникът на светлина и приемникът на светлина са капсуловани във фиксирания щепсел на конектора за оптични влакна, а оптичното влакно е свързано към подвижния щепсел.
Работен процес
Изпращане: CPU сериализира паралелни данни чрез специален IC чип и вмъква съответния битов код (старт, стоп, контролна цифра и т.н.) според комуникационния формат, изходният TXD изпраща сигнала към съединителя за оптични влакна (т.е. фиксиран щепсел), след което източникът на светлина в съединителя за оптични влакна извършва електрическо-оптично преобразуване. Преобразуваният оптичен сигнал изпраща оптичния сигнал към оптичното влакно през подвижния щепсел на оптичното влакно и оптичният сигнал е в оптичното влакно. Размножаване напред.
Получаване: Оптичният сигнал от оптичното влакно се изпраща към приемника на фиксирания щепсел през подвижния щепсел на конектора за оптично влакно и приемникът извършва фотоелектрическо възстановяване на получения оптичен сигнал, за да получи съответния електрически сигнал , Електрическият сигнал се изпраща към входния терминал RXD на специалния IC чип, а серийните данни се променят на паралелни данни от специалния IC чип и след това се предават на процесора.
Поле на приложение
Полето на приложение на комуникацията с оптични влакна е много широко. Използва се главно за местни телефонни линии. Предимствата на комуникацията с оптични влакна могат да се използват напълно тук, като постепенно изместват кабелите и се използват широко. В миналото се използва и за магистрална комуникация на дълги разстояния, която разчиташе главно на кабели, микровълни и сателитни комуникации. Сега той постепенно използва комуникация с оптични влакна и е формирал глобално доминиращ метод за предаване на битове; използва се в глобални комуникационни мрежи и обществени телекомуникационни мрежи в различни страни (като националната първа на Китай. Използва се и за висококачествено предаване на цветна телевизия, наблюдение и изпращане на промишлени производствени обекти, наблюдение и контрол на трафика, градска кабелна телевизионна мрежа, и система с обща антена (CATV).Използва се в локална мрежа с оптични влакна и други като самолети, космически кораби, кораби, подземни мини, отдели за електричество, военни, корозия и радиация и др.
Преносната система с оптични влакна се състои главно от: оптичен предавател, оптичен приемник, оптична кабелна предавателна линия, оптичен повторител и различни пасивни оптични устройства. За да се постигне комуникация, бейсбенд сигналът трябва да бъде обработен от електрическия терминал и изпратен към системата за предаване на оптични влакна, за да завърши комуникационния процес.
Той е подходящ за аналогова комуникационна система с оптични влакна, но също така е подходящ за цифрова комуникационна система с оптични влакна и система за комуникация на данни. В аналогова комуникационна система с оптични влакна обработката на електрическия сигнал се отнася до обработка като усилване и предварителна модулация на бейсбенд сигнали, докато обратната обработка на електрически сигнал е обратният процес на обработка на произхода, тоест обработка като демодулация и усилване. В цифровите комуникационни системи с оптични влакна обработката на електрическия сигнал се отнася до усилване, вземане на проби и квантуване на бейсбенд сигнали, тоест импулсна кодова модулация (PCM) и обработка на кодиране на линеен код и т.н., а обратната обработка на електрически сигнал също е обратен процес на възникване. За комуникация с оптични влакна за данни обработката на електрически сигнал включва главно усилване на сигнала, което е различно от цифровата комуникационна система по това, че не изисква преобразуване на код.
Развитие
Комуникацията с оптични влакна е основният метод за предаване на съвременната комуникационна мрежа. Историята на неговото развитие е само десет или двадесет години. Той е преживял три поколения: многомодово оптично влакно с къса дължина на вълната, многомодово оптично влакно с дълга дължина на вълната и едномодово оптично влакно с дълга дължина на вълната. Използването на комуникации с оптични влакна е голяма промяна в историята на комуникациите. Повече от 20 държави, включително Съединените щати, Япония, Великобритания и Франция, обявиха, че вече няма да изграждат кабелни комуникационни линии и се ангажират с развитието на комуникации с оптични влакна. Китайската комуникация с оптични влакна навлезе в практическа фаза.
