Maximale capaciteit glasvezelkabel. Een praktische gids voor glasvezeltechnologieën

De toegangssnelheid over glasvezellijnen is theoretisch vrijwel onbeperkt, en in de praktijk kan de snelheid van het datatransmissiekanaal 10 Mbit/s, 100 Mbit/s of 1 Gbit/s zijn, dit is de snelheid op het laatste gedeelte, dat wil zeggen , de snelheid waarmee gegevens daadwerkelijk bij de gebruiker en van hem aankomen.

In 2012 begon de exploitatie van een transatlantisch onderzeeërtransmissiekanaal van de nieuwe generatie, met een lengte van 6.000 kilometer. De doorvoersnelheid bereikte 100 Gbit/s, wat veel hoger is dan de snelheid van satellietcommunicatie. Tegenwoordig vertakken onderzeese glasvezelkabels zich rechtstreeks naar de oceaanbodem, waardoor consumenten de snelste internetverbinding krijgen.

Wetenschappers van het Britse Ministerie van Defensie hebben een speciale bril ontwikkeld waarmee soldaten 36 uur wakker kunnen blijven. Ingebouwde optische microvezels projecteren helder wit licht dat identiek is aan het spectrum van zonlicht rond het netvlies van het oog, wat de hersenen ‘misleidt’.

De snelste communicatielijn ter wereld, ongeveer 450 km lang, werd in Frankrijk aangelegd en verbindt Lyon en Parijs. Het is gebaseerd op fotonische systeemtechnologie en maakt gegevensoverdracht mogelijk met een recordsnelheid van 400 GB/s en een verkeersvolume van 17,6 terabit per seconde.

Wetenschappers werken aan technologie om glasvezeldraden te maken die slechts twee nanometer dik zijn. Hiervoor gebruiken ze het web van de kleine spin Stegodyphus pacificus. De spindraad wordt in een oplossing van tetraethylorthosilicaat gedompeld, gedroogd en gebakken bij een temperatuur van 420°C. In dit geval brandt het web uit en krimpt de buis zelf en wordt vijf keer dunner.

De specificiteit van ons bedrijf is het gebruik van moderneën. Wij beschikken over alle middelen en apparatuur die hiervoor nodig zijn. Bel nu onze bedrijfsoperatoren op 8-800-775-58-45 (voor inwoners van Tula en de regio) en 8 800 7755845 (gratis binnen Rusland) en wij helpen u bij het installeren van ultrasnel internet op basis van glasvezelsystemen, ontwerp en

Een optische vezel bestaat uit een centrale lichtgeleider (kern) - een glasvezel, omgeven door nog een glaslaag - een bekleding, die een lagere brekingsindex heeft dan de kern. Terwijl ze zich door de kern verspreiden, overschrijden de lichtstralen de grenzen niet en reflecteren ze door de deklaag van de schaal. Bij optische vezels wordt de lichtbundel gewoonlijk gegenereerd door een halfgeleider- of diodelaser. Afhankelijk van de verdeling van de brekingsindex en de diameter van de kern, wordt optische vezel verdeeld in single-mode en multimode.

