Grundkonzept der Glasfaserkommunikation.
Eine optische Faser ist ein dielektrischer optischer Wellenleiter, eine Wellenleiterstruktur, die Licht blockiert und Licht in axialer Richtung ausbreitet.
Sehr feine Faser aus Quarzglas, Kunstharz etc.
Singlemode-Faser: Kern 8-10 um, Mantel 125 um
Multimode-Faser: Kern 51 um, Mantel 125 um
Das Kommunikationsverfahren zum Übertragen optischer Signale unter Verwendung optischer Fasern wird als optische Faserkommunikation bezeichnet.
Lichtwellen gehören zur Kategorie der elektromagnetischen Wellen.
Der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts beträgt 390–760 nm, der Anteil größer als 760 nm ist Infrarotlicht und der Anteil kleiner als 390 nm ist ultraviolettes Licht.
Lichtwellen-Arbeitsfenster (drei Kommunikationsfenster):
Der in der Glasfaserkommunikation verwendete Wellenlängenbereich liegt im nahen Infrarotbereich
Kurzwelliger Bereich (sichtbares Licht, das mit bloßem Auge ein orangefarbenes Licht ist) 850 nm orangefarbenes Licht
Langwelliger Bereich (unsichtbarer Lichtbereich) 1310 nm (theoretischer minimaler Dispersionspunkt), 1550 nm (der theoretische minimale Dämpfungspunkt)
Faserstruktur und Klassifizierung
1. Die Struktur der Faser
Der ideale Faseraufbau: Kern, Mantel, Mantel, Mantel.
Der Kern und die Ummantelung bestehen aus Quarzmaterial, und die mechanischen Eigenschaften sind relativ zerbrechlich und leicht zu brechen.Daher werden im Allgemeinen zwei Beschichtungsschichten, eine Harzart und eine Nylonschicht, hinzugefügt, damit die flexible Leistung der Faser die praktischen Anwendungsanforderungen des Projekts erfüllt.
2.Klassifizierung von Glasfasern
(1) Die Faser wird gemäß der Brechungsindexverteilung des Querschnitts der Faser unterteilt: Sie wird in eine Faser vom Stufentyp (gleichmäßige Faser) und eine abgestufte Faser (ungleichmäßige Faser) unterteilt.
Angenommen, der Kern hat einen Brechungsindex von n1 und der Brechungsindex des Mantels ist n2.
Damit der Kern Licht über große Entfernungen übertragen kann, ist die notwendige Bedingung für den Aufbau der optischen Faser n1 > n2
Die Brechungsindexverteilung einer gleichmäßigen Faser ist eine Konstante
Das Brechungsindexverteilungsgesetz einer ungleichmäßigen Faser:
Darunter △ – relative Brechungsindexdifferenz
Α – Brechungsindex, α = ∞ – Brechungsindexverteilungsfaser vom Stufentyp, α = 2 – quadratische Brechungsindexverteilungsfaser (eine abgestufte Faser).Diese Faser ist im Vergleich zu anderen gradierten Fasern. Modenstreuung minimal optimal.
(1) Entsprechend der Anzahl der im Kern übertragenen Modi: unterteilt in Multimode-Faser und Singlemode-Faser
Das Muster bezieht sich hier auf die Verteilung eines elektromagnetischen Lichtfeldes, das in einer optischen Faser übertragen wird.Unterschiedliche Feldverteilungen sind ein unterschiedlicher Modus.
Singlemode (nur eine Mode wird in der Faser übertragen), Multimode (mehrere Moden werden gleichzeitig in der Faser übertragen)
Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Übertragungsrate und der zunehmenden Anzahl von Übertragungen entwickelt sich das Metropolbereichsnetz derzeit in Richtung hoher Geschwindigkeit und großer Kapazität, so dass die meisten davon Singlemode-Stufenfasern sind.(Die Übertragungseigenschaften an sich sind besser als bei Multimode-Fasern)
(2) Eigenschaften der optischen Faser:
① Verlusteigenschaften von Glasfasern: Lichtwellen werden in der Glasfaser übertragen, und die optische Leistung nimmt mit zunehmender Übertragungsentfernung allmählich ab.
Die Ursachen für Faserverluste umfassen: Kopplungsverluste, Absorptionsverluste, Streuverluste und Biegestrahlungsverluste.
Der Kopplungsverlust ist der Verlust, der durch die Kopplung zwischen der Faser und dem Gerät verursacht wird.
Absorptionsverluste werden durch die Absorption von Lichtenergie durch Fasermaterialien und Verunreinigungen verursacht.
Der Streuverlust wird in Rayleigh-Streuung (Brechungsindexungleichmäßigkeit) und Wellenleiterstreuung (Materialunebenheit) unterteilt.
Der Biegestrahlungsverlust ist der Verlust, der durch das Biegen der Faser verursacht wird, was zu dem Strahlungsmodus führt, der durch das Biegen der Faser verursacht wird.
②Dispersionseigenschaften von Glasfasern: Unterschiedliche Frequenzkomponenten in dem von der Glasfaser übertragenen Signal haben unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten, und das physikalische Phänomen der Verzerrung, das durch die Signalimpulsverbreiterung beim Erreichen des Endgeräts verursacht wird, wird als Dispersion bezeichnet.
