Komunikační systém s optickým vláknem (komunikační termín)

Komunikace pomocí optických vláken

Optické vlákno je zkratka pro optické vlákno. Komunikace optickými vlákny je komunikační metoda, při které se jako nosiče informace používají světelné vlny a jako přenosová média optická vlákna. Z principiálního hlediska jsou základními materiálovými prvky, které tvoří komunikaci optických vláken, optická vlákna, světelné zdroje a světelné detektory. Kromě klasifikace optických vláken podle výrobního procesu, materiálového složení a optických charakteristik se v aplikacích optická vlákna často klasifikují podle použití a lze je rozdělit na optická vlákna pro komunikaci a optická vlákna pro snímání. Vlákno přenosového média se dělí na obecné a speciální dva typy a funkční vlákno zařízení označuje vlákno používané k dokončení funkcí zesílení světelných vln, tvarování, frekvenčního dělení, zdvojení frekvence, modulace a optické oscilace a často se používá s určité funkční zařízení. Zobrazí se formulář.

Komunikace pomocí optických vláken je komunikační metoda, která využívá světelné vlny jako nosné vlny a optické vlákno jako přenosové médium pro přenos informací z jednoho místa na druhé. Říká se tomu „drátová“ optická komunikace. V dnešní době je optické vlákno mnohem lepší než přenos kabelové a mikrovlnné komunikace díky své přenosové frekvenční šířce pásma, vysoké odolnosti proti rušení a nízkému útlumu signálu. Stala se hlavní přenosovou metodou ve světové komunikaci.

Komunikační systém

Glosář

Komunikační technologie optických vláken a výpočetní technika jsou dva základní pilíře informatizace a počítače jsou zodpovědné za digitalizaci informací do sítě. ; Za přenos informací je zodpovědné optické vlákno. V současném sociálním a ekonomickém vývoji se informační kapacita rychle zvyšuje. Aby se zlepšila přenosová rychlost a kapacita informací, je komunikace pomocí optických vláken široce využívána ve vývoji informačních technologií a stala se po mikroelektronice důležitou technologií v informační oblasti.

Základní optický komunikační systém

Nejzákladnější optický komunikační systém se skládá ze zdroje dat, optického vysílače, optického kanálu a optického přijímače. Zdroj dat zahrnuje všechny zdroje signálu, což jsou signály získané pomocí zdrojového kódování pro služby, jako je hlas, obraz a data; optické vysílače a modulátory jsou zodpovědné za konverzi signálů na optické signály vhodné pro přenos na optických vláknech. Postupně používaná okna světelných vln jsou 0,85, 1,31 a 1,55. Optický kanál obsahuje nejzákladnější optické vlákno a také reléový zesilovač EDFA atd.; zatímco optický přijímač přijímá optický signál, získává z něj informace a poté je převádí na elektrický signál a nakonec získává odpovídající hlas, obraz, data a další informace.

Digitální optický komunikační systém

Systém přenosu optických vláken je ideálním kanálem pro digitální komunikaci. Ve srovnání s analogovou komunikací má digitální komunikace mnoho výhod, jako je vysoká citlivost a dobrá kvalita přenosu. Proto většina velkokapacitních a dálkových optických komunikačních systémů využívá metody digitálního přenosu.

V komunikačním systému s optickým vláknem se binární světelný puls kód "0" a kód "1" přenáší v optickém vláknu, které je generováno modulací světelného zdroje on-off modulací binárního digitálního signálu. Digitální signál je generován vzorkováním, kvantováním a kódováním plynule se měnícího analogového signálu, který se nazývá PCM (pulsní kódová modulace), tj. pulzní kódová modulace. Tento druh elektrického digitálního signálu se nazývá digitální signál v základním pásmu, který je generován elektrickým terminálem PCM.

Základní struktura

(1) Optický vysílač

Optický vysílač je optický transceiver, který realizuje elektrický/optický převod. Skládá se ze zdroje světla, ovladače a modulátoru. Jeho funkcí je modulovat světelnou vlnu vyzařovanou světelným zdrojem z elektrického signálu z elektrického terminálu, aby se stala modulovanou světelnou vlnou, a poté spojit modulovaný světelný signál s optickým vláknem nebo kabelem pro přenos. Elektrický terminál je konvenční elektronické komunikační zařízení.

(2) Optický přijímač

Optický přijímač je optický transceiver, který realizuje optickou/elektrickou konverzi. Skládá se z optického detektoru a optického zesilovače. Jeho funkcí je převést optický signál vysílaný optickým vláknem nebo optickým kabelem na elektrický signál fotodetektoru a poté zesilovat slabý elektrický signál na dostatečnou úroveň zesilovacím obvodem a poslat jej na elektrický konec přijímacího konec pro kreslení.

(3) Optické vlákno nebo optický kabel

Optické vlákno nebo optický kabel tvoří cestu přenosu světla. Jeho funkcí je spojit tlumený signál z vysílacího konce s detektorem světla na přijímacím konci po dálkovém přenosu přes optické vlákno nebo kabel, aby se dokončil úkol přenosu informace.

(4) Opakovač

Opakovač se skládá ze světelného detektoru, světelného zdroje a rozhodovacího regeneračního obvodu. Má dvě funkce: jednou je kompenzovat útlum optického signálu, když je přenášen v optickém vláknu; druhým je tvarování zkresleného pulsu.

(5) Pasivní součásti, jako jsou konektory a spojky optických vláken

Protože délka optického vlákna nebo optického kabelu je omezena procesem tažení optického vlákna a podmínkami konstrukce optického kabelu a optické vlákno je taženo, délka je také omezena (například 1 km). Proto může mít vedení s optickými vlákny problém s připojením více optických vláken. Proto je spojení mezi optickými vlákny a spojení a spojení mezi optickým vláknem a optickým transceiverem nepostradatelné pro použití pasivních komponent, jako jsou konektory a spojky optických vláken.

