Giới thiệu công nghệ mạng cáp quang. Tập là gì

Trong hệ thống truyền dẫn cáp quang (FOTS), thông tin được truyền bằng sóng điện từ có tần số cao, khoảng 200 THz, tương ứng với dải cận hồng ngoại của phổ quang học 1500 nm. Ống dẫn sóng mang tín hiệu thông tin vào FOSS là sợi quang (OF), có khả năng quan trọng truyền bức xạ ánh sáng trên khoảng cách xa với tổn hao thấp. Tổn thất trong OF được đặc trưng về mặt định lượng bởi sự suy giảm. Tốc độ và phạm vi truyền thông tin được xác định bởi sự biến dạng của tín hiệu quang do sự phân tán và suy giảm. Mạng cáp quang là mạng thông tin, các phần tử kết nối giữa các nút của mạng là các đường truyền thông cáp quang. Ngoài cáp quang, công nghệ mạng cáp quang còn đề cập đến các vấn đề liên quan đến thiết bị truyền dẫn điện tử, tiêu chuẩn hóa, giao thức truyền dẫn, vấn đề cấu trúc liên kết mạng và các vấn đề thiết kế mạng chung.

Cáp quang hiện được coi là phương tiện vật lý tiên tiến nhất để truyền thông tin, cũng như là phương tiện hứa hẹn nhất để truyền các luồng thông tin lớn trên khoảng cách xa. Những lý do để nghĩ như vậy xuất phát từ một số tính năng vốn có trong ống dẫn sóng quang:

- tín hiệu quang băng thông rộng do tần số sóng mang cực cao Hz. Điều này có nghĩa là thông tin có thể được truyền qua đường truyền quang với tốc độ cỡ bit/s (1Tbit/s). Nói cách khác, một sợi quang có thể truyền tải đồng thời 10 triệu cuộc trò chuyện qua điện thoại và một triệu tín hiệu video. Tốc độ truyền dữ liệu có thể được tăng lên bằng cách truyền thông tin theo hai hướng cùng một lúc, vì sóng ánh sáng có thể truyền độc lập với nhau trong một sợi quang. Ngoài ra, tín hiệu ánh sáng có hai độ phân cực khác nhau có thể truyền trong sợi quang, cho phép tăng gấp đôi thông lượng của kênh truyền thông quang học. Cho đến nay, mật độ thông tin truyền qua cáp quang vẫn chưa đạt giới hạn;
- độ suy giảm tín hiệu ánh sáng trong sợi quang rất thấp (so với các phương tiện khác). Các ví dụ tốt nhất về sợi quang của Nga có độ suy giảm 0,22 dB/km ở bước sóng 1,55 micron, giúp có thể xây dựng các đường dây liên lạc dài tới 100 km mà không cần tái tạo tín hiệu. Để so sánh, sợi quang tốt nhất của Sumitomo ở 1,55 µm có độ suy giảm 0,154 dB/km. Trong các phòng thí nghiệm quang học ở Hoa Kỳ, thậm chí còn “trong suốt” hơn, cái gọi là sợi quang fluorozirconate với giới hạn lý thuyết khoảng 0,02 dB/km ở bước sóng 2,5 micron đang được phát triển. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng dựa trên các sợi như vậy, các đường truyền thông có thể được tạo ra với các vị trí tái tạo trên phạm vi 4600 km với tốc độ truyền khoảng 1 Gbit/s;
- OM được làm bằng thạch anh, dựa trên silicon dioxide, một vật liệu phổ biến và do đó rẻ tiền, không giống như đồng;
- sợi quang có đường kính khoảng 100 micron, nghĩa là chúng rất nhỏ gọn và nhẹ nên có triển vọng sử dụng trong ngành hàng không, chế tạo dụng cụ và công nghệ cáp;
- vì sợi quang là chất điện môi, do đó, trong quá trình xây dựng hệ thống thông tin liên lạc, việc cách ly điện của các phân đoạn sẽ tự động đạt được. Trong một hệ thống quang học, chúng hoàn toàn cách ly về mặt điện với nhau và nhiều vấn đề liên quan đến nối đất và loại bỏ tiềm năng phát sinh cho đến nay khi kết nối cáp điện không còn phù hợp nữa. Sử dụng nhựa đặc biệt bền, các nhà máy sản xuất cáp sản xuất cáp treo tự đỡ không chứa kim loại và do đó an toàn về điện. Những loại cáp như vậy có thể được gắn trên cột của các đường dây điện hiện có, riêng biệt hoặc tích hợp thành dây dẫn pha, tiết kiệm chi phí đáng kể khi đặt cáp qua sông và các chướng ngại vật khác;
- hệ thống thông tin liên lạc dựa trên sợi quang có khả năng chống nhiễu điện từ và thông tin truyền qua sợi quang được bảo vệ khỏi sự truy cập trái phép. Đường truyền thông cáp quang không thể bị nghe lén theo cách không phá hủy. Mọi tác động lên OM đều có thể được ghi lại bằng cách giám sát (giám sát liên tục) tính toàn vẹn của đường dây;
- Một đặc tính quan trọng của sợi quang là độ bền. Tuổi thọ của sợi, nghĩa là bảo toàn các đặc tính của nó trong một số giới hạn nhất định, vượt quá 25 năm, điều này cho phép bạn đặt cáp quang một lần và nếu cần, tăng dung lượng kênh bằng cách thay thế máy thu và máy phát bằng những máy thu và máy phát nhanh hơn .

Nhưng cũng có một số nhược điểm của công nghệ cáp quang:

- Khi tạo đường dây liên lạc cần có các phần tử hoạt động có độ tin cậy cao để chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng và ánh sáng thành tín hiệu điện. Để kết nối cáp quang với thiết bị thu và phát, người ta sử dụng các đầu nối quang (đầu nối) phải có tổn hao quang thấp và nguồn kết nối, ngắt kết nối dài. Các lỗi trong quá trình sản xuất các phần tử đường dây liên lạc như vậy phải ở mức một phần nhỏ của micron, tức là. phù hợp với bước sóng của bức xạ. Vì vậy, việc sản xuất các thành phần liên kết truyền thông quang học này rất tốn kém;
- một nhược điểm khác là việc lắp đặt cáp quang đòi hỏi độ chính xác cao và do đó thiết bị công nghệ đắt tiền.

Kết quả là trong trường hợp cáp quang bị hỏng (đứt), chi phí phục hồi sẽ cao hơn so với khi làm việc với cáp đồng.

Ưu điểm của việc sử dụng đường truyền thông cáp quang (FOCL) rất quan trọng đến nỗi, bất chấp những nhược điểm được liệt kê của cáp quang, các đường truyền thông này ngày càng được sử dụng để truyền thông tin.

Sợi quang (ống dẫn sóng điện môi) có thông lượng cao nhất trong số tất cả các phương tiện truyền thông hiện có. Cáp quang được sử dụng để tạo ra các đường truyền thông cáp quang có khả năng cung cấp tốc độ truyền thông tin cao nhất (tùy thuộc vào loại thiết bị hoạt động được sử dụng, tốc độ truyền có thể lên tới hàng chục gigabyte, thậm chí terabyte mỗi giây).

Thủy tinh thạch anh, là phương tiện truyền dẫn của các liên kết sợi quang, ngoài các đặc tính truyền dẫn độc đáo, còn có một đặc tính có giá trị khác - tổn thất thấp và không nhạy cảm với trường điện từ. Điều này làm cho nó khác biệt với các hệ thống cáp đồng thông thường.

Hệ thống truyền thông tin này thường được sử dụng trong việc xây dựng các cơ sở làm việc như đường cao tốc bên ngoài kết hợp các công trình hoặc tòa nhà biệt lập cũng như các tòa nhà nhiều tầng. Nó cũng có thể được sử dụng làm sóng mang bên trong của hệ thống cáp có cấu trúc (SCS), tuy nhiên, SCS hoàn chỉnh được làm hoàn toàn bằng sợi quang ít phổ biến hơn - do chi phí xây dựng đường truyền quang cao.

Việc sử dụng đường truyền cáp quang cho phép bạn kết hợp cục bộ các nơi làm việc, cung cấp tải xuống Internet tốc độ cao trên tất cả các máy cùng một lúc, liên lạc qua điện thoại và thu sóng truyền hình chất lượng cao.

Với thiết kế phù hợp của hệ thống tương lai (giai đoạn này liên quan đến việc giải quyết các vấn đề kiến trúc, cũng như lựa chọn thiết bị và phương pháp kết nối cáp hỗ trợ phù hợp) và lắp đặt chuyên nghiệp, việc sử dụng đường cáp quang mang lại một số lợi thế đáng kể:

Thông lượng cao do tần số sóng mang cao. Tiềm năng của một sợi quang là vài terabit thông tin trong 1 giây.
Cáp quang có độ ồn thấp, có tác động tích cực đến thông lượng và khả năng truyền tín hiệu ở các chế độ điều chế khác nhau.
An toàn cháy nổ (chống cháy). Không giống như các hệ thống thông tin liên lạc khác, đường cáp quang có thể được sử dụng mà không có bất kỳ hạn chế nào trong các doanh nghiệp có rủi ro cao, đặc biệt là trong các nhà máy hóa dầu, do không có tia lửa điện.
Do tín hiệu ánh sáng có độ suy giảm thấp, hệ thống quang học có thể kết hợp các khu vực làm việc trên khoảng cách đáng kể (hơn 100 km) mà không cần sử dụng thêm bộ lặp (bộ khuếch đại).

Bảo mật thông tin. Truyền thông cáp quang cung cấp sự bảo vệ đáng tin cậy chống lại sự truy cập trái phép và chặn thông tin bí mật. Khả năng quang học này được giải thích là do không có bức xạ trong phạm vi vô tuyến, cũng như độ nhạy cao với các rung động. Trong trường hợp có nỗ lực nghe lén, hệ thống giám sát tích hợp có thể tắt kênh và cảnh báo về một vụ hack đáng ngờ. Đây là lý do tại sao đường dây liên lạc cáp quang được các ngân hàng hiện đại, trung tâm nghiên cứu, tổ chức thực thi pháp luật và các cơ quan khác hoạt động với thông tin mật sử dụng tích cực.
Độ tin cậy cao và khả năng chống ồn của hệ thống. Sợi, là chất dẫn điện, không nhạy cảm với bức xạ điện từ và không sợ bị oxy hóa và ẩm ướt.
Tiết kiệm. Mặc dù thực tế là việc tạo ra các hệ thống quang học, do tính phức tạp của chúng, đắt hơn SCS truyền thống, nhưng nhìn chung, chủ sở hữu của chúng nhận được lợi ích kinh tế thực sự. Cáp quang được làm từ thạch anh có giá thành rẻ hơn cáp đồng khoảng 2 lần, ngoài ra, khi xây dựng hệ thống lớn, bạn có thể tiết kiệm chi phí khuếch đại. Nếu khi sử dụng cặp cáp đồng, cứ sau vài km cần lắp đặt các bộ lặp thì trên đường cáp quang, khoảng cách này ít nhất là 100 km. Đồng thời, tốc độ, độ tin cậy và độ bền của SCS truyền thống kém hơn đáng kể so với quang học.

Tuổi thọ của đường cáp quang là nửa phần tư thế kỷ. Sau 25 năm sử dụng liên tục, độ suy giảm tín hiệu trong hệ thống sóng mang sẽ tăng lên.
Nếu so sánh cáp đồng và cáp quang thì với cùng một băng thông, cáp thứ hai sẽ nặng hơn khoảng 4 lần và thể tích của nó ngay cả khi sử dụng vỏ bảo vệ cũng sẽ nhỏ hơn vài lần so với cáp đồng.
Tương lai. Việc sử dụng đường truyền thông cáp quang giúp dễ dàng tăng khả năng tính toán của mạng cục bộ do lắp đặt các thiết bị hoạt động nhanh hơn mà không cần thay thế thông tin liên lạc.

