La construction de lignes de communication à fibres optiques (FOCL) repose sur le principe de la transmission d'ondes lumineuses sur de longues distances. Dans ce cas, les signaux électriques (signaux vidéo des caméras vidéo, signaux de commande des caméras vidéo et données) entrent dans l'émetteur et sont ensuite convertis en impulsions lumineuses, transmettant les données avec une distorsion minimale.

Large distribution de fibres lignes optiques reçu en raison d'un certain nombre d'avantages qui sont absents lors de la transmission de signaux sur des câbles en cuivre (coaxiaux et paires torsadées) ou par radio.

Les principaux avantages de la fibre optique (FOCL) :

• large bande passante
• faible atténuation du signal
• aucune interférence électromagnétique
• portée de plusieurs dizaines de kilomètres
• durée de vie plus de 25 ans

Types de fibre optique

Lors de la construction de lignes de communication à fibre optique (FOCL), des fibres multimodes et monomodes sont utilisées.

Il est constitué d'un noyau et d'une coque. Le matériau central est du verre de quartz ultra pur. La rétention de l'impulsion lumineuse est due au fait que l'indice de réfraction du matériau central (N1) est supérieur à celui de l'enveloppe (N2). C'est ainsi que le faisceau lumineux est entièrement réfléchi à l'intérieur du cœur de la fibre.

Fibre multimode 50/125 nm et 62,5/125 nm permettent la transmission simultanée de plusieurs centaines de modes d'éclairage autorisés introduits sous différents angles. Tous les modes autorisés ont des trajectoires de propagation différentes et, par conséquent, des temps de propagation différents. Par conséquent, le principal inconvénient est la grande dispersion des modes, qui limite la bande passante, ce qui fait que l'émetteur à fibre optique a une courte portée. Les lignes de communication à fibre optique (FOCL) transmettent des données sur une distance ne dépassant pas 4 à 5 km.

Pour réduire la dispersion modale et maintenir une bande passante élevée, on utilise en pratique des lignes à fibres optiques avec un profil d'indice de réfraction à gradient de l'âme du câble. Contrairement aux fibres multimodes standards, qui ont un profil de réfraction constant du matériau du cœur, une telle fibre optique a un indice de réfraction N, qui diminue progressivement du centre vers la gaine.

Fibre monomode 9/125 nm est conçu de telle manière qu'un seul mode fondamental peut se propager dans le cœur. C'est pourquoi ces fibres ont meilleures caractéristiques, et sont les plus activement utilisés dans la construction de lignes à fibres optiques. Les principaux avantages sont une faible atténuation de 0,25 dB/km, une dispersion de mode minimale et une large bande passante, qui garantissent une transmission ininterrompue des signaux électriques.

Les câbles à fibres optiques sont utilisés pour la transmission de données à haut débit dans diverses industries, notamment les télécommunications. Mais qu’est-ce que la fibre optique exactement ? Comment travaille-t-il ? Comment est-il conçu ? Dans cet article, nous tenterons d’apporter des réponses à toutes ces questions.

Que sont les câbles à fibre optique ?

En général, les câbles à fibres optiques ne diffèrent pas beaucoup des autres types de câbles. Sauf qu’ils utilisent la lumière (les photons) plutôt que l’énergie (les électrons) pour transmettre les données. La transmission par fibre optique est un terme général désignant la transmission d'informations sous forme de lumière.

Comment sont construits les câbles à fibres optiques ?

Le câble à fibre optique repose sur une âme constituée de verre de quartz ou de fibre plastique. C'est cette âme qui sert de conducteur principal de lumière à l'intérieur du câble. Entre l’âme du câble et sa gaine se trouve une autre couche appelée « couche limite ». Il sert à réfléchir la lumière. L'indice de réfraction affecte directement la vitesse de transmission du faisceau lumineux.

Vient ensuite l'enveloppe centrale elle-même, qui agit également comme conducteur de rayons lumineux, mais a un indice de réflexion inférieur à celui cœur . La coque est recouverte par la couche suivante, appelée « tampon ». Sa fonction est d’empêcher la formation d’humidité à l’intérieur du noyau et de la coque.
Et enfin, la dernière couche est le revêtement extérieur du câble, qui le protège des dommages mécaniques.

Comment les câbles à fibres optiques transmettent-ils les rayons lumineux ?

Pour transmettre des données via fibre optique, le signal électrique entrant est converti en une impulsion lumineuse à l'aide d'un convertisseur électro-optique spécial. Après cela, le faisceau lumineux commence à se déplacer le long des câbles. Au point final de son parcours, le faisceau entre dans un convertisseur optoélectronique, où il est converti en signaux électroniques.
Différents types de câbles à fibres optiques ont des diamètres d'âme différents. Les noyaux de plus grand diamètre peuvent transmettre plus de rayons. Les câbles à fibres optiques peuvent être pliés, mais vous devez vous assurer que le câble ne soit pas trop plié car cela pourrait interférer avec la transmission des rayons lumineux à l'intérieur du câble.

Quels sont les types de câbles à fibres optiques ?

Il existe plusieurs types de câbles à fibres optiques. Regardons-les tous.

Fibres multimodes avec profil à échelon (Câbles d'index multimode)

Les câbles multimodes à index étagé sont les câbles à fibres optiques les plus simples. Ils sont constitués d'un noyau de verre présentant un indice de réflexion constant. Ce type de câble permet de transmettre simultanément plusieurs faisceaux, réfléchis avec des intensités différentes et transmis selon un trajet en zigzag. Cependant, l'indice de réflectance reste constant.
Du fait que les rayons sont réfractés plusieurs fois sous différents angles, la vitesse de transfert des données diminue. Câbles de ce genre offrent un débit allant jusqu'à 100 MHz et vous permettent de transmettre des signaux sur une distance allant jusqu'à 1 kilomètre.Les diamètres d'âme des câbles de ce type sont généralement : 100, 120 ou 400 µm.
Fibres multimodes à gradient d'indice (Câbles multimodes à indice gradué).

