More Related Content
Similar to Topic12 optical fiber
Similar to Topic12 optical fiber (20)
More from eltsovcsseftkspbspuru
More from eltsovcsseftkspbspuru (8)
Topic12 optical fiber
- 2. Оптическая передача
сигналов
Среда передачи данных (Transmission Medium) –
оптическое волокно/воздух
Носитель информации – электромагнитные волны
Не восприимчива к электрическим помехам / не создает
их
Очень высокие скорости передачи (F ~ 150-350THz)
Низкие параметры затухания (дальности до 4000км)
Возможность эффективного мультиплексирования
Исследование
Геометрическая оптика
Волновая оптика
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2
- 3. Параметры оптоволоконной
линии
Частотные характеристики
Используемые диапазоны частот
850 nm (353THz)
1300 nm (231THz)
1550 nm (194THz)
1530-1570nm (C-band)
1570-1610nm (L-band)
Затухание сигнала
Α = 10lg(Pout/Pin) (дБ/км)
850 - 1.3-1.8
1300 - 0.4-0.7
1550 - 0.2-0.5
Дальность ограничена дисперсией, а не затуханием!
Разные частоты по-разному распространяются через среду
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 3
- 4. Ограничения
оптоволоконных линий
Шум
Спонтанный шум оптических усилителей
Тепловой шум оптических источников
Дисперсия
Межмодовая дисперсия в MMF
Хроматическая дисперсия в SMF
Дисперсия различных поляризаций волны в SMF
Нелинейность волокна
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 4
- 5. Оптоволоконные кабели
Fiber Cable =
Центральный проводник
света
SiO2 + GeO2
Оболочка с меньшим
коэффициентом
преломления
SiO2 (стекло)
Линии жесткости
Металлические нити
Капроновые нити
Внешняя оболочка
Гидроизоляция
Механическая защита
оптоволокна
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 5
- 6. Распространение волны в оптоволокне
– геометрическая оптика
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 6
- 7. MMF (Multimode Fiber)
Сердечник 50 или 62.5µm
Бывает и до сотен µm
Изменение коэффициента
преломления
Плавное (graded-index)
Ступенчатое (step-index)
Используются на длинах волн 850
и 1300nm
Сотни мод (путей распространения)
Для изучения можно использовать
модели геометрической оптики
Pro
Легче производить волокно
Проще монтаж
Проще излучать и направлять свет
Contra
ограниченные скорости и дальность
передачи из-за межмодовой
дисперсии
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 7
- 8. SMF (Single Mode Fiber)
Сердечник до 10 µm
Ступенчатое изменение
коэффициента преломления (step-
index)
Используются на длинах волн 1300
и 1550nm
Одна мода (путь распространения)
Для изучения нужно использовать
модели волновой оптики (λ ~ d)
Pro
Одномодовое распространение
позволяет организовывать высокие
скорости и дальность передачи
Нет межмодовой дисперсии
Очень низкие потери
Contra
Сложнее производить волокно
Сложнее монтаж
Сложнее излучать и принимать свет
Только LASER
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 8
- 9. SMF (Single Mode Fiber)
Сердечник до 10 µm
Ступенчатое изменение
коэффициента преломления (step-
index)
Используются на длинах волн 1300
и 1550nm
Одна мода (путь распространения)
Для изучения нужно использовать
модели волновой оптики (λ ~ d)
Pro
Одномодовое распространение
позволяет организовывать высокие
скорости и дальность передачи
Нет межмодовой дисперсии
Очень низкие потери
Contra
Сложнее производить волокно
Сложнее монтаж
Сложнее излучать и принимать свет
Только LASER
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 9
- 10. Передатчики и приемники
света
Передача
LED (Light Emitting Diodes)
Si, Ge
Спонтанное излучение – некогерентное, нехроматическое
Ограниченная частота модуляции (~650Mhz)
LASER Diodes (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
GaAs / AlGaAs / InP
Стимулированное излучение – может быть хроматическим
Используемая модуляция