Zálohovací systém

Aby byl zajištěn plynulý chod systému, bývá zřízen záložní systém, který je jako záloha disku. Za normálních okolností funguje pouze hlavní systém. Jakmile selže hlavní systém, lze jej okamžitě přepnout na záložní systém, aby byla zaručena plynulá a správná komunikace.

Pomocné vybavení

Dokonalost systému je pomocné zařízení, které zahrnuje systém řízení monitorování, oficiální komunikační systém, automatický spínací systém, systém zpracování alarmů, systém napájení atd.

Mezi nimi může monitorovací a řídicí systém automaticky sledovat výkon a pracovní stav různých zařízení, která tvoří systém přenosu optických vláken. Když dojde k poruše, automaticky na ni upozorní a vyřeší ji a automaticky řídí ochranný spínací systém. U dálkových komunikačních linek s více reléovými stanicemi a centrálami pro údržbu linek vybavených přístupem do více směrů a více systémů je nezbytnou metodou údržby centralizované monitorování.

Přehled

Komunikace pomocí optických vláken je komunikační metoda, která využívá světelné vlny jako nosné vlny a optické vlákno jako přenosové médium pro přenos informací z jednoho místa na druhé. Říká se tomu „drátová“ optická komunikace. V dnešní době je optické vlákno mnohem lepší než přenos kabelové a mikrovlnné komunikace díky své přenosové frekvenční šířce pásma, vysoké odolnosti proti rušení a nízkému útlumu signálu a stalo se hlavní přenosovou metodou ve světové komunikaci.

V roce 1966 britský Číňan Charles Kao publikoval článek a navrhl použít křemen k výrobě skleněných vláken (optických vláken), jejichž ztráta může dosáhnout 20 dB/km, což umožňuje realizovat velkokapacitní komunikaci optických vláken. V té době tomu věřilo jen pár lidí na světě, například British Standard Telecommunications Laboratory (STL), American Corning Glass Company, Bell Labs a další vůdci. V roce 2009 získal Gao Kun Nobelovu cenu za vynález optického vlákna. V roce 1970 Corning vyvinul křemenné optické vlákno se ztrátou pouhých 20 dB/km a délkou asi 30 m. Říká se, že to stálo 30 milionů amerických dolarů. V roce 1976 založily Bell Labs v Atlantě ve Washingtonu experimentální linku s přenosovou rychlostí pouhých 45 Mb/s, která dokáže přenášet pouze stovky telefonů, zatímco použitý koaxiální kabel dokáže přenést 1800 telefonů. Protože v té době neexistuje žádný laser pro komunikaci, jako zdroj světla pro komunikaci optických vláken se používají světelné diody (LED), takže rychlost je velmi nízká. Kolem roku 1984 byl úspěšně vyvinut polovodičový laser pro komunikaci. Rychlost komunikace optickým vláknem dosáhla 144Mb/s, což mohlo přenést 1920 telefonů. V roce 1992 dosáhla přenosová rychlost optického vlákna 2,5 Gb/s, což odpovídá více než 30 000 telefonních linek. V roce 1996 byly úspěšně vyvinuty lasery různých vlnových délek, které dokážou realizovat vícevlnovou a vícekanálovou komunikaci optických vláken, tzv. technologii „wavelength division multiplexing“ (WDM), což znamená, že je přenášeno více optických signálů různých vlnových délek. v jednom optickém vláknu. . V důsledku toho se přenosová kapacita optických vláknových komunikací zdvojnásobí. V roce 2000 dosáhla pomocí technologie WDM přenosová rychlost optického vlákna 640 Gb/s. Někteří lidé mají velké pochybnosti o Gao Kunovi, který vynalezl optické vlákno v roce 1976, ale Nobelovu cenu získal až v roce 2010. Ve skutečnosti je z výše uvedené historie vývoje optických vláken vidět, že navzdory velké kapacitě optických vláken je ultra- velkou kapacitu optických vláken nelze hrát bez vysokorychlostních laserů a mikroelektroniky. Rychlost elektronických zařízení dosáhla řádu gigabitů za sekundu. Vznik vysokorychlostních laserů různých vlnových délek umožnil přenos optických vláken dosáhnout řádu terabitů/sekundu (1Tb/s=1000Gb/s). Revoluce v komunikační technologii!"

Funkce

①Množství informací, které lze přenést za jednotku času, je velké. Informační rychlost praktické úrovně komunikace optických vláken na počátku 90. let byla 2,488 Gbit/s, to znamená, že dvojice jednovidových optických vláken dokáže otevřít 35 000 telefonů současně, a stále se rychle rozvíjí; ②Ekonomika. Náklady na výstavbu komunikace pomocí optických vláken se snižují s rostoucím počtem použití; ③Malá velikost, nízká hmotnost, pohodlná konstrukce a údržba atd.; ④Použití méně kovu, silné antielektromagnetické rušení, silné anti-radiace, dobrá důvěrnost atd.

Základní složení

Hlavní součásti konvenčního optického komunikačního systému jsou optické vlákno, světelný zdroj a světelný detektor. Optická vlákna zahrnují jednovidová a vícevidová vlákna a světelné zdroje zahrnují polovodičové lasery a světelné diody. Systémy na střední a dlouhé vzdálenosti využívají jednovidové vláknové a polovodičové lasery, nově vyvinuté vysokorychlostní systémy využívají lasery s distribuovanou zpětnou vazbou (DFB) a systémy na krátkou vzdálenost mohou využívat multividová vlákna a světelné diody.