Tout comme le type de câble précédent, ce câble permet de transmettre simultanément de nombreux signaux, cependant, les signaux à l'intérieur de la fibre optique ne sont pas réfractés en zigzag, mais selon un chemin parabolique, ce qui permet d'augmenter considérablement la vitesse de transfert des données. Les inconvénients de ces câbles incluent plus coût élevé. Les câbles de ce type sont généralement utilisés pour construire des réseaux de transmission de données à haut débit.
Diamètres de noyau : 50 µm, 62,5 µm, 85 µm, 100 µm, 125 µm, 140 µm.

Fibres monomodes (Câbles monomodes)

Les câbles à fibres optiques monomodes ont un très petit diamètre d'âme et ne peuvent transporter qu'un seul signal à la fois. L'absence de réfractions a un effet positif sur la vitesse et la distance de transmission des données. Les câbles monomodes sont assez chers, mais offrent un excellent débit et une excellente portée de transmission de données, jusqu'à 100 (Gbit/s) km.

Quels sont les avantages de l’utilisation de câbles à fibre optique ?
Par rapport aux câbles conventionnels, la fibre optique offre les avantages suivants :
Résistance aux interférences radio et aux surtensions
Niveau de durabilité accru
Transmission à grande vitesse données longue distance
Immunité aux interférences électromagnétiques
Compatible avec d'autres types de câbles

Il n’existe pas beaucoup d’articles sur Habré consacrés aux technologies des lignes de communication optiques. Plus récemment, des articles ont été publiés sur les systèmes DWDM haute puissance et un court article sur l'application d'un système CWDM. Je vais essayer de compléter ces documents et vous parler brièvement de toutes les manières les plus courantes et les plus accessibles en Russie d'utiliser la ressource des lignes de communication à fibre optique dans les réseaux de transmission de données et - juste un peu - télévision par câble.

Commencer. Propriétés de la fibre G.652 monomode standard

La fibre optique monomode la plus courante est la SMF G.652. différentes modifications. Il est presque certain que si vous disposez d'une ligne de fibre optique, elle est constituée de fibre G.652. Il a un numéro caractéristiques importantes, qu’il faut garder à l’esprit.
L'atténuation spécifique (également appelée kilométrique), c'est-à-dire l'atténuation d'un kilomètre de fibre, dépend de la longueur d'onde du rayonnement.

Wikipédia nous indique la répartition suivante :

DANS vrai vie Maintenant, l'image est meilleure, en particulier, l'atténuation spécifique dans la fenêtre de 1 310 nm est généralement comprise entre 0,35 dB/km, dans la fenêtre de 1 550 nm, elle est d'environ 0,22 à 0,25 dB/km et ce qu'on appelle le « pic d'eau » dans la région de 1 400 à 1 450 nm n'est pas aussi prononcée dans les fibres modernes, voire est totalement absente.

Il faut néanmoins garder à l’esprit ce tableau et la présence même de cette dépendance.

Historiquement, la gamme de longueurs d'onde transportée par une fibre optique est divisée dans les plages suivantes :

O-1260…1360
E-1360…1460
S-1460…1530
C-1530…1565
L-1565…1625
U-1625…1675
(Je cite le même article Wikipédia).

Avec une approximation raisonnable, les propriétés des fibres dans chaque plage peuvent être considérées à peu près les mêmes. Le pic d’eau se produit généralement à l’extrémité des ondes longues de la bande E. On gardera également à l'esprit que l'atténuation spécifique (kilométrique) dans la bande O est environ une fois et demie plus élevée que dans les bandes S et C, la dispersion chromatique spécifique, au contraire, a un minimum nul à une longueur d'onde de 1310 nm et non nulle dans la gamme C.

Les systèmes de compactage les plus simples - transmission bidirectionnelle le long d'une seule fibre

Initialement, une ligne de communication duplex à fibre optique nécessitait deux fibres pour fonctionner : une fibre transmettait des informations dans un sens et l'autre fibre transmettait des informations dans l'autre sens. Ceci est pratique dans son évidence, mais plutôt inutile par rapport à l'utilisation de la ressource du câble posé.

Par conséquent, dès que la technologie a commencé à le permettre, des solutions ont commencé à apparaître pour transmettre des informations dans les deux sens sur une seule fibre. Titres décisions similaires- « émetteurs-récepteurs monofibres », « WDM », « bidirectionnels ».

Les options les plus courantes utilisent des longueurs d’onde de 1 310 et 1 550 nm, respectivement des bandes O et C. « Dans la nature », on trouve des émetteurs-récepteurs pour ces longueurs d'onde pour des lignes allant jusqu'à 60 km. Des options plus « longue portée » sont proposées pour d'autres combinaisons - 1 490/1 550, 1 510/1 570 et des options similaires utilisant des fenêtres de transparence avec une atténuation spécifique inférieure à celle de la bande O.

En plus des paires de longueurs d'onde ci-dessus, il est possible de trouver une combinaison de 1310/1490 nm - elle est utilisée si, simultanément avec les données, un signal de télévision par câble à une longueur d'onde de 1550 nm est transmis le long de la même fibre ; ou 1270/1330nm - il est utilisé pour transmettre des flux à 10 Gbit/s.

Multiplexage de données et de câbles

Puisque j’ai abordé le sujet de CTV, je vais vous en parler un peu plus.

Pour transmettre un signal de télévision par câble depuis la tête de réseau jusqu'à un immeuble d'habitation, l'optique est désormais également utilisée. Il utilise soit une longueur d'onde de 1310 nm - il y a ici une dispersion chromatique minimale, c'est-à-dire une distorsion du signal ; ou une longueur d'onde de 1550 nm - il y a ici une atténuation spécifique minimale et il est possible d'utiliser une amplification optique pure utilisant EDFA. S'il est nécessaire de fournir à la fois un flux de données (Internet) et un signal CATV à une maison en même temps, vous devez utiliser soit deux fibres distinctes, soit un simple appareil passif - un filtre FWDM.

Il s'agit d'un appareil réversible (c'est-à-dire que le même appareil est utilisé à la fois pour le multiplexage et le démultiplexage des flux) avec trois sorties : pour le CATV, un émetteur-récepteur monofibre et une sortie commune (voir schéma). De cette façon, vous pouvez construire un réseau PON ou Ethernet en utilisant les longueurs d'onde 1310/1490 pour la transmission de données et 1550 nm pour le CATV.