Markt voor glasvezelproducten in Rusland

Verhaal

Hoewel glasvezel een veelgebruikt en populair communicatiemiddel is, is de technologie zelf eenvoudig en al lang geleden ontwikkeld. Het experiment met het veranderen van de richting van een lichtstraal door breking werd in 1840 gedemonstreerd door Daniel Colladon en Jacques Babinet. Een paar jaar later gebruikte John Tyndall dit experiment in zijn openbare lezingen in Londen, en al in 1870 publiceerde hij een werk over de aard van licht. De praktische toepassing van de technologie werd pas in de twintigste eeuw gevonden. In de jaren twintig demonstreerden onderzoekers Clarence Hasnell en John Berd de mogelijkheid om beelden via optische buizen te verzenden. Dit principe werd door Heinrich Lamm gebruikt voor medisch onderzoek van patiënten. Pas in 1952 voerde de Indiase natuurkundige Narinder Singh Kapany een reeks van zijn eigen experimenten uit die leidden tot de uitvinding van optische vezels. In feite creëerde hij precies dezelfde bundel glasdraden, en de schaal en de kern waren gemaakt van vezels met verschillende brekingsindices. De schaal diende feitelijk als een spiegel en de kern was transparanter - dit loste het probleem van snelle verspreiding op. Als voorheen de straal het uiteinde van de optische gloeidraad niet bereikte en het onmogelijk was om een ​​dergelijk transmissiemiddel over lange afstanden te gebruiken, is het probleem nu opgelost. Narinder Kapani verbeterde de technologie in 1956. Een stel flexibele glasstaven brachten het beeld vrijwel zonder verlies of vervorming over.

De uitvinding van glasvezel door Corning-specialisten in 1970, die het mogelijk maakte om het datatransmissiesysteem voor telefoonsignalen over een koperdraad over dezelfde afstand te dupliceren zonder repeaters, wordt beschouwd als een keerpunt in de geschiedenis van de ontwikkeling van glasvezel. technologieën. De ontwikkelaars zijn erin geslaagd een geleider te maken die minstens één procent van het optische signaalvermogen op een afstand van één kilometer kan behouden. Naar huidige maatstaven is dit een tamelijk bescheiden prestatie, maar toen, bijna veertig jaar geleden, was het een noodzakelijke voorwaarde voor de ontwikkeling van een nieuw type bedrade communicatie.

Aanvankelijk was optische vezel meerfasig, dat wil zeggen dat hij honderden lichtfasen tegelijk kon overbrengen. Bovendien maakte de grotere diameter van de vezelkern het mogelijk goedkope optische zenders en connectoren te gebruiken. Veel later begonnen ze glasvezel met hogere prestaties te gebruiken, waardoor het mogelijk was om slechts één fase in de optische omgeving over te brengen. Met de introductie van enkelfasige glasvezel kon de signaalintegriteit over grotere afstanden worden gehandhaafd, wat de overdracht van aanzienlijke hoeveelheden informatie vergemakkelijkte.

De meest populaire vezel van vandaag is eenfasige vezel met nulgolflengte-offset. Sinds 1983 is het het toonaangevende glasvezelproduct in de sector, met een bewezen werking over tientallen miljoenen kilometers.

Voordelen van glasvezelcommunicatie

• Breedband optische signalen dankzij extreem hoge draaggolffrequentie. Dit betekent dat informatie over een glasvezellijn kan worden verzonden met een snelheid van ongeveer 1 Tbit/s;
• Zeer lage verzwakking van het lichtsignaal in de vezel, waardoor het mogelijk is om glasvezelcommunicatielijnen tot een lengte van 100 km of meer aan te leggen zonder signaalregeneratie;
• Weerstand tegen elektromagnetische interferentie van omringende koperen bekabelingssystemen, elektrische apparatuur (hoogspanningsleidingen, elektromotoren, enz.) en weersomstandigheden;
• Bescherming tegen ongeautoriseerde toegang. Informatie die via glasvezelcommunicatielijnen wordt verzonden, is vrijwel onmogelijk op een niet-destructieve manier te onderscheppen;
• Elektrische veiligheid. Omdat het in feite een diëlektrische optische vezel is, wordt de explosie- en brandveiligheid van het netwerk vergroot, wat vooral belangrijk is bij chemische en olieraffinaderijen, wanneer het gaat om technologische processen met een hoog risico;
• Duurzaamheid van glasvezelcommunicatielijnen - de levensduur van glasvezelcommunicatielijnen bedraagt ​​minimaal 25 jaar.

Nadelen van glasvezelcommunicatie

• De relatief hoge kosten van actieve lijnelementen die elektrische signalen omzetten in licht en licht in elektrische signalen;
• Relatief hoge kosten voor het splitsen van optische vezels. Dit vereist nauwkeurige en dus dure technologische apparatuur. Als gevolg hiervan zijn, als een optische kabel breekt, de kosten voor het herstellen van een glasvezellijn hoger dan bij het werken met koperen kabels.