Phạm vi của đường truyền thông cáp quang

Như đã đề cập ở trên, cáp quang (FOC) được sử dụng để truyền tín hiệu xung quanh (giữa) các tòa nhà và bên trong các vật thể. Khi xây dựng các đường truyền thông bên ngoài, ưu tiên dành cho cáp quang và bên trong các tòa nhà (hệ thống con bên trong), cáp xoắn đôi truyền thống được sử dụng cùng với chúng. Do đó, có sự khác biệt giữa FOC dành cho lắp đặt bên ngoài (cáp ngoài trời) và bên trong (cáp trong nhà).

Cáp kết nối là một loại riêng biệt: trong nhà, chúng được sử dụng làm dây kết nối và dây liên lạc ngang - để trang bị cho các nơi làm việc riêng lẻ và bên ngoài - để kết nối các tòa nhà.

Việc lắp đặt cáp quang được thực hiện bằng các công cụ và thiết bị đặc biệt.

Chiều dài của đường truyền cáp quang có thể lên tới hàng trăm km (ví dụ khi xây dựng liên lạc giữa các thành phố), trong khi chiều dài tiêu chuẩn của cáp quang là vài km (bao gồm cả vì làm việc với chiều dài quá dài trong một số trường hợp rất bất tiện). Vì vậy, khi xây dựng tuyến đường cần giải quyết vấn đề nối các sợi quang riêng lẻ.

Có hai loại kết nối: có thể tháo rời và vĩnh viễn. Trong trường hợp đầu tiên, các đầu nối quang được sử dụng để kết nối (điều này liên quan đến chi phí tài chính bổ sung và ngoài ra, với số lượng lớn các đầu nối trung gian, tổn thất quang học sẽ tăng lên).

Để kết nối vĩnh viễn các phần cục bộ (lắp đặt các tuyến đường), các đầu nối cơ học, nối dính và hàn sợi được sử dụng. Trong trường hợp sau, máy nối sợi quang được sử dụng. Ưu tiên cho phương pháp này hay phương pháp khác có tính đến mục đích và điều kiện sử dụng quang học.

Phổ biến nhất là công nghệ dán, trong đó sử dụng các thiết bị và công cụ đặc biệt và bao gồm một số hoạt động công nghệ.

Đặc biệt, trước khi kết nối, cáp quang phải trải qua quá trình chuẩn bị sơ bộ: ở những nơi kết nối trong tương lai, lớp phủ bảo vệ và sợi thừa sẽ được loại bỏ (khu vực chuẩn bị được làm sạch thành phần kỵ nước). Để cố định chắc chắn thanh dẫn ánh sáng trong đầu nối, người ta sử dụng keo epoxy để lấp đầy khoảng trống bên trong của đầu nối (nó được lắp vào thân đầu nối bằng ống tiêm hoặc bộ phân phối). Để làm cứng và làm khô keo, người ta sử dụng một lò nướng đặc biệt có thể tạo ra nhiệt độ 100 độ. VỚI.

Sau khi keo đã khô, sợi thừa sẽ được loại bỏ và đầu nối được mài và đánh bóng (chất lượng chip là vô cùng quan trọng). Để đảm bảo độ chính xác cao, hiệu suất của các công việc này được kiểm soát bằng kính hiển vi 200x. Việc đánh bóng có thể được thực hiện bằng tay hoặc sử dụng máy đánh bóng.

Kết nối chất lượng cao nhất với tổn thất tối thiểu được đảm bảo bằng sợi hàn. Phương pháp này được sử dụng để tạo ra các đường cáp quang tốc độ cao. Trong quá trình hàn, các đầu của ống dẫn sáng sẽ tan chảy; đối với điều này, có thể sử dụng đầu đốt khí, điện tích hoặc bức xạ laser làm nguồn năng lượng nhiệt.

Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng. Hàn laser, do không có tạp chất, cho phép bạn thu được các hợp chất tinh khiết nhất. Đèn khò gas thường được sử dụng để nối vĩnh viễn các sợi đa mode. Phổ biến nhất là hàn điện, cung cấp tốc độ và chất lượng công việc cao. Thời gian nóng chảy của các loại sợi quang khác nhau.

Đối với công việc hàn, các công cụ đặc biệt và thiết bị hàn đắt tiền - tự động hoặc bán tự động được sử dụng. Máy hàn hiện đại cho phép bạn kiểm soát chất lượng hàn, cũng như kiểm tra độ bền kéo của các mối nối. Các mẫu tiên tiến được trang bị các chương trình cho phép bạn tối ưu hóa quy trình hàn cho một loại sợi quang cụ thể.

Sau khi hợp nhất, mối nối được bảo vệ bằng các ống được lắp chặt, mang lại sự bảo vệ cơ học bổ sung.

Một phương pháp khác để nối các phần tử sợi quang thành một đường cáp quang duy nhất là kết nối cơ học. Phương pháp này mang lại kết nối kém sạch hơn so với hàn, tuy nhiên, độ suy giảm tín hiệu trong trường hợp này vẫn ít hơn so với khi sử dụng đầu nối quang.

Ưu điểm của phương pháp này so với các phương pháp khác là các thiết bị đơn giản được sử dụng để thực hiện công việc (ví dụ: bàn lắp ráp), cho phép thực hiện công việc ở những nơi khó tiếp cận hoặc bên trong các cấu trúc nhỏ.

Mối nối cơ học liên quan đến việc sử dụng các đầu nối đặc biệt - được gọi là mối nối. Có một số loại đầu nối cơ học, là một cấu trúc kéo dài với một kênh để đi vào và cố định các sợi quang được nối. Bản thân việc cố định được đảm bảo bằng cách sử dụng các chốt do thiết kế cung cấp. Sau khi kết nối, các mối nối được bảo vệ bổ sung bằng khớp nối hoặc hộp.

Đầu nối cơ học có thể được sử dụng nhiều lần. Đặc biệt, chúng được sử dụng trong quá trình sửa chữa hoặc phục hồi trên đường dây.

FOCL: các loại sợi quang

Sợi quang được sử dụng để xây dựng các liên kết sợi quang khác nhau về vật liệu chế tạo và cấu trúc chế độ ánh sáng. Về chất liệu, có sự phân biệt giữa sợi toàn thủy tinh (có lõi thủy tinh và lớp phủ quang học bằng thủy tinh), sợi hoàn toàn bằng nhựa (có lõi và lớp bọc nhựa) và các mô hình kết hợp (có lõi thủy tinh và lớp bọc nhựa). ). Thông lượng tốt nhất được cung cấp bởi sợi thủy tinh; tùy chọn nhựa rẻ hơn sẽ được sử dụng nếu các yêu cầu về thông số suy giảm và thông lượng không quan trọng.

Thời đại công nghệ đã mang lại cho chúng ta nhiều phát minh và khám phá rực rỡ, nhưng rõ ràng, khả năng truyền thông tin qua khoảng cách xa mới là một trong những đóng góp quan trọng nhất cho sự phát triển của công nghệ. Phương tiện truyền dữ liệu đã trải qua một chặng đường dài từ dây đồng cách đây một thế kỷ đến cáp quang hiện đại. Kết quả là, khối lượng thông tin, tốc độ và khoảng cách truyền tải của nó đã tăng lên rất nhiều, điều này đã mở rộng giới hạn phát triển công nghệ trong mọi lĩnh vực.

Cáp quang thủy tinh tổn thất thấp hiện đại cung cấp băng thông gần như không giới hạn và có nhiều ưu điểm khác so với các phương tiện được tạo ra trước đây. Hệ thống cáp quang đơn giản nhất để truyền thông tin giữa hai điểm bao gồm ba thành phần chính: bộ phát quang, cáp quang và bộ thu quang (Hình 1).

Cơm. 1. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn thông tin bằng cáp quang đơn giản nhất

Máy phát quang chuyển đổi tín hiệu điện tương tự hoặc kỹ thuật số thành tín hiệu ánh sáng tương ứng. Nguồn sáng có thể là đèn LED hoặc laser trạng thái rắn. Các nguồn sáng được sử dụng phổ biến nhất là các bước sóng 850, 1300 và 1550 nanomet.

Cáp quang bao gồm một hoặc nhiều sợi thủy tinh đóng vai trò là ống dẫn sóng (dẫn ánh sáng) cho ánh sáng. Thiết kế của cáp quang tương tự như cáp điện nhưng nó chứa các bộ phận đặc biệt để bảo vệ các ống dẫn ánh sáng bên trong nó. Việc kết nối nhiều km cáp được thực hiện bằng cách sử dụng các đầu nối quang cố định và có thể tháo rời.

Máy thu quang chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành bản sao của tín hiệu điện ban đầu. Phần tử cảm biến của bộ thu quang là photodiode tuyết lở hoặc (thường xuyên hơn) photodiode PIN.

Hệ thống truyền dẫn thông tin cáp quang - thiết bị thu và phát quang được kết nối bằng cáp quang - có nhiều ưu điểm so với dây đồng, cáp đồng trục thông thường:

Tại sao hệ thống cáp quang có những đặc tính có lợi này? Bằng cách đọc tài liệu này và hiểu các nguyên tắc đằng sau công nghệ cáp quang, bạn sẽ có câu trả lời cho câu hỏi này. Mỗi thành phần trong số ba thành phần của hệ thống cáp quang - máy phát, máy thu và cáp - đều có phần riêng.

Máy phát quang

Một máy phát quang chuyển đổi tín hiệu điện thành luồng ánh sáng được điều chế để truyền qua cáp quang. Tùy thuộc vào loại tín hiệu, có thể sử dụng các phương pháp điều chế khác nhau - bật và tắt đèn hoặc thay đổi trơn tru giữa các mức được chỉ định tương ứng với tín hiệu đầu vào. Trong bộ lễ phục. 2, hai phương pháp điều chế chính này được thể hiện dưới dạng biểu đồ cường độ ánh sáng theo thời gian.

Cơm. 2. Các phương pháp điều chế quang thông cơ bản

Các nguồn sáng phổ biến nhất được sử dụng trong các máy phát quang là điốt phát sáng (LED) và laser bán dẫn (điốt laser). Để sử dụng trong hệ thống cáp quang, các thiết bị này được sản xuất trong vỏ cho phép đưa cáp quang đến gần khu vực phát ra ánh sáng nhất có thể. Điều này là cần thiết để hướng càng nhiều ánh sáng càng tốt vào ống dẫn sáng. Đôi khi bộ phát được trang bị một thấu kính hình cầu siêu nhỏ, cho phép bạn thu tất cả ánh sáng “đến giọt cuối cùng” và hướng nó vào sợi quang. Trong một số trường hợp, dây tóc thủy tinh được gắn trực tiếp vào bề mặt tinh thể phát sáng.

Các nguồn sáng phổ biến nhất được sử dụng trong các máy phát quang là điốt phát sáng (LED) và laser bán dẫn (điốt laser).

Đèn LED có diện tích phần tử phát xạ khá lớn và do đó chúng phát ra không hiệu quả như tia laser. Tuy nhiên, đèn LED được sử dụng rộng rãi trên các đường truyền thông có chiều dài ngắn và trung bình. Đèn LED rẻ hơn nhiều so với laser, có sự phụ thuộc gần như tuyến tính của cường độ bức xạ vào cường độ dòng điện và cường độ bức xạ của chúng phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. Mặt khác, tia laser có diện tích bề mặt phát ra rất nhỏ và có thể truyền nhiều năng lượng vào sợi quang hơn so với đèn LED. Chúng cũng có dòng điện tuyến tính, nhưng rất dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và yêu cầu sử dụng các mạch điện tử phức tạp hơn để đạt được độ ổn định cần thiết. Vì laser khá đắt nên chúng chủ yếu được sử dụng khi cần truyền dữ liệu trên khoảng cách xa.