CWDM et DWDM

theslim a déjà brièvement parlé du compactage CWDM. Pour ma part, j'ajouterai seulement que les canaux de réception et de transmission de données indiqués dans l'article sont purement arbitraires : le multiplexeur ne se soucie pas du tout de la direction dans laquelle va le signal dans chaque canal ; et les récepteurs optiques sont à large bande, ils répondent au rayonnement de n'importe quelle longueur d'onde. Depuis les points importants ce qu'il faut garder à l'esprit lors de la conception d'une ligne CWDM est la différence d'atténuation spécifique dans la fibre sur différents canaux (voir la première section de cet article), ainsi que la différence d'atténuation introduite par le multiplexeur lui-même. Le multiplexeur est constitué de filtres connectés en série, et si pour le premier canal de la chaîne l'atténuation peut être inférieure à un décibel, alors pour le dernier elle sera plus proche de quatre (ces valeurs sont données pour un multiplexeur 1x16, pour 16 longueurs d'onde). Il est également utile de rappeler que personne n'interdit de construire des lignes CWDM à deux fibres en combinant simplement deux paires de multiplexeurs en un seul bloc fonctionnel.
De plus, je note qu'il est tout à fait possible d'allouer une partie de la ressource fréquentielle au CATV, en transmettant jusqu'à sept flux de données duplex sur une fibre simultanément avec la télévision analogique.

Un système DWDM n'est fondamentalement pas différent d'un système CWDM, mais - comme on dit - « le diable est dans les détails ». Si le pas de canal en CWDM est de 20 nm, alors pour le DWDM, il est beaucoup plus étroit et se mesure en gigahertz (l'option la plus courante est désormais de 100 GHz, soit environ 0,8 nm ; l'option de vieillissement avec une bande de 200 GHz est également possible, et les plus modernes se répandent progressivement - 50 et 25 GHz). gamme de fréquences Le DWDM se situe dans les bandes C et L, avec 40 canaux à 100 GHz chacun. Cela implique plusieurs propriétés importantes des systèmes DWDM.

Premièrement, ils sont nettement plus chers que le CWDM. Leur utilisation nécessite des lasers avec des tolérances de longueur d'onde strictes et des multiplexeurs d'une très haute sélectivité.

Deuxièmement, les plages utilisées se situent dans les zones de travail des amplificateurs optiques EDFA. Cela permet de construire de longues lignes avec une amplification purement optique sans avoir recours à une conversion optoélectronique du signal. C'est cette propriété qui a amené beaucoup de gens, lorsqu'ils entendent le mot « DWDM », à imaginer immédiatement les systèmes complexes des monstres du marché des télécommunications, même si de tels équipements peuvent être utilisés dans des systèmes plus simples.
Et troisièmement, l'atténuation dans les bandes C et L est minime sur toute la fenêtre de transparence de la fibre optique, ce qui permet de construire des lignes plus longues même sans amplificateurs qu'avec l'utilisation de CWDM.

Les multiplexeurs DWDM sont des dispositifs tout aussi passifs que les multiplexeurs CWDM. Jusqu'à 16 canaux, ils sont également constitués de filtres séparés, ce qui est assez appareils simples. Cependant, les multiplexeurs pour un plus grand nombre de canaux sont réalisés à l'aide de la technologie Arrayed Wavelength Grating, qui est extrêmement sensible aux changements de température. Par conséquent, de tels multiplexeurs sont produits soit avec circuit électrique stabilisation thermique (Thermal AWG), ou en utilisant des méthodes spéciales d'auto-compensation qui ne nécessitent pas d'énergie (Athermal AWG). Cela rend ces multiplexeurs plus coûteux et plus difficiles à exploiter.

Limites pratiques des communications par fibre optique

Enfin, je parlerai un peu des limites auxquelles vous devez faire face lors de l'organisation des communications optiques.

Comme l'a souligné à juste titre le camarade Saul, la première limitation est le budget optique.
J'y ajouterai quelques précisions.

Si nous parlons de lignes de communication à deux fibres, il suffit de calculer le budget optique pour une longueur d'onde - celle à laquelle la transmission sera effectuée.

Dès que nous avons un multiplexage d'ondes (en particulier dans le cas d'émetteurs-récepteurs monofibres ou de systèmes CWDM), nous devons immédiatement nous rappeler de l'inégalité de l'atténuation spécifique de la fibre à différentes longueurs d'onde et de l'atténuation introduite par les multiplexeurs.

Si nous construisons un système avec des branches intermédiaires sur OADM, n'oubliez pas de calculer l'atténuation sur OADM. À propos, cela diffère pour le canal de bout en bout et les longueurs d'onde de sortie.

N'oubliez pas de laisser quelques décibels de réserve opérationnelle.

La deuxième chose à laquelle vous devez faire face est la dispersion chromatique. Cela devient vraiment pertinent pour les lignes 10 Gbit/s, et d'une manière générale, l'équipementier y réfléchit en premier. D'ailleurs, c'est la dispersion qui donne signification physique mention des kilomètres dans les noms commerciaux des émetteurs-récepteurs. Il est simplement utile pour l'opérateur de comprendre qu'il existe une telle propriété de la fibre et qu'en plus de l'atténuation du signal dans la fibre, la dispersion gâche également l'image. Ajouter des balises

On sait depuis longtemps que les capacités des lignes en cuivre sont limitées. Le spectre kilohertz des canaux téléphoniques peut être transmis sur des dizaines de kilomètres. Le spectre mégahertz du signal vidéo s'étend sur des centaines de mètres. Et c'est dans conditions optimales, en l'absence d'interférence. Et s’il y a, par exemple, une centrale électrique ou un dépôt de tramway à proximité, les choses deviennent bien pires. Bien sûr, il existe des moyens de lutter un peu contre les lois de la nature, mais une amélioration fondamentale du niveau technologique actuel n'est possible qu'en passant à des lignes de communication optiques insensibles aux interférences et au bruit. Bien entendu, les lignes en fibre optique ont aussi leurs limites, mais elles sont nettement supérieures à celles des lignes en cuivre. Et bien entendu, un câble optique est de toute façon totalement insensible aux interférences électromagnétiques. De plus, il existe des câbles entièrement diélectriques qui peuvent être suspendus en conjonction avec une ligne électrique à haute tension.

