Ajakiri Nature Photonics avaldas kirjelduse uuest tehnoloogiast andmete edastamiseks läbi optilise kiu kiirusega kuni 26 Tbit/s senise maksimumi 1,6 Tbit/s asemel.
Rühm Saksa insenere Karlsruhe ülikooli professori Wolfgang Freude juhtimisel rakendas OFDM-i (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) tehnikat, mida kasutatakse laialdaselt traadita sides (802.11 ja LTE), digitaaltelevisioonis (DVB-T) ja ADSL-is. fiiberoptika..
OFDM-i on optilises kius keerulisem kasutada, kuna siin tuleb valgusvoog jagada alamkandjateks. Varem oli ainuke võimalus selleks kasutada iga alamkandja jaoks eraldi laserit.
Erinevate multipleksimise tüüpide võrdlus
Igal sagedusel edastamiseks kasutatakse eraldi laserit ja eraldi vastuvõtjat, nii et sajad laserid võivad samaaegselt edastada signaali ühes fiiberoptilises kanalis. Professor Freude sõnul piirab kanali koguvõimsust ainult laserite arv. "Katse on juba läbi viidud ja kiirust 100 terabitti sekundis on demonstreeritud," ütles ta BBC-le antud intervjuus. Kuid selleks pidime kasutama umbes 500 laserit, mis iseenesest on väga kallis.
Freude ja tema kolleegid on välja töötanud tehnoloogia enam kui 300 erinevat värvi alamkandja edastamiseks üle optilise kiu ühe laseriga, mis töötab lühikeste impulssidena. Siin tuleb mängu huvitav nähtus, mida nimetatakse optilise sageduse kammimiseks. Iga väike impulss "määritakse" üle sageduste ja aja, nii et signaali vastuvõtja saab hea ajastuse abil teoreetiliselt iga sagedust eraldi töödelda.
Pärast mitmeaastast tööd õnnestus Saksa teadlastel lõpuks leida õige ajastus, valida sobivad materjalid ja praktiliselt töödelda iga alamkandja kiire Fourier' teisenduse (FFT) abil. Fourier' teisendus on operatsioon, mis seob reaalmuutuja funktsiooni reaalmuutuja teise funktsiooniga. See uus funktsioon kirjeldab koefitsiente algfunktsiooni jaotamisel elementaarseteks komponentideks – erineva sagedusega harmoonilisteks vibratsioonideks.
FFT on ideaalne valguse jaotamiseks alamkandjateks. Selgus, et tüüpilisest impulssist saab eraldada kokku umbes 350 värvi (sagedust) ja igaüht neist kasutatakse eraldi alamkandjana, nagu traditsioonilises OFDM tehnikas. Eelmisel aastal tegi Freude koos kolleegidega katse ja näitas praktikas kiirust 10,8 terabitti/s ning nüüd on nad sagedustuvastuse täpsust veelgi parandanud.
Freude sõnul saab tema välja töötatud ajastust ja FFT-tehnoloogiat kiibil hästi rakendada ja leida kaubanduslikku rakendust.
Optika avab suurepärased võimalused seal, kus on vaja suure läbilaskevõimega kiiret sidet. See on end hästi tõestanud, arusaadav ja mugav tehnoloogia. Audiovisuaalses valdkonnas avab see uusi perspektiive ja pakub lahendusi, mis pole muude meetodite kaudu saadaval. Optika on tunginud kõikidesse võtmevaldkondadesse – valvesüsteemidesse, juhtimisruumidesse ja olukorrakeskustesse, militaar- ja meditsiiniasutustesse ning äärmuslike töötingimustega piirkondadesse. Fiiberoptilised liinid pakuvad konfidentsiaalse teabe kõrget kaitset ja võimaldavad edastada tihendamata andmeid, nagu kõrge eraldusvõimega graafika ja video pikslite täpsusega. Uued standardid ja tehnoloogiad fiiberoptiliste sideliinide jaoks. Kas fiiber on SCS-i (struktureeritud kaabeldussüsteemide) tulevik? Ehitame üles ettevõtete võrgustikku.
Kiudoptiline (teise nimega fiiberoptiline) kaabel- see on põhimõtteliselt erinev kaablitüüp võrreldes kahte tüüpi elektri- või vaskkaablitega. Teavet selle kohta edastatakse mitte elektrilise signaali, vaid valgussignaaliga. Selle põhielement on läbipaistev klaaskiud, mille kaudu valgus liigub ebaolulise sumbumisega tohutul kaugusel (kuni kümneid kilomeetreid).
Kiudoptiline kaabel on erakordse jõudlusega mürakindluse ja edastatud teabe salastatuse kohta. Põhimõtteliselt ei saa välised elektromagnetilised häired valgussignaali moonutada ja signaal ise ei tekita välist elektromagnetkiirgust. Seda tüüpi kaabliga on peaaegu võimatu ühendada võrgu volitamata pealtkuulamiseks, kuna see kahjustaks kaabli terviklikkust. Sellise kaabli teoreetiliselt võimalik ribalaius ulatub 1012 Hz-ni ehk 1000 GHz-ni, mis on võrreldamatult kõrgem kui elektrikaablitel. Kiudoptilise kaabli hind langeb pidevalt ja on nüüd ligikaudu sama suur kui õhukese koaksiaalkaabli hind.