Konvenční komunikační systém s optickým vláknem se týká systému, ve kterém vysílací konec moduluje intenzitu světelného zdroje a přijímací konec používá fotodetektor k přímé detekci přijímaného optického signálu (IM/DD), také známý jako přímá modulace intenzity. uvázaný vlnový komunikační systém s optickým vláknem, který byl mistrem skutečného použití na počátku 90. let. Jeho základní struktura bere jako příklad systém 2,488 Gbit/s, jak je znázorněno na obrázku 2.

Na levé straně obrázku 2 je elektrický multiplexor s časovým dělením na vysílací straně, který kombinuje vstupní digitální signál 155 Mbit/s do signálu 2,488 Gbit/s. Signál přímo moduluje intenzitu laseru s distribuovanou zpětnou vazbou a poté přenáší tlumený výstup do jednovidového vlákna. Na pravé straně obrázku 2 detektor světelné elektřiny přímo detekuje tlumené světlo a získává digitální signál o rychlosti 2,488 Gbit/s a poté rozloží multiplexer v průběhu času, aby získal sadu digitálních signálů o rychlosti 155 Mbit/s.

Reléové vybavení konvenčního optického komunikačního systému je znázorněno na obrázku 3.

2.2 Rozsah aplikace

Komunikace pomocí optických vláken je nejprve aplikována mezi telefonními kancelářemi k vytvoření místní optické sítě a poté jako komunikace na dlouhé vzdálenosti k vytvoření celostátní sítě optických vláken, která se stane širokopásmovou komunikační sítí Skeleton. Podmořské optické kabelové systémy byly také vyvinuty pro transoceánskou komunikaci nebo komunikaci na krátké vzdálenosti přes ostrovy a pobřeží. Slavné podmořské optické kabelové komunikační systémy, které pokrývají Atlantický a Tichý oceán. Například první transatlantický systém TAT-8, který byl uveden na trh v prosinci 1988, má 3 páry optických vláken v optickém kabelu, 2 páry pro použití a 1 pár pro pohotovostní režim. Informační rychlost každého páru je 280 Mbit/s. Celková délka je 6700 km, průměrná vzdálenost mezi reléovými stanicemi je 67 knu a vlnová délka je 1,3 μm a je použito konvenční jednovidové vlákno.

Vyspělé země plánují, navrhují a budují uživatelské sítě z optických vláken, jmenovitě FTTH nebo FTTC (Fibre-to-the-home). Další aplikace, jako jsou optické optické místní sítě různých měřítek a aplikace při různých příležitostech.

Technický obor

(1) Velká komunikační kapacita a dlouhá přenosová vzdálenost; potenciální šířka pásma optického vlákna může dosáhnout 20 THz. S takovou šířkou pásma trvá přenos všech textových dat lidských bytostí, starověkých i moderních, jen asi jednu sekundu, doma i v zahraničí. Systém 400 Gbit/s byl uveden do komerčního využití. Ztráta optického vlákna je extrémně nízká. Ztráta křemenného vlákna může být v blízkosti vlnové délky světla 1,55 μm menší než 0,2 dB/km, což je méně než ztráta jakéhokoli přenosového média. Bezreléová přenosová vzdálenost proto může dosahovat desítek nebo dokonce stovek kilometrů.

(2) Malé rušení signálu, dobrý bezpečnostní výkon;

(3) Anti-elektromagnetické rušení, dobrá kvalita přenosu, elektrická komunikace nemůže vyřešit různé problémy s elektromagnetickým rušením, pouze komunikace s optickými vlákny Nepodléhá všem druhům elektromagnetického rušení.

(4) Optické vlákno má malou velikost, nízkou hmotnost, snadno se pokládá a přepravuje;

(5) Zdroj materiálů je bohatý a ochrana životního prostředí je dobrá, což přispívá k úspoře mědi z neželezných kovů.

(6) Neexistuje žádné záření a je obtížné jej odposlouchávat, protože světelné vlny přenášené optickým vláknem nemohou uniknout mimo optické vlákno.

(7) Optický kabel má silnou přizpůsobivost a dlouhou životnost.

(8) Textura je křehká a mechanická pevnost je špatná.

(9) Řezání a spojování optických vláken vyžaduje určité nástroje, zařízení a technologie.

Komunikace pomocí optických vláken system (communication term)

(10) Posunování a spojka nejsou flexibilní.

(11) The bending radius of the fiber optic cable should not be too small (>20cm)

(12) Existuje problém s problémy s napájením.

Komunikační metoda, která využívá světelné vlny k přenosu informací v optických vláknech. Protože laser má významné výhody, jako je vysoká směrovost, vysoká koherence, vysoká monochromatičnost atd., je světelná vlna v komunikaci optických vláken převážně laserová, proto se také nazývá komunikace laser-vlákno.

Princip a aplikace

Princip komunikace optických vláken je: na vysílacím konci musí být přenášená informace (jako je hlas) nejprve převedena na elektrické signály a poté modulována na laserový paprsek emitovaný laserem , Intenzita světla se mění s amplitudou (frekvence) elektrického signálu a je vysílán přes optické vlákno; na přijímací straně detektor po přijetí světelný signál převede na elektrický signál a po demodulaci obnoví původní informaci.

Protože se přenosová rychlost informačních technologií každým dnem aktualizuje, technologie optických vláken byla široce ceněna a používána. Ve vícepočítačovém výtahovém systému aplikace optického vlákna plně splňuje požadavky velkého počtu správných, spolehlivých, vysokorychlostních přenosů a zpracování datové komunikace. Aplikace technologie optických vláken ve výtazích výrazně zlepšuje rychlost odezvy celého řídicího systému a výrazně zlepšuje výkon paralelního skupinového řízení výtahového systému. Komunikační zařízení s optickým vláknem používané ve výtahu se skládá hlavně ze zdroje světla, fotoelektrického přijímače a optického vlákna.