Vezeloptische lijnelementen

• Optische ontvanger

Optische ontvangers detecteren signalen die via een glasvezelkabel worden verzonden en zetten deze om in elektrische signalen, die vervolgens worden versterkt en vervolgens hun vorm herstellen, evenals kloksignalen. Afhankelijk van de transmissiesnelheid en systeemspecificaties van het apparaat kan de datastroom worden omgezet van serieel naar parallel.

• Optische zender

De optische zender in een glasvezelsysteem zet de door de systeemcomponenten geleverde elektrische datareeks om in een optische datastroom. De zender bestaat uit een parallel-serieel converter met een kloksynthesizer (afhankelijk van de systeeminstallatie en bitrate), een driver en een optische signaalbron. Voor optische transmissiesystemen kunnen verschillende optische bronnen worden gebruikt. Lichtgevende diodes worden bijvoorbeeld vaak gebruikt in goedkope lokale netwerken voor communicatie over korte afstanden. De grote spectrale bandbreedte en het onvermogen om in de golflengten van het tweede en derde optische venster te werken, maken het gebruik van LED's in telecommunicatiesystemen echter niet mogelijk.

• Voorversterker

De versterker zet de asymmetrische stroom van de fotodiodesensor om in een asymmetrische spanning, die wordt versterkt en omgezet in een differentieel signaal.

• Gegevenssynchronisatie- en herstelchip

Deze chip moet de kloksignalen van de ontvangen datastroom en hun kloksnelheid herstellen. De fasevergrendelde luscircuits die nodig zijn voor klokherstel zijn ook volledig geïntegreerd in de klokchip en vereisen geen externe controleklokpulsen.

• Serieel naar parallel codeconversieblok

• Parallel-naar-serieel converter

• Laservormer

Zijn belangrijkste taak is het leveren van voorstroom en modulerende stroom om de laserdiode direct te moduleren.

• Optische kabel, bestaande uit optische vezels die zich onder een gemeenschappelijk beschermend omhulsel bevinden.

Singlemode glasvezel

Als de vezeldiameter en golflengte klein genoeg zijn, zal een enkele straal zich door de lichtgeleider voortplanten. Over het algemeen spreekt juist het feit van het selecteren van de kerndiameter voor de single-mode signaalvoortplantingsmodus over de bijzonderheid van elke individuele vezelontwerpoptie. Dat wil zeggen dat single-mode verwijst naar de kenmerken van de vezel ten opzichte van de specifieke frequentie van de gebruikte golf. Door de voortplanting van slechts één straal kunt u intermode-dispersie elimineren, en daarom zijn single-mode vezels ordes van grootte productiever. Momenteel wordt een kern met een buitendiameter van ongeveer 8 micron gebruikt. Net als bij multimode vezels worden zowel stap- als gradiëntmateriaalverdelingsdichtheden gebruikt.

De tweede optie is productiever. Single-mode technologie is dunner, duurder en wordt momenteel gebruikt in de telecommunicatie. Optische vezels worden gebruikt in glasvezelcommunicatielijnen, die superieur zijn aan elektronische communicatie omdat ze verliesloze, snelle transmissie van digitale gegevens over grote afstanden mogelijk maken. Glasvezellijnen kunnen een nieuw netwerk vormen of dienen om bestaande netwerken te combineren: delen van glasvezelsnelwegen, fysiek verbonden op het niveau van de lichtgeleider, of logischerwijs op het niveau van protocollen voor gegevensoverdracht. Datatransmissiesnelheden via glasvezellijnen kunnen worden gemeten in honderden gigabits per seconde. Er wordt al de laatste hand gelegd aan de standaard om datatransmissie met een snelheid van 100 Gbit/s mogelijk te maken, en de 10 Gbit Ethernet-standaard wordt al enkele jaren in moderne telecommunicatiestructuren gebruikt.