Tüüpiline signaali sumbumine fiiberoptilistes kaablites kohalikes võrkudes kasutatavatel sagedustel jääb vahemikku 5–20 dB/km, mis ligikaudu vastab elektrikaablite jõudlusele madalatel sagedustel. Kuid fiiberoptilise kaabli puhul suureneb edastatava signaali sageduse kasvades sumbumine väga vähe ja kõrgetel sagedustel (eriti üle 200 MHz) on selle eelised elektrikaabli ees vaieldamatud, sellel lihtsalt pole. võistlejad.
Optika eelised on hästi teada: müra- ja häiretekindlus, väikese läbimõõduga tohutu ribalaiusega kaablid, vastupidavus häkkimisele ja teabe pealtkuulamisele, repiiterite ja võimendite puudumine jne.
Kunagi oli probleeme optiliste liinide lõpetamisega, kuid tänaseks on need suures osas lahendatud, mistõttu on selle tehnoloogiaga töötamine muutunud palju lihtsamaks. Siiski on mitmeid küsimusi, mida tuleb käsitleda üksnes rakendusvaldkondade kontekstis. Nagu vase- või raadioedastuse puhul, sõltub fiiberoptilise side kvaliteet sellest, kui hästi on saatja väljundsignaal ja vastuvõtja sisendaste sobitatud. Vale signaali võimsuse spetsifikatsioon põhjustab edastusbittide veamäära suurenemist; liiga palju võimsust ja vastuvõtja võimendi "üleküllastub", liiga vähe ja tekib müraprobleem, kuna see hakkab häirima kasulikku signaali. Siin on fiiberoptilise liini kaks kõige kriitilisemat parameetrit: saatja väljundvõimsus ja ülekandekaod – sumbumine saatjat ja vastuvõtjat ühendavas optilises kaablis.
* mitmemoodiline või mitmemoodiline kaabel, odavam, kuid madalama kvaliteediga;
* ühemoodiline kaabel, kallim, kuid paremate omadustega võrreldes esimesega.
Kaabli tüüp määrab levirežiimide või "teede" arvu, mida valgus kaablis liigub.
Mitmerežiimiline kaabel, mida kasutatakse kõige sagedamini väikestes tööstus-, elamu- ja äriprojektides, on kõrgeima sumbumiskoefitsiendiga ja töötab vaid lühikestel vahemaadel. Vanemat tüüpi kaablil 62,5/125 (need numbrid iseloomustavad kiu sise-/välisläbimõõtu mikronites), mida sageli nimetatakse "OM1"-ks, on piiratud ribalaius ja seda kasutatakse andmete edastamiseks kiirusega kuni 200 Mbps.
Hiljuti on kasutusele võetud 50/125 “OM2” ja “OM3” kaablid, mis pakuvad kiirust 1 Gbit/s kuni 500 m kaugusel ja 10 Gbit/s kuni 300 m kaugusel.
Ühemoodiline kaabel kasutatakse kiiretes ühendustes (üle 10 Gbit/s) või pikkadel vahemaadel (kuni 30 km). Heli ja video edastamiseks on kõige sobivam kasutada "OM2" kaableid.
Extron Europe'i turunduse asepresident Rainer Steil märgib, et fiiberoptilised liinid on muutunud taskukohasemaks ja neid kasutatakse üha enam hoonete sees võrkude loomiseks, mis toob kaasa optilistel tehnoloogiatel põhinevate AV-süsteemide kasutamise kasvu. Steil ütleb: "Integratsiooni osas pakuvad fiiberoptilised liinid juba täna mitmeid olulisi eeliseid.
Võrreldes sarnase vaskkaabli infrastruktuuriga võimaldab optika kasutada samaaegselt nii analoog- kui ka digitaalseid videosignaale, pakkudes ühtset süsteemset lahendust nii olemasolevate kui ka tulevaste videoformaatidega töötamiseks.
Lisaks, kuna Optika pakub väga suurt läbilaskevõimet, sama kaabel töötab edaspidi suurema resolutsiooniga. FOCL kohandub kergesti uute standardite ja formaatidega, mis tekivad AV-tehnoloogiate arendamise käigus.
Teine tunnustatud ekspert selles valdkonnas on Jim Hayes, Ameerika Fiber Optic Association of America president, mis asutati 1995. aastal ja edendab professionaalsust fiiberoptika valdkonnas ning millel on üle 27 000 kvalifitseeritud optilise paigalduse professionaali. Fiiberoptiliste liinide populaarsuse kasvu kohta ütleb ta järgmist: „Kasu on paigalduse kiirusest ja komponentide madalast maksumusest. Optika kasutamine telekommunikatsioonis kasvab, eriti Fiber-To-The-Home* (FTTH) süsteemides. traadita side lubatud, ja turvavaldkonnas (valvekaamerad).
Näib, et FTTH segment kasvab kõigis arenenud riikides kiiremini kui teised turud. Siin USA-s on valguskiule ehitatud liikluskorralduse, munitsipaalteenuste (haldus, tuletõrjujad, politsei) ja haridusasutuste (koolid, raamatukogud) võrgud.
Internetikasutajate arv kasvab – ehitame hoogsalt uusi andmetöötluskeskusi (DPC), mille omavaheliseks ühendamiseks kasutatakse optilist kiudu. Tõepoolest, signaalide edastamisel kiirusega 10 Gbit/s on kulud sarnased “vaskliinidele”, kuid optika tarbib oluliselt vähem energiat. Aastaid on kiudoptilise ja vase pooldajad võidelnud üksteisega ettevõtete võrkude prioriteedi nimel. Ajaraiskamine!