Раждането и развитието на комуникацията с оптични влакна е важна революция в историята на телекомуникациите. Сателитната комуникация и мобилната комуникация се съпоставят като технологии през 90-те години. След навлизането в 21-ви век, поради бързото развитие на интернет услугите и растежа на аудио, видео, данни и мултимедийни приложения, има още по-неотложна нужда от голям капацитет (свръхвисокоскоростни и ултрадълги). разстояние) системи и мрежи за предаване на светлинни вълни.
Комуникацията с оптични влакна е най-новата комуникационна технология, която използва светлинни вълни като носещи вълни за предаване на информация и оптични влакна като среда за предаване за постигане на предаване на информация и постигане на целта на комуникацията.
Процесът на развитие на комуникацията е процесът на непрекъснато увеличаване на носещата честота за разширяване на комуникационния капацитет. Като носеща честота, оптичната честота е достигнала горната граница на комуникационния носител. Тъй като светлината е електромагнитна вълна с много висока честота, тя използва светлина. Като превозвач комуникационният капацитет е огромен, който е хиляди пъти по-голям от предишния комуникационен метод и е много привлекателен. Оптичната комуникация е цел, която хората отдавна преследват, и също така е неизбежната посока на развитие на комуникацията.
В сравнение с предишната електрическа комуникация, основната разлика на комуникацията с оптични влакна е, че има много предимства: нейната честотна лента на предаване, голям комуникационен капацитет; ниски загуби при предаване, голямо релейно разстояние; тънък диаметър на телта, леко тегло, суровини Това е кварц, който спестява метални материали и благоприятства рационалното използване на ресурсите; има силна изолация и анти-електромагнитни смущения; той също така има предимствата на силна устойчивост на корозия, силна устойчивост на радиация, добра устойчивост на вятър, без искри, малко изтичане, силна поверителност и т.н., Може да се използва в специална среда или военни.
Trend
FTTH може да предостави на потребителите изключително богата честотна лента, така че винаги е бил смятан за идеален метод за достъп. Той играе важна роля в реализирането на информационното общество. Той също така се нуждае от широкомащабно насърчаване и изграждане. Влакното, необходимо за FTTH, може да бъде 2 до 3 пъти по-голямо от съществуващото положено влакно. В миналото, поради високата цена на FTTH, липсата на широколентови видео услуги и широколентово съдържание, FTTH не беше на дневен ред и имаше само няколко изпитания. Поради напредъка на оптоелектронните устройства, цената на оптичните приемо-предавателни модули и оптичните влакна е значително намалена; съчетано с лекотата на широколентовото съдържание, всички те ускориха практическия процес на FTTH.
Възгледите на развитите страни относно FTTH не са съвсем същите: AT&T в Съединените щати вярва, че пазарът на FTTH е малък, а 0F62003 декларира, че FTTH няма да има пазар до 20-50 години по-късно. Американските оператори Verizon и Sprint са по-активни и ще приемат FTTH, за да трансформират своите мрежи в рамките на 10-12 години. Японският NTT е първият, който разработва FTTH и има близо 2 милиона потребители. FTTH на Китай е в пилотна фаза.
FTTH среща предизвикателства
Широко използваната ADSL технология все още има определени предимства за предоставяне на широколентови услуги
В сравнение с FTTH: ①Ниска цена ②Използвайте оригинала Мрежата с меден проводник прави изграждането на проекта лесно ③Може да отговори на търсенето за предаване на 1Mbps-500kbps филмови и телевизионни програми. Масовото популяризиране на FTTH е ограничено.
За широколентови услуги, които ще бъдат разработени в близко бъдеще, като: онлайн обучение, онлайн офис, конферентна телевизия, онлайн игри, дистанционна диагностика и лечение и други двупосочни услуги и HDTV цифрова телевизия с висока разделителна способност, връзка нагоре и надолу асиметричен бизнес на предаване, ADSL е трудно да се задоволи. Особено HDTV, след компресиране, неговата скорост на предаване все още се нуждае от 19,2 Mbps. Той се разработва с технология H.264 и може да бъде компресиран до 5 до 6 Mbps. Обикновено се смята, че най-високата скорост на предаване на ADSL, която гарантира QOS, е 2Mbps и все още е трудно да се предава HDTV. Може да се счита, че HDTV е основната движеща сила на FTTH. Тоест, когато се появят HDTV услуги, FTTH е задължителен.
