Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Оно определяется в виде отношения мощности входного сигнала к мощности выходного сигнала. Для стекла,используемого в оптическом волокне, зависимость ослабления от длины волны показана на рис. 2.6 в децибелах на километр длины волокна. Например, ослаблениюмощности в два раза соответствует на графике 10 lg 2 = 3 дБ.
На графике изображенаближняя инфракрасная часть спектра, используемая на практике. Видимый свет имеетнесколько более короткие длины волн — от 0,4 до 0,7 мкм (1 мкм или 1 микрон равен10–6 метра). Приверженцы точных наименований сказали бы, что длина волны измеряется в нанометрах — в данном случае речь о диапазоне от 400 до 700 нм, — однакомы будем использовать более привычные термины.Рис. 2.6. Ослабление света в инфракрасной области спектрапри прохождении через оптическое волокноВ системах связи используются три диапазона длин волн: 0,85, 1,30 и 1,55 мкм. Всетри диапазона обладают полосой пропускания от 25 000 до 30 000 ГГц. Первым сталприменяться диапазон с центром 0,85 мкм.
Он обладает более высоким ослаблением,поэтому используется для передачи на короткие расстояния. Однако его преимуществом является то, что для этой длины волны лазеры и электроника могут быть сделаны из одного и того же материала (арсенида галлия). У двух остальных диапазоновпоказатели по ослаблению лучше (менее 5 % потерь на километр). В настоящее времяшироко используется диапазон 1,55 мкм и волоконные усилители с добавкой эрбия,которые работают прямо в оптическом домене.120 Глава 2.
Физический уровеньСветовые импульсы удлиняются по мере их продвижения по волокну. Это удлинение называется световой дисперсией. Величина удлинения зависит от длины волны.Чтобы не допустить перекрывания соседних расширяющихся импульсов, можноувеличить расстояние между ними, однако при этом придется уменьшить скоростьпередачи.
К счастью, было обнаружено, что эффект дисперсии можно предотвратить,если придавать импульсам специальную форму, а именно обратной величины отгиперболического косинуса. В этом случае будет возможно посылать импульсы натысячи километров без искажения формы. Такие импульсы называются уединеннымиволнами или солитонами. Значительная часть исследователей намерена перейти отлабораторных исследований уединенных волн к их промышленному использованию.Оптоволоконные кабелиСтруктура оптоволоконного кабеля схожа с описанной выше структурой коаксиального провода. Разница состоит лишь в том, что в первом нет экранирующей сетки. Нарис. 2.7, а показана отдельная оптоволоконная жила.
В центре ее располагается стеклянная сердцевина, по которой распространяется свет. В многомодовом оптоволокнедиаметр сердечника составляет 50 мкм, что примерно равно толщине человеческоговолоса. Сердечник в одномодовом волокне имеет диаметр от 8 до 10 мкм.Рис. 2.7. Вид одиночного волокна сбоку (а); поперечное сечение трехжильного кабеля (б)Сердечник покрыт слоем стекла с более низким, чем у сердечника, коэффициентомпреломления.
Он предназначен для более надежного предотвращения выхода светаза пределы сердечника. Внешним слоем служит пластиковая оболочка, защищающаяостекление. Оптоволоконные жилы обычно группируются в пучки, защищенныевнешней оболочкой. На рис. 2.7, б показан трехжильный кабель.Обычно кабели кладутся в грунт на глубину около метра, где их могут случайно повредить грызуны или экскаватор.
У побережья трансокеанические кабелиукладываются в траншеи специальным механизмом. На большой глубине их обычнопросто кладут на дно, где их могут зацепить рыболовные траулеры или перегрызтьакулы.Соединение отрезков кабеля может осуществляться тремя способами. Во-первых,на конец кабеля может прикрепляться специальный разъем, с помощью которогокабель вставляется в оптическую розетку. Подобное соединение приводит к потере10–20 % силы света, зато оно позволяет легко изменить конфигурацию системы.2.2. Проводниковые среды передачи информации 121Во-вторых, они могут механически сращиваться — два аккуратно отрезанныхконца кабеля укладываются рядом друг с другом и зажимаются специальной муфтой.Улучшение прохождения света достигается выравниванием концов кабеля.
