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Transmisión de señales por fibra óptica: principios. Más sobre tecnologías de transmisión óptica de datos. Multiplexación de señales en forma de onda.

La transmisión de señales por cable óptico se hace aún más accesible gracias a los nuevos dispositivos de conversión de señales de audio/vídeo del programa de suministro PROSOFT

La transmisión de datos a través de fibra óptica se utiliza cuando la señal de vídeo debe transmitirse a distancias especialmente largas. Al transmitir datos a través de líneas de comunicación óptica, el problema de las interferencias electromagnéticas externas y las diferencias de potencial se resuelve radicalmente, lo que mejora significativamente la calidad de la señal recibida.

Por tanto, la transmisión de señales de audio/vídeo a través de la óptica tiene casi las mismas ventajas. Estos incluyen distancias significativas a través de las cuales es posible la transmisión de datos (por ejemplo, para una señal DVI, hasta 5 km), el bajo costo de los dispositivos para transmitir señales AV a través de fibra óptica, etc. Las desventajas de este método incluyen el alto costo de un Cable óptico en comparación con par trenzado.

Al tender cables ópticos, es muy importante evitar que las fibras se doblen. La fibra óptica en sí es bastante frágil y, en caso de curvaturas fuertes, las fibras pueden romperse o enturbiarse debido a la aparición de microfisuras. Todo esto puede reducir significativamente el rendimiento de la red o incluso provocar que se detenga la transmisión de datos por falta de señal.

Tecnología de transmisión de fibra óptica.

La transmisión de señales de audio/video a través de líneas de comunicación de fibra óptica se organiza de manera bastante simple: la señal transmitida desde la fuente se alimenta a un convertidor de señal eléctrica a óptica, después de lo cual se transmite a través de un cable de fibra óptica. En el lado del receptor se instala un convertidor inverso de una señal óptica a una eléctrica, que se alimenta al dispositivo de visualización para obtener la más alta calidad de señal.
La transmisión de datos a través de fibra óptica se realiza mediante dispositivos que funcionan con cable óptico monomodo o multimodo (según la modificación) y tienen pérdidas a distancia extremadamente bajas.

Transmisión de señal mediante dispositivos especiales.

PROSOFT ofrece a sus socios las soluciones necesarias para la transmisión de señales de audio/vídeo a través de cable de fibra óptica. Los desarrollos avanzados de la compañía permiten a los instaladores e integradores crear líneas de transmisión de señales digitales de varias longitudes utilizando dispositivos especiales de conversión de señales de audio/vídeo.

Los dispositivos ópticos de transmisión de datos admiten tecnologías EDID y HDCP. Por tanto, no hay problemas a la hora de conectar estos dispositivos a fuentes de señal y dispositivos de visualización de información.

Cada uno de estos dispositivos viene con un adaptador de corriente externo y, por regla general, tiene dimensiones pequeñas, lo que permite su uso en lugares con acceso limitado.
Temperatura de funcionamiento: de 0 a +50C.

La gama de aplicaciones también es bastante amplia: desde pequeños sistemas corporativos (como salas de conferencias y salas de reuniones), hasta redes gigantes de Digital Signage, pasando por amplios sistemas de seguridad y videovigilancia. Sin embargo, cabe señalar que el ámbito de aplicación de las redes de fibra óptica es mucho más amplio.

La transmisión óptica de señales AV es, con diferencia, la solución más sencilla para transmitir señales a distancias largas y ultralargas.

La óptica abre grandes oportunidades cuando se requieren comunicaciones de alta velocidad con alto rendimiento. Esta es una tecnología bien probada, comprensible y conveniente. En el campo Audiovisual, abre nuevas perspectivas y aporta soluciones que no están disponibles por otros métodos. La óptica ha penetrado en todas las áreas clave: sistemas de vigilancia, salas de control y centros de situación, instalaciones militares y médicas y áreas con condiciones operativas extremas. Las líneas de fibra óptica brindan un alto grado de protección de la información confidencial y permiten la transmisión de datos sin comprimir, como gráficos y videos de alta resolución con precisión de píxeles. Nuevos estándares y tecnologías para líneas de comunicación de fibra óptica. ¿Es la fibra el futuro de los SCS (sistemas de cableado estructurado)? Estamos construyendo una red empresarial.

Cable de fibra óptica (también conocido como fibra óptica)- Se trata de un tipo de cable fundamentalmente diferente de los dos tipos de cable eléctrico o de cobre considerados. La información que contiene no se transmite mediante una señal eléctrica, sino mediante una luminosa. Su elemento principal es la fibra de vidrio transparente, a través de la cual la luz recorre grandes distancias (hasta decenas de kilómetros) con una atenuación insignificante.

La estructura del cable de fibra óptica es muy sencilla. y es similar a la estructura de un cable eléctrico coaxial (Fig. 1). Solo que en lugar de un alambre de cobre central, aquí se usa fibra de vidrio delgada (aproximadamente 1 a 10 micrones de diámetro), y en lugar de aislamiento interno, se usa una carcasa de vidrio o plástico, que no permite que la luz escape más allá de la fibra de vidrio. En este caso, estamos hablando del modo de la llamada reflexión interna total de la luz desde la frontera de dos sustancias con diferentes índices de refracción (la cubierta de vidrio tiene un índice de refracción mucho menor que la fibra central). Por lo general, el cable no tiene trenzado metálico, ya que no es necesario protegerlo de interferencias electromagnéticas externas. Sin embargo, a veces todavía se utiliza para la protección mecánica del medio ambiente (este cable a veces se denomina cable blindado; puede combinar varios cables de fibra óptica bajo una funda).

El cable de fibra óptica tiene un rendimiento excepcional sobre inmunidad al ruido y secreto de la información transmitida. En principio, ninguna interferencia electromagnética externa puede distorsionar la señal luminosa y la señal en sí no genera radiación electromagnética externa. Es casi imposible conectarse a este tipo de cable para escuchas no autorizadas de la red, ya que esto comprometería la integridad del cable. El ancho de banda teóricamente posible de un cable de este tipo alcanza los 1012 Hz, es decir, 1000 GHz, incomparablemente mayor que el de los cables eléctricos. El coste del cable de fibra óptica disminuye constantemente y ahora es aproximadamente igual al coste del cable coaxial fino.

Atenuación de señal típica en cables de fibra óptica. en las frecuencias utilizadas en las redes locales, oscila entre 5 y 20 dB/km, lo que corresponde aproximadamente al rendimiento de los cables eléctricos en bajas frecuencias. Pero en el caso de un cable de fibra óptica, a medida que aumenta la frecuencia de la señal transmitida, la atenuación aumenta muy ligeramente, y a altas frecuencias (especialmente por encima de 200 MHz), sus ventajas sobre un cable eléctrico simplemente no las tiene; competidores.

Las líneas de comunicación de fibra óptica (FOCL) permiten transmitir señales analógicas y digitales a largas distancias, en algunos casos de decenas de kilómetros. También se utilizan en distancias más pequeñas y "controlables", como en el interior de edificios. Aquí se encuentran ejemplos de soluciones para la construcción de SCS (sistemas de cableado estructurado) para la construcción de una red empresarial: Construcción de una red empresarial: diagrama de construcción de SCS - Óptica horizontal. , Construcción de una red empresarial: esquema de construcción SCS - Sistema de cable óptico centralizado. , Construcción de una red empresarial: esquema de construcción SCS - Sistema de cable óptico de zona.

Las ventajas de la óptica son bien conocidas: inmunidad al ruido y a las interferencias, cables de pequeño diámetro y gran ancho de banda, resistencia al pirateo e interceptación de información, ausencia de necesidad de repetidores y amplificadores, etc.
Alguna vez hubo problemas con la terminación de líneas ópticas, pero hoy en día se han resuelto en gran medida, por lo que trabajar con esta tecnología se ha vuelto mucho más fácil. Sin embargo, hay una serie de cuestiones que deben considerarse únicamente en el contexto de las áreas de aplicación. Al igual que con la transmisión por cobre o por radio, la calidad de la comunicación por fibra óptica depende de qué tan bien coincidan la señal de salida del transmisor y la etapa de entrada del receptor. La especificación incorrecta de la potencia de la señal da como resultado mayores tasas de error de bits de transmisión; demasiada potencia y el amplificador del receptor se “sobresatura”, muy poca y surge un problema de ruido, ya que comienza a interferir con la señal útil. Estos son los dos parámetros más críticos de una línea de fibra óptica: la potencia de salida del transmisor y las pérdidas de transmisión (atenuación) en el cable óptico que conecta el transmisor y el receptor.

Existen dos tipos diferentes de cable de fibra óptica:

* cable multimodo o multimodo, más económico, pero de menor calidad;
* cable monomodo, más caro, pero con mejores características que el primero.

El tipo de cable determinará la cantidad de modos de propagación, o “trayectos”, que recorre la luz dentro del cable.

