Мрежи за кабелна телевизия за най-малките. Част 8: Оптична магистрала

Оптичната среда е основата на преноса на данни вече много години. Трудно е да си представим хабрачитател, който няма представа за тези технологии, но без поне кратко описание в моята серия статии не можем да минем.

Съдържание на сериите статии

• Част 1: Обща архитектура на кабелната телевизия
• Част 2: Състав и форма на сигнала
• Част 3: Аналоговата съставка на сигнала
• Част 4: Цифровата съставка на сигнала
• Част 5: Коаксиалната разпределителна мрежа
• Част 6: Увеличители на RF сигнала
• Част 7: Оптични приемници
• Част 8: Оптична магистрална мрежа
• Част 9: Главна станция
• Част 10: Откриване и отстраняване на неизправности в мрежата на кабелната телевизия

За по-пълна картина, ще разгледам накратко няколко основни неща (не ми хвърляйте обувки, това е за тези, които изобщо не са запознати): оптичното влакно представлява стъкло, което е изтеглено в нишка по-тънка от косъм. Чрез него се разпространява лазерно оформен лъч, който (както всяка електромагнитна вълна) има определена честота. За удобство и простота, при обсъждане на оптиката, вместо частота в херци, обикновено се използва обратната стойност на дължината на вълната, която в оптичния диапазон се измерва в нанометри. За предаване на сигнали на кабелна телевизия обикновено се използва λ=1550нм.

Частите на магистралата се свързват помежду си чрез заварка или съединители. Подробности за това можете да прочетете в отлична статия @stalinets. Ще спомена само, че в КТВ мрежи почти винаги се използва наклонена полировка APC.

Изображение от сайта fiber-optic-solutions.com

Тя внася малко по-голямо затихване от директната, но притежава много важно свойство: отраженият на съединението сигнал не се разпространява по същата ос, по която основният сигнал, което му оказва по-малко влияние. За цифровите системи за предаване с вградена излишност и алгоритми за възстановяване, това може да изглежда незначително, но телевизионният сигнал започна историята си като аналогов (в оптични влакна също), а за него това е много критично: всеки помни двоен звук или накладка на изображението на старите телевизори при нестабилен прием. Подобни вълнови явления съществуват както в ефира, така и в кабелите. Цифровият телевизионен сигнал, макар и с повишена защита от шум, все пак не притежава много от предимствата на пакетния трансфер на данни и също може да бъде засегнат на физическо ниво, но вече не може да бъде възстановен чрез повторно искане.

За да може сигналът да се предаде на значително разстояние, е необходим висок негов уровень, затова в системата не може да се мине 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 може да се различи от магия. С две думи: при преминаването на лъча през влакното с добавка на ербий се създават условия, при които всеки фотон на изходното излъчване създава два свои клона. Подобни устройства се използват във всички системи за предаване на данни на значителни разстояния. Те, разбира се, не са евтини. Затова в случаи, когато не е необходимо усилване на сигнала в значителна степен и няма строги изисквания за количеството шум, се използват регенератори на сигнала:

Това устройство, както се вижда от структурната схема, осъществява двойно преобразуване на сигнала между оптичната и електрическата среда. Такава 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 компенсация на километровото затихване на кабела. Най-големите загуби се получават при разделянето на сигнала между клоновете на мрежата. Разделянето се извършва с помощта на пасивни устройства, които в зависимост от нуждите могат да имат различен брой отклонения, както и да разделят сигнала симетрично или не.

Вътре делителят представлява или влакна, свързани странично, или е изразен, както пътечките на печатна платка. За задълбочаване, препоръчвам статии NAGru за сварни 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 два сигнала едновременно в едно влакно.

Това е най-простият вариант за мултиплексиране на оптика — FWDM. Свързвайки към входовете на TV и Express оборудването за кабелна телевизия и интернет, съответно, получаваме смесен сигнал в общия изход COM, който може да се предава по едно влакно, а от другата страна също да се раздели между оптичния приемник и комутатора, например. Това става по подобен начин, както в стъклената призма от бяла светлина се появява дъга.

С цел резервиране на оптичния сигнал, освен оптичните приемници с два входа, за които говорих в предишната част може да се използва електромеханично реле, което може да превключва от един източник на друг в зависимост от зададените параметри на сигнала.
При деградация на едно влакно, устройството автоматично ще се превключи на друго. Времето за превключване е по-малко от секунда, така че за абоната изглежда в най-лошия случай като куп артефакти на цифровото телевизионно изображение, които веднага изчезват с следващия кадър.

Източник: habr.com