FTTH решения
Обикновено има две категории P2P пасивни оптични мрежи от точка до точка и PON.
Предимствата на схемата F2P: всеки потребител предава независимо, не се влияят един на друг и системата е гъвкава; могат да се използват евтини нискоскоростни оптоелектронни модули; и разстоянието на предаване е дълго. Недостатъци: За да се намали броят на оптичните влакна и тръбите, които потребителите отиват директно в офиса, активен възел, който обобщава потребителите, трябва да бъде поставен в потребителската зона.
Предимства на PON решението: поддръжката на пасивната мрежа е проста; по принцип може да спести оптоелектронни устройства и оптични влакна. Недостатъци: необходимост от използване на скъпи високоскоростни оптоелектронни модули; необходимост от използване на електронни модули, които разграничават потребителите от различни разстояния, за да се избегнат конфликти между сигналите на потребителите нагоре; разстоянието на предаване се скъсява от съотношението PON; честотната лента на връзката надолу на всеки потребител се заема взаимно, ако честотната лента на потребителя е Когато няма гаранция, не само се изисква разширяване на мрежата, но също така PON и потребителският модул трябва да бъдат заменени, за да се реши проблемът. (Според пазарната цена PEP е по-икономичен от PON)
Има много видове PON, най-общо както следва: (1) APON: а именно ATM-PON, подходящ за мрежа за превключване на ATM. (2) BPON: Широколентов PON. (3) OPON: OFP-PON, използвайки обща обработка на кадри. (4) EPON: PON, използващ Ethernet технология, GPON е Gigabit Ethernet PON. (5) WDM-PON: Използвайте мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната, за да разграничите PON на потребителите. Тъй като потребителите са свързани с дължини на вълните, той е неудобен за поддръжка и рядко се използва в FTTH.
Технологията за безжичен достъп се развива бързо. Може да се използва като протокол IEEE802.11g за WLAN, с честотна лента на предаване до 54Mbps и обхват на покритие над 100 метра, който вече е наличен в търговската мрежа. Ако се използва безжичен достъп до WLAN за предаване на потребителски данни, включително: данни нагоре и надолу и данни на VOD нагоре по телевизия по заявка, връзката не е голяма за обикновени потребители и IEEE802.11g е достатъчен. FTTH, използващ оптично влакно, е главно за разрешаване на предаването на HDTV широколентово видео по връзката надолу, разбира се, може да съдържа и някои данни по връзката надолу, когато е необходимо. Това формира домашна мрежа „влакно към дома + безжичен достъп“ (FTTH + безжичен достъп). Ако този вид домашна мрежа приеме PON, това е особено лесно, тъй като този PON няма сигнал нагоре по веригата, не се нуждае от електронния модул за измерване на разстоянието, цената е значително намалена, поддръжката е проста. Ако потребителската група, принадлежаща към PON, е покрита от безжичната градска мрежа WiMAX (1EEE802.16) и може да се използва, тогава няма нужда да се изгражда специална WLAN. Използването на безжична мрежа за достъп е тенденция, но мрежата за безжичен достъп все още трябва да бъде поддържана от мрежа от оптични влакна, плътно разпределена в близост до потребителите, което е почти същото като FTTH. FTTH+ безжичният достъп е бъдещата тенденция на развитие.
Развитието на оптичното превключване
Всъщност това може да се изрази като: комуникационен вход + обмен.
Оптичните влакна решават само проблема с предаването, но трябва да решат и проблема с оптичното превключване. В миналото комуникационните мрежи бяха съставени от метални кабели, които предаваха електронни сигнали и използваха електронни комутатори за обмен. Комуникационната мрежа, с изключение на кратък участък в края на потребителя, е изцяло оптично влакно, което предава оптични сигнали. Разумен метод трябва да използва оптично превключване. Въпреки това, поради незрялостта на устройствата за оптичен превключвател, единственият начин за решаване на обмена на оптична мрежа е „оптичен-електрически-оптичен“, тоест оптичният сигнал се преобразува в електрически сигнал и след това оптичният сигнал се променя обратно към оптичния сигнал след електронния обмен. Очевидно неразумен метод, той не е ефективен и неикономичен. Оптичните комутатори с голям капацитет се разработват за реализиране на оптични комутационни мрежи, особено така наречените ASON-автоматични комутационни оптични мрежи.