Cable multimodo, más comúnmente utilizado en pequeños proyectos industriales, residenciales y comerciales, tiene el coeficiente de atenuación más alto y solo funciona en distancias cortas. El tipo de cable más antiguo, 62,5/125 (estos números caracterizan los diámetros interior/exterior de la fibra en micras), a menudo llamado "OM1", tiene un ancho de banda limitado y se utiliza para transmitir datos a velocidades de hasta 200 Mbps.
Recientemente se han introducido cables 50/125 “OM2” y “OM3”, que ofrecen velocidades de 1 Gbit/s en distancias de hasta 500 m y 10 Gbit/s en distancias de hasta 300 m.

Cable monomodo Se utiliza en conexiones de alta velocidad (por encima de 10 Gbit/s) o en largas distancias (hasta 30 km). Para transmisión de audio y vídeo lo más adecuado es utilizar cables “OM2”.
Rainer Steil, vicepresidente de marketing de Extron Europa, señala que las líneas de fibra óptica se han vuelto más asequibles y se utilizan cada vez más para la conexión en red dentro de edificios, lo que lleva a un aumento en el uso de sistemas AV basados en tecnologías ópticas. Steil afirma: “En términos de integración, las líneas de fibra óptica ya ofrecen hoy en día varias ventajas clave.
En comparación con una infraestructura de cableado de cobre similar, la óptica permite el uso simultáneo de señales de video analógicas y digitales, proporcionando una solución de sistema único para trabajar con formatos de video existentes y futuros.
Además, porque La óptica ofrece un rendimiento muy alto, el mismo cable funcionará con resoluciones más altas en el futuro. FOCL se adapta fácilmente a los nuevos estándares y formatos que surgen en el proceso de desarrollo de tecnologías AV”.

Otro experto reconocido en el campo es Jim Hayes, presidente de la Asociación de Fibra Óptica de América, que fue fundada en 1995 y promueve el profesionalismo en el campo de la fibra óptica y cuenta con más de 27.000 instaladores e implementadores de sistemas ópticos calificados en sus filas. Sobre la creciente popularidad de las líneas de fibra óptica, comenta lo siguiente: “La ventaja es la velocidad de instalación y el bajo coste de los componentes. El uso de la óptica en las telecomunicaciones está creciendo, especialmente en los sistemas de Fibra Hasta el Hogar* (FTTH). inalámbrico habilitado, y también en el ámbito de la seguridad (cámaras de vigilancia).
El segmento FTTH parece estar creciendo más rápido que otros mercados en todos los países desarrollados. Aquí en EE.UU., las redes para el control del tráfico, los servicios municipales (administración, bomberos, policía) y las instituciones educativas (escuelas, bibliotecas) se construyen sobre fibra óptica.
El número de usuarios de Internet está creciendo y estamos construyendo rápidamente nuevos centros de procesamiento de datos (CPD), para cuya interconexión se utiliza fibra óptica. De hecho, al transmitir señales a una velocidad de 10 Gbit/s, los costes son similares a los de las líneas de “cobre”, pero la óptica consume mucha menos energía. Durante muchos años, los defensores de la fibra y el cobre han estado luchando entre sí por la prioridad en las redes corporativas. ¡Pérdida de tiempo!
Hoy en día, la conectividad WiFi se ha vuelto tan buena que los usuarios de netbooks, portátiles y iPhones han dado preferencia a la movilidad. Y ahora, en las redes locales corporativas, la óptica se utiliza para conmutar con puntos de acceso inalámbricos”.
De hecho, el número de aplicaciones de la óptica está aumentando, principalmente debido a las ventajas antes mencionadas sobre el cobre.
La óptica ha penetrado en todas las áreas clave: sistemas de vigilancia, salas de control y centros de situación, instalaciones militares y médicas y áreas con condiciones operativas extremas. Los costos reducidos de los equipos han hecho posible utilizar la tecnología óptica en áreas tradicionalmente basadas en cobre: salas de conferencias y estadios, centros comerciales y de transporte.
Rainer Steil de Extron comenta: “Los equipos de fibra óptica se utilizan ampliamente en entornos sanitarios, por ejemplo para conmutar señales de vídeo locales en quirófanos. Las señales ópticas no tienen nada que ver con la electricidad, lo cual es ideal para la seguridad del paciente. Los FOCL también son perfectos para las facultades de medicina, donde es necesario distribuir señales de vídeo desde varios quirófanos a varias aulas para que los estudiantes puedan ver el progreso de la operación "en vivo".
Los militares también prefieren las tecnologías de fibra óptica, ya que los datos transmitidos son difíciles o incluso imposibles de “leer” desde el exterior.
Las líneas de fibra óptica brindan un alto grado de protección de la información confidencial y permiten la transmisión de datos sin comprimir, como gráficos y videos de alta resolución con precisión de píxeles.
La capacidad de transmitir a largas distancias hace que la óptica sea ideal para sistemas de señalización digital en grandes centros comerciales, donde la longitud de las líneas de cable puede alcanzar varios kilómetros. Si para un cable de par trenzado la distancia está limitada a 450 metros, para la óptica 30 km no es el límite”.
En lo que respecta al uso de fibra óptica en la industria audiovisual, dos factores principales están impulsando el progreso. En primer lugar, se trata del desarrollo intensivo de sistemas de transmisión de audio y vídeo basados en IP, que se basan en redes de gran ancho de banda; las líneas de fibra óptica son ideales para ellos.
En segundo lugar, existe un requisito generalizado de transmitir vídeo HD e imágenes de computadora HR a distancias superiores a 15 metros, y este es el límite para la transmisión HDMI a través de cobre.
Hay casos en los que la señal de vídeo simplemente no se puede "distribuir" a través de un cable de cobre y es necesario utilizar fibra óptica; estas situaciones estimulan el desarrollo de nuevos productos. Byung Ho Park, vicepresidente de marketing de Opticis, explica: “El ancho de banda de datos UXGA de 60 Hz y el color de 24 bits requieren una velocidad total de 5 Gbps, o 1,65 Gbps por canal de color. HDTV tiene un ancho de banda ligeramente menor. Los fabricantes están impulsando el mercado, pero el mercado también está empujando a los jugadores a utilizar imágenes de mayor calidad. Hay determinadas aplicaciones que requieren pantallas capaces de mostrar entre 3 y 5 millones de píxeles o una profundidad de color de 30 a 36 bits. A su vez, esto requerirá una velocidad de transmisión de aproximadamente 10 Gbit/s”.
Hoy en día, muchos fabricantes de equipos de conmutación ofrecen versiones de extensores de video (extensores) para trabajar con líneas ópticas. ATEN Internacional, TRENDnet, Rextron, Gefen y otros producen varios modelos para una variedad de formatos de video y computadora.
En este caso, los datos de servicio (HDCP** y EDID***) se pueden transmitir mediante una línea óptica adicional y, en algunos casos, mediante un cable de cobre separado que conecta el transmisor y el receptor.
A medida que HD se ha convertido en el estándar para el mercado de radiodifusión,"Otros mercados (mercados de instalación, por ejemplo) también han comenzado a utilizar protección de copia para contenido en formatos DVI y HDMI", dice Jim Giachetta, vicepresidente senior de ingeniería de Multidyne. “Utilizando nuestro dispositivo HDMI-ONE, los usuarios pueden enviar una señal de video desde un reproductor de DVD o Blu-ray a un monitor o pantalla ubicado a una distancia de hasta 1000 metros. "Anteriormente, ningún dispositivo multimodo admitía la protección de copia HDCP".

Quienes trabajan con líneas de fibra óptica no deben olvidarse de problemas específicos de instalación: la terminación del cable. En este sentido, muchos fabricantes producen tanto los conectores como los kits de instalación, que incluyen herramientas especializadas y productos químicos.
Mientras tanto, cualquier elemento de una línea de fibra óptica, ya sea un cable de extensión, un conector o un empalme de cables, debe verificarse con un medidor óptico para determinar la atenuación de la señal; esto es necesario para evaluar el presupuesto total de energía (el presupuesto de energía, el principal). indicador calculado de una línea de fibra óptica). Naturalmente, los conectores de cables de fibra se pueden ensamblar manualmente, "de rodillas", pero una calidad y confiabilidad verdaderamente altas solo se garantizan cuando se utilizan cables "cortados" ya preparados, producidos en fábrica y que han sido sometidos a pruebas exhaustivas de varias etapas.
A pesar del enorme ancho de banda de las líneas de comunicación de fibra óptica, muchos todavía desean "comprimir" más información en un solo cable.
Aquí, el desarrollo va en dos direcciones: multiplexación espectral (WDM óptico), cuando se envían varios rayos de luz con diferentes longitudes de onda a una guía de luz, y la otra, serialización / deserialización de datos (SerDes en inglés), cuando el código paralelo se convierte en serial y viceversa.
Sin embargo, los equipos de multiplexación de espectro son costosos debido al diseño complejo y al uso de componentes ópticos en miniatura, pero no aumentan la velocidad de transmisión. Los dispositivos lógicos de alta velocidad utilizados en los equipos SerDes también aumentan el costo del proyecto.
Además, hoy en día se producen equipos que permiten multiplexar y demultiplexar datos de control del flujo luminoso total: USB o RS232/485. En este caso, los rayos de luz se pueden enviar a lo largo de un cable en direcciones opuestas, aunque el precio de los dispositivos que realizan estos "trucos" suele exceder el costo de una guía de luz adicional para devolver datos.