Multimode glasvezel

In een multimode optische vezel kan een groot aantal modes (stralen die onder verschillende hoeken in de vezel worden ingebracht) zich tegelijkertijd voortplanten. Multimode OF heeft een relatief grote kerndiameter (standaardwaarden 50 en 62,5 μm) en daarmee een grote numerieke apertuur. De grotere kerndiameter van multimode-vezels vereenvoudigt de koppeling van optische straling in de vezel, en de meer ontspannen tolerantie-eisen voor multimode-vezels verlagen de kosten van optische zendontvangers. Multimode glasvezel overheerst dus in lokale netwerken en thuisnetwerken over korte afstanden.

Het belangrijkste nadeel van multimode optische vezels is de aanwezigheid van intermode-dispersie, die ontstaat doordat verschillende modi verschillende optische paden in de vezel volgen. Om de invloed van dit fenomeen te verminderen, werd een multimode vezel met een gradiëntbrekingsindex ontwikkeld, waardoor de modi in de vezel zich voortplanten langs parabolische trajecten, en het verschil in hun optische paden, en bijgevolg de inter-mode dispersie, is aanzienlijk minder. Hoe gebalanceerde multimode-vezels ook zijn, hun doorvoer kan echter niet worden vergeleken met single-mode-technologieën.

Glasvezelzendontvangers

Om gegevens via optische kanalen te verzenden, moeten de signalen worden omgezet van elektrisch naar optisch, via een communicatieverbinding worden verzonden en vervolgens bij de ontvanger weer naar elektrisch worden omgezet. Deze transformaties vinden plaats in het zendontvangerapparaat, dat naast optische componenten ook elektronische componenten bevat.

De tijdverdelingsmultiplexer, die veel wordt gebruikt in de transmissietechnologie, maakt het mogelijk de transmissiesnelheid te verhogen tot 10 Gb/s. Moderne hogesnelheidsglasvezelsystemen bieden de volgende transmissiesnelheidsnormen.

Nieuwe methoden voor het multiplexen van golflengteverdeling of maken het mogelijk om de datatransmissiedichtheid te vergroten. Om dit te bereiken worden meerdere gemultiplexte informatiestromen over een enkel glasvezelkanaal verzonden, waarbij de transmissie van elke stroom op een andere golflengte wordt gebruikt. De elektronische componenten in de WDM-ontvanger en -zender zijn anders dan die gebruikt in een tijdverdelingssysteem.

Toepassing van glasvezelcommunicatielijnen

Glasvezel wordt actief gebruikt om stedelijke, regionale en federale communicatienetwerken aan te leggen, en om verbindingslijnen tussen automatische telefooncentrales in de stad aan te leggen. Dit komt door de snelheid, betrouwbaarheid en hoge capaciteit van glasvezelnetwerken. Door het gebruik van glasvezelkanalen zijn er ook kabeltelevisie, videobewaking op afstand, videoconferenties en video-uitzendingen, telemetrie en andere informatiesystemen. In de toekomst is het de bedoeling om de omzetting van spraaksignalen in optische signalen in glasvezelnetwerken toe te passen.

Het tijdschrift Nature Photonics publiceerde een beschrijving van een nieuwe technologie voor het verzenden van data over glasvezel met snelheden tot 26 Tbit/s in plaats van het huidige maximum van 1,6 Tbit/s.

Een groep Duitse ingenieurs onder leiding van professor Wolfgang Freude van de Universiteit van Karlsruhe heeft de OFDM-techniek (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), die veel wordt gebruikt in draadloze communicatie (802.11 en LTE), digitale televisie (DVB-T) en ADSL, toegepast om glasvezel.

Het is moeilijker om OFDM in optische vezels te gebruiken, omdat je hier de lichtstroom in subdraaggolven moet verdelen. Voorheen was de enige manier om dit te doen het gebruik van een afzonderlijke laser voor elke hulpdraaggolf.