Quels dispositifs existent actuellement pour transmettre des signaux vidéo sur fibre ?

Premièrement, la vidéo peut être numérisée et transmise sur Réseaux Ethernet, qui, même à des distances de plus de 100 m, n'existent désormais que sous forme de fibre optique. L'inconvénient de cette méthode est une distorsion importante du signal, ce qui complique considérablement l'analyse ultérieure des images. L'avantage est la compatibilité et un large choix d'appareils divers destinés au bâtiment réseaux informatiques.

La deuxième option consiste à utiliser des appareils spécialisés pour transmettre de la vidéo sur fibre. Aujourd’hui, ils offrent une qualité de transmission nettement supérieure. Quels types d’appareils existe-t-il pour transmettre de la vidéo sur fibre ?

Les moins chers et les plus connus utilisent la transmission directe de signaux vidéo basse fréquence sur fibre optique. Dans ce cas, le signal à la réception est également soumis à une atténuation, qui est inégale sur tout le spectre de fréquences. Bien entendu, une telle atténuation ne commence à agir que bien plus tard : le pire câble à fibre optique, associé à un émetteur LED incohérent, fournit une bande passante d'environ 200 MHz par kilomètre. Cela signifie qu'un signal vidéo LF peut être transmis sur 10 à 20 km sans distorsion significative dans le domaine fréquentiel. Certes, il y a un autre paramètre que vous devez connaître - simplement l'atténuation, qui pour les appareils bon marché à une longueur d'onde d'environ 900 nm est d'environ 3 dB par kilomètre. Malheureusement, la marge elle-même (appelée budget optique) de la paire émetteur/récepteur n'est que d'environ 50 dB. Par conséquent, déjà sur une ligne de 10 km, le rapport signal/bruit résiduel ne dépassera pas 20 dB, ce qui est considéré comme la limite pour un signal au moins quelque peu acceptable. Enfin, la force du signal (atténuation) pendant la transmission directe fluctue inévitablement en fonction des conditions météorologiques, de la tension du connecteur et de la fatigue (vieillissement) de la fibre. Pour les appareils les moins chers, qui n'ont même pas d'AGC dans le récepteur, cela entraîne des fluctuations importantes du signal de sortie. Bien sûr, la plupart des moniteurs ont des circuits AGC intégrés qui gèrent seuls au moins +-6 dB, mais de nombreux appareils comme les enregistreurs numériques peuvent être assez capricieux.

Il est clair que de tels appareils transmettant des signaux vidéo basse fréquence sont, par définition, monocanaux (ils ne transmettent qu'un seul canal vidéo sur une fibre). Il convient de noter que même dans ce cas coût total Les systèmes peuvent être inférieurs à l'utilisation de câbles en cuivre - après tout, les fibres, surtout si un câble contient de nombreuses fibres, sont nettement moins chères (et disproportionnellement plus compactes) que les câbles coaxiaux en cuivre.

Le prochain type de dispositif de transmission vidéo sur fibre est la modulation de fréquence. La transmission s'effectuant sur un support, il existe des produits multicanaux. Étant donné que la bande passante du signal transmis est beaucoup plus large que celle d'un signal vidéo (si vous insérez 4 canaux dans une fibre, la bande passante occupe généralement 150 MHz), alors sur un câble bon marché avec un émetteur bon marché, la plage autorisée est d'environ 1 km (rappelez-vous, j'ai déjà mentionné ci-dessus qu'un paramètre tel que la bande passante de la fibre ne peut être que de 200 MHz*km). Par conséquent, ces produits, même pour transmettre sur un seul canal, sont souvent fabriqués avec des émetteurs à bande étroite ou laser conçus pour la fibre monomode.

Quels sont les avantages des émetteurs FM ? La transmission par modulation de fréquence est beaucoup moins sensible à l'instabilité de la ligne de transmission, tout comme la radio dans la bande VHF-FM est beaucoup plus exempte d'interférences que dans les bandes AM. Cependant, aujourd'hui, ces produits ne sont presque plus fabriqués, ils sont remplacés par des émetteurs numériques.

Ainsi, le troisième type d'émetteurs, le plus répandu à notre époque, est numérique. Veuillez noter que ce n’est pas du tout la même chose que tous les types de caméras IP. Ces appareils ne compressent pas numériquement le signal ; le signal numérisé est transmis directement, même s'il est d'environ 150 Mbit/s. par canal.

L'avantage des émetteurs numériques est l'absence totale d'interférences tant que le signal arrive correctement. Certes, dès que le signal commence à se comparer au bruit, une terrible confusion apparaît sur l'écran, cachant complètement l'image. C'est la particularité transmission numérique: Tant que le signal est supérieur au bruit, la transmission est presque parfaite. Mais dès que le récepteur commence à faire des erreurs sur des bits individuels, il s'avère que des erreurs peuvent presque aussi probablement se produire à la fois dans le bit de poids faible (c'est presque invisible) et dans le bit de poids fort (ce qui signifie que l'image sera blanc au lieu de noir, ou vice versa), ou, ce qui est encore pire, des erreurs dans les bits de synchronisation du service entraîneront un mélange aléatoire des bits et le résultat sera à peu près le même que si vous essayiez de recevoir la station de radio Mayak à la télévision .

Avec sa popularité systèmes numériques sont obligés de réduire rapidement le coût des composants pour les réseaux informatiques. Les réseaux optiques de 100 mégabits et gigabits sont si répandus que les composants permettant de les produire sont devenus nettement moins chers que les émetteurs basse fréquence théoriquement plus simples mais moins courants.

De plus, pour une transmission numérique il n'est absolument pas nécessaire de s'assurer de la linéarité de la caractéristique émetteur de l'émetteur ; il fonctionne en mode binaire : soit il est allumé pleine puissance, ou complètement éteint, ce qui réduit également les exigences. C'est pourquoi les émetteurs numériques constituent désormais la majeure partie de ceux proposés sur le marché.

