Методи за мултиплексиране на оптични комуникационни канали, статии
В оптичните системи за комуникация и пренос на информация се използват различни методи и технологии за предаване и обработка на сигнали, включително технологии за мултиплексиране и демултиплексиране на време (TDM) и спектрално (DWDM). Тази статия обобщава принципите на проектиране и основите на традиционните системи за предаване на информация, използващи TDM технологии, тяхното развитие, възможности и ограничения, както и общи сравнения със системи, използващи технологии за мултиплексиране WDM.
Мултиплексиране с разделяне на времето
Уникалните възможности на оптичните влакна за предаване на сигнали на огромни разстояния в свръхширокочестотна лента, от една страна, и нарастващата нужда от увеличаване на информационния капацитет на комуникационните канали, от друга, наложиха разработването на методи за мултиплексиране (уплътняване) на информационни канали и създаване на мултиплексни системи.
Първият метод на мултиплексиране, който веднага започна да се използва във оптични системи и комуникационни мрежи, беше методът на мултиплексиране по време.
С мултиплексиране по време на всеки от информационните канали на системата, имащ общ оптичен носител, се присвоява определен интервал от време за предаване на информация. Тоест, в първия времеви интервал оптичният носител се модулира със сигнал от един информационен канал, във втория - друг и т.н. По този начин информацията на всеки канал се предава последователно, като се използва един източник на лъчение. Всеки канал има свой собствен интервал от време или времеви прозорец. Продължителността на този времеви прозорец се определя от различни фактори, основните от които са скоростта на преобразуване на електрическите сигнали в оптични сигнали и скоростта на предаване на информация в комуникационната линия. Устройството, което задава последователността и времевия интервал на предаване на информация на линейния вход, е мултиплексор за време. В другия край на линията е инсталиран демултиплексор, който преобразува оптичния сигнал в електрически, определя номера на канала, тоест го идентифицира и изпраща информацията на съответния потребител. По този начин мултиплексирането и демултиплексирането се извършва само по електронен път посредством електрически контролни сигнали. На фиг. 1 показва схема на предаване на сигнала по оптични комуникационни линии с мултиплексиране по време.
Фигура: един. Схема на предаване на оптични сигнали по оптични комуникационни линии с мултиплексиране по време
Използването на технологията TDM сега е осигурило широкото въвеждане в експлоатация на едноканални (чрез оптичен носител) оптични влакна за пренос (един източник - едно влакно - един фотодетектор) със скорости на предаване 10 Gbit/s. FOCL с такива скорости на предаване постепенно заменят линиите със скорост 2,5 Gbit/s. Следващото поколение оптична комуникационна линия с информационен капацитет на канала от 40 Gbit/s в момента е на етап практическо изпълнение; проучват се възможностите за създаване на TDM системи със скорост на предаване от 100 Gbit/s.
Според нас скоростта от 10 Gbps представлява повратна точка в TDM технологиите. Под тази скорост характеристиките на повечето съществуващи оптични пътища практически не влияят върху качеството на предаване на информация; когато се превишат скоростите на предаване от 10 Gbit/s, тези характеристики вече трябва да бъдат по-внимателно проверени и коригирани.
На първо място е необходимо да се вземе предвид хроматичната дисперсия на влакното - зависимостта на скоростта на разпространение на светлината от дължината на вълната на оптичното излъчване, дължаща се на свой ред на съответната зависимост на показателя на пречупване на светлината в оптично влакно на дължината на вълната.
Дисперсията води до разширяване на оптичните импулси във влакното и при скорости на предаване на данни от 10 Gb/s (стандарт OS-192) ефектът му върху ограничението в скоростта на предаване вече е 16 пъти по-силен, отколкото при скорости от 2,5 Gb/s (стандартен OS-48). Методи, които дават възможност за компенсиране на хроматичната дисперсия във вече инсталирани оптични влакна, са разработени по принцип, но те неизбежно водят до увеличаване на загубите в системата, нейното значително усложнение и увеличаване на разходите. За стандартно едномодово влакно (тип G.652) максималното разстояние, на което може да се предава информация със скорост 10 Gbit/s, използвайки стандартни източници на излъчване и без използването на специални мерки за компенсация на дисперсията и корекция на сигнала, е ограничено до 50 ё 75 км.