Vì laser khá đắt nên chúng chủ yếu được sử dụng khi cần truyền dữ liệu trên khoảng cách xa.

Đèn LED và laser được sử dụng trong truyền thông sợi quang phát ra phần hồng ngoại của quang phổ sóng điện từ và do đó ánh sáng của chúng là vô hình đối với mắt người nếu không sử dụng các phương tiện đặc biệt. Bước sóng bức xạ được chọn có tính đến độ trong suốt tối đa của vật liệu dẫn ánh sáng và độ nhạy cao nhất của điốt quang. Các bước sóng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là 850, 1300 và 1550 nanomet. Cả đèn LED và laser đều có sẵn cho cả ba bước sóng.

Như đã đề cập, đầu ra ánh sáng của đèn LED và laser được điều chế theo một trong hai cách: “bật-tắt” hoặc thay đổi cường độ tuyến tính liên tục. Trong bộ lễ phục. Hình 3 cho thấy các mạch đơn giản thực hiện cả hai phương pháp điều chế. Để điều khiển bộ phát, một bóng bán dẫn được sử dụng, đế của nó nhận tín hiệu số được tạo sẵn. Tần số điều chế tối đa được xác định bởi mạch điện tử và đặc tính của bộ phát. Với đèn LED, tần số vài trăm megahertz có thể dễ dàng đạt được, với tia laser - hàng nghìn megahertz. Sơ đồ không hiển thị bộ ổn định nhiệt (đèn LED thường không yêu cầu nó).

Điều chế tuyến tính được thực hiện bằng mạch dựa trên op-amp (Hình 3B). Tín hiệu điều chế được đưa vào đầu vào đảo của bộ khuếch đại, độ lệch không đổi được cung cấp cho đầu vào không đảo. Mạch ổn định nhiệt cũng không được hiển thị ở đây.

Cơm. 3. Phương pháp điều chỉnh quang thông của đèn LED
và laser bán dẫn

Trong tín hiệu số sử dụng điều chế bật-tắt, các mức logic có thể được mã hóa theo nhiều cách khác nhau. Trong cách đơn giản nhất trong số đó, số logic tương ứng với sự hiện diện của ánh sáng và số 0 logic tương ứng với sự vắng mặt của nó. Ngoài ra, độ rộng xung và điều chế tần số xung được sử dụng. Điều chế độ rộng xung sử dụng một luồng xung liên tục, với hai khoảng thời gian khác nhau mã hóa mức logic của tín hiệu. Với điều chế tần số xung, tất cả các xung có cùng thời lượng nhưng tốc độ lặp lại của chúng thay đổi tùy theo mức logic được truyền.

Hình 4. Các phương pháp truyền dẫn quang sang analog
và thông tin số

Ngoài ra còn có một số phương pháp điều chế tương tự. Đơn giản nhất trong số này là điều chế tuyến tính, trong đó cường độ của nguồn sáng liên quan trực tiếp đến cường độ của tín hiệu truyền đi. Trong các phương pháp khác, tín hiệu được truyền trước tiên sẽ điều chỉnh sóng mang tần số cao (và trong một số trường hợp là nhiều sóng mang), sau đó tín hiệu phức tạp này sẽ điều khiển độ sáng của nguồn sáng.

Trong bộ lễ phục. Hình 4 cho thấy cường độ ánh sáng theo thời gian của các phương pháp điều chế này.

Tần số của ánh sáng (cũng là bức xạ điện từ) rất cao - vào khoảng hàng triệu gigahertz. Dải tần của các bộ phát ánh sáng (laser và đèn LED) khá rộng, nhưng thật không may, công nghệ hiện đại không cho phép sử dụng có chọn lọc dải tần này, như trường hợp truyền thông tin qua radio. Trong một máy phát quang, toàn bộ dải tần được bật và tắt cùng một lúc, giống như đã được thực hiện trong các máy phát tia lửa điện đầu tiên vào buổi bình minh của kỷ nguyên vô tuyến. Cuối cùng, các nhà khoa học sẽ vượt qua trở ngại này và “truyền mạch lạc” sẽ trở nên khả thi, điều này sẽ quyết định sự phát triển hơn nữa của công nghệ cáp quang.

Hướng dẫn ánh sáng

Đưa ánh sáng vào sợi quang

Công suất phát càng cao thì càng có nhiều ánh sáng đi vào dẫn sáng.

Sau khi máy phát đã chuyển đổi tín hiệu điện đầu vào thành ánh sáng được điều chế phù hợp, tín hiệu đó phải được đưa vào sợi quang. Như đã đề cập, có hai cách để thực hiện việc này: kết nối trực tiếp bộ phận phát xạ với ống dẫn sáng và đặt ống dẫn sáng gần với bộ phát. Khi sử dụng phương pháp thứ hai, lượng ánh sáng đi vào sợi quang phụ thuộc vào bốn yếu tố: cường độ bức xạ, diện tích của phần tử phát ra, góc đầu vào của ống dẫn ánh sáng và tổn thất phản xạ và tán xạ. Chúng ta hãy xem xét nhanh tất cả các yếu tố này.

Cường độ Công suất phát xạ của đèn LED hoặc laser phụ thuộc vào thiết kế của nó và thường được biểu thị bằng tổng công suất bức xạ ở một dòng điện cụ thể. Đôi khi con số này được biểu thị là công suất thực tế được truyền vào một loại sợi cụ thể. Tất cả những thứ khác đều bằng nhau, công suất của bộ phát càng cao thì càng có nhiều ánh sáng đi vào ống dẫn sáng.

Tỷ lệ diện tích của phần tử bức xạ và lõi của sợi quang xác định tỷ lệ của tổng công suất đi vào sợi quang - tỷ lệ này càng thấp thì càng có nhiều ánh sáng đi vào sợi quang.

Chỉ ánh sáng đi vào sợi quang ở một góc nhỏ hơn hoặc bằng góc đầu vào mới truyền dọc theo ống dẫn ánh sáng.

Góc vào Sợi quang được đặc trưng bởi khẩu độ số (NA), được định nghĩa là sin của một nửa góc đầu vào. Giá trị NA điển hình nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,4, tương ứng với góc vào từ 11 đến 46 độ. Chỉ ánh sáng đi vào sợi quang ở một góc nhỏ hơn hoặc bằng góc đầu vào mới truyền dọc theo ống dẫn ánh sáng.

Lỗ vốn. Ngoài tổn thất do nhiễm bẩn trên bề mặt sợi quang, luôn có sự mất mát cường độ ánh sáng không thể tránh khỏi do sự phản xạ ở lối vào và lối ra khỏi sợi quang. Đây là cái gọi là tổn thất Fresnel (được đặt theo tên của nhà vật lý người Pháp O. J. Fresnel), chiếm khoảng 4% tổng cường độ tại mỗi bề mặt tiếp xúc thủy tinh-không khí. Nếu cần thiết, một lượng nhỏ gel quang học đặc biệt sẽ được bôi lên các bề mặt kính được nối để giảm những tổn thất này.

Các loại sợi quang

Hiện nay có hai loại sợi quang được sử dụng: với sự thay đổi từng bước và đều đặn về chiết suất dọc theo bán kính (cấu hình). Trong bộ lễ phục. Hình 5 cho thấy ánh sáng truyền qua các vật dẫn ánh sáng như vậy theo những cách khác nhau.

Hình 5. Sự truyền ánh sáng qua sợi quang có cấu hình chiết suất bậc thang và mịn

Như thể hiện trong hình, sợi có chiết suất bậc bao gồm một lõi bằng thủy tinh tổn hao thấp được bao quanh bởi lớp bọc thủy tinh có chiết suất thấp hơn. Sự khác biệt về chiết suất này làm cho ánh sáng bị phản xạ từ mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc dọc theo toàn bộ đường truyền của nó. Sợi biên dạng mịn chỉ bao gồm một loại thủy tinh, nhưng nó được xử lý sao cho chiết suất của nó giảm dần từ trung tâm đến ngoại vi. Kết quả là, ống dẫn ánh sáng, giống như một thấu kính mở rộng, liên tục làm lệch hướng ánh sáng truyền qua nó về phía tâm.

Sợi quang được đặc trưng bởi độ dày của lõi và lớp bọc, được biểu thị bằng micromet. Có ba kích cỡ sợi quang đa dụng phổ biến nhất hiện nay, mặc dù cũng có những kích cỡ khác dành cho các ứng dụng chuyên dụng. Đây là các sợi đa mode 50/125 và 62,5/125 micron và sợi đơn mode 8-10/125 micron. Hai kích thước đầu tiên thường được sử dụng cùng với bộ phát LED trên đường truyền có chiều dài ngắn và trung bình. Sợi quang có lõi 8-10 micron thường được sử dụng nhiều nhất trong các hệ thống viễn thông đường dài kết hợp với máy phát quang laser.

Mất sợi quang

Ngoài tổn thất về cường độ tín hiệu tại điểm kết nối giữa bộ phát và vật dẫn ánh sáng, tổn thất còn xảy ra khi ánh sáng truyền qua sợi quang. Lõi sợi quang được làm từ thủy tinh siêu tinh khiết với độ suy hao rất thấp. Thủy tinh phải có độ trong suốt cao nhất vì ánh sáng phải truyền đi hàng km dọc theo sợi làm từ nó. Hãy nhìn vào kính cửa sổ thông thường. Nó trong suốt nhưng chỉ vì độ dày của nó chỉ 3-4 mm. Chỉ cần nhìn vào phần cuối của tấm kính và thấy màu xanh lục của nó là đủ để hiểu nó hấp thụ ánh sáng mạnh đến mức nào ngay cả trên chiều dài mười hoặc hai cm. Thật dễ dàng để tưởng tượng sẽ có rất ít ánh sáng xuyên qua kính cửa sổ dày hàng trăm mét!

Hầu hết các ống dẫn ánh sáng đa năng đều tạo ra tổn thất từ 4 đến 6 decibel trên mỗi km ở bước sóng 850 nm (nghĩa là mất 60 đến 75% ánh sáng trên mỗi km). Ở bước sóng 1300 nm, tổn thất giảm xuống còn 3-4 dB/km (50-60%) và ở bước sóng 1550 nm, chúng thậm chí còn thấp hơn - giá trị 0,5 dB/km (10%) không phải là bất thường.

Hầu hết các ống dẫn ánh sáng đa năng đều tạo ra tổn thất từ 4 đến 6 decibel trên mỗi km ở bước sóng 850 nm (nghĩa là mất 60 đến 75% ánh sáng trên mỗi km). Ở bước sóng 1300 nm, tổn thất giảm xuống còn 3-4 dB/km (50-60%) và ở 1550 nm, chúng thậm chí còn ít hơn - giá trị 0,5 dB/km (10%) không phải là bất thường.

Nguyên nhân chính gây ra tổn thất là sự hấp thụ ánh sáng bởi sự không đồng nhất và sự tán xạ của chúng. Một nguyên nhân khác gây tổn thất trong sợi quang là do bị uốn cong quá mức, khiến một số ánh sáng thoát ra khỏi lõi. Để tránh những tổn thất như vậy, bán kính uốn cong của cáp quang trong quá trình lắp đặt ít nhất phải là 2,5 cm (và thường xuyên hơn nữa).

Băng thông sợi

Tuy nhiên, băng thông của sợi quang đối với tín hiệu được điều chế bị hạn chế và sợi quang càng dài thì càng bị hạn chế.

Càng ít chế độ bức xạ thì băng thông của sợi quang càng rộng.