При этомчерез соединение пропускается свет, и задачей является добиться максимальногосоответствия мощности выходного сигнала мощности входного. Одно механическоесращивание кабелей занимает у опытного монтажника сетей около 5 минут и даетв результате потерю 10 % мощности света.В-третьих, два куска кабеля могут быть сплавлены вместе. Сплавное соединениепочти так же хорошо, как и сплошной кабель, но даже при таком методе происходитнебольшое уменьшение мощности света.Во всех трех типах соединений в точке соединения могут возникнуть отражения,и отраженный свет может интерферировать с сигналом.Для передачи сигнала по оптоволоконному кабелю могут использоваться два типаисточника света: светоизлучающие диоды (LED, Light Emitting Diode) и полупроводниковые лазеры.
Они обладают различными свойствами, как показано в табл. 2.2.Их длина волны может быть настроена при помощи интерферометров Фабри—Перо(Fabry—Perot) или Маха—Цандера (Mach—Zehnder), устанавливаемых между источником и кабелем. Интерферометры Фабри—Перо представляют собой простыерезонансные углубления, состоящие из двух параллельных зеркал.
Свет падаетперпендикулярно зеркалам, углубление отбирает те длины волн, которые укладываются в его размер целое число раз. Интерферометры Маха—Цандера разделяютсвет на два луча, которые проходят различное расстояние и снова соединяются навыходе. Синфазными на выходе интерферометра окажутся лучи строго определеннойдлины.Таблица 2.2. Сравнительные характеристики светодиодови полупроводниковых лазеровХарактеристикаСветодиодПолупроводниковые лазерыСкорость передачи данныхНизкаяВысокаяТип волокнаМногомодовыеМногомодовые или одномодовыеРасстояниеКороткоеДальнееСрок службыДолгийКороткийЧувствительность к температуреНевысокаяЗначительнаяЦенаНизкаяВысокаяПриемный конец оптического кабеля представляет собой фотодиод, генерирующий электрический импульс, когда на него падает свет.
Обычное время срабатыванияфотодиода, который преобразует оптический сигнал в электрический, ограничиваетскорость передачи данных 100 Гбит/с. Термальный шум также имеет место, поэтомуимпульс света должен быть довольно мощным, чтобы его можно было обнаружитьна фоне шума. При достаточной мощности импульса можно добиться пренебрежимомалой частоты ошибок.122 Глава 2. Физический уровеньСравнение характеристик оптического волокнаи медного проводаСравнение характеристик оптического волокна и медного провода весьма поучительно. Оптическое волокно обладает рядом преимуществ. Во-первых, оно обеспечиваетзначительно более высокие скорости передачи, чем медный провод.
Уже благодаряэтому именно оптическое волокно должно применяться в высококачественных профессиональных сетях. Благодаря низкому коэффициенту ослабления повторители дляоптоволоконной связи требуются лишь через каждые 50 км, по сравнению с 5 км длямедных проводов, что существенно снижает затраты для линий дальней связи. Преимуществом оптического волокна также является его толерантность по отношениюк внешним электромагнитным возмущениям. Оно не подвержено коррозии, посколькустекло является химически нейтральным. Это важно для применения на химическихпредприятиях.Это может показаться странным, но телефонные компании любят оптическоеволокно еще по одной причине: оно тонкое и легкое.
Многие каналы для кабелейзаполнены до отказа, так что новый кабель некуда положить. Если вынуть из такогоканала все медные кабели и заменить их оптическими, то останется еще много свободного места, а медь можно очень выгодно продать скупщикам цветного металла.Кроме того, оптический кабель значительно легче медного. Тысяча медных витыхпар длиной в 1 км весят около 8000 кг. Пара оптоволоконных кабелей весит всего100 кг при гораздо большей пропускной способности, что снижает затраты на дорогиемеханические системы. При прокладке новых маршрутов оптоволоконные кабеливыигрывают у медных благодаря гораздо более низким затратам на их прокладку.Наконец, оптоволоконные кабели не теряют свет и к ним сложно подключиться, чтоспособствует их надежности и сохранности.Отрицательной стороной оптоволоконной технологии является то, что для работыс ней требуются определенные навыки, которые имеются далеко не у всех инженеров.Кабель довольно хрупкий и ломается в местах сильных изгибов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
