Лекции 2010-го года (1130544), страница 14
Текст из файла (страница 14)
При большем расстоянии нужны промежуточныеусилители. Эти кабели широко использовались между АТС. Они позволяют передаватьболее 10000 разговоров одновременно. В настоящее время они заменяютсяоптоволоконными линиями.Существенное различие между узкополосным кабелем и широкополосным в том, чтоширокополосный кабель применяется для передачи аналоговых сигналов на большихрасстояниях и, следовательно, требует промежуточных аналоговых усилителей.
Этипромежуточные усилители пропускают сигналы только в одном направлении. Поэтомумашина, получившая поток битов, не может использовать для ответа тот же путь, покоторому поток битов к ней пришел. Для решения этой проблемы есть два вида систем:двухкабельные и однокабельные системы. (См. рисунок 2-18).31Рисунок 2-18. Двухкабельные и однокабельные системыВ двухкабельных системах (рисунок 2-18 (а)) прокладывается сразу два кабеля: одинкабель используется для входящего потока, а второй для исходящего.
Компьютерсоединен этими кабелями со специальной головной станцией, которая перебрасываеттрафик с одного кабеля на другой, идущий в нужном направлении. В однокабельныхсистемах полоса частот разделяется между входящим и исходящим трафиками. Например,полоса от 5 до 30 МГц служит для входного трафика, а полоса от 40 до 300 МГц – длявыходного. Эта граница в каждой стране устанавливается своя. Низкая полоса частотиспользуется для передачи данных от компьютера к головной станции, которая сдвигаетих в сторону высоких частот и передает на другие компьютеры.Коаксиальные кабели активно используют в системах кабельного телевидения.
Кабельноетелевидение, которое охватывает во многих странах до 90% всех домов (США,Голландия) становится претендентом на роль городской вычислительной сети (MAN).Системы кабельного телевидения используют также для телефонных разговоров ипередачи данных. В настоящее время в этой области идет жесткая конкурентная борьбамежду телефонными компаниями и компаниями кабельного телевидения.2.3.4. ОптоволокноВолоконнооптические линии - одно из наиболее интенсивно развиваемых направленийсредств связи. Если сравнить темпы развития трех основных движущих сил средствпередачи и обработки данных: микропроцессорную технику, средства телекоммуникацийи инженерию программного обеспечения, то мы увидим, что микропроцессоры удваиваютсвою производительность каждые 18 месяцев, пропускная способность каналов связивырастает на 75% в год. По прогнозам специалистов, к 2011 году кремниевая технологияисчерпает свои потенциальные возможности по дальнейшему увеличениюпроизводительности.
На горизонте развития оптоволоконных линий связи, которые ужесейчас имеют пропускную способность в 50000 Гбит/сек., пока подобных проблем невидно. Поэтому можно сказать, что эту гонку скоростей пока выигрывают линии связи. Иглавную роль здесь, конечно, играют волоконнооптические кабели.Для использования оптической связи нужен источник света, светопроводящая среда идетектор, преобразующий световой поток в электрический.
На одном концеволоконнооптической линии находится передатчик - источник света, световой импульс от32этого источника проходит по светопроводящему волокну и попадает на детектор, которыйрасположен на другом конце этой линии и преобразует этот импульс в электрический.Одна из основных проблем создания оптоволоконных систем состояла в том, чтобы недать световому пучку рассеяться через боковую поверхность силиконового шнура.Количество рассеиваемой энергии зависело от угла падения светового луча на стенкишнура. На рисунке 2-19 показана эта зависимость.
При углах больше некоторогокритического угла, называемого углом полного внутреннего отражения, вся энергия лучаотражается обратно внутрь.Рисунок 2-19. Угол падения луча в оптоволоконном кабелеЕсли сделать силиконовый шнур толщиной, близкой к длине волны источника света, тоэтот шнур будет работать как провод для тока, без потерь на внутреннее отражение. Потакому одномодовому шнуру можно передавать данные со скоростью несколько Гбит/сек.на сотню километров без промежуточного усиления.Поскольку можно испускать несколько лучей разной длины волны так, чтобы онипопадали на границы шнура под углом, большим угла полного внутреннего отражения, топо одному шнуру можно пускать несколько лучей. Каждый луч, как говорят, имеет своюмоду. Так получается многомодовый шнур.2.3.4.1.
Прохождение света через оптоволокноОптоволокно делают из стеклоподобного материала, который, в свою очередь, производятиз песка и других широко распространенных материалов. Стекло известно со временегиптян. Однако прозрачное оконное стекло научились делать только в эпоху Ренессанса.Современное стекло, используемое для оптоволокна, настолько прозрачно, что если имзаполнить океан, то в любой его точке мы смогли бы видеть дно, как мы видим землю сборта самолета.Рисунок 2-20.
Зависимость затухания оптического сигнала от длины волны33Затухание оптического сигнала в стекле зависит от длины волны источника света. Нарисунке 2-20 показана зависимость затухания от длины волны. Затухание измеряется в dBпо следующей формуле:где Tр – мощность передаваемого сигнала, Rp – мощность полученного сигналаИз этой формулы следует, что при падении мощности сигнала в два раза затухание будетравно примерно 3 дБ. На рисунке 2-20 видно, что затухание меньше всего в инфракраснойчасти спектра, которую и используют на практике. Видимая часть спектра располагается вобласти более коротких волн 0,4 – 0,7 микрон (1 мкм = 10-6 м).Для передачи используются три полосы с длинами волн 0,85, 1,30 и 1,55 мкм. Двепоследние обладают тем замечательным свойством, что их затухание составляет менее 5%на километр. Длина волны в 0,85 мкм имеет большее затухание, но хороша тем, что лучшесоответствует возможностям лазерных источников света.