Các tổn thất được liệt kê ở trên không phụ thuộc vào tần số điều chế, tức là mức tổn thất 3 dB có nghĩa là 50% ánh sáng sẽ không đến được người nhận, bất kể nó được điều chế bằng tín hiệu 10 Hz hay 100 MHz. Tuy nhiên, băng thông của sợi quang cho tín hiệu điều chế bị hạn chế và sợi càng dài thì càng bị hạn chế. Lý do cho hạn chế này được minh họa trong Hình 2. 6. Ánh sáng đi vào sợi quang ở một góc nhỏ so với trục của nó (M1) truyền theo đường đi ngắn hơn ánh sáng đi vào ở góc gần với góc đầu vào tối đa (M2). Kết quả là, các chùm tia khác nhau phát ra từ cùng một nguồn (được gọi là các chế độ) không đến được đầu xa của sợi cùng lúc, dẫn đến hiệu ứng nhòe - làm giãn các xung ngắn. Điều này giới hạn tần số tối đa của tín hiệu truyền qua cáp quang. Nói tóm lại, càng ít chế độ bức xạ thì băng thông của sợi quang càng rộng. Để giảm số lượng chế độ lan truyền, lõi sợi được làm mỏng hơn. Sợi quang đơn mode có đường kính lõi từ 8 đến 10 µm có băng thông rộng hơn đáng kể so với sợi đa mode có đường kính 50 và 62,5 µm, qua đó một số lượng lớn các mode bức xạ có thể truyền đồng thời.

Cơm. 6. Băng thông tần số điều chế được truyền bởi sợi quang,
bị giới hạn bởi sự tồn tại của các đường truyền ánh sáng khác nhau

Băng thông điển hình của sợi quang thông thường là vài megahertz trên km đối với sợi có đường kính lõi rất lớn, vài trăm megahertz trên km đối với sợi quang đa mode tiêu chuẩn và hàng nghìn megahertz đối với sợi quang đơn mode. Khi chiều dài cáp tăng lên, băng thông sẽ giảm theo tỷ lệ. Ví dụ: cáp có băng tần 500 MHz trên chiều dài 1 km có thể cung cấp băng tần 250 MHz ở khoảng cách 2 km và chỉ 100 MHz ở khoảng cách 5 km.

Băng thông rất rộng của sợi đơn mode khiến cho thực tế có thể bỏ qua độ dài của chúng. Tuy nhiên, đối với sợi quang đa mode, yếu tố này rất quan trọng vì dải tần của tín hiệu truyền thường vượt quá băng thông của cáp.

Thiết kế cáp quang

Cáp quang có nhiều đường kính và thiết kế khác nhau. Giống như cáp đồng trục, thiết kế của cáp quang được xác định theo mục đích sử dụng của nó. Bên ngoài, cáp quang cũng tương tự như cáp đồng trục. Trong bộ lễ phục. Hình 7 thể hiện sơ đồ nguyên lý của cáp quang tiêu chuẩn.

Sợi quang có lớp phủ bảo vệ giúp bảo vệ nó khỏi bị hư hại trong quá trình sản xuất. Nó được đặt trong một ống polyvinyl clorua vừa vặn, nơi nó có thể uốn cong tự do khi lắp đặt xung quanh các góc tường và trong ống dẫn cáp.

Ống này được bao quanh bởi dây bện Kevlar, có tác dụng hấp thụ lực cơ học chính tác động lên cáp trong quá trình lắp đặt. Cuối cùng, lớp vỏ ngoài bằng nhựa PVC bảo vệ toàn bộ dây cáp và ngăn hơi ẩm xâm nhập vào bên trong.

Cáp có thiết kế này phù hợp để lắp đặt bên trong các tòa nhà không yêu cầu khả năng chống chịu đáng kể với các tác động bên ngoài. Có các loại cáp dành cho hầu hết mọi tùy chọn lắp đặt, chẳng hạn như cáp nối đất trực tiếp, vỏ bọc bên ngoài bằng thép chống gặm nhấm được gia cố và cáp không cháy được chứng nhận UL để lắp đặt trên trần giả. Cáp đa lõi được mã hóa màu cũng có sẵn.

Cơm. 7. Lắp đặt cáp quang tiêu chuẩn

Các loại hướng dẫn ánh sáng khác

Các thanh dẫn ánh sáng bằng nhựa được sử dụng để truyền dữ liệu trong khoảng cách rất ngắn bên trong thiết bị điện tử kết hợp với đèn LED rẻ tiền. Một trong những ứng dụng tiêu chuẩn của các dây dẫn ánh sáng như vậy là cách ly quang học của các mạch điều khiển trong nguồn điện cao áp.

Hai loại vật dẫn ánh sáng khác - thạch anh có lõi đường kính rất lớn và được làm hoàn toàn bằng nhựa - thường không được sử dụng trong viễn thông. Ống dẫn ánh sáng thạch anh được sử dụng để truyền các luồng ánh sáng mạnh, ví dụ như trong phẫu thuật laser. Các thanh dẫn ánh sáng bằng nhựa được sử dụng để truyền dữ liệu trong khoảng cách rất ngắn bên trong thiết bị điện tử kết hợp với đèn LED rẻ tiền. Một trong những ứng dụng tiêu chuẩn của các dẫn sáng như vậy là cách ly quang học của các mạch điều khiển trong nguồn điện cao áp.

Đầu nối quang

Sử dụng đầu nối quang, cáp quang được kết nối với thiết bị hoặc kết nối với nhau. Chúng tương tự như các đầu nối điện về chức năng và hình thức, nhưng yêu cầu chế tạo có độ chính xác rất cao. Đầu nối quang yêu cầu căn chỉnh và căn chỉnh chính xác lõi của cả hai sợi. Vì đường kính của chúng rất nhỏ (ví dụ: 50 µm) nên yêu cầu về độ chính xác rất cao: dung sai ở mức một micron.

Hiện nay có rất nhiều loại đầu nối quang khác nhau được sử dụng. Đầu nối SMA, được sử dụng trước khi phát minh ra sợi đơn mode, vẫn là loại phổ biến nhất cho đến gần đây. Trong bộ lễ phục. Hình 8 cho thấy chi tiết thiết kế của đầu nối này.

Cơm. 8. Thiết kế đầu nối SMA

Xin lưu ý rằng đầu nối ST đa mode sẽ chỉ hoạt động chính xác với sợi đa mode.

Đối với cáp quang đa mode, đầu nối được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là đầu nối ST do AT&T phát triển. Nó sử dụng khóa lưỡi lê và tổng tổn thất ít hơn ở SMA. Một cặp đầu nối ST phù hợp có mức suy hao nhỏ hơn 1 dB (20%) và không yêu cầu ống lót dẫn hướng bổ sung hoặc các bộ phận tương tự. Phần nhô ra đặc biệt giúp đầu nối không bị xoay đảm bảo khi kết nối, các sợi quang sẽ luôn được lắp đặt ở cùng một vị trí so với nhau, điều này đảm bảo đặc tính ổn định của kết nối có thể tháo rời.

Đầu nối ST có sẵn cho cả sợi đa chế độ và sợi đơn chế độ - sự khác biệt chính là dung sai. Xin lưu ý rằng đầu nối ST đa mode sẽ chỉ hoạt động chính xác với sợi đa mode. Đầu nối ST đơn chế độ đắt tiền hơn có thể được sử dụng với sợi đơn chế độ hoặc đa chế độ. Quy trình lắp đặt đầu nối ST và SMA trên cáp tương tự nhau và mất khoảng thời gian như nhau. Trong bộ lễ phục. Hình 9 thể hiện các bộ phận chính của đầu nối ST tiêu chuẩn công nghiệp.

Cơm. 9. Các thành phần cơ bản của đầu nối ST

Kết nối cố định của dẫn hướng ánh sáng

Mặc dù đầu nối quang có thể được sử dụng để kết nối hai dây dẫn ánh sáng nhưng vẫn có những phương pháp khác mang lại tổn thất thấp hơn đáng kể. Hai loại phổ biến nhất là kết nối cơ khí và kết nối hàn. Cả hai đều cung cấp mức suy hao từ 0,15 đến 0,1 dB (3-2%).

Đối với kết nối cơ học, các đầu của thanh dẫn ánh sáng được tách ra khỏi vỏ, các đầu của chúng được làm sạch và căn chỉnh chính xác bằng thiết bị cơ khí đặc biệt. Một loại gel quang học được áp dụng cho mối nối, giúp giảm thiểu sự mất phản xạ đến mức tối thiểu. Các đầu thẳng hàng của thanh dẫn ánh sáng được giữ cố định bằng cơ chế khóa.

máy thu quang

Nhiệm vụ chính của bộ thu quang là chuyển đổi luồng ánh sáng được điều chế đến từ sợi quang thành bản sao tín hiệu điện ban đầu được cung cấp cho máy phát.

Nhiệm vụ chính của bộ thu quang là chuyển đổi luồng ánh sáng được điều chế đến từ sợi quang thành bản sao tín hiệu điện ban đầu được cung cấp cho máy phát. Bộ dò tìm trong máy thu thường sử dụng mã PIN hoặc photodiode tuyết lở, được gắn trên một đầu nối quang (tương tự như đầu nối được sử dụng cho các nguồn sáng). Photodiode thường có phần tử cảm biến khá lớn (đường kính vài micromet) nên yêu cầu về độ chính xác định vị sợi quang không khắt khe như đối với máy phát.

Điều quan trọng là chỉ sử dụng các bộ thu có kích thước sợi quang phù hợp với chúng được thiết kế, nếu không bộ khuếch đại có thể bị quá tải.

Cường độ bức xạ phát ra từ sợi quang khá thấp và máy thu quang có bộ khuếch đại bên trong có mức tăng cao. Do đó, điều quan trọng là chỉ sử dụng các bộ thu có kích thước sợi quang phù hợp với thiết kế của chúng, nếu không bộ khuếch đại có thể bị quá tải. Ví dụ: nếu cặp máy phát-máy thu được thiết kế cho cáp quang đơn mode được sử dụng với đa chế độ thì quá nhiều ánh sáng sẽ đi vào bộ thu, khiến nó bị bão hòa và làm biến dạng nghiêm trọng tín hiệu đầu ra. Tương tự như vậy, nếu bạn sử dụng cáp quang đơn mode với bộ phát và bộ thu được thiết kế cho đa chế độ, sẽ có ít ánh sáng tới bộ thu và tín hiệu đầu ra sẽ chứa nhiều nhiễu hoặc hoàn toàn không có tín hiệu. Trường hợp duy nhất mà việc kết hợp giữa máy thu và máy phát với loại sợi quang có thể hữu ích là nếu sợi quang bị suy hao quá mức. Sau đó, 5-15 dB bổ sung, sẽ thu được bằng cách thay thế sợi quang đơn mode bằng sợi quang đa mode, sẽ cứu vãn được tình hình và cho phép chúng ta có được một hệ thống khả thi. Tuy nhiên, đây là một tình huống cực đoan và không được khuyến khích sử dụng bình thường.

Cần nhớ rằng các bộ thu tín hiệu điện tử, không giống như cáp quang, dễ bị nhiễu điện từ, vì vậy khi làm việc với chúng, nên sử dụng các biện pháp bảo vệ tiêu chuẩn - che chắn, nối đất, v.v.

Giống như máy phát, máy thu quang có sẵn ở dạng analog và kỹ thuật số. Cả hai đều sử dụng bộ tiền khuếch đại tương tự, sau đó là giai đoạn đầu ra tương tự hoặc kỹ thuật số.

Trong bộ lễ phục. Hình 10 cho thấy sơ đồ chức năng của một máy thu quang tương tự đơn giản. Giai đoạn đầu tiên là bộ khuếch đại hoạt động, được kết nối như một bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp. Dòng điện nhỏ do photodiode tạo ra ở đây được chuyển đổi thành điện áp, biên độ của nó thường là vài milivolt. Ở giai đoạn tiếp theo, là bộ khuếch đại điện áp đơn giản, tín hiệu được khuếch đại đến mức yêu cầu.