Según el área principal de aplicación, los cables de fibra óptica se dividen en dos tipos principales:

Cable interno:
Al instalar líneas de fibra óptica en espacios cerrados, se suele utilizar un cable de fibra óptica con un amortiguador denso (para proteger contra los roedores). Se utiliza para construir SCS como cable troncal o horizontal. Soporta transmisión de datos en distancias cortas y medias. Ideal para cableado horizontal.

Cable externo:
Cable de fibra óptica con amortiguador denso, blindado con cinta de acero, resistente a la humedad. Se utiliza para la colocación externa al crear un subsistema de carreteras externas y conectar edificios individuales. Se puede instalar en conductos de cables. Apto para instalación directa en el suelo.

Cable de fibra óptica autoportante externo:
El cable de fibra óptica es autoportante, con cable de acero. Se utiliza para instalación externa a largas distancias dentro de redes telefónicas. Admite transmisión de señal de TV por cable y transmisión de datos. Apto para instalación en canalizaciones de cables e instalaciones aéreas.

Ventajas de las líneas de comunicación de fibra óptica:

La transmisión de información a través de líneas de fibra óptica tiene una serie de ventajas sobre la transmisión a través de cables de cobre. La rápida implementación de Vols en las redes de información es consecuencia de las ventajas derivadas de las características de propagación de la señal en fibra óptica.
Amplio ancho de banda gracias a la altísima frecuencia portadora de 1014 Hz. Esto permite transmitir flujos de información de varios terabits por segundo a través de una fibra óptica. El gran ancho de banda es una de las ventajas más importantes de la fibra óptica sobre el cobre o cualquier otro medio de transmisión de información.
Baja atenuación de la señal luminosa en la fibra. La fibra óptica industrial producida actualmente por fabricantes nacionales y extranjeros tiene una atenuación de 0,2-0,3 dB a una longitud de onda de 1,55 micrones por kilómetro. La baja atenuación y la baja dispersión permiten construir tramos de líneas sin retransmisión con una longitud de hasta 100 km o más.
El bajo nivel de ruido en el cable de fibra óptica permite aumentar el ancho de banda transmitiendo diversas modulaciones de señales con baja redundancia de código.
Alta inmunidad al ruido. Debido a que la fibra está hecha de un material dieléctrico, es inmune a la interferencia electromagnética de los sistemas de cableado de cobre y equipos eléctricos circundantes que pueden inducir radiación electromagnética (líneas eléctricas, motores eléctricos, etc.). Los cables multifibra también evitan el problema de diafonía electromagnética inherente a los cables de cobre multipares.
Bajo peso y volumen. Los cables de fibra óptica (FOC) tienen menos peso y volumen en comparación con los cables de cobre para el mismo ancho de banda. Por ejemplo, un cable telefónico de 900 pares con un diámetro de 7,5 cm se puede reemplazar por una sola fibra con un diámetro de 0,1 cm si la fibra se "viste" con muchas fundas protectoras y se cubre con una armadura de cinta de acero, el diámetro de. Dicho cable de fibra óptica tendrá una longitud de 1,5 cm, que es varias veces más pequeño que el cable telefónico en cuestión.
Alta seguridad contra accesos no autorizados. Dado que el FOC prácticamente no emite en el rango de radio, es difícil escuchar la información transmitida sin interrumpir la recepción y transmisión. Los sistemas de monitoreo (monitoreo continuo) de la integridad de una línea de comunicación óptica, utilizando las propiedades de alta sensibilidad de la fibra, pueden apagar instantáneamente el canal de comunicación "pirateado" y hacer sonar una alarma. Los sistemas de sensores que utilizan los efectos de interferencia de las señales luminosas propagadas (tanto a través de diferentes fibras como de diferentes polarizaciones) tienen una sensibilidad muy alta a las vibraciones y pequeñas caídas de presión. Estos sistemas son especialmente necesarios a la hora de crear líneas de comunicación en el gobierno, la banca y algunos otros servicios especiales que tienen mayores requisitos de protección de datos.
Aislamiento galvánico de elementos de red. Esta ventaja de la fibra óptica radica en su propiedad aislante. La fibra ayuda a evitar bucles de tierra eléctricos que pueden ocurrir cuando dos dispositivos de red no aislados conectados por cable de cobre tienen conexiones a tierra en diferentes puntos del edificio, como en diferentes pisos. Esto puede dar lugar a una gran diferencia de potencial, que puede dañar el equipo de red. Para la fibra, este problema simplemente no existe.
Seguridad contra explosiones y incendios. Debido a la ausencia de chispas, la fibra óptica aumenta la seguridad de la red en las refinerías químicas y petroleras, cuando se dan servicio a procesos tecnológicos de alto riesgo.
Rentabilidad de las líneas de comunicación de fibra óptica. La fibra está hecha de cuarzo, que se basa en dióxido de silicio, un material muy extendido y, por tanto, económico, a diferencia del cobre. Actualmente, el coste de la fibra respecto al par de cobre es de 2:5. Al mismo tiempo, FOC le permite transmitir señales a distancias mucho más largas sin retransmisión. El número de repetidores en líneas largas se reduce cuando se utiliza FOC. Cuando se utilizan sistemas de transmisión de solitones, se han logrado alcances de 4.000 km sin regeneración (es decir, utilizando únicamente amplificadores ópticos en nodos intermedios) a velocidades de transmisión superiores a 10 Gbit/s.
Larga vida útil. Con el tiempo, la fibra experimenta degradación. Esto significa que la atenuación en el cable instalado aumenta gradualmente. Sin embargo, gracias al perfeccionamiento de las tecnologías modernas para la producción de fibras ópticas, este proceso se ralentiza significativamente y la vida útil del FOC es de aproximadamente 25 años. Durante este tiempo, pueden cambiar varias generaciones/estándares de sistemas transceptores.
Alimentación remota. En algunos casos, se requiere suministro de energía remota a un nodo de la red de información. La fibra óptica no es capaz de realizar las funciones de un cable de alimentación. Sin embargo, en estos casos se puede utilizar un cable mixto cuando, junto con las fibras ópticas, el cable está equipado con un elemento conductor de cobre. Este cable se utiliza mucho tanto en Rusia como en el extranjero.

Sin embargo, el cable de fibra óptica también presenta algunas desventajas:

El más importante de ellos es la alta complejidad de la instalación (se requiere una precisión de micras al instalar conectores; la atenuación en el conector depende en gran medida de la precisión de la fibra de vidrio cortada y del grado de pulido). Para instalar los conectores se utiliza soldadura o pegado mediante un gel especial que tiene el mismo índice de refracción de la luz que la fibra de vidrio. En cualquier caso, esto requiere personal altamente cualificado y herramientas especiales. Por lo tanto, la mayoría de las veces, el cable de fibra óptica se vende en forma de piezas precortadas de diferentes longitudes, en ambos extremos de los cuales ya están instalados el tipo requerido de conectores. Debe recordarse que una mala instalación del conector reduce drásticamente la longitud permitida del cable, determinada por la atenuación.
También debemos recordar que el uso de cable de fibra óptica requiere receptores y transmisores ópticos especiales que conviertan las señales luminosas en señales eléctricas y viceversa, lo que en ocasiones incrementa significativamente el coste de la red en su conjunto.
Los cables de fibra óptica permiten la ramificación de señales (para esto se producen divisores pasivos (acopladores) especiales para 2-8 canales), pero, por regla general, se utilizan para transmitir datos en una sola dirección entre un transmisor y un receptor. Después de todo, cualquier ramificación inevitablemente debilita en gran medida la señal luminosa y, si hay muchas ramificaciones, es posible que la luz simplemente no llegue al final de la red. Además, el divisor también tiene pérdidas internas, por lo que la potencia total de la señal en la salida es menor que la potencia de entrada.
El cable de fibra óptica es menos duradero y flexible que el cable eléctrico. El radio de curvatura típico permitido es de unos 10 a 20 cm; con radios de curvatura más pequeños, la fibra central puede romperse. No tolera estiramientos mecánicos ni de cables, así como influencias aplastantes.
El cable de fibra óptica también es sensible a las radiaciones ionizantes, lo que reduce la transparencia de la fibra de vidrio, es decir, aumenta la atenuación de la señal. Los cambios bruscos de temperatura también le afectan negativamente y la fibra de vidrio puede agrietarse.
El cable de fibra óptica se utiliza únicamente en redes con topología de estrella y anillo. En este caso no existen problemas de coordinación ni de puesta a tierra. El cable proporciona un aislamiento galvánico ideal de los ordenadores de la red. En el futuro, es probable que este tipo de cables sustituya a los cables eléctricos, o al menos los desplace en gran medida.

