Кабелни мрежи за най-малките. Част 8: Оптична магистрална мрежа

Вече много години оптичната среда е основата на трансфера на данни. Трудно е да си представим полезен ентусиаст, който не е запознат с тези технологии, но без поне кратко описание, е невъзможно да се справим в моята серия статии.

Съдържание на серията статии

• Част 1: Общата архитектура на мрежата КТВ
• Част 2: Съставът и формата на сигнала
• Част 3: Аналоговата съставка на сигнала
• Част 4: Цифровата съставка на сигнала
• Част 5: Коаксиалната разпределителна мрежа
• Част 6: Усовни усилватели на RF сигнала
• Част 7: Оптични приемници
• Част 8: Оптична магистрална мрежа
• Част 9: Глава станция
• Част 10: Търсене и отстраняване на неизправности в мрежата КТВ

За пълната картина ще разкажа просто и на пръсти за няколко елементарни неща (не ме хвърляйте с обувки, това е за тези, които изобщо не са в течение): оптичното влакно е стъкло, което е изтеглено в нишка, по-тънка от косъм. Чрез него циркулира образуван от лазер лъч, който (както всяка електромагнитна вълна) има определена честота. За удобство и простота, когато говорим за оптика, вместо честота в херци, е прието да се използва обратната величина дължина на вълната, която в оптичния диапазон се измерва в нанометри. За предаване на сигнали за кабелна телевизия обикновено се използва λ=1550нм.

Частите на магистралата се свързват помежду си чрез заваряване или конектори. Подробно за това можете да прочетете в отличната статия @stalinets. Ще кажа само, че в мрежите на кабелната телевизия почти винаги се използва скошена полировка APC.

Изображение от сайта fiber-optic-solutions.com

Тя внася малко повече затихване от директната, но притежава много важно свойство: отразеният на съединението сигнал не се разпространява по същата ос, както основният сигнал, благодарение на което оказва по-малко влияние на него. За цифровите системи за предаване с заложена излишност и алгоритми за възстановяване, това изглежда незначително, но телевизионният сигнал започна своя път като аналогов (в оптични влакна също), а за него това е много критично: всички помним двоенето или изместването на изображението на старите телевизори при слабо приемане. Подобни вълнови явления както в ефира, така и в кабелите съществуват. Цифровият телевизионен сигнал, въпреки че има повишена устойчивост на смущения, все пак не предлага много от предимствата на пакетното предаване на данни и може също да пострада на физическо ниво, но вече не може да бъде възстановен чрез повторно запитване.

За да може сигналът да бъде предаден на значително разстояние, е необходимо високото му ниво, поради което в схемата не може да има без усилватели. Оптичният сигнал в системите за кабелна телевизия се усилва с ербиеви усилватели (EDFA). Работата на това устройство може да служи като отличен пример за това, че всяка достатъчно развита технология не се различава от магия. Накратко: при преминаването на лъча през влакно с добавка на еритий се създават условия, при които всеки фотон на оригиналното излъчване създава два свои клона. Тези устройства се използват във всички системи за предаване на данни на значителни разстояния. Те, разбира се, не са евтини. Затова, в случаите, когато не е необходимо усилване на сигнала на значителна стойност и няма строги изисквания към количеството шум, се използват регенератори на сигнала:

Това устройство, както се вижда от структурната схема, извършва двойно преобразуване на сигнала между оптичната и електрическата среда. Тази конструкция позволява, при необходимост, да се промени дължината на вълната на сигнала.

Такива манипулации като усилване и регенерация на сигнала са необходими не само за компенсиране на километър загуба в кабела. Най-големите загуби възникват при разделяне на сигнала между клоновете на мрежата. Разделянето се извършва с помощта на пасивни устройства, които, в зависимост от нуждата, могат да имат различен брой отклонения, както и да разделят сигнала симетрично или не.

Вътре делителят представлява или влакна, свързани с странични повърхности, или е изсечен, като писти на печатна платка. За задълбочаване препоръчвам статии NAGru по заварени и планарни делители съответно. Колкото повече отклонения има делителят, толкова по-големи загуби внася в сигнала.

Ако добавим към делителя филтри за разделяне на лъчи с различна дължина на вълната, можем да предаваме веднага два сигнала в едно влакно.

Това е най-простият вариант на мултиплексиране в оптика — FWDM. Свързвайки оборудването за КТВ и интернет към входовете TV и Express съответно, получаваме смесен сигнал на общото изходно COM, който може да бъде предаден по една влакно, а от другата страна да бъде разделен между оптичния приемник и комутатора, например. Това става по подобен начин, както в стъклената призма, от бялата светлина се появява дъга.

С цел резервиране на оптичния сигнал, освен оптичните приемници с два входа, за които писах в предишната част може да бъде използван електромеханичен реле, което може да превключва от един източник на друг според зададените параметри на сигнала.
При деградация на едно влакно устройството автоматично ще превключи на друго. Времето за превключване е по-малко от секунда, затова за абоната това изглежда в най-лошия случай като купчина артефакти на цифровото телевизионно изображение, които веднага изчезват с следващия кадър.

Източник: habr.com