1 (1131253), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Одна из основных проблем создания оптоволоконных систем состояла в том, чтобы не дать световому пучку рассеяться через боковую поверхность силиконового шнура. Количество рассеиваемой энергии зависело от угла падения светового луча на стенки шнура. На рисунке 2-19 показана эта зависимость. При углах больше некоторого критического угла, называемого углом полного внутреннего отражения, вся энергия луча отражается обратно внутрь.

Рисунок 2-19. Угол падения луча в оптоволоконном кабеле

Если сделать силиконовый шнур толщиной, близкой к длине волны источника света, то этот шнур будет работать как провод для тока, без потерь на внутреннее отражение. По такому 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 они попадали на границы шнура под углом, большим угла полного внутреннего отражения, то по одному шнуру можно пускать несколько лучей. Каждый луч, как говорят, имеет свою моду. Так получается многомодовый шнур.

2.3.4.1. Прохождение света через оптоволокно

Оптоволокно делают из стеклоподобного материала, который, в свою очередь, производят из песка и других широко распространенных материалов. Стекло известно со времен египтян. Однако прозрачное оконное стекло научились делать только в эпоху Ренессанса. Современное стекло, используемое для оптоволокна, настолько прозрачно, что если им заполнить океан, то в любой его точке мы смогли бы видеть дно, как мы видим землю с борта самолета.

Рисунок 2-20. Зависимость затухания оптического сигнала от длины волны

Затухание оптического сигнала в стекле зависит от длины волны источника света. На рисунке 2-20 показана зависимость затухания от длины волны. Затухание измеряется в dB по следующей формуле:

где Tр – мощность передаваемого сигнала, Rp – мощность полученного сигнала

Из этой формулы следует, что при падении мощности сигнала в два раза затухание будет равно примерно 3 дБ. На рисунке 2-20 видно, что затухание меньше всего в инфракрасной части спектра, которую и используют на практике. Видимая часть спектра располагается в области 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. Две последние 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 лучше соответствует возможностям лазерных источников света. У всех трех полос ширина полосы пропускания от 25 000 до 30 000 ГГц.

Другую проблему при использовании оптоволокна представляет дисперсия: исходный световой импульс по мере распространения теряет начальную форму и размеры. Это явление 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 если придать сигналу некоторую специальную форму, то дисперсионные эффекты почти исчезают и сигнал можно передавать на тысячи километров. Сигналы в этой специальной форме называются силитонами.

2.3.4.2. Оптоволоконный кабель.

Устройство оптоволоконного кабеля показано на рисунке 2-21. Кабель состоит из сердечника, состоящего из сверхпрозрачного оптоволокна. В одномодовом кабеле сердечник имеет толщину 8-10 микрон, в многомодовом - около 50 микрон (это примерно толщина человеческого волоса). Сердечник окружен оптическим покрытием: стекловолокном с низким коэффициентом рефракции, сокращающим потери света через границу сердечника. Сверху все покрыто защитным пластиком.

Рисунок 2-21. Устройство оптоволоконного кабеля

Такой кабель прокладывают и под землей, где он нередко становится жертвой экскаваторов и другой землеройной техники, и под водой, где он становится добычей тралов и акул. Соединяют его электрически с помощью специальных коннекторов, механически, прижимая один край к другому, либо сваривая воедино оба конца. Все эти манипуляции 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 специальных интерферометров эти источники света можно настроить на нужную длину волны. На принимающем конце стоит фотодиод, время срабатывания которого равно 1 нсек., что ограничивает максимальную скорость передачи до 1 Гбит/сек.

Таблица 2-22. Сравнение свойств светодиода и полупроводникового лазера

2.3.4.3. Оптоволоконные сети

С 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 типа «кольцо» представляет из себя цепочку соединений типа «точка-точка», как показано на рисунке 2-23.