Quelles sont les caractéristiques de leur utilisation ? Premièrement, comme vous l'avez peut-être déjà remarqué, signal numérique lui-même est très haut débit. Un canal vidéo occupe 150 mégabits par seconde, soit environ 70 MHz. Les émetteurs incohérents mentionnés ci-dessus à une longueur d'onde de 800 à 900 nm peuvent transmettre ne serait-ce qu'un seul canal sur un maximum de 1 à 2 km. La transmission numérique utilise généralement des lasers, comme ceux que l'on trouve dans les lecteurs de CD. Cependant, même les lasers ont du mal à fournir transfert efficace sur fibre multimode. Surtout s'ils fonctionnent à une longueur d'onde de 850 nm. La fibre multimode n'est pas conçue pour transporter des signaux haut débit. La fibre multimode n'est pas conçue pour fonctionner avec des émetteurs laser. Et bien que cela soit possible dans la pratique (il existe désormais même des fibres multimodes certifiées pour fonctionner avec Gigabit Ethernet), la portée de transmission ne dépasse généralement pas 1 km. Les fabricants indiquent souvent que leurs appareils peuvent fonctionner sur 2, 5, voire 10 km sur fibre multimode. En règle générale, cela signifie que des émetteurs de haute qualité sont utilisés - des lasers à 1 300 nm. Cependant, dans ce cas, la qualité du système dans son ensemble ne sera pas limitée par l'émetteur, mais par le câble. Pire encore, étant donné que les fabricants de fibres ne les destinent pas à une telle application, il est presque impossible d'en obtenir les paramètres de fibre nécessaires pour calculer la plage de conception (le même paramètre - mégahertz par kilomètre, qui dépend de manière significative de la composition du rayonnement et est déterminé par le fabricant pour les principaux émetteurs auxquels la fibre est destinée) . Vous pourriez avoir de la chance et tout fonctionnera. Ou il se peut que même un émetteur laser puissant ne fonctionne que sur 2 à 3 km et que le signal soit perturbé lorsque les conditions météorologiques changent (la température augmente parfois légèrement les pertes dans les connecteurs, d'un dixième de décibel. Ce n'est généralement pas significatif , mais si vous travaillez jusqu'à la limite des capacités de la fibre - et cela peut être la goutte d'eau qui fait déborder le vase).

Ainsi, si la portée de transmission est importante pour vous, vous devez utiliser des émetteurs monomodes. De plus, leur prix ne diffère pas significativement des émetteurs multimodes (parfois ils ne diffèrent pas du tout par leur conception, bien que certains fabricants utilisent des émetteurs légèrement moins chers dans les émetteurs multimodes, qui ont été rejetés lors des tests pour les normes d'utilisation monomode). À propos, le câble à fibre optique monomode est moins cher que le câble multimode. Cela est compréhensible, car une fibre d'un diamètre de 9 microns contient tout simplement beaucoup moins de verre pur qu'une fibre d'un diamètre de 50 microns.

Pourquoi la fibre multimode est-elle encore utilisée ? Le fait est qu'il est un peu plus facile à connecter, notamment en cas de réparation. Il existe des connecteurs mécaniques à installation rapide qui éliminent le besoin de soudage, de colle et de polissage. Ces connecteurs sont relativement chers (10$), ils ne sont donc pas utilisés pour une installation de masse, mais en cas de réparation, un tel connecteur est plus que approprié. Permettez-moi de vous rappeler que tous les problèmes de portée appareils numériques causé précisément par la bande fréquences transmises, et pas du tout par atténuation du signal en amplitude, et donc des pertes légèrement plus importantes sur la liaison mécanique par rapport au soudage sont insignifiantes.

Pour la fibre monomode, de tels connecteurs existent également, mais ils sont encore plus chers, nécessitent une manipulation beaucoup plus soignée et introduisent une atténuation encore plus importante. Comment choisir? Si vous devez transmettre sur un kilomètre ou deux, vous pouvez utiliser des appareils multimodes. Si vous prévoyez des dommages fréquents et que les réparations doivent être effectuées par du personnel non qualifié, il est préférable d'utiliser de la fibre multimode, en concevant le système en conséquence ou en testant des échantillons de fibre avant de l'acheter à l'usine. Dans tous les autres cas, les appareils monomodes fourniront de manière disproportionnée plus travail de qualité. A titre de comparaison, je dirai que si pour la fibre multimode le haut débit est de 200-500 MHz * km dans la gamme 850 nm et, au mieux, de 2000 MHz * km dans la gamme 1300 nm, alors pour la fibre monomode le haut débit, comme en règle générale, prend des valeurs de l'ordre de 20 000 MHz *km, c'est-à-dire qu'un émetteur typique à 4 canaux fonctionne de manière fiable sur environ 50 km.

À quoi d'autre devez-vous faire attention lors du choix d'un émetteur vidéo numérique à fibre optique ? Peu profond. C'est souvent indiqué dans la publicité. Si non spécifié, cela signifie 8 bits. S’il s’agit de 10 ou 12 bits, le constructeur ne manquera pas de le souligner. Quelle est l’importance de la profondeur de bits ? Pour un signal couleur cela peut parfois être important. Cependant, le taux d'échantillonnage n'est pas moins (et peut-être même plus) important, que vous ne trouverez probablement pas dans les descriptions des appareils. Et souvent, une augmentation de la profondeur de bits se produit précisément en raison d'une diminution de la fréquence d'échantillonnage. Cependant, je le répète, cela n'a d'importance que pour un signal de couleur. Et il est très simple de vérifier la qualité de la transmission. Puisqu'un signal numérique est transmis ou non, la qualité peut être vérifiée même sur un morceau de fibre d'un mètre de long, directement sur la table. Utilisez un nuancier TV standard ou simplement un nuancier rayé de différentes couleurs, une bonne caméra vidéo et un bon moniteur, et voyez à quel point l'image est pire avec l'émetteur proposé par rapport à une connexion directe caméra-moniteur. Sur un objet réel, la qualité sera la même que sur un court morceau de fibre.

Faites attention à la plage de température de fonctionnement des émetteurs. Plus précisément, les émetteurs, car ils sont généralement installés à proximité des caméras vidéo, dans la rue, quelque part uniformément le long du périmètre de plusieurs kilomètres de l'objet. Assurez-vous de ne pas avoir à construire une cabane chauffée pour les émetteurs. À propos, les émetteurs Ethernet sur fibre optique sont généralement destinés spécifiquement aux cabanes chaudes, et les rares versions avec une plage de température industrielle sont beaucoup plus chères que d'habitude. Quelles sont les autres fonctionnalités ?