Tänaseks on WiFi ühenduvus muutunud nii heaks, et netbookide, sülearvutite ja iPhone’ide kasutajad on eelistanud mobiilsust. Ja nüüd kasutatakse ettevõtete kohalikes võrkudes optikat traadita pääsupunktidega ümberlülitamiseks.
Tõepoolest, optika rakenduste arv kasvab, peamiselt tänu ülalmainitud eelistele vase ees.
Optika on tunginud kõikidesse võtmevaldkondadesse – valvesüsteemidesse, juhtimisruumidesse ja olukorrakeskustesse, militaar- ja meditsiiniasutustesse ning äärmuslike töötingimustega piirkondadesse. Seadmete hinna vähenemine on võimaldanud kasutada optilist tehnoloogiat traditsiooniliselt vasepõhistes piirkondades – konverentsisaalides ja staadionidel, jaemüügi- ja transpordisõlmedes.
Extroni Rainer Steil kommenteerib: "Fiiberoptilisi seadmeid kasutatakse laialdaselt tervishoiuasutustes, näiteks kohalike videosignaalide vahetamiseks operatsioonisaalides. Optilistel signaalidel pole elektriga midagi pistmist, mis sobib ideaalselt patsiendi ohutuse tagamiseks. FOCL-id sobivad suurepäraselt ka meditsiinikoolidesse, kus on vaja videosignaale mitmest operatsioonisaalist mitmesse klassiruumi jaotada, et õpilased saaksid operatsiooni kulgu "otses" jälgida.
Fiiberoptilisi tehnoloogiaid eelistavad ka sõjaväelased, kuna edastatavaid andmeid on väljastpoolt raske või isegi võimatu “lugeda”.
Fiiberoptilised liinid pakuvad konfidentsiaalse teabe kõrget kaitset ja võimaldavad edastada tihendamata andmeid, nagu kõrge eraldusvõimega graafika ja video pikslite täpsusega.
Võimalus edastada pikki vahemaid muudab optika ideaalseks Digital Signage süsteemide jaoks suurtes kaubanduskeskustes, kus kaabelliinide pikkus võib ulatuda mitme kilomeetrini. Kui keerdpaarkaabli puhul on vahemaa piiratud 450 meetriga, siis optika puhul pole 30 km piir.»
Kui rääkida kiudoptika kasutamisest audiovisuaaltööstuses, siis edasiminekut soodustavad kaks peamist tegurit. Esiteks on see IP-põhiste heli- ja videoedastussüsteemide intensiivne arendamine, mis põhinevad suure ribalaiusega võrkudel – fiiberoptilised liinid sobivad neile ideaalselt.
Teiseks on laialt levinud nõue edastada HD-videot ja HR-arvutipilte kaugemal kui 15 meetrit – ja see on HDMI-edastuse piir vase kaudu.
On juhtumeid, kus videosignaali lihtsalt ei saa vaskkaabli kaudu "hajutada" ja on vaja kasutada optilist kiudu - sellised olukorrad stimuleerivad uute toodete väljatöötamist. Opticise turunduse asepresident Byung Ho Park selgitab: „UXGA 60 Hz andmeriba ja 24-bitised värvid nõuavad kogukiirust 5 Gbps või 1,65 Gbps värvikanali kohta. HDTV-l on veidi väiksem ribalaius. Tootjad suruvad turgu peale, kuid turg sunnib ka mängijaid kasutama kvaliteetsemaid pilte. Teatud rakendused nõuavad kuvareid, mis suudavad kuvada 3–5 miljonit pikslit või 30–36-bitist värvisügavust. See omakorda nõuab umbes 10 Gbit/s edastuskiirust.
Tänapäeval pakuvad paljud lülitusseadmete tootjad optiliste liinidega töötamiseks videopikenduste (laiendite) versioone. ATEN International, TRENDnet, Rextron, Gefen ja teised toodavad erinevaid mudeleid erinevate video- ja arvutivormingute jaoks.
Sel juhul saab teenindusandmeid - HDCP** ja EDID*** - edastada täiendava optilise liini abil ning mõnel juhul ka eraldi saatjat ja vastuvõtjat ühendava vaskkaabli kaudu.
Kuna HD-st on saanud ringhäälinguturu standard,„Ka teistel turgudel – näiteks installiturul – on hakatud kasutama DVI- ja HDMI-vormingus sisu kopeerimiskaitset,“ ütleb Multidyne'i inseneriosakonna vanem asepresident Jim Giachetta. „Kasutades meie HDMI-ONE seadet, saavad kasutajad saata videosignaali DVD- või Blu-ray-mängijast kuni 1000 meetri kaugusel asuvale monitorile või kuvarile. "Varem ei toetanud ükski mitmerežiimiline seade HDCP-kopeerimiskaitset."
Need, kes töötavad fiiberoptiliste liinidega, ei tohiks unustada spetsiifilisi paigaldusprobleeme – kaabli lõpetamist. 
Sellega seoses toodavad paljud tootjad nii pistikuid ise kui ka paigalduskomplekte, mis sisaldavad nii spetsiaalseid tööriistu kui ka kemikaale.