Zdroj světla

Výstup signálu z mikropočítačového řídicího systému je elektrický signál, zatímco systém optických vláken přenáší optický signál. Proto, aby se přenesl elektrický signál generovaný mikropočítačovým systémem v optickém vláknu, nejprve převést elektrické signály na optické signály. Světelným zdrojem je takové elektro-optické konverzní zařízení.

Světelný zdroj nejprve převede elektrický signál na optický signál a poté odešle optický signál do optického vlákna. V systému optických vláken má světelný zdroj velmi důležité postavení. Jako světelné zdroje z optických vláken lze použít žárovky, lasery a polovodičové světelné zdroje. Polovodičové světelné zdroje využívají k přeměně elektrické energie na světelnou energii polovodičové PN přechody. Mezi běžně používané polovodičové světelné zdroje patří polovodičové světelné diody (LED) a laserové diody (LD).

Polovodičové světelné zdroje jsou široce používány v přenosových systémech s optickými vlákny kvůli jejich malé velikosti, nízké hmotnosti, jednoduché struktuře, pohodlnému použití a snadné kompatibilitě s optickými vlákny.

Fotoelektrický přijímač

Optický signál přenášený v optickém vláknu musí být před přijetím mikropočítačovým systémem nejprve obnoven na odpovídající elektrický signál. Této konverze je dosaženo prostřednictvím optického přijímače. Funkcí optického přijímače je převést optický signál vysílaný optickým vláknem na elektrický signál a následně je elektrický signál předán řídicímu systému ke zpracování. Optický přijímač je založen na principu fotoelektrického jevu, ozařuje PN přechod polovodiče světlem a PN přechod polovodiče bude po pohlcení světelné energie generovat nosiče, čímž se generuje fotoelektrický efekt PN přechodu, čímž se přemění optický signál na elektrický signál. Mezi polovodičové přijímače používané v systémech s optickými vlákny patří hlavně polovodičové fotodiody, fototranzistory, fotonásobiče a fotovoltaické články. Fototranzistor dokáže nejen převést dopadající světelný signál na elektrický signál, ale také elektrický signál zesílit, takže jej lze dobře sladit s obvodem rozhraní řídicího systému, proto je fototranzistor nejpoužívanější.

Optické vlákno

Optické vlákno je přenosový kanál optického signálu a klíčový materiál komunikace optických vláken.

Optické vlákno se skládá z jádra, pláště, povlaku a pláště a je symetrickým válcem s vícevrstvou dielektrickou strukturou. Hlavním tělesem jádra je oxid křemičitý, který je dopován malým množstvím dalších materiálů pro zvýšení optického indexu lomu materiálu. Na vnější straně jádra je plášťová vrstva a plášť a jádro mají různé optické indexy lomu. Optický index lomu jádra je vyšší, aby se zajistilo, že optický signál je přenášen hlavně v jádře. Na vnější straně opláštění je vrstva povlaku, která slouží především ke zvýšení mechanické pevnosti optického vlákna, aby nedošlo k poškození optického vlákna zvenčí. Vnější vrstvou optického vlákna je plášť, který zároveň plní ochrannou roli.

Dvě hlavní charakteristiky optického vlákna jsou ztráta a disperze. Ztráta je útlum nebo ztráta optického signálu na jednotku délky, vyjádřená v db/km. Tento parametr souvisí s přenosovou vzdáleností optického signálu. Čím větší je ztráta, tím kratší je přenosová vzdálenost. Multimikropočítačové řídicí systémy výtahů mají obecně krátké přenosové vzdálenosti, takže za účelem snížení nákladů se většinou používají plastová optická vlákna. Rozptyl vlákna souvisí hlavně s rozšiřováním pulzu. V řídicím systému výtahů Mitsubishi se komunikace pomocí optických vláken používá hlavně pro přenos dat mezi skupinovým řízením a jedním výtahem a přenos dat mezi dvěma paralelními jednoduchými výtahy. Zařízení s optickým vláknem používané Mitsubishi Elevator se skládá hlavně ze zdroje světla, přijímače světla a optického vlákna. Světelný zdroj a světelný přijímač jsou zapouzdřeny v pevné zástrčce konektoru optického vlákna a optické vlákno je připojeno k pohyblivé zástrčce.

Pracovní proces

Odeslat: CPU serializuje paralelní data přes vyhrazený IC čip a vloží odpovídající bitový kód (start, stop, kontrolní číslice atd.) podle komunikačního formátu, Výstup TXD odešle signál do konektoru optického vlákna (tj. pevná zástrčka ) a poté zdroj světla v konektoru optického vlákna provede elektricko-optickou konverzi. Převedený optický signál posílá optický signál do optického vlákna přes pohyblivou zástrčku optického vlákna a optický signál je v optickém vláknu. Propagace vpřed.

Příjem: Optický signál z optického vlákna je odeslán do přijímače pevné zástrčky přes pohyblivou zástrčku konektoru optického vlákna a přijímač provede fotoelektrickou obnovu přijímaného optického signálu, aby získal odpovídající elektrický signál. signál je odeslán do vstupního terminálu RXD vyhrazeného IC čipu a sériová data jsou změněna na paralelní data vyhrazeným IC čipem a poté přenášena do CPU.

Oblast použití

Oblast použití komunikace optických vláken je velmi široká. Používá se hlavně pro místní telefonní dálkové linky. Plně se zde dají využít výhody komunikace optickými vlákny, které postupně nahrazují kabely a jsou široce využívány. V minulosti se také používal pro dálkovou dálkovou komunikaci, která se spoléhala hlavně na kabely, mikrovlny a satelitní komunikaci. Nyní postupně využívá komunikaci pomocí optických vláken a vytvořila globálně dominantní způsob přenosu bitů; používá se v globálních komunikačních sítích a veřejných telekomunikačních sítích v různých zemích (jako je národní premiéra Číny Používá se také pro vysoce kvalitní barevný televizní přenos, monitorování a dispečink průmyslové výroby, monitorování a řízení provozu, městská kabelová televizní síť, a systém společné antény (CATV). Používá se v lokální síti optických vláken a dalších, jako jsou letadla, kosmické lodě, lodě, podzemní doly, oddělení elektrické energie, armáda, koroze a záření atd.

