Технологии волнового мультиплексирования

В настоящее время используются следующие технологии волнового мультиплексирования.

1. На основе интегральной оптики, выделение несущих с использованием дифракционной решетки на массиве волноводов – AWG (Arrayed Waveguide Grating). Представляет собой дифракционную решетку на поверхности или в объеме планарного оптического волновода. Основана на возникновении разности фаз для различных длин волн сигнала на входе и выходе.

6.49. – Принцип работы дифракционной решетки на массиве волноводов

Приходящий сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, фактически представляющих собой дифракционную структуру AWG (arrayed waveguide grating). При этом в каждом волноводе по прежнему присутствуют все длины волн, т.е. сигнал остается мультиплексным, только распараллеленным.

Так как длины волноводов отличаются друг от друга на фиксированную величину, потоки проходят разный по длине путь. Физически это практически не отличается от обычной дифракционной решетки (что и дало название технологии). В итоге световые потоки собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка, и создаются пространственно разнесенные максимумы, под которые и рассчитываются выходные полюса. Мультиплексирование происходит обратным путем.

Размер элемента порядка 0,2-0,5 мм, волноводы реализуются в виде планарных оптоволоконных световодов (диоксид кремния, легированный Ge или Ta), сформированных на общей подложке. Для сокращения размеров мультиплексора вдвое и экономии компонентов можно «разрезать» схему пополам, и поместить в плоскости разреза зеркало (схема Литтроу).

Так как эта технология хорошо масштабируется (т.е. можно работать с сотнями каналов), она в основном используется для DWDM. Основной недостаток – высокий температурный коэффициент (0,01 нм/°С), что требует использования стабилизаторов температуры.

2. Наоснове явления угловой дисперсии, с использованием вогнутой дифракционной решетки – CG (Concave Grating). Эта классическая схема самофокусировки хорошо известна, и применялась еще в «астрономические» времена.

6.50. – Принцип работы вогнутой дифракционной решетки

Поток из входного волокна попадает на вогнутую в одной плоскости дифракционную решетку, и, отражаясь от нее, фокусируется в определенных точках, в которых располагают приемные порты волокон.

Вогнутая дифракционная решетка весьма трудоемка в изготовлении, поэтому 3-D Optics используется значительно чаще.

3. Модификация предыдущего метода, на основе технологии трехмерного оптического мультиплексирования – 3DO (3-D Optics WDM). Использует для коллимирования и самофокусировки вогнутое зеркало и плоскую дифракционную решетку.

6.51. – Принцип работы 3-D Optics WDM

Мультиплексированный поток из входного волокна отражается от вогнутого зеркала и падает плоскую дифракционную решетку, отражающую под разными углами свет разной длины волны. Эти дифрагированные лучи, в свою очередь, отражаясь от зеркала, фокусируются в определенных точках, где должны быть расположены приемные порты массива выходных волокон.

Все элементы конструкции собраны в монолитном кварцевом блоке, что позволяет получать высокоточную и надежную конструкцию.

4. Традиционная дискретная оптика, на многослойных диэлектрических тонких пленках (DTF). Фильтр состоит из нескольких последовательно нанесенных слоев прозрачного диэлектрического материала с различными показателями преломления. На каждой границе раздела часть падающего светового пучка отражается обратно, и за счет интерференции, в зависимости от длины волны, усиливает или ослабляет падающий поток.

В результате можно получить фильтр, который будет пропускать любой заданный диапазон, и отражать все остальные.

6.52. – Принцип работы тонкопленочных фильтров

Для обработки многоволновых сигналов можно использовать многоступенчатые системы фильтров, в которых свет, отраженный от каждого фильтра, попадает на вход следующего... Но при этом неизбежно большое затухание, и в настоящее время такие системы на практике по сути не используются.

Прочие технологии, не нашедшие широкого применения.

5. Волоконныебрэгговские решетки (FBG). Волокно, легированное германием, может изменять показатель преломления под действием ультрафиолета, что дает возможность создать в нем пространственную периодическую структуру, похожую по свойствам на дифракционную решетку.

Такое волокно будет работать как фильтр, отражающий одну длину волны, и пропускающий все остальные. В настоящее время эта технология часто используется для компенсации хроматической дисперсии.

6. Сварныебиконические разветвители FBT (Fused Biconic Tapered). Представляют собой два сваренных друг с другом на определенной длине одномодовых оптических волокна. Если расположить два таких соединения последовательно, комбинация действует подобно интерферометру Маха-Цендера. И при подборе параметров можно получить, что волны разной длины будут в разных волокнах. Метод хорош малыми потерями, но сложен и немасштабируем.

28 СПД системы ПД

Сети передачи данных

Сеть передачи данных (сеть ПД) – совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединённых каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами.