Samal ajal tuleb kiudoptilise liini mis tahes elementi, olgu see siis pikendusjuhe, pistik või kaabliühendus, kontrollida signaali nõrgenemise suhtes optilise arvesti abil - see on vajalik kogu võimsuse eelarve (võimsuse eelarve, põhivõrgu) hindamiseks. fiiberoptilise liini arvutatud indikaator). Kiudkaabli pistikud saab loomulikult kokku panna ka käsitsi, “põlvili”, kuid tõeliselt kõrge kvaliteet ja töökindlus on garanteeritud vaid siis, kui kasutatakse valmis, tehases toodetud “lõigatud” kaableid, mis on läbinud põhjaliku mitmeastmelise testimise.
Hoolimata fiiberoptiliste sideliinide tohutust ribalaiusest on paljudel endiselt soov ühte kaablisse rohkem teavet "toppida".
Siin toimub areng kahes suunas - spektraalne multipleksimine (optiline WDM), kui ühte valgusjuhikusse saadetakse mitu erineva lainepikkusega valguskiirt ja teine - andmete serialiseerimine / deserialiseerimine (inglise SerDes), kui paralleelkood teisendatakse jada ja vastupidi.
Spektri multipleksimisseadmed on aga keeruka disaini ja miniatuursete optiliste komponentide kasutamise tõttu kallid, kuid ei suurenda edastuskiirust. SerDesi seadmetes kasutatavad kiired loogikaseadmed tõstavad samuti projekti maksumust.
Lisaks toodetakse tänapäeval seadmeid, mis võimaldavad teil kogu valgusvoost multipleksida ja demultipleksida juhtimisandmeid - USB või RS232/485. Sel juhul saab valgusvooge mööda ühte kaablit saata vastassuundades, kuigi tavaliselt ületab neid “nippe” sooritavate seadmete hind andmete tagastamiseks täiendava valgusjuhi maksumuse.
Optika avab suurepärased võimalused seal, kus on vaja suure läbilaskevõimega kiiret sidet. See on end hästi tõestanud, arusaadav ja mugav tehnoloogia. Audiovisuaalses valdkonnas avab see uusi perspektiive ja pakub lahendusi, mis pole muude meetodite kaudu saadaval. Vähemalt ilma märkimisväärse tööjõu ja rahaliste kulutusteta.
Sisemine kaabel:
Fiiberoptiliste liinide paigaldamisel suletud ruumidesse kasutatakse tavaliselt tiheda puhvriga (näriliste eest kaitsmiseks) kiudoptilist kaablit. Kasutatakse SCS-i ehitamiseks magistraal- või horisontaalkaablina. Toetab andmeedastust lühikestel ja keskmistel vahemaadel. Ideaalne horisontaalse kaabelduse jaoks.
Väline kaabel:
Tiheda puhvriga kiudoptiline kaabel, teraslindiga soomustatud, niiskuskindel. Seda kasutatakse välise paigaldamiseks väliste maanteede alamsüsteemi loomisel ja üksikute hoonete ühendamisel. Paigaldatav kaabelkanalitesse. Sobib otse maapinnale paigaldamiseks.
Väline isekandev fiiberoptiline kaabel:
Kiudoptiline kaabel on isekandev, teraskaabliga. Kasutatakse välispaigaldamiseks pikkade vahemaade tagant telefonivõrkudes. Toetab nii kaabeltelevisiooni signaali edastamist kui ka andmeedastust. Sobib paigaldamiseks kaabelkanalitesse ja õhuliinidesse.
Viimastel aastatel on turule ilmunud mitmeid tehnoloogiaid ja tooteid, mis muudavad fiiberoptika kasutamise horisontaalses kaabeldussüsteemis palju lihtsamaks ja odavamaks ning ühendavad selle kasutajate tööjaamadega.
Nendest uutest lahendustest tooksin esiteks esile väikese vormiteguriga optilised pistikud - SFFC (small-form-factor connectors), vertikaalse õõnsusega tasapinnalised laserdioodid - VCSEL (vertikaalse õõnsusega pinna kiirgavad laserid) ja uue põlvkonna optilised mitmemoodilised kiud.
Tuleb märkida, et hiljuti heakskiidetud mitmemoodilise optilise kiu OM-3 tüübi ribalaius on laseri lainepikkusel 850 nm üle 2000 MHz/km. Seda tüüpi kiud tagab 10 Gigabit Etherneti protokolli andmevoogude jadaedastuse 300 m kaugusel Uut tüüpi mitmemoodiliste optiliste kiudude ja 850 nanomeetriste VCSEL laserite kasutamine tagab 10 Gigabit Etherneti lahenduste juurutamise madalaima kulu.
Fiiberoptiliste pistikute uute standardite väljatöötamine on muutnud fiiberoptilised süsteemid tõsiseks konkurendiks vasklahendustele. Traditsiooniliselt vajasid fiiberoptilised süsteemid kaks korda rohkem pistikuid ja plaastrijuhtmeid kui vasksüsteemid – telekommunikatsiooni asukohad nõudsid nii passiivsete kui ka aktiivsete optiliste seadmete mahutamiseks palju suuremat ruumi.
Väikese kujuga optilised pistikud, mille mitmed tootjad hiljuti kasutusele võtsid, tagavad varasemate lahendustega võrreldes kaks korda suurema porditiheduse, kuna iga väikese kujuga pistik sisaldab ühe optilise kiu asemel kahte.