Perspectivas de desarrollo de líneas de fibra óptica:

Con las crecientes demandas de nuevas aplicaciones de red, el uso de tecnologías de fibra óptica en sistemas de cableado estructurado es cada vez más importante. ¿Cuáles son las ventajas y características del uso de tecnologías ópticas en el subsistema de cable horizontal, así como en los lugares de trabajo de los usuarios?
Después de analizar los cambios en las tecnologías de redes durante los últimos cinco años, es fácil ver que los estándares SCS de cobre se han quedado atrás en la carrera por las “armas de redes”. Al no tener tiempo para instalar SCS de la tercera categoría, las empresas tuvieron que pasar a la quinta, ahora a la sexta, y el uso de la séptima categoría está a la vuelta de la esquina.
Evidentemente, el desarrollo de las tecnologías de red no se detendrá ahí: el gigabit por lugar de trabajo pronto se convertirá en un estándar de facto, y posteriormente de jure, y para las LAN (redes de área local) de una empresa grande o incluso mediana, 10 Gbit/s Etnernet no será infrecuente.
Por lo tanto, es muy importante utilizar un sistema de cableado que pueda soportar fácilmente las crecientes velocidades de las aplicaciones de red durante al menos 10 años; esta es la vida útil mínima de SCS definida por los estándares internacionales.
Además, al cambiar los estándares para los protocolos LAN, es necesario evitar volver a tender cables nuevos, lo que anteriormente causaba costos significativos para el funcionamiento del SCS y simplemente no es aceptable en el futuro.
Sólo un medio de transmisión en SCS cumple estos requisitos: la óptica. Los cables ópticos se han utilizado en redes de telecomunicaciones durante más de 25 años y recientemente también han encontrado un uso generalizado en televisión por cable y redes LAN.
En las LAN, se utilizan principalmente para construir canales de cable troncales entre edificios y en los propios edificios. , al tiempo que se garantizan altas velocidades de transferencia de datos entre segmentos de estas redes. Sin embargo, el desarrollo de las tecnologías de red modernas está actualizando el uso de la fibra óptica como medio principal para conectar a los usuarios directamente.

Nuevos estándares y tecnologías para líneas de comunicación de fibra óptica:

En los últimos años han aparecido en el mercado diversas tecnologías y productos que hacen mucho más fácil y económico utilizar la fibra óptica en un sistema de cableado horizontal y conectarla a los puestos de trabajo de los usuarios.

Entre estas nuevas soluciones, en primer lugar, me gustaría destacar los conectores ópticos con un factor de forma pequeño: SFFC (conectores de factor de forma pequeño), diodos láser planos con una cavidad vertical: VCSEL (láseres emisores de superficie de cavidad vertical) y Fibras ópticas multimodo de nueva generación.

Cabe señalar que el tipo de fibra óptica multimodo OM-3 recientemente aprobado tiene un ancho de banda de más de 2000 MHz/km con una longitud de onda láser de 850 nm. Este tipo de fibra proporciona transmisión en serie de flujos de datos del protocolo 10 Gigabit Ethernet a una distancia de 300 m. El uso de nuevos tipos de fibra óptica multimodo y láseres VCSEL de 850 nanómetros garantiza el menor costo de implementación de soluciones 10 Gigabit Ethernet.

El desarrollo de nuevos estándares para conectores de fibra óptica ha convertido a los sistemas de fibra óptica en un serio competidor de las soluciones de cobre. Tradicionalmente, los sistemas de fibra óptica requerían el doble de conectores y cables de conexión que los sistemas de cobre; las ubicaciones de telecomunicaciones requerían un espacio mucho mayor para acomodar equipos ópticos, tanto pasivos como activos.

Los conectores ópticos de factor de forma pequeño, introducidos recientemente por varios fabricantes, proporcionan el doble de densidad de puertos que las soluciones anteriores porque cada conector de factor de forma pequeño contiene dos fibras ópticas en lugar de solo una.

Al mismo tiempo, se reducen los tamaños de los elementos ópticos pasivos (conexiones cruzadas, etc.) y de los equipos de red activos, lo que permite reducir cuatro veces los costos de instalación (en comparación con las soluciones ópticas tradicionales).

Cabe señalar que los organismos de normalización estadounidenses EIA y TIA decidieron en 1998 no regular el uso de ningún tipo específico de conector óptico de factor de forma pequeño, lo que llevó a la aparición en el mercado de seis tipos de soluciones competidoras en esta área: MT -RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 y SCDC. También hay novedades hoy.

El conector miniatura más popular es el conector tipo MT-RJ, que tiene una única punta de polímero con dos fibras ópticas en su interior. Su diseño fue diseñado por un consorcio de empresas liderado por AMP Netconnect basado en el conector multifibra MT desarrollado en Japón. AMP Netconnect ha proporcionado hoy más de 30 licencias para la producción de este tipo de conector MT-RJ.

El conector MT-RJ debe gran parte de su éxito a su diseño externo, que es similar al del conector modular de cobre RJ-45 de 8 pines. El rendimiento del conector MT-RJ ha mejorado notablemente en los últimos años: AMP Netconnect ofrece conectores MT-RJ con claves que evitan conexiones erróneas o no autorizadas al sistema de cable. Además, varias empresas están desarrollando versiones monomodo del conector MT-RJ.

Los conectores LC de la empresa tienen una demanda bastante alta en el mercado de soluciones de cables ópticos. avaya(http://www.avaya.com). El diseño de este conector se basa en el uso de una punta cerámica con un diámetro reducido a 1,25 mm y una carcasa de plástico con un pestillo externo tipo palanca para su fijación en el casquillo del conector.

El conector está disponible en versiones simplex y dúplex. La principal ventaja del conector LC es su baja pérdida media y su desviación estándar, que es de sólo 0,1 dB. Este valor garantiza un funcionamiento estable del sistema de cable en su conjunto. La instalación de la horquilla LC sigue un procedimiento estándar de pulido y unión de epoxi. Hoy en día, los conectores han encontrado su uso entre los fabricantes de transceptores de 10 Gbit/s.

Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) produce conectores LC y MT-RJ. En su opinión, la industria SCS ha optado por los conectores MT-RJ y LC. La compañía lanzó recientemente el primer conector MT-RJ monomodo y las versiones UniCam de los conectores MT-RJ y LC, que presentan un tiempo de instalación corto. Al mismo tiempo, para instalar conectores tipo UniCam, no es necesario utilizar pegamento epoxi ni polietileno.

Los cables de fibra óptica se utilizan para la transmisión de datos de alta velocidad en una variedad de industrias, especialmente las de telecomunicaciones. Pero ¿qué es exactamente el cable de fibra óptica? ¿Cómo funciona? ¿Cómo está diseñado? En este artículo intentaremos dar respuesta a todas estas preguntas.

¿Qué son los cables de fibra óptica?

En general, los cables de fibra óptica no se diferencian mucho de otros tipos de cables. Excepto que utilizan luz (fotones) en lugar de energía (electrones) para transmitir datos. La transmisión de fibra óptica es un término general para la transmisión de información en forma de luz.

¿Cómo se construyen los cables de fibra óptica?

El cable de fibra óptica se basa en un núcleo de fibra de vidrio de cuarzo o fibra plástica. Es este núcleo el que sirve como conductor principal de luz dentro del cable. Entre el núcleo del cable y su cubierta hay otra capa llamada “capa límite”. Sirve para reflejar la luz. El índice de refracción afecta directamente a la velocidad de transmisión del haz de luz.

A continuación está la propia capa central, que también actúa como conductora de rayos de luz, pero tiene un índice de reflexión más bajo que el centro . El caparazón está cubierto por la siguiente capa, llamada capa "amortiguadora". Su función es evitar que se forme humedad en el interior del núcleo y la cáscara.
Y finalmente, la capa final es la cubierta exterior del cable, que protege el cable de daños mecánicos.

¿Cómo transmiten los cables de fibra óptica los rayos de luz?

Para transmitir datos a través de fibra óptica, la señal eléctrica entrante se convierte en un pulso de luz mediante un convertidor electroóptico especial. Después de esto, el haz de luz comienza a moverse a lo largo de los cables. En el punto final de su recorrido, el haz ingresa a un convertidor optoelectrónico, donde se convierte en señales electrónicas.
Los diferentes tipos de cables de fibra óptica tienen diferentes diámetros de núcleo. Los núcleos con diámetros mayores pueden transmitir más rayos. Los cables de fibra óptica se pueden doblar, pero debes asegurarte de que el cable no esté demasiado doblado, ya que esto puede interferir con la transmisión de los rayos de luz dentro del cable.

¿Cuáles son los tipos de cables de fibra óptica?

Existen varios tipos de cables de fibra óptica. Mirémoslos todos.

Fibras multimodo con perfil de índice escalonado (Cables de índice de pasos multimodo)

Los cables de índice escalonado multimodo son los cables de fibra óptica más simples. Consisten en un núcleo de vidrio que tiene un índice de reflectancia constante. Este tipo de cable permite transmitir simultáneamente varios haces, que se reflejan con diferentes intensidades y se transmiten en zigzag. Sin embargo, el índice de reflectancia permanece constante.
Debido al hecho de que los rayos se refractan muchas veces en diferentes ángulos, la velocidad de transferencia de datos disminuye. Los cables de este tipo proporcionan un ancho de banda de hasta 100 MHz y permiten transmitir señales a una distancia de hasta 1 kilómetro.Los diámetros de núcleo de cables de este tipo suelen ser: 100, 120 o 400 µm.
Fibras multimodo con índice graduado (Cables multimodo de índice graduado).