Přenosový systém optických vláken se skládá hlavně z: optického vysílače, optického přijímače, optického kabelového přenosového vedení, optického opakovače a různých pasivních optických zařízení. Pro dosažení komunikace musí být signál v základním pásmu zpracován elektrickým terminálem a odeslán do přenosového systému s optickým vláknem, aby se dokončil proces komunikace.

Je vhodný pro analogový komunikační systém s optickým vláknem, ale také vhodný pro digitální komunikační systém s optickým vláknem a datový komunikační systém. V analogovém komunikačním systému s optickým vláknem se zpracování elektrického signálu týká zpracování, jako je zesílení a předmodulace signálů v základním pásmu, zatímco zpětné zpracování elektrického signálu je inverzní proces původního zpracování, tj. zpracování, jako je demodulace a zesílení. V digitálních komunikačních systémech s optickými vlákny se zpracování elektrického signálu týká zesilování, vzorkování a kvantování signálů v základním pásmu, to znamená modulace pulzního kódu (PCM) a zpracování kódování řádkového kódu atd., a zpětné zpracování elektrického signálu je také inverzní proces. původ. Pro datovou komunikaci optickým vláknem zahrnuje zpracování elektrického signálu především zesílení signálu, které se liší od digitálního komunikačního systému v tom, že nevyžaduje konverzi kódu.

Rozvoj

Komunikace pomocí optických vláken je hlavní přenosovou metodou moderní komunikační sítě. Historie jeho vývoje je pouhých deset nebo dvacet let. Zažil tři generace: krátkovlnné multimódové optické vlákno, dlouhovlnné multimódové optické vlákno a dlouhovlnné jednovidové optické vlákno. Použití optických vláknových komunikací je hlavní změnou v historii komunikací. Více než 20 zemí, včetně Spojených států, Japonska, Británie a Francie, oznámilo, že již nebudou budovat kabelové komunikační linky, a zavázaly se k rozvoji komunikací z optických vláken. Komunikace z optických vláken v Číně vstoupila do praktické fáze.

Zrození a rozvoj komunikace pomocí optických vláken je důležitou revolucí v historii telekomunikací. Satelitní komunikace a mobilní komunikace jsou postaveny vedle sebe jako technologie v 90. letech. Po vstupu do 21. století, v důsledku rychlého rozvoje internetových služeb a růstu audio, video, datových a multimediálních aplikací, vyvstává ještě naléhavější potřeba velkokapacitních (ultravysokorychlostních a ultradlouhých vzdálenost) systémy a sítě pro přenos světelných vln.

Komunikace pomocí optických vláken je nejnovější komunikační technologie, která využívá světelné vlny jako nosné vlny k přenosu informací a optické vlákno jako přenosové médium k dosažení přenosu informací a dosažení účelu komunikace.

Proces rozvoje komunikace je proces neustálého zvyšování nosné frekvence za účelem rozšíření komunikační kapacity. Jako nosná frekvence dosáhla optická frekvence horního limitu komunikační nosné. Protože světlo je velmi vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění, využívá světlo. Jako nosič je komunikační kapacita obrovská, což je tisíckrát větší než u předchozí komunikační metody, a má velkou přitažlivost. Optická komunikace je cílem, za kterým se lidé odedávna snaží, a je také nevyhnutelným směrem vývoje komunikace.

Ve srovnání s předchozí elektrickou komunikací je hlavním rozdílem komunikace optických vláken to, že má mnoho výhod: šířku pásma přenosové frekvence, velkou komunikační kapacitu; nízká přenosová ztráta, dlouhá vzdálenost relé; tenký průměr drátu, nízká hmotnost, suroviny Je to křemen, který šetří kovové materiály a přispívá k racionálnímu využívání zdrojů; má silnou izolaci a výkon proti elektromagnetickému rušení; má také výhody silné odolnosti proti korozi, silné odolnosti proti záření, dobré větrnosti, žádné jiskry, malý únik, silná důvěrnost atd., Lze použít ve speciálním prostředí nebo armádě.

Trend

FTTH může uživatelům poskytnout extrémně bohatou šířku pásma, takže byl vždy považován za ideální přístupovou metodu. Hraje důležitou roli při realizaci informační společnosti. Potřebuje také rozsáhlou propagaci a výstavbu. Vlákno potřebné pro FTTH může být 2 až 3krát větší než u stávajícího položeného vlákna. V minulosti, kvůli vysokým nákladům na FTTH, nedostatku širokopásmových video služeb a širokopásmového obsahu, nebylo FTTH na pořadu dne a pouze několik pokusů. Díky rozvoji optoelektronických zařízení byla cena optických modulů transceiveru a optických vláken výrazně snížena; ve spojení se snadností širokopásmového obsahu všechny urychlily praktický proces FTTH.

The views of developed countries on FTTH are not exactly the same: AT&T in the United States believes that the FTTH market is small, and 0F62003 declared that FTTH will not have a market until 20-50 years later. US operators Verizon and Sprint are more active and will adopt FTTH to transform their networks within 10-12 years. Japan's NTT is the first to develop FTTH and has nearly 2 million users. China's FTTH is in the pilot phase.

FTTH naráží na výzvy

Široce používaná technologie ADSL má stále určité výhody pro poskytování širokopásmových služeb

Ve srovnání s FTTH: ①Nízká cena ②Použijte originál Síť z měděných drátů usnadňuje konstrukci projektu ③Může uspokojit poptávku po přenosu 1Mbps-500kbps filmových a televizních programů. Hromadná propagace FTTH je omezena.

