Оптическое мультиплексирование для высокоскоростных систем связи
Вступление
Оптическая передача использует световые импульсы для передачи информации из одного места в другое через оптическое волокно. Свет преобразуется в электромагнитную несущую, которая модулируется для передачи информации по мере распространения света от одного конца к другому. Развитие оптического волокна произвело революцию в телекоммуникационной отрасли. С самого начала оптическое волокно заменило другие средства передачи, такие как медный провод, и в основном используется для проводных сетей. Сегодня оптическое волокно используется для разработки новых высокоскоростных систем связи, которые передают информацию в виде световых импульсов, например мультиплексоры / демультиплексоры, использующие технологию оптического мультиплексирования.
Что такое мультиплексирование?
Мультиплексор (Mux) - это аппаратный компонент, который объединяет несколько аналоговых или цифровых входных сигналов в одну линию передачи. А на стороне приемника мультиплексор известен как DeMultiplexer (DeMux) - выполняющий обратную функцию мультиплексоров. Поэтому мультиплексирование - это процесс объединения двух или более входных сигналов в одну передачу. На конце приемника объединенные сигналы разделяются на отдельные отдельные сигналы. Мультиплексирование повышает эффективность использования полосы пропускания. Вот рисунок, который показывает принцип оптического мультиплексирования / демультиплексирования.
Оптические Mux и DeMux необходимы для мультиплексирования и демультиплексирования волн различной длины в одном оптоволоконном канале. Каждый конкретный ввод / вывод будет использоваться для одной длины волны. Одна система оптических фильтров может действовать как Mux и DeMux. Optical Mux и DeMux - это в основном пассивные системы оптических фильтров, которые предназначены для обработки определенных длин волн внутри и вне транспортной системы (обычно оптического волокна). Процесс фильтрации длин волн может быть выполнен с использованием призм , тонкопленочных фильтров (TFF) и дихроичных фильтров или интерференционных фильтров . Фильтрующие материалы используются для избирательного отражения одной длины волны света, но прозрачно пропускают все остальные. Каждый фильтр настроен на определенную длину волны.
Компоненты оптического мультиплексора
Как правило, оптический мультиплексор состоит из объединителя , ответвителей ответвления (добавление / удаление), фильтров (призмы, тонкая пленка или дихроичный), разветвителя и оптического волокна . Вот рисунок, который показывает структуру обычного оптического мультиплексора.
Методы оптического мультиплексирования
Существуют в основном три различных метода мультиплексирования световых сигналов в одном оптоволоконном канале: оптическое мультиплексирование с временным разделением (OTDM), мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) и мультиплексирование с кодовым разделением (CDM).
OTDM : разделение длин волн во времени.
WDM : каждому каналу назначается уникальная несущая частота; Разнос каналов около 50 ГГц; Включает в себя грубый WDM (CWDM) и плотный WDM (DWDM).
CWDM : характеризуется более широким разнесением каналов, чем DWDM.
DWDM : использует гораздо более узкое расстояние между каналами, поэтому поддерживается намного больше длин волн.
CDM : также используется в микроволновой передаче; Спектру каждой длины волны присваивается уникальный код расширения; Каналы перекрываются как во временной, так и в частотной областях, но код управляет каждой длиной волны.
Приложения
Основным дефицитным ресурсом в области телекоммуникаций является пропускная способность - пользователи хотят передавать с более высокой скоростью, а поставщики услуг хотят предлагать больше услуг, следовательно, нужна более быстрая и более надежная высокоскоростная система.
Сокращая стоимость аппаратного обеспечения, можно использовать одну систему мультиплексирования для объединения и передачи нескольких сигналов из местоположения A в местоположение B.
Каждая длина волны, λ, может нести несколько сигналов.
Mux / DeMux служат для оптической коммутации сигналов в телекоммуникационной и других областях обработки и передачи сигналов.
Будущее интернет следующего поколения.
преимущества
Высокая скорость передачи данных и пропускная способность: скорости передачи данных, возможные при оптической передаче, обычно в Гбит / с на каждой длине волны; Комбинация различных длин волн означает большую пропускную способность в одной системе связи.
Низкое затухание: Оптическая связь имеет низкое затухание по сравнению с другими транспортными системами.
Меньшая задержка распространения.
Больше предлагаемых услуг.
Увеличить возврат инвестиций (ROI)
Низкий уровень ошибок по битам (BER)
Упущения
Потеря и дисперсия на выходе волокна: сигнал ослабляется потерей волокна и искажается дисперсией волокна, а затем необходим регенератор для восстановления чистых целей.
Невозможность текущего оборудования для помещений клиента (CPE) принимать с той же скоростью передачи оптических передающих систем (достижения полностью оптических сетей).
Накладные расходы на преобразование из оптического в электрическое. Оптические сигналы преобразуются в электрический сигнал с использованием фотодетекторов, переключаются и преобразуются обратно в оптические. Оптические / электрические / оптические преобразования приводят к ненужным задержкам и потере мощности. Сквозная оптическая передача будет лучше.
Будущая работа
Исследования в области оптического оборудования для конечных пользователей: мобильные телефоны, ПК и другие портативные устройства, принимающие и передающие с оптической скоростью.
Быстрая регенерация ослабленного сигнала.
Меньшее искажение в результате дисперсии волокна.
Сквозные оптические компоненты: устранение необходимости в оптическом и электрическом преобразователе и наоборот.
Заключение
В то время как оптическая передача лучше сравнивается с другими средами передачи из-за ее низкого затухания и профиля передачи на большие расстояния, оптическое мультиплексирование полезно при обработке и передаче сигналов посредством передачи нескольких сигналов с использованием одной волоконно-оптической линии. Поскольку рост Интернета требует волоконно-оптической передачи для достижения большей пропускной способности, оптическое мультиплексирование также полезно в приложениях обработки изображений и сканирования.