У всех трех полос ширинаполосы пропускания от 25 000 до 30 000 ГГц.Другую проблему при использовании оптоволокна представляет дисперсия: исходныйсветовой импульс по мере распространения теряет начальную форму и размеры. Этоявление называется дисперсией. Величина этих искажений также зависит от длины волны.Одно из возможных решений - увеличить расстояние между соседними сигналами.Однако это сократит скорость передачи. К счастью, исследования показали, что еслипридать сигналу некоторую специальную форму, то дисперсионные эффекты почтиисчезают и сигнал можно передавать на тысячи километров. Сигналы в этой специальнойформе называются силитонами.342.3.4.2. Оптоволоконный кабель.Устройство оптоволоконного кабеля показано на рисунке 2-21. Кабель состоит изсердечника, состоящего из сверхпрозрачного оптоволокна.
В одномодовом кабелесердечник имеет толщину 8-10 микрон, в многомодовом - около 50 микрон (это примернотолщина человеческого волоса). Сердечник окружен оптическим покрытием:стекловолокном с низким коэффициентом рефракции, сокращающим потери света черезграницу сердечника. Сверху все покрыто защитным пластиком.Рисунок 2-21.
Устройство оптоволоконного кабеляТакой кабель прокладывают и под землей, где он нередко становится жертвойэкскаваторов и другой землеройной техники, и под водой, где он становится добычейтралов и акул. Соединяют его электрически с помощью специальных коннекторов,механически, прижимая один край к другому, либо сваривая воедино оба конца. Все этиманипуляции приводят к потере от 5 до 20% мощности сигнала в точке соединения.Используются два вида источников света: светодиод (LED) и полупроводниковый лазер.У них разные свойства, которые показаны в таблице 2-22.
С помощью специальныхинтерферометров эти источники света можно настроить на нужную длину волны. Напринимающем конце стоит фотодиод, время срабатывания которого равно 1 нсек., чтоограничивает максимальную скорость передачи до 1 Гбит/сек.Таблица 2-22. Сравнение свойств светодиода и полупроводникового лазераСвойствоСветодиодПолупроводниковый лазерСкорость передачиНизкаяВысокаяДальность передачиНизкаяВысокаяМодовостьМультимодовыйМульти- или одномодовыйСрок службыКороткийДолгийЧувствительность к температурным контрастамНизкаяЗначительнаяСтоимостьНизкаяВысокая2.3.4.3. Оптоволоконные сетиС помощью оптоволокна можно строить как LAN, так и сети большего масштаба.Подключение к оптоволоконной сети более сложное, чем к Ethernet-сети.
Чтобы понять,как решается проблема построения сети из оптоволокна, надо осознать, что сеть типа35«кольцо» представляет из себя цепочку соединений типа «точка-точка», как показано нарисунке 2-23.Рисунок 2-23. Оптоволоконное кольцоТакие соединения могут быть двух видов: пассивное и активное. У пассивного естьсветодиод либо лазер, и фотодиод. Принимая сигнал через фотодиод, это соединениепередает электрический сигнал компьютеру или транслирует его дальше с помощьюсветодиода или лазера. Это абсолютно надежное соединение. Выход из строя любого изкомпонентов не нарушает связь по кольцу, а лишь блокирует работу отдельногокомпьютера.Активное подключение (рисунок 2-23, правая часть) содержит промежуточный усилительэлектрического сигнала. Фотодиод преобразует оптический сигнал в электрический.
Этотсигнал усиливается, передается компьютеру либо транслируется дальше с помощьюлазера или светодиода.Кроме кольца, возможны соединения типа пассивной звезды (рисунок 2-24). Все линии,по которым оптический сигнал передается от компьютера, заходят в специальноеустройство пассивной звезды, сигналы от них воспринимаются по всем линиям,исходящим из этого устройства и передают к надлежащим приемникам.Рисунок 2-24. Соединение типа «пассивная звезда»362.3.4.4.
Сравнение возможностей медного кабеля и оптоволокнаВ заключение сравним возможности медного кабеля и оптоволокна:1.Ширина полосы пропускания у оптоволокна несравненно больше, чем у медногокабеля, что позволяет достичь скорости в сотни Гбит/сек на расстояниях в десяткикилометров. Напомним, что коаксиал дает скорость максимум в несколько сотенМбит/сек. примерно на 1 километре. Витая пара дает несколько Мбит/сек.
на 1километр и из нее можно выжать до 1 Гбит/сек. на расстоянии до 100 м.2.Оптоволокно компактнее и меньше весит. При той же пропускной способностикоаксиальный кабель и кабель из витых пар существенно тяжелее оптоволокна. Этосущественный фактор, влияющий на стоимость и требования к опорнымконструкциям. Например, 1 км 1000-парника весит 8 тонн, а оптоволокноаналогичной пропускной способности – 100 кг.3.Затухание сигнала в оптоволокне существенно меньше, чем в коаксиале и витойпаре, и остается постоянным для широкого диапазона частот.4.Оптоволокно не восприимчиво к внешним электромагнитным излучениям.Поэтому ему не страшны интерференция, импульсные шумы и взаимные наводки.Оптоволокно не излучает энергию, поэтому не влияет на работу другогооборудования.
Его трудно обнаружить, следовательно найти и повредить.5.Чем меньше репитеров, тем дешевле система и меньше источников ошибок. С этойточки зрения оптоволоконные системы достигли большего совершенства. Для этихсистем среднее расстояние между репитерами – сотни километров. Для коаксиалаили витой пары тот же показатель равен нескольким километрам.В таблице 2-25 приведены основные характеристики витой пары, коаксиала иоптоволокна.37Таблица 2-25.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