Pro širokopásmové služby, které budou vyvinuty v blízké budoucnosti, jako jsou: online vzdělávání, online kancelář, konferenční televize, online hry, vzdálená diagnostika a léčba a další obousměrné služby a digitální televize HDTV s vysokým rozlišením, asymetrický přenos uplink a downlink , ADSL je obtížné uspokojit. Zejména HDTV po kompresi potřebuje jeho přenosová rychlost stále 19,2 Mbps. Je vyvíjen s technologií H.264 a může být komprimován na 5 až 6 Mbps. Všeobecně se má za to, že nejvyšší přenosová rychlost ADSL, která zaručuje QOS, je 2 Mb/s a je stále obtížné přenášet HDTV. Lze mít za to, že HDTV je hlavní hnací silou FTTH. To znamená, že když dorazí HDTV služby, FTTH je nutností.

FTTH řešení

Obvykle existují dvě kategorie P2P point-to-point a PON pasivních optických sítí.

Výhody F2P schématu: každý uživatel vysílá nezávisle, vzájemně se neovlivňuje a systém je flexibilní; lze použít levné nízkorychlostní optoelektronické moduly; a přenosová vzdálenost je dlouhá. Nevýhody: Aby se snížil počet optických vláken a potrubí, kterými uživatelé jdou přímo do kanceláře, je třeba v uživatelské oblasti umístit aktivní uzel, který shrnuje uživatele.

PON řešení-výhody: pasivní údržba sítě je jednoduchá; v zásadě dokáže ušetřit optoelektronická zařízení a optická vlákna. Nevýhody: nutnost použití drahých vysokorychlostních optoelektronických modulů; potřeba používat elektronické moduly, které rozlišují uživatele z různých vzdáleností, aby se předešlo konfliktům mezi uplinkovými signály uživatelů; přenosová vzdálenost je zkrácena o poměr PON; šířka pásma pro stahování každého uživatele se navzájem zabírá, pokud je šířka pásma uživatele Když neexistuje žádná záruka, je nutné nejen rozšíření sítě, ale také je třeba vyměnit PON a uživatelský modul, aby se problém vyřešil. (Podle tržní ceny je PEP ekonomičtější než PON)

Existuje mnoho druhů PON, obecně následující: (1) APON: jmenovitě ATM-PON, vhodný pro ATM přepínací síť. (2) BPON: Širokopásmový PON. (3) OPON: OFP-PON využívající obecné zpracování snímků. (4) EPON: PON využívající technologii Ethernet, GPON je Gigabit Ethernet PON. (5) WDM-PON: Použijte multiplexování s dělením vlnové délky k rozlišení PON uživatelů. Vzhledem k tomu, že uživatelé mají vztah k vlnovým délkám, je nepohodlné ho udržovat a v FTTH se používá jen zřídka.

Technologie bezdrátového přístupu se rychle rozvíjí. Lze jej použít jako protokol IEEE802.11g pro WLAN, s přenosovou šířkou pásma až 54 Mbps a dosahem pokrytí více než 100 metrů, který je již komerčně dostupný. Pokud je pro přenos uživatelských dat použit bezdrátový přístup k WLAN, včetně: uplink a downlink dat a VOD uplink dat na vyžádání TV, uplink není pro běžné uživatele velký a IEEE802.11g je dostačující. FTTH využívající optické vlákno má hlavně vyřešit downlink přenos HDTV širokopásmového videa, samozřejmě může obsahovat i nějaká sestupná data v případě potřeby. To tvoří domácí síť „fiber to the home + wireless access“ (FTTH + wireless access). Pokud tento druh domácí sítě využívá PON, je to obzvláště jednoduché, protože tento PON nemá upstream signál, nepotřebuje elektronický modul pro měření vzdálenosti, náklady jsou výrazně sníženy, údržba je jednoduchá. Pokud je uživatelská skupina patřící k PON pokryta bezdrátovou metropolitní sítí WiMAX (1EEE802.16) a lze ji použít, není třeba budovat vyhrazenou WLAN. Používání bezdrátových přístupových sítí je trendem, ale bezdrátovou přístupovou síť je stále potřeba podporovat sítí z optických vláken hustě rozmístěných v blízkosti uživatelů, což je téměř stejné jako FTTH. Bezdrátový přístup FTTH+ je trendem budoucího vývoje.

Vývoj optického přepínání

Ve skutečnosti to lze vyjádřit jako: komunikační vstup + výměna.

Optické vlákno řeší pouze problém přenosu, ale také potřebuje vyřešit problém optického přepínání. V minulosti se komunikační sítě skládaly z kovových kabelů, které přenášely elektronické signály, a pro ústředny využívaly elektronické přepínače. Komunikační síť, kromě krátkého úseku na konci uživatele, je celá tvořena optickým vláknem, které přenáší optické signály. Rozumnou metodou by mělo být optické přepínání. Vzhledem k nevyzrálosti optických přepínacích zařízení je však jedinou možností řešení výměny optické sítě "opticko-elektricko-optická", to znamená, že se optický signál převede na signál elektrický a následně se optický signál změní zpět. na optický signál po elektronické výměně. Zjevně nerozumná metoda, není efektivní a neekonomická. Velkokapacitní optické přepínače jsou vyvíjeny pro realizaci optických přepínacích sítí, zejména tzv. ASON-automatické přepínací optické sítě.