Pas si indispensables au travail, mais parfois elles rendent la vie beaucoup plus facile. Par exemple, les appareils peuvent être montés dans un rack 19", ce qui est pratique dans un emplacement central très fréquenté.

Les appareils peuvent être alimentés à partir d'une alimentation à distance (ce qui est populaire auprès des appareils importés) ou directement à partir de 220 V. Voyez ce qui vous convient le mieux. Les alimentations à distance sont souvent telles qu'elles ne peuvent être branchées que directement sur des prises, ce qui constitue des connexions inutiles, ce qui n'augmente pas la fiabilité du système.

Il existe des appareils universels qui peuvent être facilement montés aussi bien sur un mur que dans un rack, qui fonctionnent sur fibre monomode et multimode, et peuvent fonctionner à partir de 220 volts ou à partir d'une alimentation externe basse tension. Mais une telle polyvalence n'est importante que pour les distributeurs, afin de ne pas stocker en stock un large assortiment d'appareils. Dans chaque projet spécifique, on sait plus ou moins ce qui est exactement nécessaire, et personne ne changera certainement le câble pendant le fonctionnement.

1. Concepts généraux du rayonnement électromagnétique
2. Le concept de « Lumière »

UN. Histoire
b. informations générales
V. Développement
4. Conclusion

1. Concepts généraux du rayonnement électromagnétique.
Le rayonnement électromagnétique est le mouvement des perturbations du champ électromagnétique dans l'espace. Il existe des rayonnements électromagnétiques invisibles et visibles. Le rayonnement électromagnétique est généré par le déplacement charges électriques, et s'étend dans toutes les directions et dans presque tous les environnements. Ils sont transférés sans atténuation sur de longues distances.

Le rayonnement électromagnétique est divisé en :
. ondes radio (à partir des ultra-longues) ;
. rayonnement infrarouge;
. lumière visible;
. rayonnement ultraviolet;
. Rayons X et durs (rayonnement gamma).

L'échelle électromagnétique (spectre) est la totalité de toutes les gammes de fréquences du rayonnement électromagnétique. Les grandeurs suivantes sont utilisées comme caractéristiques spectrales :
. Longueur d'onde ;
. Fréquence d'oscillation ;
. Énergie photonique.

Le spectre est divisé dans les sections suivantes :
. Vibrations basse fréquence ;
. Les ondes radio;
. Rayonnement infrarouge;
. Rayonnement visible (lumière);
. Rayonnement ultraviolet ;
. Rayonnement aux rayons X ;
. Rayonnement gamma.
Les ondes électromagnétiques sont largement utilisées à notre époque dans la radio et l’électrotechnique, les appareils modernes. Les ondes radio sont utilisées pour les communications radio, la télévision et les radars. Le rayonnement infrarouge est utilisé dans les fours, les radiateurs et tous les appareils de chauffage et de séchage. Le rayonnement ultraviolet est utilisé pour la désinfection des locaux, l'étude et la recherche d'atomes et de molécules. Largement utilisé en médecine légale pour retrouver des traces biologiques. Les rayons X sont utilisés en médecine pour diagnostiquer des maladies et traiter certaines maladies.

2. Le concept de « Lumière ».
La lumière est visible un rayonnement électromagnétique, émis par une substance chauffée ou excitée. Mais les régions adjacentes à large spectre : les rayonnements ultraviolets et infrarouges sont également confondues avec la lumière. Les longueurs d'onde visibles vont de 380 à 780 nanomètres. La lumière est étudiée par une branche de la physique appelée optique. La lumière peut être considérée soit comme une onde électromagnétique dont la vitesse de propagation dans le vide est constante, soit comme un flux de photons - des particules avec une certaine énergie, un certain élan, un moment cinétique intrinsèque et une masse nulle.
La lumière possède toutes les propriétés des ondes électromagnétiques :
. Réflexion;
. Réfraction;
. Ingérence;
. Diffraction;
. Polarisation.
La lumière peut exercer une pression sur une substance, être absorbée par le milieu et provoquer un effet photoélectrique. La lumière dévie d’une direction droite. Il a une vitesse finale de propagation dans le vide de 300 000 km/s, et dans le milieu la vitesse diminue. En plus de la baisse de vitesse, la lumière commence à se réfracter et peut, dans certaines circonstances, commencer à se diviser en spectre lumineux. Ceci s'explique par le phénomène d'interférence. C’est l’interférence de la lumière qui explique la couleur des bulles de savon et des fines pellicules d’huile sur l’eau. Les ondes lumineuses partiellement réfléchi par la surface d'un film mince, partiellement transmis à l'intérieur, et nous observons un motif arc-en-ciel sur la surface.
La diffraction de la lumière est la déviation d'une onde lumineuse par rapport à sa propagation linéaire. Cela peut être clairement vu lorsque, dans une pièce recouverte de rideaux sombres et épais, faites un petit trou dans le rideau, la lumière sortira comme un cône dont le sommet sera dans notre trou. On peut observer la réfraction de la lumière en plaçant une cuillère dans un verre d'eau. Il sera divisé à la frontière entre l'air et l'eau.
Nous observons le monde qui nous entoure uniquement parce que les humains peuvent percevoir le spectre visible des ondes électromagnétiques. Cela est dû au fait que des récepteurs spéciaux situés dans la rétine de l'œil peuvent réagir au rayonnement lumineux. Et nous pouvons distinguer des images visuelles : couleur, forme, taille, distance par rapport à un objet et bien plus encore. La vision humaine a un certain nombre de propriétés :
. Sensibilité à la lumière;
. Acuité;
. Champ de vision;
. Jumelles ;
. Contraste et adaptation.