Рисунок 2-23. Оптоволоконное кольцо

Такие соединения могут быть двух видов: пассивное и активное. У пассивного есть светодиод либо лазер, и фотодиод. Принимая сигнал через фотодиод, это соединение передает электрический сигнал компьютеру или транслирует его дальше с помощью светодиода или лазера. Это абсолютно надежное соединение. Выход из строя любого из компонентов не нарушает связь по кольцу, а лишь блокирует работу отдельного компьютера.

Активное подключение (рисунок 2-23, правая часть) содержит промежуточный усилитель электрического сигнала. Фотодиод преобразует оптический сигнал в электрический. Этот сигнал усиливается, передается компьютеру либо транслируется дальше с помощью лазера или светодиода.

Кроме кольца, возможны соединения типа пассивной звезды (рисунок 2-24). Все линии, по которым оптический сигнал передается от компьютера, заходят в специальное устройство 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»

2.3.4.4. Сравнение возможностей медного кабеля и оптоволокна

В заключение сравним возможности медного кабеля и оптоволокна:

1. Ширина полосы пропускания у оптоволокна несравненно больше, чем у медного кабеля, что позволяет достичь скорости в сотни Гбит/сек на расстояниях в десятки километров. Напомним, что коаксиал дает скорость максимум в несколько сотен Мбит/сек. примерно на 1 километре. Витая пара дает несколько Мбит/сек. на 1 километр и из нее можно выжать до 1 Гбит/сек. на расстоянии до 100 м.

1. Оптоволокно компактнее и меньше весит. При той же пропускной способности коаксиальный кабель и кабель из витых пар существенно тяжелее оптоволокна. Это существенный фактор, влияющий на стоимость и требования к опорным конструкциям. Например, 1 км 1000-парника весит 8 тонн, а оптоволокно аналогичной пропускной способности – 100 кг.

1. Затухание сигнала в оптоволокне существенно меньше, чем в коаксиале и витой паре, и остается постоянным для широкого диапазона частот.

1. 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 другого оборудования. Его трудно обнаружить, следовательно найти и повредить.

1. Чем меньше репитеров, тем дешевле система и меньше источников ошибок. С этой точки зрения оптоволоконные системы достигли большего совершенства. Для этих систем среднее расстояние между репитерами – сотни километров. Для коаксиала или витой пары тот же показатель равен нескольким километрам.

В таблице 2-25 приведены основные характеристики витой пары, коаксиала и оптоволокна.

Таблица 2-25. Сравнение характеристик витой пары, коаксиала и оптоволокна

Билет № 11.

Беспроводная связь (электромагнитный спектр, радиопередача, микроволновая передача, видимое излучение). TDMA, FDMA, CDMA - методы множественного доступа к беспроводному каналу.

Беспроводная связь востребована не только при мобильных вычислительных средствах, но и там, где прокладка любого кабеля затруднительна, либо невозможна (горы, старые здания), либо где требуется быстрое создание коммуникации. Это особенно актуально для нашей страны, где почти 2/3 территории приходится на зону вечной мерзлоты и горы.

Электромагнитный спектр.

Как известно, электроны при движении образуют электромагнитные колебания. Если к источнику электромагнитных волн подключить антенну соответствующего размера, то волны будут распространяться и регистрироваться приемниками. Длина антенны, как у приемника, так и у передатчика, и длина излучаемой/принимаемой ею волны связаны определенными соотношениями. Например, длина антенны приемника не может быть короче половины длины принимаемой ею волны.

При определенных условиях волны будут распространяться в строго определенном направлении. В этом случае антенна приемника должна быть должным образом ориентирована в пространстве по отношению к антенне передатчика, чтобы принимать сигналы. При других условиях антенна передатчика распространяет электромагнитные волны во всех направлениях.

В вакууме электромагнитная волна распространяется со скоростью света (С=3х10⁸ м/сек.). В медном проводнике эта скорость составляет 2/3 от скорости в вакууме. Будем обозначать ƒ - частоту, а λ - длину волны. Фундаментальное соотношение, соединяющее ƒ, С и λ, таково: ƒ•λ=С (2-1).

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)