Al igual que el tipo de cable anterior, este cable permite transmitir muchas señales simultáneamente, sin embargo, las señales dentro de la fibra óptica no se refractan en zigzag, sino a lo largo de una trayectoria parabólica, lo que permite aumentar significativamente la velocidad de transferencia de datos. Las desventajas de estos cables incluyen su mayor coste. Los cables de este tipo se utilizan habitualmente para construir redes de transmisión de datos de alta velocidad.
Diámetros de núcleo: 50 µm, 62,5 µm, 85 µm, 100 µm, 125 µm, 140 µm.

Fibras monomodo (Cables monomodo)

Los cables de fibra óptica monomodo tienen un diámetro de núcleo muy pequeño y sólo pueden transportar una señal a la vez. La ausencia de refracciones tiene un efecto positivo sobre la velocidad y la distancia de transmisión de datos. Los cables monomodo son bastante caros, pero proporcionan un rendimiento y un rango de transmisión de datos excelentes, de hasta 100 (Gbit/s) km.

¿Cuáles son los beneficios de utilizar cables de fibra óptica?
Comparada con los cables convencionales, la fibra óptica ofrece las siguientes ventajas:
Resistencia a interferencias de radio y sobretensiones.
Mayor nivel de durabilidad
Transmisión de datos de alta velocidad a largas distancias
Inmunidad a la interferencia electromagnética
Compatible con otros tipos de cables

La mayoría de los técnicos de fibra conocen la diferencia entre fibra multimodo y fibra monomodo. Pero no todo el mundo está informado sobre las características de las fibras ópticas y los protocolos para transmitir información a través de ellas. El artículo proporciona descripciones de características específicas de las fibras ópticas y los protocolos de transmisión Ethernet, que a veces provocan interpretaciones contradictorias.

Características de las fibras ópticas.

Probablemente no exista ningún especialista en cables que trabaje con fibra óptica que no conozca la diferencia entre fibras multimodo y fibras monomodo. No vamos a repetir verdades comunes en este artículo. Detengámonos en las características específicas de las fibras ópticas, que a veces dan lugar a interpretaciones contradictorias.

Las fibras ópticas permiten que las señales de transmisión de datos se propaguen a lo largo de ellas, siempre que la señal luminosa se introduzca en la fibra en un ángulo que proporcione una reflexión interna total en la interfaz entre dos medios de dos tipos de vidrio que tienen diferentes índices de refracción. En el centro del núcleo se encuentra vidrio especialmente puro con un índice de refracción de 1,5. El diámetro del núcleo oscila entre 8 y 62,5 micras. El vidrio que rodea el núcleo, llamado revestimiento óptico, está ligeramente menos libre de impurezas y tiene un índice de refracción de 1,45. El diámetro total del núcleo y la carcasa oscila entre 125 y 440 micras. Se aplican recubrimientos de polímero sobre la carcasa óptica para fortalecer la fibra, los hilos protectores y la carcasa exterior.

Cuando se introduce radiación óptica en una fibra, un haz de luz que incide en su extremo en un ángulo mayor que el crítico se propagará a lo largo de la interfaz entre dos medios de la fibra. Cada vez que la radiación llega a la interfaz núcleo-revestimiento, se refleja de regreso a la fibra. El ángulo de entrada de radiación óptica a la fibra está determinado por el ángulo de entrada máximo permitido, llamado apertura numérica o abertura fibras. Si gira este ángulo a lo largo del eje del núcleo, se forma un cono. Cualquier haz de radiación óptica que incida en el extremo de la fibra dentro de este cono se transmitirá a lo largo de la fibra.

Al estar dentro del núcleo, la radiación óptica se refleja repetidamente desde la interfaz entre dos medios transparentes que tienen diferentes índices de refracción. Si las dimensiones físicas del núcleo de la fibra óptica son importantes, se introducirán rayos de luz individuales en la fibra y posteriormente se reflejarán en diferentes ángulos. Dado que los rayos de energía óptica se introdujeron en la fibra en diferentes ángulos, las distancias que recorren también serán diferentes. Como resultado, llegan a la porción receptora de la fibra en diferentes momentos. La señal óptica pulsada transmitida a través de la fibra se ampliará respecto a la que se envió, por lo tanto, la calidad de la señal transmitida a través de la fibra se deteriorará. Este fenómeno se llama dispersión de modo(DMD).

Otro efecto, que también provoca el deterioro de la señal transmitida, se llama dispersión cromática. La dispersión cromática se debe al hecho de que los rayos de luz de diferentes longitudes de onda se propagan a lo largo de la fibra óptica a diferentes velocidades. Cuando se transmite una serie de pulsos de luz a través de una fibra óptica, el modo y la dispersión cromática pueden eventualmente hacer que la serie se fusione en un pulso largo, provocando interferencias en los bits de la señal y pérdida de datos transmitidos.

Otra característica típica de la fibra óptica es atenuación. El vidrio utilizado para fabricar el núcleo de fibra óptica (OF) está muy limpio, pero aún no es perfecto. Como resultado, la luz puede ser absorbida por el material de vidrio de la fibra óptica. Otras pérdidas de señal óptica en una fibra pueden incluir dispersión y pérdida, así como atenuación debido a conexiones ópticas deficientes. Las pérdidas en los empalmes de fibras pueden deberse a una desalineación de los núcleos de las fibras o de las caras de los extremos de las fibras que no se han pulido y limpiado adecuadamente.

Protocolos de red para transmisión óptica Ethernet.

Enumeremos los principales protocolos de transmisión Ethernet a través de fibras ópticas multimodo y monomodo.

10BASE-FL- Transmisión Ethernet de 10 Mbit/s sobre fibra multimodo.

100BASE-SX- Transmisión Ethernet de 100 Mbit/s sobre fibra óptica multimodo a una longitud de onda de 850 nm. La distancia máxima de transmisión es de hasta 300 m. Es posible alcanzar distancias de transmisión largas cuando se utiliza el modo monomodo APAGADO. Compatible con versiones anteriores de 10BASE-FL.

100BASE-FX- Transmisión Ethernet de 100 Mbit/s (Fast Ethernet) sobre fibra óptica multimodo a una longitud de onda de 1300 nm. La distancia máxima de transmisión es de hasta 400 m para conexiones semidúplex (con detección de colisiones) o de hasta 2 km para conexiones full-duplex. Es posible recorrer largas distancias utilizando OF monomodo. No es compatible con versiones anteriores del protocolo 10BASE-FL.

100BASE-BX- Transmisión Ethernet de 100 Mbit/s a través de OB monomodo. A diferencia del protocolo 100BASE-FX, que utiliza dos fibras ópticas, 100BASE-BX opera sobre una sola fibra con tecnología WDM (Wavelength-Division Multiplexing), que permite separar las longitudes de onda de la señal en recepción y transmisión. Para la transmisión y recepción se utilizan dos posibles longitudes de onda: 1310 y 1550 nm o 1310 y 1490 nm. Distancia de transmisión de hasta 10, 20 o 40 km.

1000BASE-SX- Transmisión Ethernet a 1 Gbit/s (Gigabit Ethernet) sobre fibra multimodo a una longitud de onda de 850 nm y una distancia máxima de hasta 550 m, dependiendo de la clase de fibra utilizada.

1000BASE-LX- Transmisión Ethernet de 1 Gbit/s (GigabitEthernet) a través de OB multimodo a una longitud de onda de 1300 nm a una distancia máxima de hasta 550 m. El protocolo está optimizado para la transmisión a largas distancias (hasta 10 km) a través de OB monomodo. .

1000BASE-LH- - Transmisión Ethernet de 1 Gbit/s sobre fibra monomodo en una distancia máxima de hasta 100 km.

10GBASE-SR- Transmisión Ethernet de 10 Gbit/s (10 GigabitEthernet) sobre fibra óptica multimodo a una longitud de onda superior a 850 nm. La distancia de transmisión puede ser de 26 mo 82 m, dependiendo del tipo de fibra óptica utilizada con un núcleo de 50 o 62,5 micras. Soporta transmisión a una distancia de 300 m sobre fibra óptica multimodo de clase OM3 y superior, con un coeficiente de banda ancha de al menos 2000 MHz/km.

10GBASE-LX4- Transmisión Ethernet de 10 Gbit/s sobre fibra óptica multimodo a una longitud de onda de 1300 nm. Utiliza tecnología WDM para transmitir a distancias de hasta 300 m a través de fibras multimodo. Admite transmisión a través de fibra monomodo en distancias de hasta 10 km.

Para finalizar el artículo, aportamos algunos datos sobre los tipos de fibras ópticas multimodo utilizadas y los estándares de transmisión. Los datos se resumen en la Tabla 1 (extractos de los Estándares).