Sơ đồ chức năng của máy thu quang kỹ thuật số được thể hiện trong hình. 11. Giống như máy thu analog, giai đoạn đầu tiên là bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp. Tín hiệu đầu ra của nó được đưa đến bộ so sánh điện áp, tạo ra tín hiệu số sạch với thời lượng dao động ngắn. Điều khiển mức kích hoạt bộ so sánh, nếu có, được sử dụng để tinh chỉnh tính đối xứng của tín hiệu số được tái tạo.

Thông thường, các tầng bổ sung được thêm vào bộ thu để tái tạo tín hiệu đầu vào chính xác nhất, hoạt động như bộ khuếch đại tuyến tính cho cáp đồng trục, bộ chuyển đổi giao thức, v.v. Cần nhớ rằng các bộ thu tín hiệu điện tử, không giống như cáp quang, dễ bị nhiễu điện từ, vì vậy khi làm việc với chúng, nên sử dụng các biện pháp bảo vệ tiêu chuẩn - che chắn, nối đất, v.v.

Cơm. 10. Bộ thu quang analog đơn giản nhất

Cơm. 11. Máy thu quang kỹ thuật số đơn giản nhất

Phát triển hệ thống cáp quang

Có nhiều yếu tố cần xem xét khi thiết kế hệ thống cáp quang, mỗi yếu tố đều góp phần vào mục tiêu cuối cùng là đảm bảo đủ ánh sáng tới máy thu. Nếu không đạt được mục tiêu này, hệ thống sẽ không hoạt động chính xác. Trong bộ lễ phục. 12 xác định nhiều yếu tố trong số này.

Cơm. 12. Các thông số quan trọng nhất cần xem xét
khi phát triển hệ thống cáp quang

Khi thiết kế hệ thống cáp quang, nên thực hiện quy trình từng bước sau:

Lựa chọn bộ thu và phát phù hợp với loại tín hiệu cần truyền đi (analog, digital, video, RS-232, RS-422, RS-485, v.v.).
Xác định nguồn điện khả dụng (điện áp xoay chiều, điện áp DC, v.v.).
Xác định, nếu cần, các yêu cầu đặc biệt (ví dụ: trở kháng, băng thông, đầu nối đặc biệt và đường kính sợi, v.v.).
Tính toán tổn thất tổng trong hệ thống (tính bằng decibel): tổng tổn thất trong cáp, trong các kết nối có thể tháo rời và cố định. Các thông số kỹ thuật này có sẵn từ các nhà sản xuất thiết bị điện tử và cáp quang.
So sánh số liệu suy hao thu được với giá trị cho phép của mức tín hiệu ở đầu vào máy thu. Bạn nên chơi an toàn bằng cách thêm ít nhất khoảng trống 3 dB cho toàn bộ hệ thống.
Kiểm tra xem băng thông hệ thống có đáp ứng nhu cầu truyền loại tín hiệu mong muốn hay không. Nếu tính toán cho thấy băng thông không đủ để truyền tín hiệu qua khoảng cách cần thiết thì bạn nên chọn bộ thu và bộ phát khác (bước sóng khác) hoặc cân nhắc sử dụng cáp quang chất lượng cao và đắt tiền hơn với mức suy hao thấp hơn.

Danh sách kiểm tra các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống truyền dẫn cáp quang

Mục đích (mô tả ngắn gọn về nhiệm vụ):
Thông số tín hiệu analog:
Điện áp đầu vào
Trở kháng đầu vào
Điện áp đầu ra
Trở kháng đầu ra
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

Băng thông
Đầu nối
Dữ liệu khác
Thông số tín hiệu số:
Loại giao diện (RS-232, 422, 485, v.v.)
Tốc độ truyền dữ liệu
Phương thức giao tiếp (DC hoặc AC)
Tỷ lệ lỗi bit cho phép
Đầu nối
Dữ liệu khác
Các yêu cầu về nguồn điện:
Vôn
Hiện hành
Điện áp AC hoặc DC
Đầu nối
Dữ liệu khác

Yêu cầu về đường truyền cáp quang:
Độ dài dòng
Bước sóng ánh sáng
Những tổn thất có thể chấp nhận được
Đầu nối quang
Loại sợi
Đường kính sợi
Điều kiện lắp đặt
Yêu câu chung:
Quy mô trường hợp
Phương pháp cài đặt
Đặc điểm môi trường
Nhiệt độ hoạt động
Phạm vi nhiệt độ lưu trữ
Dữ liệu khác
Ý kiến khác:

Truyền thông trượt

Sự liên quan trong công nghệ - truyền thông tin (tín hiệu) qua một khoảng cách.

Các loại giao tiếp

Tùy thuộc vào hiện tượng nào được sử dụng để mã hóa tin nhắn, bạn có thể đánh dấu kết nối bằng cách sử dụng:

điện tử - viễn thông (thông tin liên lạc có dây và vô tuyến)
bức xạ photon - sợi quang hiện đại, một số loại tháp tín hiệu, tín hiệu đèn pin trong mã Morse, thông tin liên lạc laser trong khí quyển và không gian
chuỗi ký hiệu được làm từ thuốc nhuộm trên chất liệu - viết trên giấy.
sự giảm nhẹ hoặc thay đổi hình dạng của vật liệu - đĩa quang

Tùy thuộc vào phương tiện truyền dữ liệu, đường truyền thông được chia thành:

vệ tinh
không khí
đất
dưới nước
bí mật

Tùy thuộc vào nội dung thông điệp mang theo, theo các nguyên tắc vật lý cơ bản của đường truyền thông, có thể phân biệt các loại giao tiếp sau:

Truyền thông dây và cáp - việc truyền tải được thực hiện dọc theo môi trường dẫn hướng.

Truyền thông cáp điện
Truyền thông sợi quang

Thông tin liên lạc vệ tinh - thông tin liên lạc sử dụng (các) bộ lặp không gian
Thông tin liên lạc rơle vô tuyến - thông tin liên lạc sử dụng bộ lặp mặt đất
trạm cơ sở

dịch vụ chuyển phát nhanh

Thư chim bồ câu

Tùy thuộc vào nguồn/người nhận thông tin có di động hay không mà người ta phân biệt đứng im (đã sửa) Và di động sự liên quan ( di động, giao tiếp với các vật thể chuyển động- SPO).

Dựa trên loại tín hiệu được truyền, truyền thông tương tự và kỹ thuật số được phân biệt.

Tín hiệu

Tùy thuộc vào thông tin được truyền đi, có tương tự Và điện tử sự liên quan. Giao tiếp tương tự là việc truyền tải các thông điệp liên tục (chẳng hạn như âm thanh hoặc lời nói). Truyền thông số là việc truyền tải thông tin ở dạng rời rạc (dạng số). Tuy nhiên, các thông điệp rời rạc có thể được truyền qua các kênh tương tự và ngược lại. Hiện nay, truyền thông kỹ thuật số đang thay thế truyền thông tương tự (đang diễn ra quá trình số hóa),

Đường dây liên lạc

Đường dây liên lạc(LS) - phương tiện vật lý để truyền tín hiệu thông tin của thiết bị truyền dữ liệu và thiết bị trung gian.

Đây là một bộ thiết bị kỹ thuật đảm bảo việc truyền tải bất kỳ loại tin nhắn nào từ người gửi đến người nhận. Nó được thực hiện bằng cách sử dụng tín hiệu điện truyền qua dây dẫn hoặc tín hiệu vô tuyến.

Đường dây liên lạc có dây

Mạch truyền thông- dây dẫn/sợi được sử dụng để truyền một tín hiệu. Trong truyền thông vô tuyến, khái niệm tương tự có tên Thân cây. Phân biệt chuỗi cáp- xích trong cáp và chuỗi không khí- bị treo trên các giá đỡ.

Đường dây viễn thông có dây được chia thành cáp, trên không và cáp quang. Các đường cáp được đặt dưới lòng đất. Tuy nhiên, do thiết kế không hoàn hảo nên đường dây thông tin cáp ngầm đã phải nhường chỗ cho đường dây trên cao. Cáp điện thoại thành phố điển hình bao gồm một bó dây đồng hoặc nhôm mỏng, cách điện với nhau và được bọc trong một vỏ bọc chung. Cáp được tạo thành từ nhiều cặp dây khác nhau, mỗi cặp dây được sử dụng để truyền tín hiệu điện thoại. Mong muốn mở rộng phổ tần số truyền và tăng dung lượng đường dây của hệ thống đa kênh đã dẫn đến việc tạo ra các loại cáp mới, được gọi là đồng trục. Chúng được sử dụng để truyền tín hiệu truyền hình tần số cao, cũng như liên lạc điện thoại đường dài và quốc tế. Một dây trong cáp đồng trục là ống đồng hoặc nhôm (hoặc dây bện), còn dây kia là lõi đồng trung tâm được nhúng trong đó. Chúng tách biệt với nhau và có một trục chung. Cáp như vậy có tổn thất thấp, hầu như không phát ra sóng điện từ và do đó không tạo ra nhiễu. Những loại cáp này cho phép truyền năng lượng ở tần số hiện tại lên tới vài triệu hertz và cho phép chúng truyền các chương trình truyền hình trên khoảng cách xa.

Cơm. Cáp đồng trục

Đường dây thông tin sợi quang

Đường dây điện thoại và cáp truyền hình chủ yếu được sử dụng làm đường dây liên lạc có dây. Phát triển nhất là liên lạc bằng dây điện thoại. Nhưng nó có những nhược điểm nghiêm trọng: dễ bị nhiễu, suy giảm tín hiệu khi truyền chúng trên khoảng cách xa và thông lượng thấp. Đường cáp quang không có tất cả những nhược điểm này - một loại giao tiếp trong đó thông tin được truyền dọc theo các ống dẫn sóng điện môi quang học ("sợi quang").

Cáp quang được coi là phương tiện hoàn hảo nhất để truyền các luồng thông tin lớn trên khoảng cách xa. Nó được làm bằng thạch anh, dựa trên silicon dioxide - một vật liệu phổ biến và rẻ tiền, không giống như đồng. Sợi quang rất nhỏ gọn và nhẹ, đường kính chỉ khoảng 100 micron.

Đường dây cáp quang khác với đường dây truyền thống:

tốc độ truyền thông tin rất cao (trên khoảng cách hơn 100 km mà không cần bộ lặp);
bảo mật thông tin được truyền khỏi sự truy cập trái phép;
khả năng chống nhiễu điện từ cao;
khả năng chống lại môi trường xâm thực;
khả năng truyền đồng thời tới 10 triệu cuộc trò chuyện qua điện thoại và một triệu tín hiệu video qua một sợi quang;
tính linh hoạt của sợi;
kích thước và trọng lượng nhỏ;
an toàn về tia lửa, cháy nổ;
dễ dàng cài đặt và cài đặt;
giá thấp;
độ bền cao của sợi quang - lên tới 25 năm.

Cơm. Cáp quang (mặt cắt ngang)

Hiện nay, việc trao đổi thông tin giữa các châu lục diễn ra chủ yếu thông qua cáp quang dưới biển hơn là thông tin vệ tinh. Đồng thời, động lực chính thúc đẩy sự phát triển của đường truyền cáp quang dưới nước chính là Internet.

Cơm. Mạng cáp quang Transtelecom

liên kết Có lẽ:

đơn giản- nghĩa là chỉ cho phép truyền dữ liệu theo một hướng, ví dụ - phát thanh, truyền hình;
bán song công từng cái một;
hai mặt- nghĩa là cho phép truyền dữ liệu theo cả hai hướng đồng thời, ví dụ - điện thoại.