Ühtlasi vähendatakse nii optiliste passiivsete elementide - ristühenduste jms kui ka aktiivsete võrguseadmete suurusi, mis võimaldab neli korda vähendada paigalduskulusid (võrreldes traditsiooniliste optiliste lahendustega).
Tuleb märkida, et Ameerika standardiorganisatsioonid EIA ja TIA otsustasid 1998. aastal mitte reguleerida ühegi konkreetset tüüpi väikese kujuga optiliste pistikute kasutamist, mistõttu turule ilmus selles valdkonnas kuut tüüpi konkureerivaid lahendusi: MT -RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 ja SCDC. Täna on ka uusi arenguid.
Kõige populaarsem miniatuurne pistik on MT-RJ tüüpi pistik, millel on üks polümeerist ots, mille sees on kaks optilist kiudu. Selle disaini kujundas ettevõtete konsortsium, mida juhib AMP Netconnect, mis põhineb Jaapanis välja töötatud mitmekiulisel MT-pistikul. AMP Netconnect on tänaseks välja andnud enam kui 30 litsentsi seda tüüpi MT-RJ pistikute tootmiseks.
MT-RJ-pistik võlgneb suure osa oma edust selle välisele disainile, mis sarnaneb 8-kontaktilise modulaarse vasest RJ-45 pistiku omaga. MT-RJ-pistiku jõudlus on viimastel aastatel märgatavalt paranenud – AMP Netconnect pakub võtmetega MT-RJ-pistikuid, mis hoiavad ära vigase või volitamata ühenduse kaablisüsteemiga. Lisaks arendavad mitmed ettevõtted MT-RJ-pistiku üherežiimilisi versioone.
Ettevõtte LC-pistikute järele on optiliste kaablilahenduste turul üsna suur nõudlus Avaya(http://www.avaya.com). Selle pistiku konstruktsioon põhineb 1,25 mm-ni vähendatud läbimõõduga keraamilise otsiku ja välise hoova tüüpi riiviga plastkorpuse kasutamisel ühenduspesa pessa kinnitamiseks.
Ühendus on saadaval nii simpleks- kui ka dupleksversioonina. LC-pistiku peamine eelis on madal keskmine kadu ja selle standardhälve, mis on vaid 0,1 dB. See väärtus tagab kaablisüsteemi kui terviku stabiilse töö. LC-kahvli paigaldamine järgib standardset epoksüliimimis- ja poleerimisprotseduuri. Tänaseks on pistikud leidnud kasutust 10 Gbit/s transiiverite tootjate seas.
Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) toodab nii LC- kui ka MT-RJ-pistikuid. Tema arvates on SCS-tööstus teinud oma valiku MT-RJ- ja LC-pistikute kasuks. Ettevõte andis hiljuti välja esimese üherežiimilise MT-RJ-pistiku ning MT-RJ- ja LC-pistikute UniCami versioonid, millel on lühike paigaldusaeg. Samal ajal pole UniCam-tüüpi pistikute paigaldamiseks vaja kasutada epoksüliimi ja polü
Kiudoptiline või lihtsalt optiline kaabel on üks populaarsemaid juhte. Seda kasutatakse kõikjal nii uute kaablisüsteemide loomiseks kui ka vanade uuendamiseks. Seda seetõttu, et kiudoptilisel kaablil on vaskkaabli ees palju eeliseid. Need on need, mida me selles artiklis vaatleme.
Mida suurem on ribalaius, seda rohkem teavet saab edastada. Kiudoptiline kaabel tagab suure läbilaskevõime: kuni 10 Gbit/s ja rohkem. Nende jõudlus on parem kui vaskkaabel. Samuti tasub arvestada, et edastuskiirus on erinevat tüüpi kaablite puhul erinev. Näiteks ühemoodiline fiiberoptiline kaabel pakub rohkem ribalaiust kui mitmemoodiline kiud.
Fiiberoptilise kaabli kasutamisel edastatakse teavet suurema kiirusega ja pikemate vahemaade tagant praktiliselt ilma signaalikadudeta. See võime saavutatakse tänu sellele, et signaal edastatakse optika kaudu valguskiirte kujul. Fiiberoptikal puudub 100-meetrise kauguse piirang, mida saab näha ilma võimendita varjestamata vaskkaabliga. Kaugus, mille kaudu signaali saab edastada, sõltub ka kasutatava kaabli tüübist, lainepikkusest ja võrgust endast. Vahemaad ulatuvad 550 meetrist mitmemoodilise kaablitüübi puhul 40 kilomeetrini ühemoodilise kaablitüübi puhul.
Kiudoptilise kaabli abil on kogu teie teave turvaline. Optika kaudu edastatav signaal ei kiirgata ja seda on väga raske pealt kuulata. Kui kaabel on kahjustatud, on seda lihtne jälgida, kuna see laseb valgust läbi, mis lõpuks viib kogu ülekande seiskumiseni. Nii, kui teie fiiberoptilist süsteemi üritatakse füüsiliselt häkkida, saate sellest kindlasti teada.
Väärib märkimist, et fiiberoptilised võrgud võimaldavad paigutada kogu elektroonika ja seadmed ühte tsentraliseeritud asukohta.