Norma Internacional: ISO/IEC 11801 “Cableado genérico para las instalaciones del cliente”

Norma internacional: IEC 60793-2-10 “Especificaciones del producto - Especificación seccional para fibras multimodo categoría A1”

ANSI/TIA/EIA-492-AAAx “Especificación detallada para fibras ópticas multimodo de índice graduado Clase 1a”

(1) fibra óptica multimodo clase OM1 con núcleo de 62,5 μm o 50 μm.

(2) fibra óptica multimodo clase OM2 con núcleo de 50 μm o 62,5 μm.

(3) La clase OM4 fue ratificada por IEEE en junio de 2010 y es el estándar 802.ba para Ethernet 40G/100G. Opera a distancias de hasta 1000 m a través de Ethernet de 1 Gbit/s, 550 m a través de Ethernet de 10 Gbit/s y 150 m a través de protocolos de red Ethernet de 40 Gbit/s y 100 Gbit/s.

(4) La norma internacional ISO/IEC 11801 define el valor máximo de atenuación de RF. Los estándares IEC y TIA describen la atenuación (mínima) o promedio de un OB "desnudo".

Pedagógico estatal ruso

Universidad que lleva el nombre

Abstracto

sobre arquitectura informática

sobre el tema:

“Redes de Fibra Óptica”

Terminado: Yunchenko T.

alumno II curso

Facultad de IOT, grupo 2.2

Comprobado:

San Petersburgo 2004

1. Dispositivo de cable óptico

2. Clasificación de fibras ópticas.

3. Transmisión de información a través de fibra óptica.

4. DWDM y tráfico

5. DWDM mañana

6. Literatura

Redes y Tecnología de Fibra ÓpticaDWDM

Dispositivo de cable óptico

El elemento principal de un cable óptico (OC) es una guía de ondas óptica, una varilla redonda hecha de un dieléctrico ópticamente transparente. Debido a sus pequeñas dimensiones de sección transversal, las guías de ondas ópticas suelen denominarse fibras ópticas (OF) o fibras ópticas (OF).

Se conoce la doble naturaleza de la luz: ondulatoria y corpuscular. A partir del estudio de estas propiedades se han desarrollado teorías de la luz cuántica (corpuscular) y ondulatoria (electromagnética). A estas teorías no se les puede oponer. Sólo en su conjunto permiten explicar los fenómenos ópticos conocidos.

Una fibra óptica consta de un núcleo, a través del cual viajan las ondas de luz, y un revestimiento. El núcleo sirve para transmitir ondas de luz. El propósito del caparazón es crear mejores condiciones de reflexión en el límite "núcleo-capa" y proteger contra la radiación de energía hacia el espacio circundante.

En general, en una fibra óptica se pueden propagar tres tipos de ondas: guiadas, con fugas y radiadas. La acción y el predominio de cualquier tipo de ondas están asociados principalmente con el ángulo de incidencia de la onda en el límite “núcleo-capa” de la fibra. En ciertos ángulos de incidencia de los rayos en el extremo de la fibra óptica, se produce el fenómeno de reflexión interna total en el límite “núcleo-cubierta” de la fibra óptica. La radiación óptica está, por así decirlo, encerrada en el núcleo y sólo se propaga en él.

Clasificación de fibras ópticas.

Existen modos de transmisión de radiación monomodo y multimodo a través de OF. En un modo multimodo de propagación de radiación a lo largo de la fibra óptica, la condición de reflexión interna total se cumple para un número infinito de rayos. Esto sólo es posible para los OF cuyos núcleos son mucho más largos que las longitudes de onda que propagan. Estos OF se denominan multimodo.

En los OFF monomodo, a diferencia de los OFF multimodo, solo se propaga un haz y, por lo tanto, no hay distorsión de la señal causada por diferentes tiempos de propagación de diferentes haces.

Todos los OF se dividen en grupos según el tipo de radiación que se propaga, en subgrupos según el tipo de perfil de índice de refracción y en tipos según el material del núcleo y el revestimiento.

Se distinguen los siguientes grupos de agentes:

Multimodo (M)

Monomodo sin mantener la polarización de la radiación (E)

Monomodo con preservación de la polarización de la radiación (P)

El grupo de OFF multimodo se divide en dos subgrupos:

Con índice de refracción escalonado (C)

Con índice de refracción gradiente (G)

Además, los OV se dividen en los siguientes tipos:

Núcleo y cáscara de cuarzo

El núcleo es de cuarzo y la cáscara es de polímero.

Núcleo y carcasa de vidrio multicomponente

Núcleo y carcasa de material polimérico.

Según su finalidad, los cables de comunicación óptica se dividen en:

Urbano

Zona

Trompa

Dependiendo de las condiciones de instalación, se distinguen cables ópticos fijos y lineales. Estos últimos, a su vez, se dividen en cables destinados a instalación en alcantarillas y alcantarillas, suelo, para suspensión sobre soportes y bastidores, para instalación submarina.

Transmisión de información a través de fibra óptica.

En comparación con otros métodos de transmisión de información, el orden de magnitud TB/s es simplemente inalcanzable. Otra ventaja de estas tecnologías es la fiabilidad de la transmisión. La transmisión por fibra óptica no tiene las desventajas de la transmisión de señales eléctricas o de radio. No hay interferencias que puedan dañar la señal y no es necesario licenciar el uso de la radiofrecuencia. Sin embargo, no mucha gente imagina cómo se transfiere la información a través de fibra óptica en general y, más aún, no está familiarizada con implementaciones específicas de tecnologías. Consideraremos uno de ellos: la tecnología DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa).

Primero, veamos cómo se transmite la información a través de fibra óptica en general. Una fibra óptica es una guía de ondas a través de la cual se propagan ondas electromagnéticas con una longitud de onda de aproximadamente mil nanómetros (10-9 m). Se trata de una región de radiación infrarroja que no es visible para el ojo humano. Y la idea principal es que con una cierta selección del material de la fibra y su diámetro, surge una situación en la que para algunas longitudes de onda este medio se vuelve casi transparente e incluso cuando toca el límite entre la fibra y el ambiente externo, la mayor parte de la energía es reflejado nuevamente en la fibra. Esto asegura que la radiación pase a través de la fibra sin mucha pérdida, y la tarea principal es recibir esta radiación en el otro extremo de la fibra. Por supuesto, tras una descripción tan breve se esconde el enorme y difícil trabajo de muchas personas. No crea que dicho material es fácil de crear o que este efecto es obvio. Al contrario, debería considerarse un gran descubrimiento, ya que ahora proporciona una mejor forma de transmitir información. Debe comprender que el material de la guía de ondas es un desarrollo único y que la calidad de la transmisión de datos y el nivel de interferencia dependen de sus propiedades; El aislamiento de la guía de ondas está diseñado para garantizar que la salida de energía hacia el exterior sea mínima.

Hablando específicamente de una tecnología llamada "multiplexación", esto significa que se transmiten múltiples longitudes de onda al mismo tiempo. No interactúan entre sí y, al recibir o transmitir información, los efectos de interferencia (superposición de una onda sobre otra) son insignificantes, ya que se manifiestan con mayor fuerza en múltiples longitudes de onda. Aquí estamos hablando de usar frecuencias cercanas (la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda, por lo que no importa de qué hables). Un dispositivo llamado multiplexor es un dispositivo para codificar o decodificar información en formas de onda y viceversa. Después de esta breve introducción, pasemos a una descripción específica de la tecnología DWDM.

Las principales características de los multiplexores DWDM, que los distinguen de los multiplexores WDM:
utilizando solo una ventana de transparencia de 1550 nm, dentro de la región de amplificación EDFA nm (EDFA - sistema de amplificación óptica; EDFA - repetidor óptico, le permite restaurar la potencia de la señal óptica perdida al pasar a lo largo de una línea larga, sin conversión a una señal eléctrica La fibra óptica, dopada con el elemento de tierras raras erbio, tiene la capacidad de absorber luz de una longitud de onda y emitirla en otra longitud de onda. Un láser semiconductor externo envía luz infrarroja a una longitud de onda de 980 o 1480 milimicrones hacia el interior de la fibra. Los átomos de erbio cuando una señal óptica con una longitud de onda de . ondas de 1530 a 1620 milimicrones, los átomos de erbio excitados emiten luz con la misma longitud de onda que la señal de entrada, eliminando la conversión de señales luminosas en señales eléctricas y viceversa, simplifica y reduce el costo de. equipos de amplificación y permite evitar la introducción de distorsiones adicionales durante las conversiones. Los amplificadores EDFA se utilizan en líneas de larga distancia donde es difícil instalar equipos de amplificación intermedios complejos (por ejemplo, un cable submarino). Como referencia, digamos que la longitud de onda de la luz visible es de 400 a 800 nm.

