Vorteile der Glasfaserkommunikation:
● Große Kommunikationskapazität
● Große Staffeldistanz
● Keine elektromagnetischen Störungen
● Umfangreiche Ressourcen
● Geringes Gewicht und kleine Größe
Eine kurze Geschichte der optischen Kommunikation
Vor mehr als 2000 Jahren entstanden die Leuchtfeuer, Semaphoren
1880, optisches Telefon – drahtlose optische Kommunikation
1970, Glasfaserkommunikation
● Im Jahr 1966 schlug Dr. Gao Yong, der „Vater der Glasfaser“, erstmals die Idee der Glasfaserkommunikation vor.
● Im Jahr 1970 war Lin Yanxiong vom Bell Yan Institute ein Halbleiterlaser, der bei Raumtemperatur kontinuierlich arbeiten konnte.
● Im Jahr 1970 verursachte Cornings Kapron einen Verlust von 20 dB/km Glasfaser.
● 1977 wurde Chicagos erster kommerzieller Anschluss mit 45 Mbit/s eingeführt.
Elektromagnetisches Spektrum
Kommunikationsbandaufteilung und entsprechende Übertragungsmedien
Brechung/Reflexion und Totalreflexion von Licht
Da sich Licht in verschiedenen Substanzen unterschiedlich ausbreitet, kommt es bei der Emission von Licht von einer Substanz zu einer anderen an der Grenzfläche zwischen den beiden Substanzen zu Brechung und Reflexion. Darüber hinaus variiert der Winkel des gebrochenen Lichts mit dem Winkel des einfallenden Lichts. Wenn der Winkel des einfallenden Lichts einen bestimmten Winkel erreicht oder überschreitet, verschwindet das gebrochene Licht und das gesamte einfallende Licht wird zurückreflektiert. Dies ist die Totalreflexion des Lichts. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungswinkel für die gleiche Lichtwellenlänge (d. h. unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungsindizes), und dieselben Materialien haben unterschiedliche Brechungswinkel für unterschiedliche Lichtwellenlängen. Die Glasfaserkommunikation basiert auf den oben genannten Prinzipien.
Reflektivitätsverteilung: Ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung optischer Materialien ist der Brechungsindex, der durch N dargestellt wird. Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit C im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit V im Material ist der Brechungsindex des Materials.
N = C / V
Der Brechungsindex von Quarzglas für die Glasfaserkommunikation beträgt etwa 1,5.
Faserstruktur
Faserrohfasern werden im Allgemeinen in drei Schichten unterteilt:
Die erste Schicht: der mittlere Glaskern mit hohem Brechungsindex (Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 9–10).μm, (Singlemode) 50 oder 62,5 (Multimode).
Die zweite Schicht: Die Mitte ist die Quarzglasummantelung mit niedrigem Brechungsindex (der Durchmesser beträgt im Allgemeinen 125).μM).
Die dritte Schicht: die äußerste ist eine Harzbeschichtung zur Verstärkung.
1) Kern: hoher Brechungsindex, der zur Lichtübertragung verwendet wird;
2) Mantelbeschichtung: niedriger Brechungsindex, wodurch mit dem Kern ein Totalreflexionszustand entsteht;
3) Schutzmantel: Er hat eine hohe Festigkeit und kann großen Stößen standhalten, um die Glasfaser zu schützen.
3 mm optisches Kabel: Orange, MM, Multimode; gelb, SM, Singlemode
Fasergröße
Der Außendurchmesser beträgt im Allgemeinen 125 µm (durchschnittlich 100 µm pro Haar).
Innendurchmesser: Singlemode 9um; Multimode 50 / 62,5 um
Numerische Apertur
Nicht das gesamte auf die Endfläche des Lichtwellenleiters einfallende Licht kann durch den Lichtwellenleiter übertragen werden, sondern nur einfallendes Licht innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs. Dieser Winkel wird als numerische Apertur der Faser bezeichnet. Eine größere numerische Apertur der Lichtleitfaser ist für das Andocken der Lichtleitfaser vorteilhaft. Verschiedene Hersteller haben unterschiedliche numerische Aperturen.
Art der Faser
Je nach Übertragungsart des Lichts in der Glasfaser kann es unterteilt werden in:
Multi-Mode (Abkürzung: MM); Single-Mode (Abkürzung: SM)
Multimode-Faser: Der mittlere Glaskern ist dicker (50 oder 62,5).μm) und kann Licht in mehreren Modi übertragen. Die Streuung zwischen den Moden ist jedoch groß, was die Frequenz der Übertragung digitaler Signale begrenzt und mit zunehmender Entfernung schwerwiegender wird.Beispiel: 600 MB/KM Glasfaser hat bei 2 km nur eine Bandbreite von 300 MB. Daher ist die Übertragungsentfernung von Multimode-Fasern relativ kurz und beträgt im Allgemeinen nur wenige Kilometer.