Optiline kiud tagab kõige usaldusväärsema andmeedastuse. Optiline kaabel on immuunne paljudele teguritele, mis võivad vaskkaabli jõudlust kergesti mõjutada. Südamiku keskosa on valmistatud klaasist, mis isoleerib elektrivoolu. Optika on täielikult vastupidav raadio- ja elektromagnetkiirgusele, vastastikustele häiretele, impedantsi probleemidele ja paljudele muudele teguritele. Kiudoptilist kaablit saab muretult paigaldada tööstusseadmete lähedusse. Lisaks ei ole fiiberoptiline kaabel temperatuuri suhtes nii tundlik kui vaskkaabel ja seda saab kergesti vette panna.
Kiudoptiline kaabel on vasega võrreldes kergem, õhem ja vastupidavam. Suurema edastuskiiruse saavutamiseks vaskkaabli abil on vaja kasutada paremat tüüpi kaablit, mis on tavaliselt raskem, suurema läbimõõduga ja võtab rohkem ruumi. Optilise kaabli väiksus muudab selle mugavamaks. Samuti väärib märkimist, et fiiberoptilise kaabli testimine on palju lihtsam kui vaskkaabliga.
Meediumimuundurite lai levik ja madal hind lihtsustavad oluliselt andmeedastust vaskkaablilt fiiberoptilisele. Konverterid pakuvad katkematut ühendust olemasolevate seadmete kasutamise võimalusega.
Kuigi kiudoptilise kaabli keevitamine on tänapäeval töömahukam kui vaskkaabli pressimine, muudab spetsiaalsete keevitusvahendite kasutamine protsessi palju lihtsamaks.
Kiudoptilise kaabli, selle komponentide ja seadmete maksumus väheneb järk-järgult. Hetkel on fiiberoptiline kaabel vaskkaablist kallim vaid lühikese aja jooksul. Kuid pikaajalisel kasutamisel on fiiberoptiline kaabel odavam kui vaskkaabel. Fiberit on lihtsam hooldada ja see nõuab vähem võrguseadmeid. Lisaks on tänapäeval saadaval üha rohkem fiiberoptilisi lahendusi, alates aktiivsetest optilistest HDMI-kaablitest kuni professionaalsete digitaalsete märgistuslahendusteni, nagu ZeeVee's ZyPer4K, mis hiljuti NEC's Solutions Showcase 2015 raames esitleti, mis võimaldab hõlpsalt laiendada. ja vahetada tihendamata 4K videot, heli- ja juhtsignaalid standardse 10 Gb tehnoloogia abil Ethernet üle fiiberoptilise kaabli.
Ajakiri Nature Photonics avaldas kirjelduse uuest tehnoloogiast andmete edastamiseks läbi optilise kiu kiirusega kuni 26 Tbit/s senise maksimumi 1,6 Tbit/s asemel.
Rühm Saksa insenere Karlsruhe ülikooli professori Wolfgang Freude juhtimisel rakendas OFDM-i (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) tehnikat, mida kasutatakse laialdaselt traadita sides (802.11 ja LTE), digitaaltelevisioonis (DVB-T) ja ADSL-is. fiiberoptika..
OFDM-i on optilises kius keerulisem kasutada, kuna siin tuleb valgusvoog jagada alamkandjateks. Varem oli ainuke võimalus selleks kasutada iga alamkandja jaoks eraldi laserit.
Erinevate multipleksimise tüüpide võrdlus
Igal sagedusel edastamiseks kasutatakse eraldi laserit ja eraldi vastuvõtjat, nii et sajad laserid võivad samaaegselt edastada signaali ühes fiiberoptilises kanalis. Professor Freude sõnul piirab kanali koguvõimsust ainult laserite arv. "Katse on juba läbi viidud ja kiirust 100 terabitti sekundis on demonstreeritud," ütles ta BBC-le antud intervjuus. Kuid selleks pidime kasutama umbes 500 laserit, mis iseenesest on väga kallis.
Freude ja tema kolleegid on välja töötanud tehnoloogia enam kui 300 erinevat värvi alamkandja edastamiseks üle optilise kiu ühe laseriga, mis töötab lühikeste impulssidena. Siin tuleb mängu huvitav nähtus, mida nimetatakse optilise sageduse kammimiseks. Iga väike impulss "määritakse" üle sageduste ja aja, nii et signaali vastuvõtja saab hea ajastuse abil teoreetiliselt iga sagedust eraldi töödelda.
Pärast mitmeaastast tööd õnnestus Saksa teadlastel lõpuks leida õige ajastus, valida sobivad materjalid ja praktiliselt töödelda iga alamkandja kiire Fourier' teisenduse (FFT) abil. Fourier' teisendus on operatsioon, mis seob reaalmuutuja funktsiooni reaalmuutuja teise funktsiooniga. See uus funktsioon kirjeldab koefitsiente algfunktsiooni jaotamisel elementaarseteks komponentideks – erineva sagedusega harmoonilisteks vibratsioonideks.
FFT on ideaalne valguse jaotamiseks alamkandjateks. Selgus, et tüüpilisest impulssist saab eraldada kokku umbes 350 värvi (sagedust) ja igaüht neist kasutatakse eraldi alamkandjana, nagu traditsioonilises OFDM tehnikas. Eelmisel aastal tegi Freude koos kolleegidega katse ja näitas praktikas kiirust 10,8 terabitti/s ning nüüd on nad sagedustuvastuse täpsust veelgi parandanud.
Freude sõnul saab tema välja töötatud ajastust ja FFT-tehnoloogiat kiibil hästi rakendada ja leida kaubanduslikku rakendust.
