Оптические системы связи

Распространение оптических сигналов

В пределах прямой видимости – лазерные системы связи
По кабелю

Оптические сигналы

Основные достоинства

Высокая информационная емкость оптического канала (частота световых колебаний в 103-105

Основные достоинства

Возможность двойной-временной пространственной модуляции-модуляции светового луча
Идеальная гальваническая развязка входа и

Параметры светового сигнала

Скорость распространения световой волны в средне равной v=c/n, где

Когерентность светового луча

Когерентность(согласованность во времени разность фаз-постоянна) является важнейшей отличительной особенностью

Модуляция излучения

Только с помощью модуляции возможен высокоскоростной ввод полезной информации в

Источники излучения

Источники некогерентного излучения
Тепловые
Люминесцентные
Газоразрядные
Светодиоды
некогерентным излучением обладают так же естественные объекты

Источники когерентного излучения

Газовые лазеры( гелий-неоновый λ=0,63мкм, аргоновый- λ =0,488 и 0,515мкм,

Энергия лазерного излучения

Высокая пространственная когерентность лазерного излучения позволяет осуществлять значительную концентрацию

Спецификация лазерного света

Лазер является специфическим источником излучения
Свет лазера нельзя принимать как

Характеристики некоторых лазеров

Приемники излучения

Тепловые
фотоэликтрические( на внутреннем и внешнем фотоэфекте)
фотохимические
прочие

Тепловые приемники излучения

Основаны на преобразовании оптического излучения сначала в тепловую энергию,

Фотоэликтрические приемники

На внутреннем фотоэффект: фоторезисторы, фототранзисторы, ПЗС
НА внешнем: фотоэлементы, фотоумножители, электронной-оптические

Распространение оптических сигналов

В атмосфере
По кабелю

Лазерные системы связи

Лазерные системы связи могут быть снабжены газовыми, твердотельными и

Модель лазерной системы связи

Методы модуляции лазерного излучения

О размерах светового пятна

Ширина главного лепестка диаграммы направленности α=1,22*(λ/d) => 1,22*10-5
если

Распространение светового луча в атмосфере

Оптический сигнал претерпивает изменения, к которым относятся:
энергетическое

Сильное поглощение при дожде

Коэффициент поглощения в тумане

Волны оптического диапазона можно применять только в окнах прозрачности атмосферы

Волоконно-оптическая сеть

Это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические

Развитие оптических коммуникаций

Для сравнения

Уже проложены подводные магистрали через Атлантический и Тихий океаны с

Основные достоинства

Широкая полоса пропускания (частота несущей 1014 ГГц)
Малое затухание светового сигнала

Типы оптических волокон

Передаточные характеристики волокон

Затухание, ослабление(дБ/км-обусловлено потерями мощности из-за поглощения и рассеяния энергии
Дисперсия

Рабочие длины волн оптических систем

Формы входного и выходного импульсов

Характеристики оптических кабелей

Потери мощности при передаче

При вводе света в волокно
В оптическом волокне
В точках

Потери мощности передаваемого сигнала

Сети FDDI

FDDI-волоконно-оптический распределенный интерфейс данных)-один из наиболее распространенных высокоскоростных стандартов передачи

Основные характеристики

Скорость передачи-100 Мбит/с
Тип доступа к середе-маркерный
Максимальный размер кадров данных 4500

Основные отличия от Token Ring

В FDDI станция отпускает маркер непосредственно за

ВОЛС

По сравнению с существующими системами связи на медных кабелях волоконно-оптические лини

Возможности ВОЛС

Абоненту предоставляются любые виды услуг связи(телевидение, телефакс, широкополосное радиовешание, справочное

Терминология
SONET – Synchronous Optical NET – синхронная оптическая сеть (американский

Скорости технологий SDH/SONET

Передающая часть

На передающей станции первичные сигналы в электрической форме поступают на

Коррекция и регенерация

При распространении оптического сигнала по оптическому волокну происходи его

Двойное преобразование

На промежуточных станциях производится обработка(регенерация) электрического сигнала
Поэтому промежуточные станции ВОЛС

Метод модуляции

Для модуляции оптической несущей информационным сигналом применяется модуляция по интенсивность

Поле

Мгновенное значение электрического поля монохроматического оптического излучения
E(t)=Emcos(ω0t+φ0),
где Em – амплитуда поля,

Усредняя интенсивность

Мгновенное значение интенсивности
Pt=E2(t)=Em2cos2(ω0t+φ0),
а усреднение по периоду
T0=2π/ω0
дает величину

Модуляция интенсивности

При МИ именно величина P изменяется в соответствии с модулирующим

Цифровые сигналы

Оптические сигналы являются, как правило, цифровыми
Это обусловлено тем, что передача

Используются однополярные сигналы

Особенность оптических цифровых систем состоит в том, что передача

Особенности

В двухуровневый сигнал вноситься избыточность для устранения длинных последовательностей нулей.

Временное мультиплексирование

Коммутатор мультиплексора может последовательно отирать из каналов любую логически осмысленную

Виды чередования

Чередование бит- «бит-интерливинг»-коммутируется по одному биту на канал
чередование байт- «байт-интерливинг»-по

Передача и прием

На передаче используется полупроводниковый лазе, который обеспечивает непосредственное преобразование

Мультиплексирование по длинам волн

В современных оптических системах связи используется метод мультиплексирования

Метод волнового мультиплексирования

Суть метода волнового мультиплексирования заключается в объединении нескольких оптических

Аналогии

ВОЛС метод волнового мультиплексирования играет ту же роль, то и мультиплексирование

Различия

Однако по сути своей эти схемы (ЧРК и ОМЧР) существенно отличаются

Преимущество МВР

При МВР несущие генерируются отдельными источниками(лазерами), сигналы которых просто объединяются

Модель взаимодействия транспортных технологий

Взаимодействие

Модель имеет четыре уровня
промежуточный уровень WDV как и SDH/SONET-обеспечивает физический интерфейс,

Изменения правил игры

На практике

Волновое мультиплексирование практически используется уже более 10 лет
первоначально оно было

Широкополосные и узкополосные МВР системы

Широкополостными называют МВР системы с разносов по

Компонент ВОЛС

Лазерные модули-предающие оптические модули
Оптические усилители
Оптические разветвители
Оптические модуляторы
Оптические волновые конверторы
Оптические коммутаторы
Оптические

Параметры передающих оптических модулей

Оптические разветвители

Симметричные (Х-образные), например , простейший из них типа 2х2
несимметричные (Y-образные),

Типы разветвителей

Направленные и ненаправленные
Спектрально-селективные и неселективные (нечувствительные к длине волн)

Коммутаторы

Иерархия скоростей коммутации

Низкие-время переключения порядка 10-3 с
Средние- время переключения порядка 10-6

Для сравнения

Оптический коммутатор 16х16 считается большим, хотя не идет ни в

Характеристики оптических коммутаторов

Коэффициент ослабления коммутируемого сигнала(на выходе в режиме «выключено» по

Разновидности оптических коммутаторов

Механические
Электрооптические
Термо-оптические
Интегральные активно-волноводные
на фотонных кристаллах
На световодных жидкокристаллических матрицах
На ИС с