Singlemode-Faser: Der mittlere Glaskern ist relativ dünn (Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 9 oder 10).μm) und kann Licht nur in einem Modus übertragen. Tatsächlich handelt es sich um eine Art stufenförmige optische Faser, deren Kerndurchmesser jedoch sehr klein ist. Theoretisch darf nur das direkte Licht eines einzelnen Ausbreitungspfades in die Faser eindringen und sich direkt im Faserkern ausbreiten. Der Faserpuls wird kaum gedehnt.Daher ist seine Intermode-Dispersion gering und für die Fernkommunikation geeignet, aber seine chromatische Dispersion spielt eine wichtige Rolle. Daher stellen Singlemode-Fasern höhere Anforderungen an die spektrale Breite und Stabilität der Lichtquelle, d. h. die spektrale Breite ist schmal und die Stabilität ist gut. .
Klassifizierung optischer Fasern
Nach Material:
Glasfaser: Der Kern und die Ummantelung bestehen aus Glas, mit geringem Verlust, großer Übertragungsentfernung und hohen Kosten;
Mit Gummi überzogene optische Siliziumfaser: Der Kern besteht aus Glas und die Ummantelung aus Kunststoff, der ähnliche Eigenschaften wie Glasfaser aufweist und kostengünstiger ist.
Kunststoff-Lichtwellenleiter: Sowohl der Kern als auch die Ummantelung bestehen aus Kunststoff mit großem Verlust, kurzer Übertragungsentfernung und niedrigem Preis. Wird hauptsächlich für Haushaltsgeräte, Audio und Bildübertragung über kurze Entfernungen verwendet.
Entsprechend dem optimalen Übertragungsfrequenzfenster: herkömmliche Singlemode-Faser unddispersionsverschobene Singlemode-Faser.
Konventioneller Typ: Das Glasfaserproduktionshaus optimiert die Glasfaserübertragungsfrequenz für eine einzelne Lichtwellenlänge, z. B. 1300 nm.
Dispersionsverschobener Typ: Der Glasfaserhersteller optimiert die Faserübertragungsfrequenz für zwei Lichtwellenlängen, z. B. 1300 nm und 1550 nm.
Abrupte Änderung: Der Brechungsindex vom Faserkern zum Glasmantel ist sprunghaft. Es zeichnet sich durch niedrige Kosten und eine hohe Intermode-Dispersion aus. Geeignet für die Kommunikation über kurze Entfernungen mit niedriger Geschwindigkeit, z. B. für industrielle Steuerungen. Aufgrund der geringen Intermode-Dispersion wird jedoch bei Singlemode-Fasern ein Mutationstyp verwendet.
Gradientenfaser: Der Brechungsindex des Faserkerns zur Glasummantelung wird allmählich verringert, wodurch sich Hochmodenlicht in einer Sinusform ausbreiten kann, was die Streuung zwischen den Moden verringern, die Faserbandbreite erhöhen und die Übertragungsentfernung erhöhen kann, aber die Kosten sind höher High-Mode-Fasern sind meist abgestufte Fasern.
Gängige Faserspezifikationen
Fasergröße:
1) Singlemode-Kerndurchmesser: 9/125μm, 10 / 125μm
2) Außenmanteldurchmesser (2D) = 125μm
3) Außenbeschichtungsdurchmesser = 250μm
4) Zopf: 300μm
5) Multimodus: 50/125μm, europäischer Standard; 62,5 / 125μm, amerikanischer Standard
6) Industrielle, medizinische und langsame Netzwerke: 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Kunststoff: 98/1000μm, zur Automobilsteuerung verwendet
Faserdämpfung
Die Hauptfaktoren, die eine Faserdämpfung verursachen, sind: Eigendämpfung, Biegung, Quetschung, Verunreinigungen, Unebenheiten und Stoß.
Intrinsisch: Dies ist der inhärente Verlust der optischen Faser, einschließlich: Rayleigh-Streuung, intrinsische Absorption usw.
Biegung: Wenn die Faser gebogen wird, geht das Licht in einem Teil der Faser durch Streuung verloren, was zu Verlusten führt.
Quetschen: Verlust, der durch leichtes Biegen der Faser beim Zusammendrücken entsteht.
Verunreinigungen: Verunreinigungen in einer optischen Faser absorbieren und streuen das in der Faser übertragene Licht und verursachen Verluste.
Ungleichmäßig: Der Verlust, der durch den ungleichmäßigen Brechungsindex des Fasermaterials verursacht wird.
