Ноу Інти, лекція, оптичні канали зв’язку

Оптоволоконное з'єднання гарантує мінімум шумів і високий рівень безпеки (практично майже неможливо зробити відвід). Пластикові волокна застосовні при довжинах з'єднань не більше 100 метрів і при обмеженому швидкодії (<50 МГц). Вероятность ошибки при передаче по оптическому волокну составляет <10 -10. что во многих случаях делает ненужным контроль целостности сообщений.

При побудові мереж використовуються багатожильні кабелі (рис. 9.1, є і інші різновиди кабелю: наприклад, дво- або чотирижильного, а також плоскі). У верхній частині малюнка [A] зображено окреме оптоволокно. а в нижній [Б] - перетин восьмижильного оптичного кабелю. Світло (довжина хвилі

+1350 або 1500 нм) вводиться в оптоволокно (діаметром) за допомогою світловипромінювальних діода або напівпровідникового лазера. Центральне волокно покривається шаром (кледінг. 1А), коефіцієнт заломлення якого менше, ніж у центрального ядра (стрілками умовно показаний хід променів світла в волокні). Для забезпечення механічної міцності ззовні волокно покривається полімерним шаром (2А). Кабель може містити багато волокон, наприклад, 8 (1Б). У центрі кабелю поміщається сталевий трос (3Б), який використовується при прокладанні кабелю. Із зовнішнього боку кабель захищений (від щурів!) Сталевий опліткою (2Б) і герметизований еластичним полімерним покриттям.

Мал. 9.1. Перетин оптоволоконного кабелю

Існує кілька типів оптичних волокон, що володіють різними властивостями. Вони відрізняються один від одного залежністю коефіцієнта заломлення від радіуса центральній частині волокна. На рис. 9.2 показані три різновиди волокна (А, Б і В; для коефіцієнтів заломлення завжди має бути). Літерами А і Б позначений мультимодових вид волокон. Тип Б має меншу дисперсію часу поширення і з цієї причини вносить менші спотворення в форму переданого сигналу. Встановлено, що, надаючи світловим імпульсам певну форму (зворотний гіперболічний косинус), дисперсійні ефекти можна повністю виключити. При цьому з'являється можливість передавати імпульси на відстань в тисячі кілометрів без спотворення їх форми. Такі імпульси називаються солетон. При традиційних ж технологіях необхідно використовувати повторювачі через кожні 30 км (проти 5 км для мідних проводів). У порівнянні з мідними проводами, оптоволоконні кабелі незрівнянно легше. Так, одна тисяча скручених пар при довжині 1 км важить 8 тонн, а два волокна тієї ж довжини, що володіють більшою пропускною спроможністю, мають вагу 100кг. Ця обставина відкриває можливість укладання оптичних кабелів уздовж високовольтних силових ліній передачі, підвішуючи або обвиваючи їх навколо провідників.

Мал. 9.2. Різновиди оптичних волокон, що відрізняються залежністю коефіцієнта заломлення від радіуса

Буквою В позначений одномодовий вид волокна (поняття мода пов'язано з характером поширення електромагнітних хвиль). Одномодова різновид волокна сприймає меншу частку світла на вході, зате забезпечує мінімальне спотворення сигналу. Слід мати на увазі, що обладнання для роботи з одномодовим волокном значно дорожче. Центральна частина одномодового волокна має діаметр, а діаметр кледінга становить. Число мод, що допускаються волокном, певною мірою визначає його інформаційну ємність. Модовая дисперсія призводить до розпливання імпульсів і їх "наезжанію" один на одного. Дисперсія залежить від діаметра центральної частини волокна і довжини хвилі світла.

Волокно з плавним профілем показника заломлення має дисперсію 1нсек / км і менше. Це, зокрема, пов'язано з тим, що світло в периферійних областях волокна з більшою довжиною траєкторії рухається швидше (там менший коефіцієнт заломлення). Число мод N одно для волокна типу А:

де - діаметр центральної частини (ядра), - чисельна апертура волокна, а - довжина хвилі. Волокно з діаметром центральній частині волокна підтримує 1000 мод. Для волокна типу Б (рис. 3.2) значення в два рази менше. Чисельна апертура дорівнює, де і - відповідно коефіцієнти заломлення ядра і кледінга. Величина визначає ширину вхідного конуса волокна (тілесний кут захоплення вхідного випромінювання).

Для оптичних каналів передачі даних ймовірність помилки (BER) знаходиться на рівні 10 -9 -10 -10.

Мода є одним з можливих рішень рівняння Максвелла. У спрощеному вигляді можна вважати, що мода - це одна з можливих траєкторій, по якій може поширюватися світло в волокні.