3. Application de la lumière dans la fibre optique.
UN. Histoire
La lumière est largement utilisée dans la technologie, mais elle connaît aujourd’hui un développement particulier dans les réseaux de fibres optiques. L’histoire de la transmission de données à distance à l’aide de matériaux légers et transparents a commencé en 1934. Norman French a proposé de convertir la voix en signaux lumineux et de la transmettre le long de tiges de verre. Quelques années plus tard, le physicien suisse Jean-Daniel Colladon a mené une expérience de transmission de la lumière à travers un « écoulement liquide parabolique », c'est-à-dire l'eau.
La fibre optique de type moderne a été inventée en 1954. Cela a été réalisé par deux physiciens anglais Narinder Singh Kapani, Harold Hopkins et le chercheur néerlandais Abraham Van Heel. Ils ont annoncé leurs inventions en même temps, ils sont donc tous les trois considérés comme les fondateurs de cette technologie. D’ailleurs, la fibre optique a été appelée fibre optique deux ans après son invention.
Les premiers câbles à fibres optiques présentaient une perte de lumière élevée. Lawrence Curtis a réussi à réduire ses pertes à la fin des années 50. Après la découverte de la technologie laser en 1962, le développement de la fibre optique a connu un nouvel élan.
b. informations générales
La communication par fibre optique est un type de télécommunication filaire qui utilise le rayonnement électromagnétique de la gamme optique (proche infrarouge) comme support de signal d'information et des câbles à fibre optique comme systèmes de guidage. Grâce à la fréquence porteuse élevée et aux larges capacités de multiplexage, le débit des lignes à fibre optique est plusieurs fois supérieur à celui de tous les autres systèmes de communication et peut être mesuré en térabits par seconde. Mais revenons de l'histoire aux temps modernes. Aujourd'hui, le câble à fibre optique est le plus... façon rapide transmission de données. Ce n’est pas surprenant. La lumière agit comme un transporteur d'informations et est connue pour avoir la vitesse de déplacement la plus élevée de l'Univers (300 000 kilomètres par seconde). La faible atténuation de la lumière dans la fibre optique permet l'utilisation de communications par fibre optique sur des distances importantes sans utiliser d'amplificateurs. Les communications par fibre optique sont exemptes d'interférences électromagnétiques et difficiles d'accès pour une utilisation non autorisée : il est techniquement extrêmement difficile d'intercepter subrepticement un signal transmis via un câble optique. Comparé à d’autres méthodes de transmission d’informations, l’ordre de grandeur TB/s est tout simplement inaccessible. Un autre avantage de ces technologies est la fiabilité de la transmission. La transmission par fibre optique ne présente pas les inconvénients de la transmission de signaux électriques ou radio. Il n’y a aucune interférence susceptible d’endommager le signal et il n’est pas nécessaire d’obtenir une licence pour l’utilisation de la fréquence radio. Cependant, peu de gens imaginent comment les informations sont transmises par fibre optique en général, et encore moins connaissent les mises en œuvre spécifiques des technologies. Voyons d’abord comment les informations sont transmises sur la fibre optique en général. Une fibre optique est un guide d'ondes à travers lequel se propagent des ondes électromagnétiques d'une longueur d'onde d'environ mille nanomètres (10-9 m). Il s’agit d’une zone de rayonnement infrarouge qui n’est pas visible à l’œil humain. Et l'idée principale est qu'avec une certaine sélection du matériau de la fibre et de son diamètre, une situation se présente lorsque, pour certaines longueurs d'onde, ce milieu devient presque transparent et même lorsqu'il atteint la frontière entre la fibre et l'environnement extérieur, la majeure partie de l'énergie est réfléchi dans la fibre. Cela garantit que le rayonnement traverse la fibre sans trop de perte, et la tâche principale est de recevoir ce rayonnement à l'autre extrémité de la fibre. Bien sûr, pour tant brève description cache le travail énorme et difficile de nombreuses personnes. Ne pensez pas qu’un tel matériau soit facile à créer ou que cet effet soit évident. Au contraire, cela doit être considéré comme une grande découverte, car elle permet aujourd'hui La meilleure façon transfert d'informations. Vous devez comprendre que le matériau du guide d'ondes est un développement unique et que la qualité de la transmission des données et le niveau d'interférence dépendent de ses propriétés ; L'isolation du guide d'ondes est conçue pour garantir que la production d'énergie vers l'extérieur est minimale. En parlant spécifiquement d'une technologie appelée « multiplexage », cela signifie que vous transmettez plusieurs longueurs d'onde en même temps. Ils n'interagissent pas entre eux et lors de la réception ou de la transmission d'informations, les effets d'interférence (superposition d'une onde sur une autre) sont insignifiants, car ils se manifestent le plus fortement à plusieurs longueurs d'onde. Nous parlons ici d’utiliser des fréquences proches (la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d’onde, donc peu importe de quoi vous parlez). Un appareil appelé multiplexeur est un appareil permettant de coder ou de décoder des informations en formes d'onde et inversement.
V. Développement
En passant en douceur aux tendances de développement de cette technologie, nous ne découvrirons certainement pas l'Amérique si nous disons que le DWDM est la technologie de transmission optique de données la plus prometteuse. Cela peut être davantage associé à la croissance rapide du trafic Internet, dont les taux de croissance approchent les milliers de pour cent. Les principaux points de départ du développement seront une augmentation longueur maximale transmission sans amplification et mise en œuvre du signal optique plus canaux (longueurs d’onde) dans une fibre. Les systèmes actuels assurent la transmission de 40 longueurs d'onde, correspondant à une grille de fréquences de 100 gigahertz. Les appareils dotés d'un réseau 50 GHz prenant en charge jusqu'à 80 canaux sont les prochains à entrer sur le marché, ce qui correspond à la transmission de flux térabits sur une seule fibre. Et aujourd'hui, on peut déjà entendre des déclarations de laboratoires de sociétés de développement telles que Lucent Technologies ou Nortel Networks sur la création imminente de systèmes 25 GHz.
Cependant, malgré le développement rapide de l'ingénierie et de la recherche, les indicateurs du marché procèdent à leurs propres ajustements. L'année écoulée a été marquée par une forte baisse du marché de l'optique, comme en témoigne la baisse significative du cours de l'action Nortel Networks (29% en une journée de bourse) après l'annonce de difficultés d'écoulement de ses produits. D'autres constructeurs se sont retrouvés dans une situation similaire.
Dans le même temps, alors que les marchés occidentaux connaissent une certaine saturation, les marchés orientaux commencent tout juste à se développer. L’exemple le plus frappant est celui du marché chinois, où une douzaine d’opérateurs à l’échelle nationale se précipitent pour construire des réseaux fédérateurs. On ne peut s'empêcher d'envier les Chinois : ils ne construiront désormais des maisons qu'à proximité immédiate du câble à fibre optique. Ministère de l'Industrie et technologies de l'information La Chine a récemment publié une circulaire à cet effet. De plus, selon cette nouvelle politique, afin de maintenir une saine concurrence, les services de connexion doivent être fournis aux abonnés par plusieurs fournisseurs à la fois. Certes, la vitesse de connexion n'est en aucun cas spécifiée.
Une telle politique est bien entendu bénéfique pour les opérateurs chinois. En 2012, China Unicom (Hong Kong) Ltd (la deuxième plus grande entreprise de télécommunications de Chine) a fourni la connectivité à 10 millions de foyers chinois sur ses réseaux FTTH. Et selon Economic Information Daily, environ 40 millions de personnes supplémentaires les rejoindront en 2015. La réglementation du gouvernement chinois entre en vigueur le 1er avril 2013. Pendant ce temps, aux États-Unis, l'initiative de Google appelée « Google Fiber » est en discussion. En fin de compte, Google va proposer au consommateur final des connexions FTTH à des vitesses de 1 gigabit par seconde. Auparavant, les vitesses de 1 Gbit/s n'étaient utilisées que dans certaines institutions scientifiques, gouvernementales et militaires. Et maintenant, nous parlons d'un réseau national avec de telles vitesses de communication. En tant que version pilote, la fibre Google a commencé à être mise en œuvre au Kansas. Et même si les travaux dans ce sens se poursuivent, il faudra encore attendre longtemps pour que le réseau national de fibre optique de Google apparaisse. Goldman Sachs estime le coût de ce projet à plus de 140 milliards de dollars.
Je vous rappelle que de nombreux réseaux de fibre optique ont déjà été construits aux États-Unis. L'exemple le plus célèbre est Verizon, qui construit sa propre infrastructure de fibre optique depuis de nombreuses années et y a déjà dépensé 15 milliards de dollars, fournissant ainsi une connectivité à environ 15 millions de foyers. Mais Verizon propose des vitesses de 50 Mbps, qui ne peuvent être augmentées qu'à 100 Mbps pour l'instant. Et si «ils» ont pratiquement résolu les problèmes de construction de réseaux fédérateurs, alors dans notre pays, aussi triste que cela puisse être, il n'y a tout simplement pas besoin de canaux épais pour transmettre notre propre trafic.
Aujourd'hui sur marché russe Il existe deux principaux domaines concurrents en matière de connexions Internet à haut débit : les réseaux domestiques en fibre optique et les connexions ADSL.
Les réseaux domestiques sont un certain type de « connexion dédiée » qui connecte votre ordinateur personnel au réseau via un câble à fibre optique que le fournisseur connecte à chaque appartement. La technologie ADSL, quant à elle, fait référence à un type de connexion haut débit qui fonctionne sur le principe modem téléphonique, convertissant une ligne téléphonique analogique en un canal de transmission à haut débit grâce à une technologie spéciale. Ainsi, la principale différence entre les deux technologies concurrentes est technologique.
Cependant, l'exposition « Réseaux de communication départementaux et d'entreprise », organisée début décembre, a révélé l'immense intérêt des opérateurs de télécommunications nationaux pour les nouvelles technologies, dont le DWDM. Et si des monstres comme Transtelecom ou Rostelecom disposent déjà de réseaux de transport à l'échelle de l'État, alors le secteur énergétique actuel commence tout juste à les construire. Ainsi, malgré tous les problèmes, l’optique est l’avenir. Et DWDM jouera ici un rôle important. Le coût d'utilisation de la technologie de la fibre optique diminue, ce qui rend le service compétitif par rapport aux services traditionnels. La technologie de transmission de données par fibre optique continuera d'évoluer jusqu'à ce qu'une alternative soit trouvée. Parmi les futurs concurrents, seul un réseau quantique est visible, mais cette technologie en est encore à ses balbutiements et n'a pas encore peur de la fibre optique.
Quant aux inconvénients, il n'y en a qu'un : le coût élevé des équipements et des outils d'installation de la fibre optique. Le câble lui-même coûte des dizaines de fois moins cher que les émetteurs, récepteurs et amplificateurs de signaux. De plus, des onduleurs spéciaux sont utilisés pour souder les câbles, dont certains coûtent aussi cher qu'une voiture chère.