Информацията, която обикновено се предава в оптичната мрежа, обикновено е със скорост xGbps и електронните комутатори не могат да се справят с нея. Като цяло електронният обмен трябва да се реализира в групата от по-нисък ред. Оптичният превключвател може да реализира обмен на високоскоростни XGbD. Разбира се, не е да се каже, че всичко трябва да се обменя със светлина, особено за нискоскоростен обмен на сигнали с малки частици, трябва да се използва зрял електронен обмен и няма нужда да се използва незрял
оптичен обмен с голям капацитет. Понастоящем в мрежата за данни сигналите се появяват под формата на "пакети", използвайки така нареченото "комутиране на пакети". Частиците на торбата са сравнително малки и могат да се обменят по електронен път. Въпреки това, след агрегиране на голям брой пакети в една и съща посока, когато броят им е голям, трябва да се използва оптичен комутатор с голям капацитет.
Оптичното превключване с по-малко канали и голям капацитет беше практично. Например, той се използва за защита, прекъсване и планиране на канали с малък обем. Обикновено за постигане на това се използват механични оптични превключватели и термооптични превключватели. Поради ограниченията на обема, консумацията на енергия и интеграцията на тези оптични превключватели, броят на каналите обикновено е 8-16.
Електронният обмен обикновено има методи за „пространствено разделение“ и „времево разделение“. В оптичното превключване има "пространствено разделение", "времево разделение" и "обмен на дължина на вълната". Оптичното времево превключване рядко се използва в комуникациите с оптични влакна.
Превключване с оптично разделяне на пространството: Като цяло оптичните превключватели могат да се използват за прехвърляне на оптични сигнали от едно влакно към друго. Оптичните превключватели за разделяне на въздуха включват механични, полупроводникови и термооптични превключватели. Използвайки интегрирана технология, оптичният превключвател с микромотор MEM е разработен и обемът му е толкова малък, колкото mm. Разработен е оптичният превключвател 1296x1296MEM (Lucent), който е експериментален.
Обмен на оптична дължина на вълната: задайте конкретна дължина на вълната на всеки обект за обмен. Така чрез изпращане на определена дължина на вълната е възможно да се комуникира с определен обект. Ключът към реализирането на оптичното превключване на дължината на вълната е необходимостта от разработване на практични източници на светлина с променлива дължина на вълната, оптични филтри и интегрирани надеждни масиви от оптични превключватели с ниска мощност. Разработена е система за изпитване на кръстосано свързване (corning), комбинираща 640x640 полупроводников оптичен превключвател + AWG разделяне на пространството и дължина на вълната. Използването на оптично разделяне на пространството и оптично разделяне на дължината на вълната може да формира много гъвкава оптична превключваща мрежа. Японският NTT проведе тест на място, използвайки маршрутизиране и превключване по дължина на вълната в град Читосе, с радиус от 5 километра, общо 43 терминални възела (изпробвайки 5 възела) и скорост от 2,5 Gbps.
Оптичната мрежа за автоматично превключване, наречена ASON, е посоката на по-нататъшно развитие.
Разработване на интегрирани оптоелектронни устройства
Точно като електронните устройства, оптоелектронните устройства също трябва да бъдат интегрирани. Въпреки че не всички оптоелектронни устройства трябва да бъдат интегрирани, значителна част са необходими и могат да бъдат интегрирани. PLC-планарната оптична вълноводна верига, която се разработва, е като печатна платка, върху която могат да се сглобяват оптоелектронни устройства или директно да се интегрират в оптоелектронно устройство. Независимо дали да се реализират FTTH или ASON, са необходими нови, малки, евтини и интегрирани оптоелектронни устройства.