Andocken: Verluste, die beim Andocken von Fasern entstehen, z. B.: unterschiedliche Achsen (die Anforderungen an die Koaxialität der Singlemode-Faser betragen weniger als 0,8).μm), die Endfläche ist nicht senkrecht zur Achse, die Endfläche ist uneben, der Durchmesser des Stoßkerns stimmt nicht überein und die Verbindungsqualität ist schlecht.
Art des optischen Kabels
1) Je nach Verlegemethode: selbsttragende optische Freileitungskabel, optische Pipelinekabel, bewehrte erdverlegte optische Kabel und optische Unterseekabel.
2) Entsprechend der Struktur des optischen Kabels gibt es: optisches Kabel mit gebündeltem Rohr, schichtverdrilltes optisches Kabel, festsitzendes optisches Kabel, optisches Bandkabel, nichtmetallisches optisches Kabel und verzweigbares optisches Kabel.
3) Je nach Verwendungszweck: optische Kabel für die Fernkommunikation, optische Außenkabel für kurze Distanzen, optische Hybridkabel und optische Kabel für Gebäude.
Anschluss und Abschluss optischer Kabel
Der Anschluss und Abschluss von optischen Kabeln sind die grundlegenden Fähigkeiten, die das Wartungspersonal für optische Kabel beherrschen muss.
Klassifizierung der Glasfaser-Verbindungstechnik:
1) Die Verbindungstechnologie von Lichtwellenleitern und die Verbindungstechnologie von Lichtwellenleitern bestehen aus zwei Teilen.
2) Das Ende des optischen Kabels ähnelt dem Anschluss des optischen Kabels, mit der Ausnahme, dass die Bedienung aufgrund der unterschiedlichen Steckermaterialien unterschiedlich sein sollte.
Art der Glasfaserverbindung
Glasfaserkabelverbindungen lassen sich grundsätzlich in zwei Kategorien einteilen:
1) Feste Verbindung von Glasfasern (allgemein als toter Stecker bekannt). Verwenden Sie im Allgemeinen ein Fusionsspleißgerät für optische Fasern. Wird für den direkten Kopf eines optischen Kabels verwendet.
2) Der aktive Stecker der Glasfaser (allgemein als Live-Stecker bekannt). Verwenden Sie abnehmbare Verbindungen (allgemein als lose Verbindungen bekannt). Für Glasfaserbrücken, Geräteanschlüsse usw.
Aufgrund der Unvollständigkeit der Endfläche der optischen Faser und der Ungleichmäßigkeit des Drucks auf die Endfläche der optischen Faser ist der Spleißverlust der optischen Faser bei einer Entladung immer noch relativ groß und das sekundäre Entladungsfusionsverfahren wird jetzt verwendet. Erhitzen und entladen Sie zunächst die Endfläche der Faser, formen Sie die Endfläche, entfernen Sie Staub und Schmutz und sorgen Sie durch Vorwärmen für einen gleichmäßigen Enddruck der Faser.
Überwachungsverfahren für den Verlust einer Glasfaserverbindung
Es gibt drei Methoden zur Überwachung des Verlusts einer Glasfaserverbindung:
1. Beobachten Sie das Spleißgerät.
2. Überwachung der Lichtquelle und des optischen Leistungsmessers.
3. OTDR-Messmethode
Funktionsweise der Glasfaserverbindung
Der Betrieb von Glasfaserverbindungen wird im Allgemeinen unterteilt in:
1. Handhabung von Faserendflächen.
2. Anschlussinstallation von Glasfaser.
3. Spleißen von Glasfasern.
4. Schutz von Glasfaseranschlüssen.
5. Für die verbleibende Faserschale sind fünf Schritte erforderlich.
Im Allgemeinen erfolgt der Anschluss des gesamten optischen Kabels nach folgenden Schritten:
Schritt 1: viel gute Länge, optisches Kabel öffnen und abisolieren, Kabelmantel entfernen
Schritt 2: Reinigen und entfernen Sie die Erdölfüllpaste im optischen Kabel.
Schritt 3: Bündeln Sie die Faser.
Schritt 4: Überprüfen Sie die Anzahl der Faserkerne, führen Sie eine Faserpaarung durch und prüfen Sie, ob die Faserfarbetiketten korrekt sind.
Schritt 5: Herzverbindung stärken;
Schritt 6: Verschiedene Hilfsleitungspaare, darunter Business-Leitungspaare, Steuerleitungspaare, geschirmte Masseleitungen usw. (sofern die oben genannten Leitungspaare verfügbar sind).
Schritt 7: Schließen Sie die Glasfaser an.
Schritt 8: Schützen Sie den Glasfaserstecker.