Чим більше мод, тим більше дисперсійне перекручування форми сигналу. Одномодове волокно дозволяє отримати смугу пропускання в діапазоні 50-100 ГГц-км. Типове значення модовой дисперсії лежить в межах від 15 до 30 нсек / км.

Одномодовий режим реалізується тоді, коли довжина хвилі світла стає порівнянної з діаметром ядра волокна. Довжина хвилі, при якій волокно стає одномодовим, називається порогової.

На відміну від многомодового волокна, в одномодовом - випромінювання присутні не тільки всередині ядра. З цієї причини підвищуються вимоги до оптичних властивостей кледінга. Для багатомодового волокна вимоги до прозорості кледінга дуже помірні.

Загасанням зазвичай називається ослаблення сигналу в міру його руху по волокну. Воно вимірюється в децибелах на кілометр і варіюється від 300 дБ / км для пластикових волокон до 0,21 дБ / км - для одномодових волокон.

Смуга пропускання волокна визначається дисперсією. Наближено смугу пропускання одномодового волокна можна оцінити згідно з формулою

• Disp - дисперсія на робочій довжині хвилі в сек на нм і на км;
• SW - ширина спектра джерела в нм;
• L - довжина волокна в км.

Якщо діаметр джерела світла не відповідає діаметру ядра волокна, то втрати світла, пов'язані з геометричним неузгодженістю можуть бути охарактеризовані наступною формулою:

Втрат немає, коли волокно має діаметр більший за діаметр джерела світла. Якщо числова апертура джерела більше апертури волокна, то втрати світла складуть:

Крім дисперсії, швидкодія оптичного каналу обмежується шумами. Шуми мають дві складові: дробовий і теплової шум. Дробовий шум визначається співвідношенням:

де е - заряд електрона, i - середній струм, що протікає через приймач, і В - ширина смуги пропускання приймача. Типове значення дробового шуму становить 25 нА при температурі 25 градусів Цельсія. Тепловий шум характеризується співвідношенням:

де k - постійна Больцмана, Т - температура за шкалою Кельвіна, В - ширина смуги пропускання приймача, RL - опір навантаження. При смузі в 10 МГц і температурі 298 0 К ця складова шуму дорівнює 18 нА. Однією зі складових теплового шуму є темновой струм, який зростає на 10% при зростанні температури на 1 градус.

Чутливість приймача задається квантової ефективністю, яка характеризує відношення числа первинних електронно-доручених пар до числа падаючих на детектор фотонів. Цей параметр часто виражається у відсотках (рідше в амперах на люмен). Так, якщо на кожні 100 фотонів припадає 60 пар електрон-дірка, то квантова ефективність дорівнює 60%. Чутливість фотодетектора R може бути обчислена на основі квантової чутливості:

де - заряд електрона, - постійна Планка, - швидкість світла, - довжина хвилі, а - квантова чутливість.

Для одномодового волокна відстань передачі може складати до 10 км. При довжині хвилі 1550 нм можна досягти відстань передачі в 40 км.

Очевидно, що чим більше довжина хвилі, тим менше число мод і менше спотворення сигналу. Це, зокрема, є причиною роботи у довгохвильовому інфрачервоному діапазоні. Але навіть для однієї і тієї ж моди різні довжини хвиль поширюються по волокну з різною швидкістю. Одномодове волокно дозволяє отримати смугу пропускання в діапазоні 50-100 ГГц на км. Джерела випромінювання, інжектіруемого в волокно, мають кінцеву смугу частот. Так, світловипромінюючі діоди випромінюють світло з шириною смуги 35 нм, а лазери 2-3 нм (лазери мають, крім того, більш вузьку діаграму спрямованості, ніж діоди). Характеристики світлодіодів і інжекційних лазерних діодів наведені в таблиці 9.1. Лазерні діоди, розраховані на роботу з довгими кабелями при високій швидкодії, коштують досить дорого.

Таблиця 9.1. Характеристики світлодіодів і інжекційних лазерних діодів

Вітаю! Хотілося б прояснити наступне питання: у МТІ припинена державна акредитація та коли буде восстановлена- невідомо, а в диплом про профперепідготовка видається на базі МТІ (як я зрозумів). Як закінчиться справа з отриманням диплома?

Питання важливе й актуальне, тому що необхідно терміново пройти навчання і отримати диплом і не хотілося б витрачати час і платити гроші даремно (якщо диплом виявиться недійсним і т.п.). Роз'ясніть, будь ласка, докладніше ситуацію.

Добрий день, Хотілося б прояснити ви в майбутньому плануєте узгоджувати цю програму, з регуляторами і чи пройде сам диплом зараз, коли вводяться проф стандарти?