Estructura básica de los sistemas de comunicación de fibra óptica La composición básica de un sistema de comunicación de fibra óptica se muestra en la Figura 1-1, e incluye principalmente tres partes principales: transmisión, recepción y sistema básico de transmisión de fibra óptica:
(1) Sección de transmisión: la fuente de información convierte la información del usuario en señales eléctricas originales (señales de banda base); el transmisor eléctrico convierte señales de banda base en señales moduladas adecuadas para transmisión de canales (como FM, PFM, PWM); el transmisor óptico modula y convierte señales eléctricas en señales ópticas.
(2) Sección de recepción: el receptor óptico convierte las señales ópticas transmitidas a través de la fibra en señales eléctricas; el receptor eléctrico restablece las señales eléctricas a señales de banda base; el sumidero de información recupera la información del usuario. Nota: Los segmentos de señal eléctrica antes del transmisor óptico y después del receptor óptico utilizan la misma tecnología/equipo que la comunicación por cable, solo reemplazando la transmisión por cable con "transmisor óptico + línea de fibra óptica + receptor óptico".
(3) El sistema básico de transmisión de fibra óptica se divide en tres partes: transmisor óptico, línea de fibra óptica y receptor óptico:
Transmisor óptico: el núcleo es la fuente de luz (como LED, diodo láser semiconductor, láser DFB, etc.), que debe cumplir requisitos como potencia óptica de alto rendimiento, alta frecuencia de modulación, línea espectral estrecha y longitud de onda estable; su función es convertir señales eléctricas en señales ópticas y acoplarlas en fibra óptica.
Línea de fibra óptica: Compuesta por fibra óptica, empalmes y conectores (en realidad utilizan cables ópticos); su función es transmitir señales ópticas con baja distorsión y baja atenuación. La fibra óptica es cilíndrica (índice de refracción del núcleo (n_1) > índice de refracción del revestimiento (n_2)) y utiliza la reflexión interna total para transmitir luz; tiene 3 ventanas de baja-pérdida: (0,85\\mu m) (longitud de onda corta), (1,31\\mu m) (longitud de onda larga), (1,55\\mu m) (longitud de onda larga); Las principales características son la pérdida (unidad: dB/km) y la dispersión (unidad: (ps/(km·nm)), que afectan el ancho de banda de transmisión).
Receptor óptico: el núcleo es el fotodetector (como el fotodiodo PIN, el fotodiodo de avalancha APD), que debe cumplir requisitos de alta capacidad de respuesta, bajo ruido y alta velocidad; el parámetro más importante es la sensibilidad (que refleja la capacidad de recibir señales ópticas débiles, un indicador importante de la calidad del sistema); su función es convertir señales ópticas en señales eléctricas y recuperar la señal original.
Clasificación de sistemas de comunicación de fibra óptica Los métodos de clasificación comunes son los siguientes:
(1) Clasificación por tipo de señal de transmisión: Dividido en sistemas de comunicación analógicos por fibra óptica y sistemas de comunicación digital por fibra óptica:
Ventajas de los sistemas de comunicación digital por fibra óptica:
Fuerte capacidad anti-interferencia y buena calidad de transmisión (el ruido solo produce errores de bits cuando se excede el umbral);
Repetición regenerativa, larga distancia de transmisión (eliminando la acumulación de ruido);
Tiene capacidad para múltiples servicios con gran flexibilidad (servicios integrados fáciles de implementar);
Comunicación segura de alta-intensidad fácil de implementar (adición de texto sin formato y módulo 2 de claves);
Utiliza circuitos digitales, fáciles de integrar, miniaturizados, de bajo costo y alta confiabilidad.
Desventajas de los sistemas de comunicación digital de fibra óptica: amplio ancho de banda ocupado, baja utilización del ancho de banda, equipos complejos y costo relativamente alto.
Características de los sistemas de comunicación analógica de fibra óptica: ancho de banda ocupado estrecho, circuitos simples (sin necesidad de conversión A/D/D/A), precio bajo, adecuados para comunicaciones de corta-distancia.
(2) Clasificación por longitud de onda óptica y tipo de fibra: Dividido en sistemas de comunicación por fibra óptica multimodo de longitud de onda corta y sistemas de comunicación por fibra óptica de longitud de onda larga:
Sistemas multimodo de longitud de onda corta: longitud de onda operativa de alrededor de (0,85 µm), velocidad inferior o igual a 34 Mbit/s, separación entre repetidores inferior o igual a 10 km.
Sistemas de longitud de onda larga (subdivididos en 3 categorías):
(1,31\\mu m) sistemas multimodo: velocidad 34/140 Mbit/s, espacio entre repetidores ≈20 km;
(1,31\\mu m) sistemas monomodo-: velocidad de 140/565 Mbit/s, espaciado entre repetidores de 30 a 50 km (a 140 Mbit/s);
(1,55\\mu m) sistemas monomodo-: velocidad mayor o igual a 565 Mbit/s, espacio entre repetidores ≈70 km.
(3) Clasificación por método de multiplexación digital: Dividido en sistemas de Jerarquía Digital Plesiócrona (PDH) y sistemas de Jerarquía Digital Síncrona (SDH):
PDH: cada tasa de bits de nivel jerárquico tiene tolerancia y es asíncrona, adoptando una justificación positiva para implementar la multiplexación plesiócrona; Velocidad Inferior o igual a 565 Mbit/s.
SDH: Adecuado para transmisión de red punto-a-punto/multipunto; La velocidad de longitud de onda única puede alcanzar 2,5 Gbit/s, 10 Gbit/s.
(4) Classification by transmission rate: Divided into 3 categories: 1) Low-speed systems: rate 2Mbit/s, 8Mbit/s; 2) Medium-speed systems: rate 34Mbit/s, 140Mbit/s; 3) High-speed systems: rate >565 Mbit/s.
(5) Clasificación por método de modulación: Dividido en 2 categorías: 1) Sistemas de modulación directa de intensidad (modulación interna): Modulación durante el proceso de emisión de luz de la fuente de luz; equipo simple, bajo costo, alta eficiencia de modulación, pero la ampliación espectral afecta la mejora de la velocidad. 2) Sistemas de modulación indirecta (modulación externa): después de que la fuente de luz emite luz, se agrega un modulador en la ruta de salida; Impacto mínimo en la línea espectral de la fuente de luz, adecuado para comunicación de alta-velocidad.