Пазарът на комуникации с оптични влакна
Както всички знаем, балонът на ИТ индустрията през 2000 г. предизвика експлозивно развитие на комуникационната индустрия с оптични влакна и свръхпроизводство на продукти. Цените на оптичното предавателно оборудване, оптоелектронните устройства и оптичните влакна се сринаха. Специално за оптични влакна, цената на километър беше 1200 ¥ по време на периода на балона, а цената беше около Y100 за 1 километър, което беше по-евтино от медната жица. Кога ще се възстанови комуникационният пазар на оптични влакна?
Според статистиката и прогнозите на RHK за инвестициите в комуникационната индустрия в Северна Америка, 2002 г. е най-ниската точка, което е еквивалентно на четиригодишна регресия. Имаше отскок, но все още не може да бъде възстановен. Въз основа на тази спекулация, той ще бъде възстановен едва през 2007-2008 г. Пазарът за комуникация с оптични влакна също се подобрява с пазара на ИТ. Тези подобрения се дължат до голяма степен на FTTH и широколентовата цифрова телевизия.
В крайна сметка FTTH е търсенето на информационното общество и комуникационният пазар на оптични влакна трябва да има красива сцена. FTTH в развитите страни започна да се изгражда и вече има значителен пазар. Най-общо казано, печалбите от устройства и оборудване постепенно ще се увеличават според нуждите на пазара и 2007-2008 г. може да бъде добра. Въпреки това, в индустрията за оптични влакна, въпреки успеха на антидъмпинга, цената все още е бавна и печалбата е много малка. Всъщност в света мащабът на производство на оптични влакна е твърде голям и скоростта на развитие на FTTH се влияе от социалната среда, включително икономическите условия на гражданите и развитието на цифровата телевизия, а възходът е бавен. Разбираемо е, че някои големи компании са запечатали няколко фабрики за оптични влакна и могат да започнат производство по всяко време според пазарните условия. В резултат предлагането винаги надвишава търсенето. Нормален пазарен закон е цените да се повишават, когато предлагането надвишава търсенето. Следователно, ако индустрията за оптични влакна иска да направи значителни печалби, това може да е въпрос след 2009 г. Икономически слабо развитите региони на Китай и малките градове все още трябва да изградят линии за оптични влакна, но количеството оптични влакна все още е в диапазона на свръхпредлагане.
За китайския пазар FTTH ще се забави поради предизвикателствата на ADSL и развитието на цифровата телевизия HDTV. Социалната среда и условията за масовото изграждане на FTTH в Китай все още не са налични и може да отнеме известно време да се изчака. Олимпиадата в Пекин обаче изисква популяризиране на HDTV и спад на цените на оборудването, което ще насърчи развитието на FTTH. Очаква се FTTH да започне да се популяризира в Китай през 2007-2008 г. Съществуват обаче и така наречените CBDs в централни бизнес райони в някои големи градове, които имат относително силна икономическа мощ и вече са възприели PTTP от оптични влакна до жилища за строителство. Като цяло FTTH на Китай е в пилотна фаза. Ролята на пилота е да изследва технологията и строителния опит от една страна, а от друга страна, той също играе роля в конкуренцията за привличане на потребители. Поради това телекомуникационните оператори и местните собственици активно пилотират FTTH, за да развият широколентови услуги. Следователно операторите на излъчване са изправени пред огромни предизвикателства. Телевизионните оператори трябва да ускорят процеса на развитие на цифровата телевизия, да обогатят програмното съдържание и да възприемат конкурентен бизнес модел. Ако разпространителите искат да разработят VOD телевизия по заявка, те също трябва да трансформират кабелната телевизионна мрежа в двете посоки. Ако бъде възприета оптичната мрежа, тя може по-пълно да се адаптира към бъдещото технологично развитие и търсенето на пазара.
Широколентова китайска стратегия
В „Дванадесетия петгодишен план за широколентова мрежова инфраструктура“, издаден от Министерството на промишлеността и информационните технологии през май 2012 г., реализирайте „Градски влакна към сградата в дома, селски широколентов достъп до селото в селото“. Широчината на честотната лента на достъпа на градските домакинства достига 20 Mbit/s, а честотната лента на достъпа на селските домакинства достига 4 Mbit/s. Покритието от влакна до дома достига 200 милиона домакинства с повече от 40 милиона потребители, а процентът от влакна до дома на новопостроените жилищни сгради в градовете достига над 60%.