Tách (niêm phong) các kênh:

Việc tạo một số kênh trên một đường truyền được đảm bảo bằng cách phân tách chúng theo tần số, thời gian, mã, địa chỉ và bước sóng.

phân chia tần số của các kênh (FDM, FDM) - phân chia các kênh theo tần số, mỗi kênh được phân bổ một dải tần số nhất định
phân chia thời gian của các kênh (TDM, TDM) - phân chia các kênh theo thời gian, mỗi kênh được phân bổ một lát thời gian (khe thời gian)
phân chia kênh bằng mã (KKK, CDMA) - phân tách các kênh bằng mã, mỗi kênh có mã riêng, lớp phủ trên tín hiệu nhóm cho phép bạn làm nổi bật thông tin của một kênh cụ thể.
phân chia kênh quang phổ (SRK, WDM) - phân tách các kênh theo bước sóng

Đường truyền thông không dây

Thông tin vô tuyến - sóng vô tuyến trong không gian được sử dụng để truyền dẫn.

Truyền thông DV, SV, HF và VHF mà không cần sử dụng bộ lặp
Thông tin vệ tinh - thông tin liên lạc sử dụng bộ lặp không gian
Thông tin liên lạc rơle vô tuyến - liên lạc sử dụng bộ lặp mặt đất
Thông tin di động - thông tin liên lạc sử dụng mạng mặt đất trạm cơ sở

Hệ thống thông tin liên lạc bao gồm thiết bị đầu cuối, nguồn và người nhận tin nhắn, và thiết bị chuyển đổi tín hiệu(UPS) từ cả hai đầu đường dây. Thiết bị đầu cuối cung cấp khả năng xử lý sơ cấp các tin nhắn và tín hiệu, chuyển đổi các tin nhắn từ dạng do nguồn cung cấp (giọng nói, hình ảnh, v.v.) thành tín hiệu (ở nguồn, phía người gửi) và ngược lại (ở phía người nhận). bên), khuếch đại, v.v.. UPS có thể bảo vệ tín hiệu khỏi bị biến dạng.

Các loại hình truyền thông hiện đại

Thư

Thư(Tiếng Nga) Thư (thông tin); từ lat. bưu điện) - một loại hình liên lạc và tổ chức để vận chuyển tin tức (ví dụ: thư và bưu thiếp) và hàng hóa nhỏ, đôi khi là người. Thực hiện vận chuyển thường xuyên các bưu phẩm - thư từ, ấn phẩm định kỳ, phiếu chuyển tiền, bưu kiện, bưu kiện - chủ yếu sử dụng xe cộ.

Tổ chức bưu chính ở Nga theo truyền thống là một doanh nghiệp nhà nước. Mạng lưới bưu điện là mạng lưới tổ chức lớn nhất cả nước.

Thư- một phương tiện lưu trữ thông tin, ví dụ như trên giấy. Trước khi gửi thư, bạn cần ghi mã bưu chính của người gửi và người nhận trên phong bì theo khuôn mẫu áp dụng cho thư.

Cơm. Phong bì gửi thư có in mã bưu chính

Cơm. Phong bì bưu chính Nga có mã bưu chính

Đường hàng không, hoặc thư hàng không(Tiếng Anh) đường hàng không), - một loại hình dịch vụ bưu chính trong đó bưu gửi được vận chuyển bằng đường hàng không bằng đường hàng không.

Cơm. Phong bì đường hàng không của Liên bang Nga

Thư chim bồ câu- một trong những phương thức liên lạc bưu chính trong đó các tin nhắn bằng văn bản được gửi bằng chim bồ câu đưa thư.

Thư điện tử@

Ưu điểm chính của e-mail là tốc độ gửi thư, bất kể vị trí địa lý của người gửi thư và người nhận. Nhưng cả người gửi và người nhận đều phải có máy tính và truy cập được email.

Điều gì sẽ xảy ra nếu người gửi có những khả năng này còn người nhận thì không? Tại Hoa Kỳ, dịch vụ bưu chính tiểu bang đảm bảo việc gửi email đến bưu điện gần người nhận nhất. Ở đó, nó được người đưa thư in và chuyển trong phong bì đến người nhận. Ngày nay, đường hàng không chuyển một lá thư thông thường từ Nga đến Mỹ trong 3-4 tuần. Một lá thư kết hợp mới (email - thông thường) có thể được gửi trong vòng 48 giờ. Nga cũng có kế hoạch trang bị cho các bưu điện khả năng truy cập Internet và email. Dự án này có tên là “Cybermail@”. “Các tiệm Internet” – điểm truy cập Internet công cộng – sẽ được mở ở tất cả các bưu điện. Trong một thẩm mỹ viện như vậy, bạn có thể gửi email chứa bất kỳ văn bản, tài liệu, bản vẽ, ảnh nào. Thư này sẽ được gửi đến bưu điện gần nhất tới người nhận, được in ra, tự động dán kín vào phong bì và được người đưa thư chuyển đến địa chỉ bất kỳ trong vòng 48 giờ. Trong tiệm trực tuyến, chuyên gia tư vấn sẽ giúp bạn học cách sử dụng e-mail và chụp ảnh kỹ thuật số. Tiệm Internet đầu tiên như vậy đã tồn tại ở Bưu điện Moscow. Giá của một trang của một bức thư kết hợp như vậy là 12 rúp và trên đĩa mềm có giá 6 rúp cho mỗi 2 KB.

Một phần của dự án Cybermail@ được gọi là “Thư lai”. Đây là sự kết hợp giữa Internet hiện đại và “người đưa thư truyền thống”. Bây giờ bất cứ ai cũng có thể mang một lá thư bình thường viết trên giấy đến bưu điện. Ở đó nó sẽ được nhập vào máy tính và gửi qua e-mail đến bưu điện gần người nhận nhất. Trong đó, bức thư này sẽ được in trên máy in và người đưa thư sẽ mang nó đến người nhận. Sau đó, bức thư sẽ đến bất kỳ thành phố nào trong cả nước không quá 48 giờ, vì giai đoạn dài nhất của quá trình chuyển phát - vận chuyển một bức thư viết trên giấy từ thành phố này sang thành phố khác - đã biến mất. Vì vậy, tốc độ gửi một lá thư bằng tốc độ của một bức điện tín. Nhưng chi phí của một bức thư như vậy lại rẻ hơn nhiều lần so với một bức điện tín. Rốt cuộc, giá của một từ trong bức điện khi được truyền đi khắp nước Nga là 80 kopecks, và giá của một trang của bức thư lai ở định dạng A4 và 2000 ký tự chỉ là 12 rúp. Đồng thời, vài trăm từ vừa vặn trên một trang A4!

Bức thư có thể được đóng lại, tức là. Bức thư được chuyển đến người nhận trong một phong bì hoặc mở, tức là. lá thư được gửi đi mà không có phong bì.
Bạn có thể gửi thư qua thư lai, cả trên giấy và trên phương tiện từ tính.

Sau đó, một phần bổ sung đã được thêm vào dự án “Thư kết hợp” dành cho người dùng sở hữu Internet và e-mail. Nó cho phép họ gửi email đến người nhận không có email. Bức thư này được chuyển đến bưu điện gần người nhận nhất, được in ra và niêm phong trong một phong bì. Người đưa thư mang phong bì này đến cho người nhận - người nhận thư. Điều này làm giảm đáng kể thời gian giao hàng của nó.

Thư khí nén, hoặc thư khí nén(từ tiếng Hy Lạp πνευματικός - không khí), - một hệ thống di chuyển hàng hóa dưới tác động của không khí nén hoặc ngược lại, không khí loãng. Các viên nang thụ động kín (thùng chứa) di chuyển qua hệ thống đường ống, mang theo tải trọng nhẹ và tài liệu bên trong.

Cơm. Thiết bị đầu cuối thư khí nén

Nó được sử dụng trong các tổ chức để gửi tài liệu gốc, chẳng hạn như đến ngân hàng, kho hàng và thư viện, tiền mặt trong siêu thị và quầy thu ngân của ngân hàng, các xét nghiệm, lịch sử bệnh án, chụp X-quang trong các cơ sở y tế, cũng như các mẫu trong các doanh nghiệp công nghiệp.

Điện báo(từ tiếng Hy Lạp cổ τῆλε - “xa” + γρᾰ́φω - “Tôi viết”) - một phương tiện truyền tín hiệu qua dây dẫn hoặc các kênh viễn thông khác. Ở Nga, thông tin liên lạc bằng điện báo vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay. Ở một số quốc gia, điện báo được coi là một hình thức liên lạc lỗi thời và mọi hoạt động gửi và chuyển điện tín đều bị cắt giảm. Ở Hà Lan, thông tin liên lạc bằng điện báo đã ngừng hoạt động vào năm 2004. Vào tháng 1 năm 2006, nhà điều hành quốc gia lâu đời nhất của Mỹ, Western Union, đã tuyên bố ngừng hoàn toàn các dịch vụ gửi và chuyển tin nhắn điện báo cho công chúng. Đồng thời, tại Canada, Bỉ, Đức, Thụy Điển, Nhật Bản, một số công ty vẫn hỗ trợ dịch vụ gửi và phát tin nhắn điện báo truyền thống.

Điện báo(từ tiếng Hy Lạp cổ τῆλε - “xa” + γρᾰ́φω - “Tôi viết”) - một phương tiện truyền tín hiệu qua dây dẫn hoặc các kênh viễn thông khác.

điện tín- một tin nhắn được gửi bằng điện báo, một trong những loại hình liên lạc đầu tiên sử dụng truyền tải thông tin bằng điện.

Cơm. điện tín

Thông tin liên lạc qua điện thoại

Điện thoại(từ tiếng Hy Lạp τῆλε - xa và φωνή - giọng nói) - một thiết bị truyền và nhận âm thanh trên một khoảng cách thông qua tín hiệu điện. Thông tin liên lạc qua điện thoại được sử dụng để truyền và nhận lời nói của con người.

Có phải là cáp quang không? Viện Nghiên cứu Truyền thông (FOCL) - một hệ thống dựa trên cáp quang, được thiết kế để truyền thông tin trong phạm vi quang học (ánh sáng). Theo GOST 26599-85, thuật ngữ FOCL đã được thay thế bằng FOLP (đường truyền cáp quang), nhưng trong sử dụng thực tế hàng ngày, thuật ngữ FOCL vẫn được sử dụng, vì vậy trong bài viết này chúng tôi sẽ sử dụng nó.

Các đường truyền thông FOCL (nếu chúng được lắp đặt đúng cách) so với tất cả các hệ thống cáp được phân biệt bởi độ tin cậy rất cao, chất lượng truyền thông tuyệt vời, băng thông rộng, độ dài lớn hơn đáng kể mà không cần khuếch đại và khả năng miễn nhiễm gần như 100% khỏi nhiễu điện từ. Hệ thống này dựa trên công nghệ sợi quang– ánh sáng được sử dụng làm vật mang thông tin; loại thông tin được truyền đi (tương tự hoặc kỹ thuật số) không quan trọng. Công trình chủ yếu sử dụng ánh sáng hồng ngoại, môi trường truyền dẫn là sợi thủy tinh.

Phạm vi của đường truyền thông cáp quang

Cáp quang đã được sử dụng để cung cấp thông tin liên lạc và truyền tải thông tin trong hơn 40 năm, nhưng do giá thành cao nên nó mới được sử dụng rộng rãi trong thời gian gần đây. Sự phát triển của công nghệ đã giúp cho việc sản xuất trở nên tiết kiệm hơn và giá thành của cáp phải chăng hơn, đồng thời các đặc tính kỹ thuật và ưu điểm của nó so với các vật liệu khác nhanh chóng bù đắp mọi chi phí phát sinh.

Hiện tại, khi một cơ sở sử dụng tổ hợp các hệ thống dòng điện thấp cùng một lúc (mạng máy tính, hệ thống kiểm soát truy cập, giám sát video, an ninh và báo cháy, an ninh chu vi, truyền hình, v.v.), không thể thực hiện được nếu không sử dụng cáp quang. -đường truyền thông quang. Chỉ việc sử dụng cáp quang mới có thể sử dụng đồng thời tất cả các hệ thống này, đảm bảo hoạt động ổn định chính xác và thực hiện các chức năng của chúng.