Vergelijking van verschillende soorten multiplexing

Er wordt gebruik gemaakt van een aparte laser en een aparte ontvanger om op elke frequentie uit te zenden, zodat honderden lasers tegelijkertijd een signaal kunnen verzenden in één glasvezelkanaal. Volgens professor Freude wordt de totale capaciteit van het kanaal alleen beperkt door het aantal lasers. “Er is al een experiment uitgevoerd en een snelheid van 100 terabit/s is aangetoond”, zei hij in een interview met de BBC. Maar hiervoor moesten we ongeveer 500 lasers gebruiken, wat op zichzelf erg duur is.

Freude en zijn collega's hebben een technologie ontwikkeld om meer dan 300 hulpdraaggolven van verschillende kleuren over een optische vezel te verzenden met één enkele laser die in korte pulsen werkt. Hier speelt een interessant fenomeen, optische frequentiekamming, een rol. Elke kleine puls wordt over frequenties en tijd heen ‘gesmeerd’, zodat de signaalontvanger, met behulp van een goede timing, theoretisch elke frequentie afzonderlijk kan verwerken.

Na een aantal jaren werken slaagden Duitse onderzoekers er eindelijk in om de juiste timing te vinden, geschikte materialen te selecteren en de verwerking van elke subdraaggolf in de praktijk te implementeren met behulp van een snelle Fourier-transformatie (FFT). De Fourier-transformatie is een bewerking die een functie van een reële variabele associeert met een andere functie van een reële variabele. Deze nieuwe functie beschrijft de coëfficiënten bij het ontbinden van de oorspronkelijke functie in zijn elementaire componenten: harmonische trillingen met verschillende frequenties.

FFT is ideaal voor het ontbinden van licht in subdragers. Het bleek dat in totaal ongeveer 350 kleuren (frequenties) uit een typische puls kunnen worden gehaald, en elk daarvan wordt gebruikt als een afzonderlijke hulpdraaggolf, zoals bij de traditionele OFDM-techniek. Vorig jaar voerden Freude en zijn collega's een experiment uit en toonden in de praktijk een snelheid van 10,8 terabit/s aan, en nu hebben ze de nauwkeurigheid van frequentieherkenning verder verbeterd.

Volgens Freude zouden de door hem ontwikkelde timing- en FFT-technologie heel goed op een chip kunnen worden geïmplementeerd en commerciële toepassing kunnen vinden.

Optische datatransmissietechnologieën zijn een doorbraak geworden op het gebied van telecommunicatie en datanetwerken die hoge transmissiesnelheden vereisen. Onderzoek heeft de afgelopen jaren geleid tot de opkomst van systemen die data kunnen verzenden met snelheden van 10 Gb/s en hoger. Een van de belangrijkste voordelen van optische kabels is de mogelijkheid om optische signalen met hoge snelheid over lange afstanden te verzenden. Dit artikel is gewijd aan optische kabel, de principes waarop deze werkt, evenals de belangrijkste blokken van datatransmissiesystemen via glasvezel.

Glasvezeltechnologie maakt eenvoudigweg gebruik van licht om gegevens te verzenden. Het gebruik van optische kabel begon rond 1970, toen het mogelijk werd de kosten voor de productie van optische kabel en de daaraan verbonden kosten te verlagen.

Met behulp van een optische kabel

Tegenwoordig zijn er twee soorten optische kabels: single-mode (SM) en multi-mode (MM). De laatste tijd zijn er steeds meer uitspraken te horen dat multimode veelbelovender is en meer dan honderd keer superieure prestaties levert vergeleken met single-mode optische kabel.

Het meest actieve gebruik van optische kabel vindt plaats in de telecommunicatie-industrie. Aanvankelijk gebruikten telefoonmaatschappijen optische kabel om grote volumes spraakverkeer tussen telefooncentrales te vervoeren. Sinds de jaren tachtig zijn telefoonbedrijven overal optische netwerken gaan uitrollen.