Schritt 9: Die Lagerhaltung der restlichen Fasern;
Schritt 10: Schließen Sie den Anschluss des optischen Kabelmantels ab.
Schritt 11: Schutz der Glasfaseranschlüsse
Faserverlust
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB/km
850 nm: 2,3 bis 3,4 dB/km
Verlust des Glasfaser-Fusionspunkts: 0,08 dB/Punkt
Faserspleißpunkt 1 Punkt / 2 km
Gebräuchliche Fasersubstantive
1) Dämpfung
Dämpfung: Energieverlust bei Lichtübertragung in Glasfaser, Singlemode-Faser 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB/km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB/km; Kunststoff-Multimode-Faser 300 dB/km
2) Streuung
Dispersion: Die Bandbreite von Lichtimpulsen erhöht sich, nachdem sie eine bestimmte Distanz entlang der Faser zurückgelegt haben. Dies ist der Hauptfaktor, der die Übertragungsrate begrenzt.
Intermode-Dispersion: Tritt nur in Multimode-Fasern auf, da sich unterschiedliche Lichtmodi auf unterschiedlichen Wegen ausbreiten.
Materialdispersion: Unterschiedliche Lichtwellenlängen breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus.
Wellenleiterdispersion: Dies liegt daran, dass sich Lichtenergie beim Durchgang durch Kern und Mantel mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreitet. Bei Singlemode-Fasern ist es sehr wichtig, die Dispersion der Faser durch Änderung der inneren Struktur der Faser zu ändern.
Fasertyp
Der Nulldispersionspunkt von G.652 liegt bei etwa 1300 nm
Der Nulldispersionspunkt von G.653 liegt bei etwa 1550 nm
G.654-Faser mit negativer Dispersion
G.655 Dispersionsverschobene Faser
Vollwellenfaser
3) Streuung
Aufgrund der unvollkommenen Grundstruktur des Lichts kommt es zu einem Verlust an Lichtenergie und die Lichtübertragung weist zu diesem Zeitpunkt keine gute Richtwirkung mehr auf.
Grundkenntnisse über Glasfasersysteme
Einführung in die Architektur und Funktionen eines grundlegenden Glasfasersystems:
1. Sendeeinheit: wandelt elektrische Signale in optische Signale um;
2. Übertragungseinheit: ein Medium, das optische Signale überträgt;
3. Empfangseinheit: empfängt optische Signale und wandelt sie in elektrische Signale um;
4. Schließen Sie das Gerät an: Verbinden Sie die Glasfaser mit der Lichtquelle, der Lichterkennung und anderen Glasfasern.
Gängige Steckertypen
Endflächentyp des Steckverbinders
Koppler
Die Hauptfunktion besteht darin, optische Signale zu verteilen. Wichtige Anwendungen liegen in Glasfasernetzen, insbesondere in lokalen Netzwerken und in Wellenlängenmultiplexgeräten.
Grundstruktur
Der Koppler ist ein bidirektionales passives Gerät. Die Grundformen sind Baum und Stern. Der Koppler entspricht dem Splitter.
WDM
WDM—Der Wellenlängenmultiplexer überträgt mehrere optische Signale in einer Glasfaser. Diese optischen Signale haben unterschiedliche Frequenzen und unterschiedliche Farben. Der WDM-Multiplexer soll mehrere optische Signale in dieselbe Glasfaser koppeln; Der Demultiplexer dient der Unterscheidung mehrerer optischer Signale aus einer Glasfaser.
Wellenlängenmultiplexer (Legende)
Definition von Impulsen in digitalen Systemen:
1. Amplitude: Die Höhe des Impulses stellt die optische Leistungsenergie im Glasfasersystem dar.
2. Anstiegszeit: die Zeit, die der Puls benötigt, um von 10 % auf 90 % der maximalen Amplitude anzusteigen.
3. Abfallzeit: die Zeit, die der Puls benötigt, um von 90 % auf 10 % der Amplitude abzufallen.
4. Impulsbreite: Die Breite des Impulses bei der 50 %-Amplitudenposition, ausgedrückt in der Zeit.
5. Zyklus: Die pulsspezifische Zeit ist die Arbeitszeit, die zum Abschließen eines Zyklus erforderlich ist.
6. Extinktionsverhältnis: Das Verhältnis von 1 Signallichtleistung zu 0 Signallichtleistung.
Definition gängiger Einheiten in der Glasfaserkommunikation:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: Ausgangsleistung; Pin: Eingangsleistung
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), eine in der Kommunikationstechnik weit verbreitete Einheit; es stellt normalerweise die optische Leistung mit 1 Milliwatt als Referenz dar;
Beispiel:–10 dBm bedeutet, dass die optische Leistung 100 uw entspricht.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)