Optiline kiud koosneb kesksest valgusjuhist (südamikust) - klaaskiust, mida ümbritseb teine klaasikiht - kattekiht, mille murdumisnäitaja on südamiku omast madalam. Läbi südamiku levides ei ületa valguskiired selle piire, peegeldudes kesta kattekihilt. Optilise kiu puhul genereeritakse valguskiir tavaliselt pooljuht- või dioodlaseriga. Sõltuvalt murdumisnäitaja jaotusest ja südamiku läbimõõdust jagatakse optiline kiud ühemoodiliseks ja mitmemoodiliseks.
Kuigi fiiberoptika on laialdaselt kasutatav ja populaarne sidevahend, on tehnoloogia ise lihtne ja välja töötatud juba ammu. Katset valguskiire suuna muutmiseks murdumise teel demonstreerisid Daniel Colladon ja Jacques Babinet 1840. aastal. Mõni aasta hiljem kasutas John Tyndall seda eksperimenti oma avalikes loengutes Londonis ja juba 1870. aastal avaldas ta teose valguse olemusest. Tehnoloogia praktiline rakendamine leiti alles kahekümnendal sajandil. 1920. aastatel demonstreerisid eksperimenteerijad Clarence Hasnell ja John Berd võimalust edastada pilte läbi optiliste torude. Seda põhimõtet kasutas Heinrich Lamm patsientide arstlikul läbivaatusel. Alles 1952. aastal viis India füüsik Narinder Singh Kapany läbi rea omaenda katseid, mis viisid optilise kiu leiutamiseni. Tegelikult lõi ta sama klaasniitide kimbu ning kest ja südamik olid valmistatud erinevate murdumisnäitajatega kiududest. Kest oli tegelikult peegel ja südamik oli läbipaistvam - see lahendas kiire hajumise probleemi. Kui varem ei jõudnud kiir optilise hõõgniidi otsa ja sellist edastusvahendit ei olnud võimalik pikkadel vahemaadel kasutada, siis nüüd on probleem lahendatud. Narinder Kapani täiustas tehnoloogiat 1956. aastaks. Hunnik painduvaid klaasvardaid edastas pilti praktiliselt ilma kadude ja moonutusteta.
Fiiberoptika arengu ajaloos peetakse pöördepunktiks Corningi spetsialistide 1970. aastal tehtud fiiberoptika leiutamist, mis võimaldas telefonisignaali andmeedastussüsteemi dubleerida vaskjuhtme kaudu samal kaugusel ilma repiiteriteta. tehnoloogiaid. Arendajatel õnnestus luua juht, mis suudab ühe kilomeetri kaugusel säilitada vähemalt ühe protsendi optilise signaali võimsusest. Tänaste standardite järgi on see üsna tagasihoidlik saavutus, kuid siis, ligi 40 aastat tagasi, oli see vajalik tingimus, et arendada uut tüüpi juhtmega sidet.
Algselt oli optiline kiud mitmefaasiline, see tähendab, et see võis korraga edastada sadu valgusfaase. Veelgi enam, kiudsüdamiku suurenenud läbimõõt võimaldas kasutada odavaid optilisi saatjaid ja pistikuid. Palju hiljem hakati kasutama suurema jõudlusega kiudu, mille kaudu oli võimalik optilises keskkonnas edastada ainult ühte faasi. Ühefaasilise kiu kasutuselevõtuga suudeti signaali terviklikkust säilitada suuremate vahemaade tagant, mis hõlbustas märkimisväärsete teabekoguste edastamist.
Tänapäeval on kõige populaarsem ühefaasiline kiud, mille lainepikkuse nihe on null. Alates 1983. aastast on see olnud tööstusharu juhtiv fiiberoptiline toode, mis on tõestatult toiminud kümnete miljonite kilomeetrite kaugusel.
Optilised vastuvõtjad tuvastavad piki fiiberoptilist kaablit edastatavad signaalid ja muudavad need elektrilisteks signaalideks, mis seejärel võimendavad ja taastavad oma kuju, samuti kellasignaale. Sõltuvalt seadme edastuskiirusest ja süsteemispetsiifilisusest saab andmevoo jada-paralleelseks teisendada.
Kiudoptilise süsteemi optiline saatja teisendab süsteemi komponentide edastatud elektrilise andmejada optiliseks andmevooks. Saatja koosneb paralleeljadamuundurist koos kellasüntesaatoriga (mis sõltub süsteemi paigaldusest ja bitikiirusest), draiverist ja optilise signaali allikast. Optiliste ülekandesüsteemide jaoks saab kasutada erinevaid optilisi allikaid. Näiteks kasutatakse valgusdioode sageli odavates kohtvõrkudes lähiside jaoks. Lai spektraalne ribalaius ja võimetus töötada teise ja kolmanda optilise akna lainepikkustel ei võimalda aga LED-ide kasutamist telekommunikatsioonisüsteemides.
Võimendi muudab fotodioodiandurilt tuleva asümmeetrilise voolu asümmeetriliseks pingeks, mida võimendatakse ja muundatakse diferentsiaalsignaaliks.
See kiip peab taastama vastuvõetud andmevoost kellasignaalid ja nende kella. Kella taastamiseks vajalik faasilukuga ahela lülitus on samuti täielikult integreeritud kella kiibile ja ei vaja väliseid juhtkella impulsse.