Существуют следующие типы сетей ПД: синхронные и асинхронные, глобальные, региональные и локальные, использующие коммутацию каналов, пакетов и/или сообщений, имеющие централизованное или децентрализованное управление, работающие на низких (<200 бит/с), средних (от 200 бит/с до 20 кбит/с) и высоких скоростях (> 20 кбит/с).

Системы передачи данных

Системы передачи данных – это совокупность технических средств для передачи данных между источником и получателем с заданной:

- достоверностью;

- надежностью;

- временем доставки (скорость передачи).

Существуют 2 класса систем ПД:

1. без обратной связи;

2. с обратной связью.

1. СПД без обратной связи.

Рис. 7.2 – СПД без обратной связи.

Передача от ИС (источник сообщений) к ПС (приемник сообщений) без учета состояния канала, условия приема. Приемник не может влиять на передатчик.

2. СПД с обратной связью.

Рис. 7.3 – СПД с обратной связью.

Имеется возможность управлять передачей на приеме посредством обратной связи с передатчиком. Например, в случае появления ошибки, приемник может запросить у передатчика повторно передать пакет, содержащий ошибки.

Но обратный канал также не идеальный и сигнал, передаваемый по ним, также подвержен помехам.

Для повышения верности передачи используют:

1. многократную передачу;

2. параллельную передачу;

3. помехоустойчивое кодирование, т.е. использование кодов, исправляющие ошибки (корректирующие коды).

1. Многократную передача.

Рис. 7.4. – Пример многократной передачи

Мажоритарный принцип – так как «А» имеет 3 повторения, то за истину принимается сигнал «А».

Недостаток: снижение скорости передачи в n раз.

Используется в телеграфии.

2. Параллельная передача.

Рис. 7.5. – Пример параллельной передачи

Аналогия с первым методом, но скорость не снижается, однако возрастают расходы на строительство линий в n раз.

3. Помехоустойчивое кодирование.

Все множество кодовых комбинаций делят на 2 подмножества разрешенных и запрещенных кодовых комбинаций.

N = 2 ⁿ - исходное множество.

Рис. 7.6. – Разбиение множества кодовых комбинаций

Например рассмотрим код с числом кодовых комбинаций N = 8 = 23. Необходимо преобразовать данный код к виду, который бы способствовал обнаружению и исправлению ошибок. Т.е. необходимо поделить данный код на разрешенные и запрещенные кодовые комбинации.

Степень различия между кодовыми комбинациями показывается кодовым расстоянием. Чем сильнее различие между кодовыми комбинациями, тем проще обнаружить или исправить ошибку.

Определяется оно следующим образом:

+010

100

110 - кодовое расстояние d=2

Появление ошибки зафиксируется, если кодовая комбинация при искажении перейдет из разрешенной в запрещенную.

Чтобы обнаружить ошибку, необходимо чтобы ее кратность была не больше d–1.

Для исправления ошибки нужно, чтобы ее кратность была не больше d/2 -1, для четных d и (d-1)/2 – для нечетных d.

Если взять за разрешенные кодовые комбинации, например, 000 и 111. Для этого случая максимальное кодовое расстояние составит d=3. Тогда запрещенные кодовые комбинации 001, 011, 110, 100, 101, 010. Кратность ошибки, которую данный код может обнаружить tобн = 2, а исправить – tиспр = 1. Что означает возможность обнаружения двухкратных ошибок и исправления – однократных.

Структурная схема системы ПД (СПД)

В состав СПД должны входить устройства выполняющие функции кодирования, защиты от ошибок, сопряжения со средой передачи сигнала (Рис. 7.7.).

Рис. 7.7. – Система ПД

УЗО – устройство защиты от ошибок. Используется для повышения верности передачи сигналов за счет добавления в сигнал проверочной информации. На передаче проверочная информация добавляется, а на приеме извлекается из сигнала. По полученной проверочной информации УЗО приема определяет верно ли прошел сигнал по дискретному каналу.

УПС – устройство преобразования сигналов. Служит для согласования сигналов данных с каналом связи (модулятор/демодулятор).

Различают синхронные и асинхронные дискретные каналы. Синхронные дискретные каналы предназначены для передачи только изохронных сигналов. Ввод каждого бита в этих каналах производится в строго определенные моменты времени. По асинхронному каналу можно передавать любые сигналы – изохронные, анизохронные и сигналы с известной структурой, поэтому такие каналы получили название «прозрачных», или кодонезависимых.

Для характеристики канала ПД используется следующие параметры: коэффициент ошибок по кодовым комбинациям и эффективная скорость передачи информации. Коэффициент ошибок по кодовым комбинациям характеризует верность передачи и определяется отношением числа ошибочно принятых кодовых комбинаций к числу переданных в заданном интервале времени. При определении эффективной скорости учитывается, что не все комбинации, поступающие на выход канала ПД, выдаются получателю. Часть комбинаций может быть забракована. Кроме того, учитывается, что не все элементы, передаваемые в канал, несут информацию.