„Режимът на достъп и технологията на пазара на широколентов достъп в моята страна е основно ADSL, докато други страни с висока скорост на широколентов достъп са основно оптичен достъп.“ каза Zhao Zisen, академик на Китайската академия по инженерство, реализирайки оптични влакна към дома. Това е най-важната част от широколентовата стратегия.
Академикът на Китайската академия на науките Ган Фуси каза, че комуникацията с оптични влакна има предимствата на голям информационен капацитет, голямо разстояние на предаване и малка интерференция на сигнала. В световните комуникационни системи повече от 90% от информацията се предава по оптични влакна. През следващите 5 до 10 години широкомащабното внедряване на влакна в дома в моята страна изисква повече от 100 милиона километра влакна всяка година, което ще донесе добри възможности за развитието на вътрешната индустрия за оптични комуникации.
Според последните статистически данни на Международния съюз по телекомуникации 112 държави и икономики са стартирали широколентови стратегии в света. Изпълнението на стратегията за широколентов достъп със сигурност ще доведе до голямо развитие на достъпа до оптични влакна и ще превърне индустрията за широколентов достъп до оптични влакна в една от индустриите с най-бърз растеж и най-голямо пространство за развитие в цялата информационна и комуникационна индустрия.
展望
光纤通信发展总趋势为：不断提高信息率和增长中继距离。系统的优值用“信息率”与“距离”的乘积表示，该值每年约增加一倍；发展光纤网，特别是光纤用户网-光纤到户；采用新技术，特别是掺稀土金属的光纤放大器，光电集成和光集成。
①90年代初商用光纤通信系统的最高水平为2.488Gbit/s系统。实验室里实验系统信息率为8、10、16Gbit/s，相应的无中继距离为76、80、65km，信息率已高达20Gbit/s。单机的速率过高，大规模集成电路的电时分复用和解复器的速率将提高，要求激光器必须能在极高速率下稳定工作。如采用1.55μm波长，用常规单模光纤，将出现色散过大，码间干扰过大等都是技术上的困难。经济上也不合算。可采用光波分复用（OWDM）来提高信息率，实验室里复用数量用高达100个622Mbit/s的系统作复用，波长间隔为0.lnm，传输距离为50km，用非相干接收。还可采用副载波调制（SCM）来增加系统容量，将在光缆电视系统中应用。
掺稀土金属铒的单模光纤放大器的成功，大大增加了系统的灵敏度和传输距离。近期发表的常规系统的环路试验，在此环路里有4支掺铒光纤放大器，传输速率为2.4Gbit/s和5Gbit/s，计算结果表明传输距离达21000km和9000km。波长为1.55μm，采用色散位移光纤。这个试验系统将在新的横跨太平洋和大西洋的光缆系统里实用。
用光波分复用提高速率，用光放大增长传输距离的系统，为第五代光纤通信系统。
新系系统中，相干光纤通信系统，已达现场实验水平，将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率，实验结果已达32Gbit/s，20世纪末或21世纪初可能达到实用化。在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。
②光纤用户网-光纤到户，采用同步光纤网（SONET）或同步数字体系（SDH）和建立光纤用户网是实现宽带业务的两大步骤。
光纤用户网有不同结构，其中之一如图5所示，中心局与远区局的连接，即本地网，可以用环状网路以提高网路的灵活性和效率。远区局到用户的网可以单星形或双星形网路。
③掺铒光纤放大器具有增益高、带宽宽、噪音低、易与传输光纤连接、易于制造等优点，可作前置放大、线路放大和末级放大。可提高系统灵敏度，增长传输距离。把它用在用户网里，可扩大网的范围，也可增加用户数量，对光纤通信的发展将起重大作用。掺铒光纤放大器只工作在1.55μm，还需探索掺另一种稀土金属的光纤，得到在1.3μm工作的放大器。
另外，为提高系统的可靠性和经济性，需要光电集成和光集成，对此已有不少实验成果。
相关页面未授权copy自41021653