De doorvoersnelheid van een optische kabel is het belangrijkste en belangrijkste kenmerk ervan. Hoe groter de bandbreedte, hoe hoger de transmissiesnelheid en hoe groter het verkeer. Koper heeft een zeer beperkte bandbreedte en ernstige beperkingen op de kabellengte, waardoor koperparen minder geschikt zijn voor het verzenden van hogesnelheidssignalen over lange afstanden.

Het gebruik van een optische kabel biedt de volgende voordelen:

• Hoge bandbreedte voor spraak- of videotransmissie.
• Optische vezels kunnen duizenden keren meer informatie bevatten dan koperdraad. Slechts één glasvezeldraad kan bijvoorbeeld alle Amerikaanse telefoongesprekken tijdens de spits doorvoeren.
• Optische kabel is ongeveer 10 keer lichter dan koper.
• Lage verliezen. Hoe hoger de signaalfrequentie, hoe groter de verliezen in het koperpaar. Signaalverlies in een optische kabel is bij alle frequenties hetzelfde, met uitzondering van de ultrahoge frequenties.
• Betrouwbaarheid - Optische kabel is betrouwbaarder en heeft een langere levensduur dan koperkabel.
• Veiligheid - optische vezels zenden geen elektromagnetische velden uit en zijn ongevoelig voor interferentie.

Fysisch mechanisme voor het verzenden van optische signalen

Singlemode optische kabel of multimode?

Bouwstenen van glasvezelsystemen

Een optische vezel bestaat uit een centrale vezel van enkele microns dik, een bekleding die zorgt voor volledige optische reflectie van het signaal, en een buitenste vlechtwerk dat bescherming en identificatie van de optische kabel biedt.

De constructie en werking van glasvezelsystemen is dus hardwaregericht voor signaaloverdracht over lange afstanden. Vaak wordt de taak precies zo gesteld: het gebruik van een optische kabel om een ​​signaal met hoge snelheid over een lange afstand met lage verzwakking te verzenden tegen een acceptabel niveau van financiële kosten.

Ontwerp van optische kabel

Verschillende lagen buffermantel beschermen de centrale kern. De bescherming dient om de fysieke belasting van de kabel, zoals uitrekken, buigen, enz., te verminderen. Het buitenste vlechtwerk beschermt tegen invloeden van buitenaf, zoals omgevingsinvloeden (temperatuur, vochtigheid, agressieve omgeving).

SC-connectoren worden meestal gebruikt om optische kabels aan te sluiten. De SC-connector biedt de hoogste verpakkingsdichtheid. Systeembeheerders moeten rekening houden met de kenmerken van de optische kabel en actieve apparatuur om het juiste connectortype te selecteren.

Soorten optische kabels

Multimode kan meerdere lichtgolven uitzenden en heeft een dikkere kern van ongeveer 50 of 62,5 micron. Vanwege dispersie heeft multimode optische kabel een hogere demping.

Optiek

Het uitgangsvermogen van een zender geeft de hoeveelheid energie aan die in een bepaalde tijdsperiode wordt uitgezonden. Hoe hoger het vermogen, hoe langer de signaaloverdrachtsafstand. De zender heeft de mogelijkheid om de baudsnelheid aan te passen aan de bandbreedtebehoeften van het systeem. Het bereik van de door de signaalbron uitgezonden golflengten ligt in de spectrale breedte.

Zendontvangers zijn gevoelig voor omgevingsomstandigheden. De laserdiode vereist een stabiele spanning en temperatuur. LED's zijn minder gevoelig voor omgevingsschommelingen. Laserdiodes zijn duurder. Optische LED-bronnen hebben een kortere levensduur, maar zijn eenvoudiger te installeren en zuiniger.

Conclusie

Aandacht! Het kopiëren en herdrukken van informatie van deze site is verboden zonder schriftelijke toestemming van de administratie.