Informace obvykle přenášené v optické síti jsou obecně rychlostí xGbps a elektronické přepínače to nezvládnou. Obecně by elektronická výměna měla být realizována ve skupině nižšího řádu. Optický přepínač může realizovat výměnu vysokorychlostních XGbD. Samozřejmě tím není řečeno, že vše je potřeba vyměnit za světlo, zvláště pro nízkorychlostní výměnu signálu s malými částicemi by se měla používat vyzrálá elektronická ústředna a není třeba používat nezralé

vysokokapacitní optická ústředna. V současné době se v datové síti objevují signály ve formě „paketů“ pomocí tzv. „packet switching“. Částice sáčku jsou relativně malé a lze je elektronicky vyměnit. Avšak po agregaci velkého počtu paketů ve stejném směru, když je počet velký, by měl být použit velkokapacitní optický přepínač.

Optické přepínání s menším počtem kanálů a velkou kapacitou bylo praktické. Používá se například pro ochranu, vyřazení a plánování kanálů s malým objemem. Obecně se k tomu používají mechanické optické spínače a termo-optické spínače. Vzhledem k omezením objemu, spotřeby energie a integrace těchto optických přepínačů je počet kanálů obecně 8-16.

Elektronická výměna má obecně metody „dělení prostoru“ a „dělení času“. V optickém přepínání existují "prostorové dělení", "časové dělení" a "výměna vlnových délek". Přepínání s optickým časovým dělením se v komunikaci s optickým vláknem používá jen zřídka.

Optické přepínání prostoru: Obecně lze optické přepínače použít k přenosu optických signálů z jednoho vlákna na druhé. Optické spínače pro separaci vzduchu zahrnují mechanické, polovodičové a termo-optické spínače. Pomocí integrované technologie byl vyvinut optický spínač mikromotoru MEM, jehož objem je malý až mm. Byl vyvinut optický přepínač 1296x1296MEM (Lucent), který je experimentální.

Optická výměna vlnových délek: přiřaďte každému předmětu výměny specifickou vlnovou délku. Vysláním určité vlnové délky je tedy možné komunikovat s určitým předmětem. Klíčem k realizaci přepínání optických vlnových délek je potřeba vyvinout praktické světelné zdroje s proměnnou vlnovou délkou, optické filtry a integrovaná spolehlivá pole optických přepínačů s nízkou spotřebou. Byl vyvinut testovací systém křížového propojení (corning) kombinující polovodičový optický přepínač 640x640 + rozdělení prostoru AWG a vlnovou délku. Pomocí optického dělení prostoru a dělení optické vlnové délky lze vytvořit velmi flexibilní optickou přepínací síť. Japonská NTT provedla terénní test pomocí směrování a přepínání vlnových délek v Chitose City, s poloměrem 5 kilometrů, celkem 43 terminálovými uzly (zkusili 5 uzlů) a rychlostí 2,5 Gbps.

Optická síť automatického přepojování, nazývaná ASON, je směrem dalšího vývoje.

Vývoj integrovaných optoelektronických zařízení

Stejně jako elektronická zařízení musí být integrována i optoelektronická zařízení. Ačkoli ne všechna optoelektronická zařízení musí být integrována, značná část je potřebná a může být integrována. Vyvíjený PLC-planární optický vlnovodný obvod je jako deska s tištěnými spoji, na kterou lze sestavit optoelektronická zařízení nebo je přímo integrovat do optoelektronického zařízení. Ať už pro realizaci FTTH nebo ASON, jsou zapotřebí nová, malá, levná a integrovaná optoelektronická zařízení.

Trh pro komunikaci z optických vláken

Jak všichni víme, bublina v IT průmyslu v roce 2000 způsobila prudký rozvoj komunikačního průmyslu s optickými vlákny a nadprodukci produktů. Ceny optických přenosových zařízení, optoelektronických zařízení a optických vláken prudce klesly. Zejména u optických vláken byla cena za kilometr v období bubliny 1200 ￥ a cena byla asi 100 Y za 1 kilometr, což bylo levnější než měděný drát. Kdy se trh s optickými vlákny zotaví?

Podle statistik a předpovědí RHK týkajících se investic do komunikačního průmyslu v Severní Americe byl rok 2002 nejnižším bodem, což odpovídá čtyřleté regresi. Došlo k odrazu, ale zatím jej nelze obnovit. Na základě těchto spekulací bude obnoven až v letech 2007-2008. S trhem IT se zlepšuje také trh s optickými vlákny. Tato zlepšení byla do značné míry způsobena FTTH a širokopásmovou digitální televizí.

FTTH je koneckonců požadavek informační společnosti a trh s optickými vlákny musí mít krásnou scénu. FTTH ve vyspělých zemích se začalo budovat a existuje již značný trh. Obecně lze říci, že zisky z přístrojů a zařízení se budou postupně zvyšovat podle potřeb trhu a roky 2007-2008 mohou být dobré. V odvětví optických vláken je však i přes úspěch antidumpingu cena stále pomalá a zisk je velmi malý. Ve skutečnosti je rozsah výroby optických vláken ve světě příliš velký a rychlost rozvoje FTTH je ovlivněna sociálním prostředím, včetně ekonomických podmínek občanů a rozvojem digitální televize, a nárůst je pomalý. Je zřejmé, že některé velké společnosti uzavřely několik továren na optická vlákna a mohou zahájit výrobu kdykoli podle podmínek na trhu. Výsledkem je, že nabídka vždy převyšuje poptávku. Je normálním tržním zákonem zvyšovat ceny, když nabídka převyšuje poptávku. Pokud tedy chce průmysl optických vláken dosáhnout značných zisků, může to být záležitost po roce 2009. Čínské ekonomicky zaostalé regiony a malá města stále potřebují stavět optické linky, ale množství optických vláken je stále v pásmu převisu nabídky.