4. Conclusion.
À l’heure des technologies de l’information, l’État a commencé à accorder une attention particulière au processus d’informatisation de la société. Ce processus ne pouvait qu'affecter un aspect de la vie publique tel que l'éducation. Aujourd'hui, de plus en plus fonds budgétaires est consacré à l'élévation du niveau d'équipement technique dans les écoles afin d'améliorer l'éducation informationnelle des jeunes. Ces améliorations affectent également la qualité de la connexion Internet dans les établissements d'enseignement. Et le moyen le plus avancé et le plus rapide de se connecter à Internet consiste à utiliser des systèmes à fibre optique. Leur introduction dans l'éducation permettra de réaliser un grand pas en avant dans l'éducation informationnelle des étudiants et des écoliers, ce qui permettra à l'avenir de former d'excellents spécialistes dans le domaine des systèmes Internet internationaux qui élèveront notre pays vers de plus hauts sommets. haut niveau développement dans le monde. Parallèlement, le développement des télécommunications contribuera à former des personnes capables de maintenir la stabilité et la sécurité de nos ressources Internet.
De mon point de vue, l'étude du problème posé a un grand avenir et j'espère continuer à travailler sur ce sujet en tant qu'étudiant. Je crois qu'en étudiant les technologies modernes, en participant à différents niveaux recherches, conférences, vous pouvez devenir un spécialiste compétitif.

Littérature:
1) Grande Encyclopédie russe.
2) Journal « Livre blanc ».
3) Magazine "ComputerPress n°1 2001".
4) Kudryashov Yu. B., Perov Yu. F. Rubin A. B. Biophysique des rayonnements : radiofréquence et rayonnement électromagnétique micro-ondes.
5) Listvin A.V., Listvin V.N., Shvyrkov D.V. Fibres optiques pour lignes de communication. M. : LESARart, 2003.
6) Rapport Alcatel-Lucent du 28 SEPTEMBRE 2009.
7) Encyclopédie soviétique.
8) Tarasov K.I. Appareils spectraux.