FOCL ngày càng được sử dụng như một hệ thống cơ bản trong việc phát triển và lắp đặt, đặc biệt đối với các tòa nhà nhiều tầng, các tòa nhà lâu dài và khi kết hợp một nhóm đối tượng. Chỉ có cáp quang mới có thể cung cấp khối lượng và tốc độ truyền thông tin phù hợp. Cả ba hệ thống con đều có thể được triển khai trên cơ sở cáp quang; trong hệ thống con của đường trục bên trong, cáp quang được sử dụng thường xuyên như nhau với cáp xoắn đôi và trong hệ thống con của đường trục bên ngoài, chúng đóng vai trò chủ đạo. Có cáp quang cho bên ngoài (cáp ngoài trời) và bên trong (cáp trong nhà), cũng như dây kết nối để liên lạc bằng dây ngang, trang bị cho nơi làm việc riêng lẻ và kết nối các tòa nhà.

Mặc dù chi phí tương đối cao, việc sử dụng cáp quang ngày càng hợp lý và được sử dụng rộng rãi hơn.

Thuận lợi đường truyền thông cáp quang (FOCL)) trước phương tiện truyền động “kim loại” truyền thống:

Băng thông rộng;
Sự suy giảm tín hiệu không đáng kể, ví dụ, đối với tín hiệu 10 MHz, nó sẽ là 1,5 dB/km so với 30 dB/km đối với cáp đồng trục RG6;
Khả năng xảy ra “vòng nối đất” bị loại trừ vì cáp quang là chất điện môi và tạo ra sự cách ly điện (điện) giữa đầu phát và đầu thu của đường dây;
Độ tin cậy cao của môi trường quang học: sợi quang không bị oxy hóa, không bị ướt và không chịu ảnh hưởng điện từ
Không gây nhiễu cho các cáp liền kề hoặc trong các cáp quang khác vì sóng mang tín hiệu nhẹ và nằm hoàn toàn bên trong cáp quang;
Sợi thủy tinh hoàn toàn không nhạy cảm với các tín hiệu bên ngoài và nhiễu điện từ (EMI), bất kể nguồn điện mà cáp chạy gần (110 V, 240 V, 10.000 V AC) hay rất gần với máy phát megawatt. Sét đánh cách cáp 1 cm sẽ không gây nhiễu và không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống;
Bảo mật thông tin - thông tin được truyền qua cáp quang “từ điểm này sang điểm khác” và nó chỉ có thể bị nghe lén hoặc thay đổi bằng cách can thiệp vật lý vào đường truyền
Cáp quang nhẹ hơn và nhỏ hơn - thuận tiện và dễ lắp đặt hơn cáp điện có cùng đường kính;
Không thể làm một nhánh cáp mà không làm hỏng chất lượng tín hiệu. Bất kỳ hành vi giả mạo nào đối với hệ thống đều được phát hiện ngay lập tức ở đầu nhận của đường truyền, điều này đặc biệt quan trọng đối với hệ thống an ninh và giám sát video;
An toàn cháy nổ khi thay đổi các thông số lý hóa

Giá thành của cáp đang giảm mỗi ngày, chất lượng và khả năng của nó bắt đầu chiếm ưu thế so với chi phí xây dựng đường cáp quang dòng điện thấp

Không có giải pháp lý tưởng và hoàn hảo; giống như bất kỳ hệ thống nào, đường truyền cáp quang đều có những nhược điểm:

Tính dễ vỡ của sợi thủy tinh - nếu cáp bị uốn cong mạnh, sợi có thể bị đứt hoặc bị đục do xuất hiện các vết nứt nhỏ. Để loại bỏ và giảm thiểu những rủi ro này, các cấu trúc và dây bện gia cố cáp được sử dụng. Khi lắp đặt cáp, cần tuân theo các khuyến nghị của nhà sản xuất (đặc biệt, bán kính uốn tối thiểu cho phép đã được tiêu chuẩn hóa);
Sự phức tạp của việc kết nối trong trường hợp đứt đòi hỏi phải có dụng cụ đặc biệt và trình độ của người thực hiện;
Công nghệ sản xuất phức tạp của cả bản thân sợi quang và các thành phần của liên kết sợi quang;
Độ phức tạp của việc chuyển đổi tín hiệu (trong thiết bị giao diện);
Chi phí tương đối cao của thiết bị đầu cuối quang học. Tuy nhiên, thiết bị này đắt tiền về mặt tuyệt đối. Tỷ lệ giá trên băng thông của đường cáp quang tốt hơn so với các hệ thống khác;
Sợi bị mờ do tiếp xúc với bức xạ (tuy nhiên, có những sợi được pha tạp chất có khả năng chống bức xạ cao).

Việc lắp đặt hệ thống thông tin cáp quang đòi hỏi nhà thầu phải có trình độ chuyên môn phù hợp vì việc chấm dứt cáp được thực hiện bằng các công cụ đặc biệt, với độ chính xác và kỹ năng đặc biệt, không giống như các phương tiện truyền dẫn khác. Cài đặt định tuyến và chuyển đổi tín hiệu đòi hỏi trình độ và kỹ năng đặc biệt, vì vậy bạn không nên tiết kiệm tiền trong lĩnh vực này và sợ phải trả quá nhiều tiền cho các chuyên gia; loại bỏ sự gián đoạn trong hệ thống và hậu quả của việc lắp đặt cáp không chính xác sẽ tốn kém hơn.

Nguyên lý hoạt động của cáp quang.

Ý tưởng truyền tải thông tin bằng ánh sáng, chưa kể đến nguyên lý hoạt động vật lý, vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng đối với hầu hết những người bình thường. Chúng tôi sẽ không đi sâu vào chủ đề này nhưng chúng tôi sẽ cố gắng giải thích cơ chế hoạt động cơ bản của sợi quang và chứng minh các chỉ số hiệu suất cao như vậy.

Khái niệm sợi quang dựa trên các định luật cơ bản về phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Nhờ thiết kế, sợi thủy tinh có thể giữ các tia sáng bên trong ống dẫn sáng và ngăn chúng “đi xuyên tường” khi truyền tín hiệu đi xa nhiều km. Ngoài ra, không có gì bí mật khi tốc độ ánh sáng cao hơn.

Sợi quang dựa trên hiệu ứng khúc xạ ở góc tới tối đa, nơi xảy ra phản xạ toàn phần. Hiện tượng này xảy ra khi một tia sáng rời khỏi môi trường đậm đặc và đi vào môi trường kém đậm đặc hơn ở một góc nhất định. Ví dụ, hãy tưởng tượng một bề mặt nước hoàn toàn bất động. Người quan sát nhìn từ dưới nước và thay đổi góc nhìn của mình. Tại một thời điểm nhất định, góc nhìn trở nên đến mức người quan sát sẽ không thể nhìn thấy các vật thể nằm trên mặt nước. Góc này gọi là góc phản xạ toàn phần. Ở góc độ này, người quan sát sẽ chỉ nhìn thấy các vật thể dưới nước, sẽ có cảm giác như đang nhìn vào gương.

Lõi bên trong của cáp quang có chiết suất cao hơn vỏ bọc và xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Vì lý do này, một tia sáng đi qua lõi bên trong không thể vượt quá giới hạn của nó.

Có một số loại cáp quang:

Với cấu hình từng bước - tùy chọn điển hình, rẻ nhất, sự phân bố ánh sáng xảy ra theo “bước” và xung đầu vào bị biến dạng do độ dài quỹ đạo tia sáng khác nhau
Với cấu hình “đa chế độ” mượt mà – các tia sáng truyền với tốc độ xấp xỉ bằng nhau trong “sóng”, độ dài đường đi của chúng được cân bằng, điều này cho phép cải thiện các đặc tính của xung;
Sợi thủy tinh chế độ đơn - tùy chọn đắt tiền nhất, cho phép bạn kéo thẳng các chùm tia, đặc tính truyền xung trở nên gần như hoàn hảo.

Cáp quang vẫn đắt hơn các vật liệu khác, việc lắp đặt và kết thúc nó phức tạp hơn và đòi hỏi người thực hiện có trình độ, nhưng tương lai của việc truyền thông tin chắc chắn nằm ở sự phát triển của các công nghệ này và quá trình này là không thể đảo ngược.

Đường cáp quang bao gồm các thành phần chủ động và thụ động. Ở đầu phát của cáp quang có một đèn LED hoặc diode laser, bức xạ của chúng được điều chế bởi tín hiệu truyền. Liên quan đến giám sát video, đây sẽ là tín hiệu video; để truyền tín hiệu số, logic được giữ nguyên. Trong quá trình truyền, diode hồng ngoại được điều chỉnh độ sáng và dao động theo sự thay đổi tín hiệu. Để nhận và chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, bộ tách sóng quang thường được đặt ở đầu thu.

Các thành phần hoạt động bao gồm bộ ghép kênh, bộ tái tạo, bộ khuếch đại, laser, điốt quang và bộ điều biến.

Bộ ghép kênh– kết hợp nhiều tín hiệu thành một, do đó, một sợi cáp quang có thể được sử dụng để truyền đồng thời nhiều tín hiệu thời gian thực. Những thiết bị này không thể thiếu trong các hệ thống có số lượng cáp không đủ hoặc hạn chế.

Có một số loại bộ ghép kênh, chúng khác nhau về đặc tính kỹ thuật, chức năng và ứng dụng:

bộ phận phân chia phổ (WDM) - thiết bị đơn giản và rẻ nhất, truyền tín hiệu quang từ một hoặc nhiều nguồn hoạt động ở các bước sóng khác nhau thông qua một cáp;
điều chế tần số và ghép tần số (FM-FDM) - thiết bị khá chống nhiễu và biến dạng, có đặc tính tốt và mạch có độ phức tạp trung bình, có 4,8 và 16 kênh, tối ưu cho giám sát video.
Điều chế biên độ với dải biên bị triệt tiêu một phần (AVSB-FDM) - với quang điện tử chất lượng cao, chúng cho phép bạn truyền tới 80 kênh, tối ưu cho truyền hình thuê bao, nhưng đắt tiền cho giám sát video;
Điều chế mã xung (PCM - FDM) - một thiết bị đắt tiền, hoàn toàn kỹ thuật số, được sử dụng để phân phối video kỹ thuật số và giám sát video;

Trong thực tế, sự kết hợp của các phương pháp này thường được sử dụng. Bộ tái tạo là một thiết bị phục hồi hình dạng của xung quang, truyền dọc theo sợi quang, bị biến dạng. Bộ tái tạo có thể hoàn toàn là quang học hoặc điện, giúp chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, khôi phục tín hiệu đó và sau đó chuyển đổi lại thành tín hiệu quang.

Bộ khuếch đại- khuếch đại công suất tín hiệu đến mức điện áp yêu cầu, có thể là quang và điện, thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang-điện tử và quang điện tử.

Đèn LED và Laser- nguồn bức xạ quang kết hợp đơn sắc (ánh sáng cho cáp). Đối với các hệ thống có điều chế trực tiếp, nó đồng thời thực hiện các chức năng của bộ điều biến để chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang.

Bộ tách sóng quang(Photodiode) - thiết bị nhận tín hiệu ở đầu kia của cáp quang và thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang điện tử.

Bộ điều biến- một thiết bị điều chế sóng quang mang thông tin theo định luật tín hiệu điện. Trong hầu hết các hệ thống, chức năng này được thực hiện bằng tia laser, nhưng trong các hệ thống có điều chế gián tiếp, các thiết bị riêng biệt được sử dụng cho mục đích này.