Además, dado que el nombre mismo habla de una transmisión densa de canales, el número de canales es mayor que en los esquemas WDM convencionales y alcanza varias docenas. Debido a esto, existe la necesidad de crear dispositivos que sean capaces de agregar un canal o eliminarlo, a diferencia de los esquemas convencionales donde todos los canales se codifican o decodifican a la vez. El concepto de enrutamiento pasivo de longitud de onda está asociado con estos dispositivos, que funcionan con un canal entre muchos. También está claro que trabajar con una gran cantidad de canales requiere una mayor precisión de los dispositivos de codificación y decodificación de señales y exige mayores exigencias en la calidad de la línea. De ahí el evidente aumento en el coste de los dispositivos, al mismo tiempo que se reduce el precio de transmisión de una unidad de información debido a que ahora se puede transmitir en un volumen mayor.
Así funciona un demultiplexor con espejo (esquema de la Fig. 1a). La señal multiplex entrante llega al puerto de entrada. Esta señal luego pasa a través de la placa de guía de ondas y se distribuye sobre muchas guías de ondas, que son una estructura de difracción AWG (rejilla de guía de ondas matriz). Como antes, la señal en cada una de las guías de ondas permanece multiplexada y cada canal permanece representado en todas las guías de ondas, es decir, hasta ahora sólo se ha producido la paralelización. A continuación, las señales se reflejan desde la superficie del espejo y, como resultado, los flujos de luz se recogen nuevamente en la placa guía de ondas, donde se enfocan y se interfieren. Esto conduce a la formación de un patrón de interferencia con máximos separados espacialmente y, normalmente, la geometría de la placa y el espejo se calcula de modo que estos máximos coincidan con los polos de salida. La multiplexación se produce a la inversa.

Arroz. 1. Circuitos multiplexores DWDM: a) con elemento reflectante; b) con dos placas guíaondas

Otro método para construir un multiplexor se basa no en una, sino en un par de placas de guía de ondas (Fig. 1b). El principio de funcionamiento de dicho dispositivo es similar al caso anterior, excepto que aquí se utiliza una placa adicional para enfocar e interferencia.
Los multiplexores DWDM, al ser dispositivos puramente pasivos, introducen una gran atenuación en la señal. Por ejemplo, las pérdidas para un dispositivo (ver Fig. 1a) que funciona en modo demultiplexación son de 10 a 12 dB, con interferencias de diafonía de largo alcance de menos de –20 dB y la mitad del ancho del espectro de la señal es de 1 nm (según los materiales). de Oki Industria Eléctrica). Debido a las grandes pérdidas, a menudo es necesario instalar un amplificador óptico antes y/o después del multiplexor DWDM.
El parámetro más importante en la tecnología de multiplexación de onda densa es sin duda la distancia entre canales adyacentes. La estandarización de la disposición espacial de los canales es necesaria aunque sólo sea porque a partir de ella será posible comenzar a probar la compatibilidad mutua de equipos de diferentes fabricantes. El sector de normalización de las telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) ha aprobado un plan de frecuencias DWDM con una separación entre canales de 100 GHz, lo que corresponde a una diferencia de longitud de onda de 0,8 nm. También se está discutiendo la cuestión de la transmisión de información con una diferencia de longitudes de onda de 0,4 nm. Parecería que la diferencia se puede reducir aún más, logrando así un mayor rendimiento, pero en este caso surgen dificultades puramente tecnológicas asociadas a la fabricación de láseres que generan una señal estrictamente monocromática (frecuencia constante sin interferencias) y rejillas de difracción que separan los máximos. en el espacio, correspondientes a diferentes longitudes de onda. Cuando se utiliza una separación de 100 GHz, todos los canales llenan uniformemente la banda utilizable, lo cual resulta conveniente a la hora de configurar y reconfigurar el equipo. La elección del intervalo de separación está determinada por el ancho de banda requerido, el tipo de láser y el grado de interferencia en la línea. Sin embargo, hay que tener en cuenta que cuando se opera incluso en un rango tan estrecho (nm), la influencia de la interferencia no lineal en los límites de esta región es muy significativa. Esto explica el hecho de que a medida que aumenta el número de canales, es necesario aumentar la potencia del láser, pero esto, a su vez, conduce a una disminución de la relación señal-ruido. Como resultado, el uso de un sello más rígido aún no está estandarizado y está en desarrollo. Otra desventaja obvia de aumentar la densidad es la reducción de la distancia a la que se puede transmitir la señal sin amplificación o regeneración (esto se discutirá con más detalle a continuación).
Tenga en cuenta que el problema de no linealidad mencionado anteriormente es inherente a los sistemas de amplificación basados en silicio. Actualmente se están desarrollando sistemas de flúor-circonato más fiables que proporcionan una mayor linealidad (en todo el rango de nm) de la ganancia. A medida que aumenta el área operativa de EDFA, es posible multiplexar 40 canales STM-64 a intervalos de 100 GHz con una capacidad total de 400 GHz por fibra (Fig. 2).

Arroz. 2. Colocación espectral de canales en la fibra.

La tabla muestra las características técnicas de uno de los potentes sistemas multiplex que utiliza el plan de frecuencia 100/50 GHz, fabricado por Ciena Corp.

Nivel del sistema	Capacidad, Gbit/s	canales de 2,5 Gbit/s)
	OC-48/(STM-16)/OC-48c/STM-16c
Plan de frecuencia
Posibles configuraciones	5 vuelos a 25 dB - (500 km) 2 vuelos a 33 dB - (240 km)
Tasa de errores del sistema (BER)
Interfaces de canal		Distancia corta/intermedia, STM-16/G.957 I-16 y S.16.1, aplicaciones en oficina
Nivel de señal de entrada, dBm	de -18 a -3
Nivel de señal de salida, dBm
Longitud de onda de la radiación de entrada, nm
Gestión de red	sistema de control	WaveWatch de CIENA vía SNMP o TMN
Interfaz estándar	VT100(TM), RS-232 asíncrono, acceso remoto vía Telnet, ITU TMN, TL-1, SNMP
Monitoreo del estado del canal	Errores de bits de canal a través del encabezado SDH B1, monitoreando la potencia óptica en cada canal
Interfaces remotas	RS-422/X.25 (interfaz TL-1), IP/802.3 vía 10Base-T
Canal de servicio óptico	2,048 Mbit/s a una longitud de onda de 1625 nm
Especificaciones nutricionales	Tensión de alimentación, V, CC	de -48 a -58
Consumo de energía en 40 canales, W	800 típico, 925 (máximo) - bastidor 1, 1000 típico, 1250 (máximo) - bastidor 2

Echemos un vistazo más de cerca al sistema de amplificación óptica. ¿Cuál es el problema? Inicialmente, la señal es generada por un láser y enviada a la fibra. Se propaga a lo largo de la fibra y sufre cambios. El principal cambio a abordar es la dispersión de la señal (dispersión). Está asociado con efectos no lineales que surgen cuando un paquete de ondas pasa a través de un medio y obviamente se explica por la resistencia del medio. Esto plantea el problema de la transmisión a larga distancia. Grande, en el sentido de cientos o incluso miles de kilómetros. Esto es 12 órdenes de magnitud más largo que la longitud de onda, por lo que no es sorprendente que incluso si los efectos no lineales son pequeños, en total a esa distancia deben tenerse en cuenta. Además, puede haber no linealidad en el propio láser. Hay dos formas de lograr una transmisión de señal confiable. La primera es la instalación de regeneradores que recibirán una señal, la decodificarán, generarán una nueva señal, completamente idéntica a la que llegó, y la enviarán más lejos. Este método es eficaz, pero este tipo de dispositivos son bastante caros, y aumentar su capacidad o añadir nuevos canales que deben gestionar implica dificultades a la hora de reconfigurar el sistema. El segundo método es simplemente la amplificación óptica de la señal, completamente similar a la amplificación del sonido en un centro de música. Esta amplificación se basa en la tecnología EDFA. La señal no se decodifica, solo se aumenta su amplitud. Esto le permite deshacerse de las pérdidas de velocidad en los nodos de amplificación y también elimina el problema de agregar nuevos canales, ya que el amplificador amplifica todo en un rango determinado.

Según EDFA, la pérdida de potencia de la línea se soluciona mediante amplificación óptica (Fig. 3). A diferencia de los regeneradores, esta ganancia transparente no está ligada a la velocidad de bits de la señal, lo que permite que la información se transmita a velocidades más altas y aumente el rendimiento hasta que entren en juego otros factores limitantes, como la dispersión cromática y la dispersión del modo de polarización. Los amplificadores EDFA también son capaces de amplificar una señal WDM multicanal, añadiendo otra dimensión al ancho de banda.

Arroz. 3. Sistemas de comunicación óptica basados en: a) una cascada de repetidores de regeneración; b) cascada de amplificadores ópticos EDFA

Aunque la señal óptica generada por el transmisor láser original tiene una polarización bien definida, todos los demás nodos a lo largo del camino de la señal óptica, incluido el receptor óptico, deberían mostrar una débil dependencia de sus parámetros de la dirección de polarización. En este sentido, los amplificadores ópticos EDFA, caracterizados por una débil dependencia de la polarización de la ganancia, tienen una ventaja notable sobre los amplificadores semiconductores. En la figura. La Figura 3 muestra los diagramas de funcionamiento de ambos métodos.
A diferencia de los regeneradores, los amplificadores ópticos introducen un ruido adicional que debe tenerse en cuenta. Por lo tanto, junto con la ganancia, uno de los parámetros importantes de EDFA es la figura de ruido. La tecnología EDFA es más barata, por lo que se utiliza con mayor frecuencia en la práctica real.

