Optické multiplexování pro vysokorychlostní komunikační systémy
Úvod
Optický přenos používá impulsy světla pro přenos informací z jednoho místa na druhé prostřednictvím optického vlákna. Světlo je převedeno na elektromagnetickou nosnou vlnu, která je modulována tak, aby přenášela informace, jak se světlo šíří z jednoho konce do druhého. Vývoj optických vláken způsobil revoluci v odvětví telekomunikací. Optické vlákno nahradilo od počátku jiné přenosové médium, jako je měděný drát, a používá se hlavně k propojení jádrových sítí. Dnes se optické vlákno používá k vývoji nových vysokorychlostních komunikačních systémů, které přenášejí informace jako světelné impulsy, jako příklady jsou multiplexery / demultiplexory využívající optickou multiplexní technologii.
Co je multiplexování?
Multiplexer (Mux) je hardwarová součást, která kombinuje více analogových nebo digitálních vstupních signálů do jediného vedení přenosu. A na konci přijímače je multiplexor známý jako DeMultiplexer (DeMux), který má reverzní funkci multiplexerů. Multiplexování je tedy proces kombinace dvou nebo více vstupních signálů do jediného přenosu. Na konci přijímače jsou kombinované signály rozděleny do odlišného samostatného signálu. Multiplexování zvyšuje efektivní využití šířky pásma. Zde je obrázek, který ukazuje princip optického multiplexování / demultiplexování.
Optické Mux a DeMux jsou nutné k multiplexování a demultiplexování různých vlnových délek na jedno vlákno spojení. Každý konkrétní I / O bude použit pro jednu vlnovou délku. Jeden optický filtrační systém může fungovat jako Mux i DeMux. Optické jednotky Mux a DeMux jsou v podstatě pasivní optické filtrační systémy, které jsou uspořádány tak, aby zpracovávaly specifické vlnové délky do a z transportního systému (obvykle optického vlákna). Proces filtrování vlnových délek lze provést pomocí hranolů , tenkovrstvého filtru (TFF) a filtrů Dichroic nebo interferenčních filtrů . Filtrační materiály se používají k tomu, aby selektivně odrážely jedinou vlnovou délku světla, ale všechny ostatní transparentně procházejí. Každý filtr je naladěn pro určitou vlnovou délku.
Komponenty optického multiplexeru
Obecně se jedná o optický multiplexer, který se skládá z kombinátů , kohoutek (přidání / klesání), filtrů (hranolů, tenkých vrstev nebo dvoukřídlých), rozbočovačů a optických vláken . Zde je obrázek ukazující strukturu společného optického multiplexeru.
Optické multiplexní techniky
Existují hlavně tři různé techniky multiplexování světelných signálů na jediné optické vlákno: multiplexování optické časové divize (OTDM), multiplexování dělení vlnových délek (WDM) a kódové dělení multiplex (CDM).
OTDM : Oddělení vlnových délek v čase.
WDM : Každému kanálu je přiřazena jedinečná nosná frekvence; Rozteč kanálů okolo 50GHz; Zahrnuje hrubou WDM (CWDM) a hustou WDM (DWDM).
CWDM : Charakterizováno širším roztečem kanálů než DWDM.
DWDM : Využívá mnohem užšího odstupu kanálů, proto je podporováno mnoho dalších vlnových délek.
CDM : Používá se také v mikrovlnném přenosu; Spektrum každé vlnové délky má jedinečný rozprostírací kód; Kanály se překrývají jak v časové, tak v kmitočtové doméně, ale vodítko kóduje každou vlnovou délku.
Aplikace
Hlavním omezeným zdrojem v oblasti telekomunikací je šířka pásma - uživatelé chtějí vysílat na vyšší úroveň a poskytovatelé služeb chtějí nabízet více služeb, a proto potřebují rychlejší a spolehlivější vysokorychlostní systém.
Snižování nákladů na hardware, jeden multiplexní systém lze použít k kombinování a přenosu více signálů z místa A do umístění B.
Každá vlnová délka, λ, může nést více signálů.
Mux / DeMux slouží k optickému přepínání signálů v telekomunikačním a jiném oboru zpracování a přenosu signálu.
Budoucí internet nové generace.
Výhody
Vysoká přenosová rychlost a přenosová rychlost: Rychlost přenosu dat v optickém přenosu je obvykle v Gbps na každé vlnové délce; Kombinace různých vlnových délek znamená větší propustnost v jednom komunikačním systému.
Nízká útlum: Optická komunikace má nízké tlumení oproti jinému dopravnímu systému.
Méně zpoždění šíření.
Více nabízených služeb.
Zvýšit návratnost investic (ROI)
Míra nízké bitové chyby (BER)
Nedostatky
Výpadek a disperze výstupu vlákna: Signál je ztlumen ztrátou vlákna a zkreslený rozptylem vlákna, pak regenerátor je potřebný k obnovení čistých účelů.
Neschopnost současného vybavení zákazníků (CPE) přijímat stejnou přenosovou rychlostí optických vysílacích systémů (dosažení všech optických sítí).
Přepínání optických a elektrických převodů: Optické signály se převádějí na elektrický signál pomocí fotodetektorů, přepínají a převádějí zpět na optické. Optické / elektrické / optické konverze zavádějí zbytečné časové zpoždění a ztráty výkonu. Optický přenos od koncového bodu bude lepší.
Budoucí práce
Výzkum optického zařízení pro konečné uživatele: mobilní telefony, počítače a další přenosné zařízení přijímané a vysílané optickou rychlostí.
Rychlá regenerace oslabeného signálu.
Menší zkreslení způsobené rozptylem vláken.
End-to-end optické součásti: Odstraňuje potřebu převodníku z optického do elektrického zařízení a opačného směru.
Závěr
Zatímco optický přenos je lepší v porovnání s jinými přenosovými médii kvůli jeho nízkému útlumu a profilu přenosu na dlouhé vzdálenosti, optické multiplexování je užitečné při zpracování a přenosu signálu přenosem více signálů pomocí jediného propojovacího kabelu. Vzhledem k tomu, že růst internetu vyžaduje přenos z optických vláken, aby bylo dosaženo vyšší propustnosti, je také optické multiplexování užitečné při zpracování obrazu a při skenování.