Các thành phần thụ động của đường truyền cáp quang bao gồm:

Cáp quang – đóng vai trò là phương tiện truyền tín hiệu. Vỏ ngoài của cáp có thể được làm bằng nhiều vật liệu khác nhau: polyvinyl clorua, polyetylen, polypropylen, Teflon và các vật liệu khác. Một sợi cáp quang có thể có nhiều loại áo giáp và các lớp bảo vệ cụ thể (ví dụ, những chiếc kim thủy tinh nhỏ để bảo vệ khỏi loài gặm nhấm). Thiết kế có thể là:

Khớp nối quang- thiết bị dùng để kết nối hai hoặc nhiều cáp quang.

Chữ thập quang học- thiết bị được thiết kế để kết thúc cáp quang và kết nối thiết bị hoạt động với nó.

gai- được thiết kế để nối sợi cố định hoặc bán cố định;

Đầu nối– để kết nối lại hoặc ngắt kết nối cáp;

Khớp nối– thiết bị phân phối công suất quang của nhiều sợi thành một;

Công tắc– thiết bị phân phối lại tín hiệu quang dưới sự điều khiển bằng tay hoặc điện tử

Lắp đặt đường truyền cáp quang, tính năng và quy trình của nó.

Sợi thủy tinh là một vật liệu rất chắc chắn nhưng dễ vỡ, mặc dù nhờ có lớp vỏ bảo vệ nên nó có thể được xử lý gần như là điện. Tuy nhiên, khi lắp đặt cáp, bạn phải tuân thủ các yêu cầu của nhà sản xuất về:

“Độ giãn dài tối đa” và “lực đứt tối đa”, được biểu thị bằng newton (khoảng 1000 N hoặc 1 kN). Trong cáp quang, hầu hết ứng suất được đặt lên cấu trúc cường độ (nhựa gia cố, thép, Kevlar hoặc kết hợp những thứ này). Mỗi loại cấu trúc có đặc điểm và mức độ bảo vệ riêng; nếu lực căng vượt quá mức quy định, sợi quang có thể bị hỏng.
“Bán kính uốn tối thiểu” – giúp các khúc cua mượt mà hơn, tránh những khúc cua gấp.
“Độ bền cơ học”, được biểu thị bằng N/m (newton/mét) - bảo vệ cáp khỏi tác động vật lý (có thể bị xe cộ giẫm lên hoặc thậm chí cán qua. Bạn nên hết sức cẩn thận và đặc biệt đảm bảo an toàn tại các nút giao thông và các điểm nối , tải tăng lên rất nhiều do diện tích tiếp xúc nhỏ.

Cáp quang thường được quấn trên trống gỗ với lớp bảo vệ bằng nhựa bền hoặc các dải gỗ xung quanh chu vi. Các lớp bên ngoài của cáp dễ bị tổn thương nhất nên trong quá trình lắp đặt cần lưu ý trọng lượng của trống, bảo vệ nó khỏi bị va đập, rơi rớt và thực hiện các biện pháp an toàn trong quá trình bảo quản. Tốt nhất nên cất trống theo chiều ngang, nhưng nếu chúng nằm thẳng đứng thì các cạnh (vành) của chúng phải chạm vào nhau.

Quy trình và tính năng lắp đặt cáp quang:

Trước khi lắp đặt, cần kiểm tra trống cáp xem có bị hư hỏng, móp méo, trầy xước không. Nếu có bất kỳ nghi ngờ nào, tốt hơn hết bạn nên đặt cáp ngay lập tức sang một bên để kiểm tra hoặc loại bỏ chi tiết tiếp theo. Các đoạn ngắn (dưới 2 km) có thể được kiểm tra tính liên tục của sợi bằng bất kỳ đèn pin nào. Cáp quang để truyền hồng ngoại cũng truyền được ánh sáng thông thường.
Tiếp theo, kiểm tra tuyến đường để phát hiện các vấn đề tiềm ẩn (góc nhọn, tắc kênh cáp…), nếu có hãy thực hiện thay đổi tuyến đường để giảm thiểu rủi ro.
Phân phối cáp dọc theo tuyến sao cho các điểm kết nối và điểm kết nối của bộ khuếch đại có thể tiếp cận được nhưng được bảo vệ khỏi các yếu tố, địa điểm bất lợi. Điều quan trọng là phải duy trì đủ lượng cáp dự trữ cho các kết nối trong tương lai. Các đầu cáp hở phải được bảo vệ bằng nắp chống nước. Ống được sử dụng để giảm thiểu ứng suất uốn và hư hỏng do giao thông đi qua. Một phần cáp còn lại ở cả hai đầu của đường cáp; chiều dài của nó phụ thuộc vào cấu hình dự định).
Khi đặt cáp dưới lòng đất, nó còn được bảo vệ khỏi hư hỏng tại các điểm tải cục bộ, chẳng hạn như tiếp xúc với vật liệu san lấp không đồng nhất và rãnh không bằng phẳng. Để làm được điều này, cáp trong rãnh được đặt trên một lớp cát dày 50-150 cm và phủ cùng một lớp cát dày 50-150 cm. Đáy rãnh phải bằng phẳng, không nhô ra khi chôn lấp đá; có thể làm hỏng cáp nên được loại bỏ. Cần lưu ý rằng hư hỏng cáp có thể xảy ra ngay lập tức và trong quá trình vận hành (sau khi lấp cáp), ví dụ, do áp suất không đổi; một viên đá chưa được loại bỏ có thể dần dần xuyên qua cáp. Công việc chẩn đoán, tìm kiếm và loại bỏ các vi phạm đối với cáp đã được chôn sẽ tốn kém hơn nhiều so với độ chính xác và việc tuân thủ các biện pháp phòng ngừa an toàn trong quá trình lắp đặt. Độ sâu của rãnh phụ thuộc vào loại đất và tải trọng bề mặt dự kiến. Trong đá cứng độ sâu sẽ là 30 cm, trong đá mềm hoặc dưới đường 1 m. Độ sâu khuyến nghị là 40-60 cm, với độ dày lớp cát từ 10 đến 30 cm.
Phương pháp phổ biến nhất là đặt cáp vào rãnh hoặc khay trực tiếp từ trống. Khi lắp dây rất dài, tang trống được đặt trên xe, khi máy di chuyển, dây cáp được đặt đúng vị trí, không cần gấp gáp, tốc độ và thứ tự bung tang trống được điều chỉnh thủ công.
Khi đặt cáp vào khay, điều quan trọng nhất là không vượt quá bán kính uốn tới hạn và tải trọng cơ học. Cáp phải được đặt trong một mặt phẳng, không tạo thành các điểm chịu tải trọng tập trung, tránh các góc nhọn, đè ép và giao nhau với các cáp và tuyến khác trên tuyến, không được uốn cong cáp.
Kéo cáp quang qua ống dẫn cũng tương tự như kéo cáp thông thường nhưng không dùng lực vật lý quá mức hoặc vi phạm thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Khi sử dụng kẹp ghim, hãy nhớ rằng tải không được rơi vào vỏ ngoài của cáp mà rơi vào kết cấu nguồn. Để giảm ma sát, có thể sử dụng hạt talc hoặc polystyrene; khi sử dụng các chất bôi trơn khác, hãy tham khảo ý kiến của nhà sản xuất.
Trong trường hợp cáp đã có seal đầu cuối, khi lắp đặt cáp, bạn phải đặc biệt cẩn thận để không làm hỏng các đầu nối, làm nhiễm bẩn hoặc khiến chúng phải chịu tải quá mức ở khu vực kết nối.
Sau khi lắp đặt, cáp trong khay được buộc chặt bằng dây buộc nylon; Nếu đặc điểm bề mặt không cho phép sử dụng các dây buộc cáp đặc biệt thì có thể sử dụng kẹp nhưng phải hết sức thận trọng để không làm hỏng cáp. Nên sử dụng kẹp có lớp bảo vệ bằng nhựa; nên sử dụng kẹp riêng cho mỗi cáp và trong mọi trường hợp không nên buộc nhiều dây cáp lại với nhau. Tốt hơn là nên để lại một chút chùng giữa các điểm cuối của phần đính kèm cáp hơn là đặt cáp ở trạng thái căng, nếu không nó sẽ phản ứng kém với sự dao động nhiệt độ và độ rung.
Nếu cáp quang bị hỏng trong quá trình lắp đặt, hãy đánh dấu khu vực đó và để lại đủ nguồn cáp cho lần nối tiếp theo.

Về nguyên tắc, việc lắp đặt cáp quang không khác nhiều so với lắp đặt cáp thông thường. Nếu bạn làm theo tất cả các khuyến nghị mà chúng tôi đã chỉ ra thì sẽ không có vấn đề gì trong quá trình cài đặt và vận hành và hệ thống của bạn sẽ hoạt động lâu dài, hiệu quả và đáng tin cậy.

Một ví dụ về giải pháp điển hình cho việc đặt đường cáp quang

Nhiệm vụ là tổ chức hệ thống thông tin cáp quang giữa hai tòa nhà riêng biệt là tòa nhà sản xuất và tòa nhà hành chính. Khoảng cách giữa các tòa nhà là 500 m.

Dự toán lắp đặt hệ thống thông tin cáp quang

KHÔNG.	Tên thiết bị, vật liệu, công trình	Đơn vị từ tôi	Số lượng	Giá mỗi cái.	Số tiền, tính bằng chà.
TÔI.	Thiết bị hệ thống FOCL, bao gồm:				25 783
1.1.	Tường quang chéo (SHKON) 8 cổng	MÁY TÍNH.	2	2600	5200
1.2.	Bộ chuyển đổi phương tiện 10/100-Base-T / 100Base-FX, Tx/Rx: 1310/1550nm	MÁY TÍNH.	2	2655	5310
1.3.	Khớp nối quang thông qua lối đi	MÁY TÍNH.	3	3420	10260
1.4.	Hộp chuyển mạch 600x400	MÁY TÍNH.	2	2507	5013
II.	Tuyến cáp và vật liệu của hệ thống thông tin cáp quang, bao gồm:				25 000
2.1.	Cáp quang có cáp ngoài 6kN, module trung tâm, 4 sợi, single mode G.652.	m.	200	41	8200
2.2.	Cáp quang có cáp đỡ bên trong, module trung tâm, 4 sợi, single mode G.652.	m.	300	36	10800
2.3.	Các vật tư tiêu hao khác (đầu nối, ốc vít, chốt, băng cách điện, ốc vít, v.v.)	bộ	1	6000	6000
III.	TỔNG CHI PHÍ THIẾT BỊ VẬT TƯ (mục I+mục II)				50 783
IV.	*Chi phí vận chuyển và mua sắm, 10% mục III**				5078
V.	Công việc lắp đặt và chuyển đổi thiết bị, bao gồm:				111 160
5.1.	Lắp đặt banner	các đơn vị	4	8000	32000
5.2.	Cáp	m.	500	75	37500
5.3.	Lắp đặt và hàn các đầu nối	các đơn vị	32	880	28160
5.4.	Lắp đặt thiết bị chuyển mạch	các đơn vị	9	1500	13500
VI.	TỔNG DỰ ÁN (mục III+mục IV+mục V)				167 021

Giải thích và nhận xét:

Tổng chiều dài tuyến là 500 m, bao gồm:
- từ hàng rào đến nhà sản xuất và nhà hành chính mỗi bên là 100 m (tổng cộng 200 m);
- dọc theo hàng rào giữa các tòa nhà 300 m.
Việc lắp đặt cáp được thực hiện theo phương thức mở, bao gồm:
- từ các tòa nhà đến hàng rào (200 m) bằng đường hàng không (kéo) sử dụng vật liệu chuyên dùng để đặt đường cáp quang;
- giữa các tòa nhà (300 m) dọc theo hàng rào bằng tấm bê tông cốt thép, cáp được cố định ở giữa hàng rào bằng kẹp kim loại.
Để tổ chức các đường truyền thông cáp quang, người ta sử dụng cáp bọc thép tự hỗ trợ (cáp tích hợp).