Multipleksowanie optyczne dla szybkich systemów komunikacyjnych
Wprowadzenie
Transmisja optyczna wykorzystuje impulsy światła do przesyłania informacji z jednego miejsca do drugiego za pomocą światłowodu. Światło jest przekształcane w elektromagnetyczną falę nośną, która jest modulowana w celu przenoszenia informacji, gdy światło rozchodzi się z jednego końca na drugi. Rozwój światłowodów zrewolucjonizował branżę telekomunikacyjną. Od początku światłowód zastąpił inne media transmisyjne, takie jak drut miedziany, i jest głównie używany do okablowania sieci rdzeniowych. Obecnie światłowód został wykorzystany do opracowania nowych szybkich systemów komunikacyjnych, które przesyłają informacje jako impulsy świetlne. Przykładami są multipleksery / demultipleksery wykorzystujące technologię multipleksowania optycznego.
Co to jest multipleksowanie?
Multiplekser (Mux) to komponent sprzętowy łączący wiele analogowych lub cyfrowych sygnałów wejściowych w jedną linię transmisji. A na końcu odbiornika multiplekser jest znany jako DeMultiplexer (DeMux) - wykonujący funkcję odwrotną multiplekserów. Multipleksowanie jest zatem procesem łączenia dwóch lub więcej sygnałów wejściowych w jedną transmisję. Na końcu odbiornika połączone sygnały są rozdzielane na odrębny oddzielny sygnał. Multipleksowanie zwiększa efektywność wykorzystania przepustowości. Oto rysunek, który pokazuje zasadę optycznego multipleksowania / demultipleksowania.
Optyczne Mux i DeMux są wymagane do multipleksowania i demultipleksowania różnych długości fal na pojedynczym łączu światłowodowym. Każde określone we / wy będzie używane dla pojedynczej długości fali. Jeden system filtrów optycznych może działać zarówno jako Mux, jak i DeMux. Optical Mux i DeMux są w zasadzie pasywnymi systemami filtrów optycznych, które są przystosowane do przetwarzania określonych długości fal do i z systemu transportowego (zwykle światłowodu). Proces filtrowania długości fal może być przeprowadzony przy użyciu pryzmatów , filtra cienkowarstwowego (TFF) i filtrów dichroicznych lub filtrów interferencyjnych . Materiały filtrujące są używane do selektywnego odbijania pojedynczej długości fali światła, ale przechodzą wszystkie inne w sposób przezroczysty. Każdy filtr jest dostrojony do określonej długości fali.
Składniki multipleksera optycznego
Ogólnie rzecz biorąc, multiplekser optyczny składa się z sumatora , łączników zaczepów (Add / Drop), filtrów (pryzmatów, cienkich warstw lub dichroicznych), splittera i światłowodu . Oto rysunek przedstawiający strukturę wspólnego multipleksera optycznego.
Techniki multipleksowania optycznego
Istnieją trzy różne techniki multipleksowania sygnałów świetlnych na pojedyncze łącze światłowodowe: Optyczne multipleksowanie z podziałem czasu (OTDM), multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM) i multipleksowanie z podziałem kodowym (CDM).
OTDM : Oddzielanie długości fal w czasie.
WDM : Każdy kanał ma przypisaną unikalną częstotliwość nośną; Odstęp międzykanałowy około 50 GHz; Obejmuje Coarse WDM (CWDM) i Dense WDM (DWDM).
CWDM : charakteryzuje się szerszym odstępem między kanałami niż DWDM.
DWDM : Używa znacznie węższych odstępów między kanałami, dlatego obsługiwanych jest o wiele więcej długości fal.
CDM : stosowany również w transmisji mikrofalowej; Widmo każdej długości fali ma przypisany unikalny kod rozpraszania; Kanały pokrywają się zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości, ale kod kieruje każdą długość fali.
Aplikacje
Głównym ograniczonym zasobem w telekomunikacji jest przepustowość - użytkownicy chcą przesyłać dane z większą szybkością, a dostawcy usług chcą oferować więcej usług, stąd potrzeba szybszego i bardziej niezawodnego systemu o dużej prędkości.
Zmniejszenie kosztów sprzętu, jeden system multipleksowania może być wykorzystany do łączenia i przesyłania wielu sygnałów z lokalizacji A do lokalizacji B.
Każda długość fali, λ, może przenosić wiele sygnałów.
Mux / DeMux służy do optycznego przełączania sygnałów w telekomunikacji i innych dziedzinach przetwarzania i transmisji sygnałów.
Przyszły internet nowej generacji.
Zalety
Duża szybkość transmisji danych i przepustowość: szybkości transmisji danych w transmisji optycznej są zwykle w Gb / s na każdej długości fali; Połączenie różnych długości fal oznacza większą przepustowość w jednym systemie komunikacyjnym.
Niskie tłumienie: komunikacja optyczna ma niskie tłumienie w porównaniu z innymi systemami transportowymi.
Mniejsze opóźnienie propagacji.
Więcej oferowanych usług.
Zwiększ zwrot z inwestycji (ROI)
Niski bitowy współczynnik błędu (BER)
Wady
Utrata i rozproszenie światłowodu: Sygnał jest tłumiony przez utratę włókna i zniekształcony przez dyspersję włókien, a następnie regenerator jest potrzebny do odzyskania czystych celów.
Niezdolność do odbioru bieżącego sprzętu dla klientów (CPE) przy tej samej szybkości transmisji optycznych systemów nadawczych (osiąganie sieci całkowicie optycznych).
Obciążenie konwersji optyczno-elektrycznej: sygnały optyczne są konwertowane na sygnał elektryczny za pomocą fotodetektorów, przełączane i przekształcane z powrotem na optyczne. Konwersje optyczne / elektryczne / optyczne wprowadzają niepotrzebne opóźnienia czasowe i straty mocy. Transmisja optyczna typu end-to-end będzie lepsza.
Przyszła praca
Badania w zakresie optycznych urządzeń dla użytkowników końcowych: telefony komórkowe, komputery osobiste i inne urządzenia przenośne odbierające i nadające w tempie optycznym.
Szybka regeneracja osłabionego sygnału.
Mniej zniekształceń wynikających z dyspersji włókien.
Kompleksowe komponenty optyczne: eliminacja potrzeby konwertera optyczno-elektrycznego i odwrotnie.
Wniosek
Podczas gdy transmisja optyczna jest lepiej porównywana z innymi mediami transmisyjnymi ze względu na jej niskie tłumienie i profil transmisji na duże odległości, multipleksowanie optyczne jest użyteczne w przetwarzaniu i przesyłaniu sygnału poprzez transportowanie wielu sygnałów za pomocą jednego łącza światłowodowego. Ponieważ rozwój Internetu wymaga transmisji światłowodowej w celu osiągnięcia większej przepustowości, multipleksowanie optyczne jest również przydatne w aplikacji do przetwarzania i skanowania obrazów.