IM (Intensity) (обычно On/Off)
NRZ – просто включаем и выключаем в соответствии с уровнем
RZ - разная длина испульсов для + и – (или разные фазы)
FM (Frequency)
PM (Phase)
Детекция
Фотодиоды
p-n / p-i-n / лавинные
MSM – структуры
p-n / p-i-n
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 10
- 12. Optical Fiber Communication -
история
1966 — апробация первых волокон
1970 — Corning Glass Networks — первые
тестовые системы передачи
1977 — первое использование в телефонии
(США) — 6Мбит/с, 10км
1987 — 1.7Гбит/с, 50км
1988 — ТАТ-8
1990 — 2.5Гбит/с, 100км
2001 — 10Тбит/с, 1000км
2010 — 15Тбит/с, 7000км
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 12
- 13. Optical Fiber – производство и
монтаж
Производство Монтаж
Создание заготовок – физико- Скалывание
химический процесс Высокая точность срезов
Изменение n – варьирование
коэффициента оседания Соединение (splicing)
частиц Сварка (fusing)
Вытягивание Механическое соединение
SMF сложнее и дороже (склеивание)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 13
- 14. Оптические кабели -
разъемы
Основные типы
разъемов:
ST
SC
LC
MT-RJ
Opti-jack
MU
FDDI
SMA
TOSLINK
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 14
- 15. Оптические усилители
Восстановление формы сигнала без преобразования в
электрический сигнал и обратно в оптический
Достижение значительных длин кабелей без активного
оборудования
Сами усилители требуют электропитания!
Принципы
Doped Optical Amplifier (Erbium-Doped)
Использование ионизированного участка волокна и облучение
его активными фотонами
Semiconductor Optical Amplifier
Принципы похожи на лазерные диоды
Raman
Использует эффект Рамана – нелинейное взаимодействие
сигнала и возмущающего лазера
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 15
- 16. Wave Division Multiplexing
(WDM)
Аналог FDM для оптической среды
Разделение по длинам волн в пределах одного
волокна
Использование перестраивающихся лазеров
Использование оптических фильтров
Возможность использования уже проложенных ранее
волокон — только заменой оборудования
Типы
WDM (C-Band)
16 каналов, шаг 100ГГц
CWDM (Coarse) (C+L Band)
16 каналов, шаг 200Ггц
32 канала, шаг 50Ггц
DWDM (Dense) (С-Band)
40 каналов, шаг 50Ггц
80 каналов, шаг 25ГГц
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 16
- 18. WDM-примеры
Обычные коммерчески эксплуатируемые системы
B = 10-40Gb/s на канал
L = 2000km
25-50 GHz между каналами
С использованием полосы С
N = 40-160
NxB = 0.8-3.2Tb/s
Самая емкая сеть DWDM (NTT — Япония, 25.03.2010)
B = 170Gb/s на канал
L = 240km
50GHz между каналами
С использованием полос С, L
N = 432
NxB = 6.4Tb/s
Рекорд (скорость*дальность) в лаборатоных условиях (Bell Labs, 2010)
B = 100Gb/s на канал
L = 7000km
25GHz между каналами
С использованием полос С, L
N = 155
NxB = 15.5Tb/s
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 18
- 19. OXC – Optical Cross-Connect
Коммутация на PHY!
Каналы с разными λ
Совместно с WDM
Использование систем
Mux/DeMux
Использование систем
зеркал
Использование MEMS
Нет задержки
коммутатора!
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 19
- 21. Free Space Optics
Беспроводная передача оптических
сигналов
Аналог IrDA
LED
Infrared LASER
Расстояния до 10 км
Скорости до 1Гбит/с
Чувствительность к состоянию пути
Прямая видимость
Птицы
Осадки (дождь, снег, туман)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 21
- 22. Оптическая передача – область
применения
Сети операторов связи
PDH
SONET/SDH
сети WDM/DWDM
40/100GigE
Наземная часть цифровых сотовых сетей
Глобальные сети
ATM
Городские сети, сети кампусов
Локальные сети
10Base, 100Base, 1000Base (SX, LX, FX, LR), 10GBase
FDDI
ATM
Сети доступа
PON
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 22