Selle põhiülesanne on anda eelpingevoolu ja moduleerivat voolu laserdioodi otseseks moduleerimiseks.
Kui kiu läbimõõt ja lainepikkus on piisavalt väikesed, levib läbi kiu üks kiir. Üldiselt räägib ühemoodilise signaali levirežiimi jaoks südamiku läbimõõdu valimise fakt iga üksiku kiu disainivaliku eripärast. See tähendab, et ühemoodiline viitab kiu omadustele kasutatava laine spetsiifilise sageduse suhtes. Ainult ühe kiire levimine võimaldab teil vabaneda intermodaalsest hajutamisest ja seetõttu on ühemoodilised kiud suurusjärgus produktiivsemad. Praegu kasutatakse südamikku, mille välisläbimõõt on umbes 8 mikronit. Nagu mitmemoodiliste kiudude puhul, kasutatakse nii astmelise kui ka gradiendi materjali jaotustihedust.
Teine võimalus on produktiivsem. Ühemoodiline tehnoloogia on õhem, kallim ja seda kasutatakse praegu telekommunikatsioonis. Optilist kiudu kasutatakse fiiberoptilistes sideliinides, mis on elektroonilisest sidest paremad, kuna võimaldavad digitaalsete andmete kadudeta ja kiiret edastamist suurte vahemaade tagant. Kiudoptilised liinid võivad moodustada uue võrgu või ühendada olemasolevaid võrke - kiudoptiliste magistraalide sektsioone, mis on ühendatud füüsiliselt kiu tasemel või loogiliselt andmeedastusprotokollide tasemel. Andmeedastuskiirust kiudoptiliste liinide kaudu saab mõõta sadades gigabittides sekundis. Standard on juba valmimisel, et võimaldada andmeedastust kiirusega 100 Gbit/s, ja 10 Gbit Etherneti standardit on kaasaegsetes tkasutatud juba mitu aastat.
Mitmemoodilises optilises kius võib korraga levida suur hulk režiime – erineva nurga all kiudu sisestatud kiiri. Multimode OF-il on suhteliselt suur südamiku läbimõõt (standardväärtused 50 ja 62,5 μm) ja vastavalt suur numbriline ava. Mitmemoodilise kiu suurem südamiku läbimõõt lihtsustab optilise kiirguse ühendamist kiududega ja mitmemoodilise kiu leebemad tolerantsinõuded vähendavad optiliste transiiverite kulusid. Seega on lähi- ja koduvõrkudes ülekaalus mitmemoodiline fiiber.
Mitmemoodilise optilise kiu peamiseks puuduseks on intermoodide dispersiooni olemasolu, mis tuleneb asjaolust, et erinevad režiimid järgivad kius erinevaid optilisi teid. Selle nähtuse mõju vähendamiseks töötati välja astmelise murdumisnäitajaga mitmemoodiline kiud, mille tõttu kius olevad režiimid levivad mööda paraboolseid trajektoore ning nende optiliste radade erinevus ja sellest tulenevalt ka intermodaalne dispersioon on märkimisväärselt suur. vähem. Kuid hoolimata sellest, kui tasakaalustatud gradiendiga mitmemoodilised kiud on, ei saa nende läbilaskevõimet võrrelda ühemoodiliste tehnoloogiatega.
Andmete edastamiseks optiliste kanalite kaudu tuleb signaalid muuta elektrilistest optilisteks, edastada sideühenduse kaudu ja seejärel vastuvõtjas elektrilisteks muuta. Need teisendused toimuvad transiiveris, mis sisaldab elektroonilisi komponente koos optiliste komponentidega.
Edastustehnoloogias laialdaselt kasutatav aegjaotusega multiplekser võimaldab edastuskiirust tõsta 10 Gb/s-ni. Kaasaegsed kiired fiiberoptilised süsteemid pakuvad järgmisi edastuskiiruse standardeid.
| SONET standard | SDH standard | Edastamise kiirus |
|---|---|---|
| OC 1 | - | 51,84 Mb/sek |
| OC 3 | STM 1 | 155,52 Mb/s |
| OC 12 | STM 4 | 622,08 Mb/sek |
| OC 48 | STM 16 | 2,4883 Gb/s |
| OC 192 | STM 64 | 9,9533 Gb/s |
Uued lainepikkuste jagamise või lainepikkusjaotusega multipleksimise meetodid võimaldavad suurendada andmeedastuse tihedust. Selle saavutamiseks saadetakse mitu multipleksitud teabevoogu ühe fiiberoptilise kanali kaudu, kasutades iga voo edastamist erineval lainepikkusel. WDM-vastuvõtja ja saatja elektroonilised komponendid erinevad ajajaotussüsteemis kasutatavatest.
Optilist kiudu kasutatakse aktiivselt linna-, piirkondlike ja föderaalsete sidevõrkude ehitamiseks, samuti linna automaatsete telefonijaamade vaheliste ühendusliinide paigaldamiseks. Selle põhjuseks on kiudoptiliste võrkude kiirus, töökindlus ja suur läbilaskevõime. Samuti on fiiberoptiliste kanalite kasutamise kaudu olemas kaabeltelevisioon, kaugvideovalve, videokonverentsid ja videosaated, telemeetria ja muud infosüsteemid. Tulevikus on kavas kasutada kõnesignaalide konverteerimist optilisteks signaalideks fiiberoptilistes võrkudes.