Dado que EDFA, al menos en términos de precio, parece más atractivo, consideremos las principales características de este sistema. Ésta es la potencia de saturación, que caracteriza la potencia de salida del amplificador (puede alcanzar o incluso superar los 4 W); ganancia, definida como la relación entre las potencias de las señales de entrada y salida; la potencia de la radiación espontánea amplificada determina el nivel de ruido que crea el propio amplificador. Aquí conviene dar un ejemplo de un centro de música, donde se pueden rastrear analogías en todos estos parámetros. El tercero (el nivel de ruido) es especialmente importante y es deseable que sea lo más bajo posible. Usando una analogía, puedes intentar encender el estéreo sin iniciar ningún disco, pero al mismo tiempo gira la perilla de volumen al máximo. En la mayoría de los casos escuchará algo de ruido. Este ruido lo crean los sistemas de amplificación simplemente porque están encendidos. De manera similar, en nuestro caso, se produce una emisión espontánea, pero dado que el amplificador está diseñado para emitir ondas en un rango determinado, será más probable que se emitan fotones de este rango particular en la línea. Esto creará (en nuestro caso) un ligero ruido. Esto impone una limitación en la longitud máxima de la línea y en el número de amplificadores ópticos que contiene. La ganancia generalmente se selecciona para restaurar el nivel de señal original. En la figura. La Figura 4 muestra los espectros comparativos de la señal de salida en presencia y ausencia de señal en la entrada.

Arroz. 4. Espectro de salida de EDFA tomado por el analizador espectral (ASE - densidad espectral de ruido)

Otro parámetro que es conveniente utilizar al caracterizar un amplificador es el factor de ruido: es la relación entre los parámetros señal-ruido en la entrada y salida del amplificador. En un amplificador ideal, este parámetro debería ser igual a la unidad.
Hay tres aplicaciones para los amplificadores EDFA: preamplificadores, amplificadores de línea y amplificadores de potencia. Los primeros se instalan directamente delante del receptor. Esto se hace para aumentar la relación señal-ruido, lo que permite el uso de receptores más simples y puede reducir el precio del equipo. Los amplificadores lineales están destinados a amplificar simplemente la señal en líneas largas o en el caso de ramificaciones de dichas líneas. Los amplificadores de potencia se utilizan para amplificar la señal de salida directamente después del láser. Esto se debe al hecho de que la potencia del láser también es limitada y, a veces, es más fácil simplemente instalar un amplificador óptico que instalar un láser más potente. En la figura. La Figura 5 muestra esquemáticamente las tres formas de utilizar EDFA.

Arroz. 5. Aplicación de diferentes tipos de amplificadores ópticos.

Además de la amplificación óptica directa descrita anteriormente, actualmente se está preparando para ingresar al mercado un dispositivo de amplificación que utiliza el efecto de amplificación Raman y desarrollado en Bell Labs. La esencia del efecto es que se envía un rayo láser de una determinada longitud de onda desde el punto de recepción hacia la señal, que oscila la red cristalina de la guía de ondas de tal manera que comienza a emitir fotones en una amplia gama de frecuencias. Por lo tanto, el nivel general de la señal útil aumenta, lo que permite aumentar ligeramente la distancia máxima. Hoy en día, esta distancia es de 160 a 180 km, en comparación con los 70 a 80 km sin la mejora Raman. Estos dispositivos, fabricados por Lucent Technologies, llegarán al mercado a principios de 2001.

Lo que se describió anteriormente es tecnología. Ahora unas palabras sobre las implementaciones que ya existen y se utilizan activamente en la práctica. En primer lugar, observamos que el uso de redes de fibra óptica no es solo Internet y, quizás, no tanto Internet. Las redes de fibra óptica pueden transportar canales de voz y televisión. En segundo lugar, digamos que existen varios tipos diferentes de redes. Nos interesan las redes troncales de larga distancia, así como las redes localizadas, por ejemplo dentro de una ciudad (las llamadas soluciones de metro). Al mismo tiempo, para los canales de comunicación troncales, donde la regla "cuanto más gruesa sea la tubería, mejor" funciona perfectamente, la tecnología DWDM es la solución óptima y razonable. Una situación diferente surge en las redes urbanas, en las que las demandas de transmisión de tráfico no son tan grandes como las de los canales troncales. Aquí, los operadores utilizan el viejo transporte basado en SDH/SONET, que opera en el rango de longitud de onda de 1310 nm. En este caso, para solucionar el problema del ancho de banda insuficiente, que, por cierto, todavía no es muy grave para las redes urbanas, se puede utilizar la nueva tecnología SWDM, que es una especie de compromiso entre SDH/SONET y DWDM (leer más sobre la tecnología SWDM en nuestro CD-ROM). Con esta tecnología, los mismos nodos de anillo de fibra admiten tanto la transmisión de datos de un solo canal a 1310 nm como la multiplexación por división de longitud de onda a 1550 nm. El ahorro se consigue “encendiendo” una longitud de onda adicional, lo que requiere añadir un módulo al dispositivo correspondiente.

DWDM y tráfico

Uno de los puntos importantes al utilizar la tecnología DWDM es el tráfico transmitido. El hecho es que la mayoría de los equipos que existen actualmente admiten la transmisión de un solo tipo de tráfico en una longitud de onda. Como resultado, a menudo surge una situación en la que el tráfico no llena completamente la fibra. Por lo tanto, se transmite un tráfico menos "denso" a través de un canal con un rendimiento formal equivalente, por ejemplo, a STM-16.
Actualmente están apareciendo equipos que realizan la carga completa de longitudes de onda. En este caso, una longitud de onda se puede "llenar" con tráfico heterogéneo, por ejemplo, TDM, ATM, IP. Un ejemplo es la familia de equipos Chromatis de Lucent Technologies, que puede transmitir todo tipo de tráfico soportado por interfaces de E/S en una única longitud de onda. Esto se logra mediante el conmutador cruzado TDM y el conmutador ATM integrados. Además, el cambio de cajero automático adicional no determina el precio. En otras palabras, se consigue una funcionalidad adicional del equipo casi al mismo coste. Esto nos permite predecir que el futuro está en los dispositivos universales capaces de transmitir cualquier tráfico desde

Uso óptimo del ancho de banda.

DWDM mañana

Pasando sin problemas a las tendencias de desarrollo de esta tecnología, ciertamente no descubriremos Estados Unidos si decimos que DWDM es la tecnología de transmisión óptica de datos más prometedora. Esto se debe en gran medida al rápido crecimiento del tráfico de Internet, cuyas tasas de crecimiento se acercan al miles por ciento. Los principales puntos de partida en el desarrollo serán un aumento en la longitud máxima de transmisión sin amplificación de señal óptica y la implementación de una mayor cantidad de canales (longitudes de onda) en una fibra. Los sistemas actuales proporcionan transmisión de 40 longitudes de onda, correspondientes a una red de frecuencia de 100 gigahercios. Los siguientes en ingresar al mercado son los dispositivos con una red de 50 GHz que admite hasta 80 canales, lo que corresponde a la transmisión de flujos de terabits a través de una sola fibra. Y hoy ya se pueden escuchar declaraciones de laboratorios de empresas desarrolladoras como Lucent Technologies o Nortel Networks sobre la inminente creación de sistemas de 25 GHz.
Sin embargo, a pesar del rápido desarrollo de la ingeniería y la investigación, los indicadores del mercado hacen sus propios ajustes. El año pasado estuvo marcado por una grave caída en el mercado óptico, como lo demuestra la importante caída del precio de las acciones de Nortel Networks (29% en un día de negociación) después de que anunciara dificultades para vender sus productos. Otros fabricantes se encontraron en una situación similar.
Al mismo tiempo, mientras los mercados occidentales están experimentando cierta saturación, los mercados orientales apenas están comenzando a desarrollarse. El ejemplo más sorprendente es el mercado chino, donde una docena de operadores a escala nacional compiten por construir redes troncales. Y si "ellos" ya prácticamente han resuelto los problemas de la construcción de redes troncales, entonces en nuestro país, por triste que sea, simplemente no hay necesidad de canales gruesos para transmitir nuestro propio tráfico. Sin embargo, la exposición "Redes de comunicación departamentales y corporativas" celebrada a principios de diciembre reveló el enorme interés de los operadores de telecomunicaciones nacionales por las nuevas tecnologías, incluido DWDM. Y si monstruos como Transtelecom o Rostelecom ya tienen redes de transporte a escala estatal, entonces el actual sector energético apenas está comenzando a construirlas. Entonces, a pesar de todos los problemas, la óptica es el futuro. Y DWDM jugará un papel importante aquí.

Literatura

1. http://www. *****/producción. php4?&rúbrica97

2. Revista ComputerPress No. 1 2001

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