Die Dispersion wird in modale Dispersion, Materialdispersion und Wellenleiterdispersion unterteilt.
Grundkomponenten von Glasfaser-Kommunikationssystemen
Teil senden:
Das vom elektrischen Sender (elektrischer Anschluss) ausgegebene Pulsmodulationssignal wird an den optischen Sender gesendet (das vom programmgesteuerten Schalter gesendete Signal wird verarbeitet, die Wellenform wird geformt, das Inverse des Musters wird geändert … in ein geeignetes elektrisches Signal und an den optischen Sender gesendet)
Die Hauptaufgabe eines optischen Senders besteht darin, ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umzuwandeln, das in die Faser eingekoppelt wird.
Empfangsteil:
Umwandlung optischer Signale, die durch optische Fasern übertragen werden, in elektrische Signale
Die Verarbeitung des elektrischen Signals wird zum ursprünglichen pulsmodulierten Signal wiederhergestellt und an das elektrische Terminal gesendet (das vom optischen Empfänger gesendete elektrische Signal wird verarbeitet, die Wellenform wird geformt, das Inverse des Musters wird invertiert … das entsprechende elektrische Signal ist an den programmierbaren Schalter zurückgesendet)
Übertragungsteil:
Singlemode-Faser, optischer Repeater (elektrischer regenerativer Repeater (optisch-elektrisch-optische Umwandlungsverstärkung, Übertragungsverzögerung wird größer, Impulsentscheidungsschaltung wird verwendet, um die Wellenform und das Timing zu formen), Erbium-dotierter Faserverstärker (vervollständigt die Verstärkung auf optischer Ebene, ohne Wellenformung)
(1) Optischer Sender: Dies ist ein optischer Transceiver, der eine elektrische/optische Umwandlung realisiert.Es besteht aus einer Lichtquelle, einem Treiber und einem Modulator.Die Funktion besteht darin, die Lichtwelle von der elektrischen Maschine auf die von der Lichtquelle emittierte Lichtwelle zu modulieren, um eine gedimmte Welle zu werden, und dann das modulierte optische Signal zur Übertragung an die optische Faser oder das optische Kabel zu koppeln.
(2) Optischer Empfänger: ist ein optischer Transceiver, der eine optisch/elektrische Umwandlung realisiert.Das Gebrauchsmuster besteht aus einer Lichterfassungsschaltung und einem optischen Verstärker, und die Funktion besteht darin, das durch die optische Faser oder das optische Kabel übertragene optische Signal durch den optischen Detektor in ein elektrisches Signal umzuwandeln und dann das schwache elektrische Signal zu verstärken ein ausreichender Pegel durch die Verstärkerschaltung, um das Signal zu senden.Das Empfangsende der elektrischen Maschine geht.
(3) Faser/Kabel: Faser oder Kabel bilden den Übertragungsweg des Lichts.Die Funktion besteht darin, das von der Sendeseite gesendete gedimmte Signal nach einer Langstreckenübertragung durch die optische Faser oder das optische Kabel an den optischen Detektor der Empfangsseite zu übertragen, um die Aufgabe der Informationsübertragung abzuschließen.
(4) Optischer Repeater: besteht aus einem Photodetektor, einer Lichtquelle und einer Entscheidungsregenerationsschaltung.Es gibt zwei Funktionen: Die eine besteht darin, die Dämpfung des in der optischen Faser übertragenen optischen Signals zu kompensieren;Die andere besteht darin, den Impuls der Wellenformverzerrung zu formen.
(5) Passive Komponenten wie Glasfaserstecker, Koppler (keine separate Stromversorgung erforderlich, aber das Gerät ist immer noch verlustbehaftet): Weil die Länge der Faser oder des Kabels durch den Faserziehprozess und die Kabelkonstruktionsbedingungen begrenzt ist Länge der Faser ist ebenfalls Limit (zB 2km).Daher kann es ein Problem geben, dass mehrere optische Fasern in einer optischen Faserleitung verbunden sind.Daher sind die Verbindung zwischen Lichtwellenleitern, die Verbindung und Kopplung von Lichtwellenleitern und optischen Transceivern sowie der Einsatz von passiven Komponenten wie optischen Steckern und Kopplern unverzichtbar.
Die Überlegenheit der Glasfaserkommunikation
Übertragungsbandbreite, große Kommunikationskapazität
Geringer Übertragungsverlust und großer Relaisabstand
Starke anti-elektromagnetische Interferenz
(Über Wireless hinaus: Wireless-Signale haben viele Effekte, Multipath-Vorteile, Schatteneffekte, Rayleigh-Fading, Doppler-Effekte
Verglichen mit Koaxialkabel: Optisches Signal ist größer als Koaxialkabel und hat eine gute Vertraulichkeit)
Die Frequenz der Lichtwelle ist sehr hoch, im Vergleich zu anderen elektromagnetischen Wellen ist die Interferenz gering.
Nachteile von optischen Kabeln: schlechte mechanische Eigenschaften, leicht zu brechen (verbessert die mechanische Leistung, wirkt sich auf die Störfestigkeit aus), es dauert lange zu bauen und wird von geografischen Bedingungen beeinflusst.