Pro čínský trh bude FTTH zpožděn kvůli výzvám ADSL a rozvoji digitální TV HDTV. Sociální prostředí a podmínky pro masivní výstavbu FTTH v Číně zatím nejsou k dispozici a může to chvíli trvat. Olympijské hry v Pekingu však vyžadují propagaci HDTV a pokles cen zařízení, což podpoří rozvoj FTTH. Očekává se, že FTTH se v Číně začne prosazovat v letech 2007-2008. V některých velkých městech však existují také takzvané centrální obchodní čtvrti CBD, které mají relativně silnou ekonomickou sílu a již pro výstavbu zavedly PTTP z optických vláken do rezidence. Čínský FTTH je obecně v pilotní fázi. Úkolem pilota je na jedné straně prozkoumat technologie a stavební zkušenosti a na druhé straně hraje roli i soutěž o zabavení uživatelů. Telekomunikační operátoři a místní vlastníci proto aktivně pilotují FTTH za účelem rozvoje širokopásmových služeb. Provozovatelé vysílání proto čelí obrovským výzvám. Provozovatelé vysílání by měli urychlit proces rozvoje digitální televize, obohatit obsah programu a přijmout konkurenční obchodní model. Pokud chtějí provozovatelé vysílání vyvinout VOD na vyžádání, musí také transformovat síť kabelové televize v obou směrech. Pokud je síť optických vláken přijata, může se plně přizpůsobit budoucímu technologickému vývoji a poptávce trhu.

Širokopásmová čínská strategie

V „Dvanáctém pětiletém plánu pro infrastrukturu širokopásmových sítí“ vydaném ministerstvem průmyslu a informačních technologií v květnu 2012 Realizujte „Městské vlákno do budovy do domu, venkovské širokopásmové do vesnice do vesnice“. Šířka pásma přístupu městských domácností dosahuje 20 Mbit/s a šířka pásma přístupu venkovských domácností dosahuje 4 Mbit/s. Pokrytí optickými sítěmi dosahuje 200 milionů domácností s více než 40 miliony uživatelů a míra připojení nově postavených obytných budov ve městech dosahuje více než 60 %.

"Režim přístupu a technologie širokopásmového trhu mé země je hlavně ADSL, zatímco jiné země s vysokou rychlostí širokopásmového připojení jsou v zásadě přístupem z optických vláken." řekl Zhao Zisen, akademik z Čínské akademie inženýrství, realizace optického vlákna do domácnosti Je to nejdůležitější část širokopásmové strategie.

Akademik Čínské akademie věd Gan Fuxi řekl, že komunikace pomocí optických vláken má výhody velké informační kapacity, dlouhé přenosové vzdálenosti a malého rušení signálu. Ve světových komunikačních systémech se přes optická vlákna přenáší více než 90 % informací. V příštích 5 až 10 letech bude rozsáhlá implementace domácích vláken v mé zemi vyžadovat více než 100 milionů kilometrů vláken každý rok, což přinese dobré příležitosti pro rozvoj domácího odvětví optických komunikací.

Podle nejnovějších statistik Mezinárodní telekomunikační unie spustilo širokopásmové strategie ve světě 112 zemí a ekonomik. Implementace širokopásmové strategie jistě přinese velký rozvoj přístupu z optických vláken a učiní průmysl širokopásmového připojení s optickými vlákny jedním z odvětví s nejrychlejším růstem a největším rozvojovým prostorem v celém informačním a komunikačním průmyslu.

展望

光纤通信发展总趋势为：不断提高信息率和增长中继距离。系统的优值用“信息率”与“距离”的乘积表示，该值每年约增加一倍；发展光纤网，特别是光纤用户网-光纤到户；采用新技术，特别是掺稀土金属的光纤放大器，光电集成和光集成。

①90年代初商用光纤通信系统的最高水平为2.488Gbit/s系统。实验室里实验系统信息率为8、10、16Gbit/s，相应的无中继距离为76、80、65km，信息率已高达20Gbit/s。单机的速率过高，大规模集成电路的电时分复用和解复器的速率将提高，要求激光器必须能在极高速率下稳定工作。如采用1.55μm波长，用常规单模光纤，将出现色散过大，码间干扰过大等都是技术上的困难。经济上也不合算。可采用光波分复用（OWDM）来提高信息率，实验室里复用数量用高达100个622Mbit/s的系统作复用，波长间隔为0.lnm，传输距离为50km，用非相干接收。还可采用副载波调制（SCM）来增加系统容量，将在光缆电视系统中应用。

掺稀土金属铒的单模光纤放大器的成功，大大增加了系统的灵敏度和传输距离。近期发表的常规系统的环路试验，在此环路里有4支掺铒光纤放大器，传输速率为2.4Gbit/s和5Gbit/s，计算结果表明传输距离达21000km和9000km。波长为1.55μm，采用色散位移光纤。这个试验系统将在新的横跨太平洋和大西洋的光缆系统里实用。

用光波分复用提高速率，用光放大增长传输距离的系统，为第五代光纤通信系统。

新系系统中，相干光纤通信系统，已达现场实验水平，将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率，实验结果已达32Gbit/s，20世纪末或21世纪初可能达到实用化。在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。

②光纤用户网-光纤到户，采用同步光纤网（SONET）或同步数字体系（SDH）和建立光纤用户网是实现宽带业务的两大步骤。

光纤用户网有不同结构，其中之一如图5所示，中心局与远区局的连接，即本地网，可以用环状网路以提高网路的灵活性和效率。远区局到用户的网可以单星形或双星形网路。

③掺铒光纤放大器具有增益高、带宽宽、噪音低、易与传输光纤连接、易于制造等优点，可作前置放大、线路放大和末级放大。可提高系统灵敏度，增长传输距离。把它用在用户网里，可扩大网的范围，也可增加用户数量，对光纤通信的发展将起重大作用。掺铒光纤放大器只工作在1.55μm，还需探索掺另一种稀土金属的光纤，得到在1.3μm工作的放大器。

另外，为提高系统的可靠性和经济性，需要光电集成和光集成，对此已有不少实验成果。