Systèmes de communication par fibre optique quels sont les équipements qui composent le développement de la technologie de communication par fibre optique introduction

Système de communication par fibre optique, que signifie système de communication par fibre optique

　　système de communication par fibre optique

　　Le système de communication par fibre optique à fibre optique est un système de communication qui utilise la lumière comme support, utilise une fibre optique ultra-fine tirée d'un verre de très haute pureté comme support de transmission et utilise la lumière pour transmettre des informations par conversion photoélectrique. Avec le développement rapide du commerce international d'Internet et de l'industrie de la communication, l'informatisation a donné une grande impulsion au développement de la productivité mondiale et de la société humaine. En tant que l'un des principaux piliers techniques de l'informatisation, la communication par fibre optique deviendra sûrement l'industrie stratégique la plus importante du 21e siècle. La technologie de communication par fibre optique et la technologie informatique sont les deux piliers de l'informatisation : l'ordinateur est chargé de numériser l'information et de l'introduire dans le réseau, la fibre optique est responsable de la transmission de l'information. Dans le développement de la société et de l'économie contemporaines, la capacité d'information augmente de jour en jour.Afin d'améliorer la vitesse de transmission et la capacité de l'information, la communication par fibre optique est largement utilisée dans le développement de l'informatisation et est devenue une technologie importante dans le domaine de l'information après la technologie de la microélectronique.

　　Système de communication de base par fibre optique

　　Le système de communication par fibre optique le plus élémentaire se compose d'une source de données, d'un émetteur optique, d'un canal optique et d'un récepteur optique. La source de données comprend toutes les sources de signal, qui sont des signaux obtenus en codant des services de voix, d'image et de données via la source ; l'émetteur et le modulateur optiques sont responsables de la conversion du signal en un signal optique adapté à la transmission sur la fibre optique. les fenêtres d'onde utilisées successivement sont 0,85, 1,31 et 1,55. Le canal optique comprend la fibre optique la plus élémentaire, ainsi que l'amplificateur relais EDFA, etc. ; le récepteur optique reçoit le signal optique, en extrait des informations, puis le convertit en un signal électrique, et obtient finalement la voix correspondante, image, données et autres informations.

　　Système de communication optique numérique

　　Les systèmes de transmission par fibre optique sont des canaux idéaux pour les communications numériques. Par rapport à la communication analogique, la communication numérique présente de nombreux avantages, tels qu'une sensibilité élevée et une bonne qualité de transmission. Par conséquent, la plupart des systèmes de communication à fibre optique haute capacité et longue distance adoptent des méthodes de transmission numérique.

　　Dans le système de communication à fibre optique, le code « 0 » et le code « 1 » de l'impulsion lumineuse binaire sont transmis dans la fibre optique, qui sont générés par la modulation marche-arrêt de la source lumineuse par le signal numérique binaire. Le signal numérique est généré par échantillonnage, quantification et codage du signal analogique changeant en continu, appelé PCM (modulation par impulsions codées), c'est-à-dire modulation par impulsions codées. Ce signal numérique électrique est appelé signal numérique en bande de base, qui est généré par la borne électrique PCM.

　　Composition de base du système de communication par fibre optique

　　(1) Transmetteur optique

　　L'émetteur optique est un émetteur-récepteur optique qui réalise une conversion électrique/optique. Il se compose d'une source lumineuse, d'un pilote et d'un modulateur. Sa fonction est de moduler l'onde lumineuse émise par la source lumineuse par le signal électrique de la borne électrique pour devenir une onde lumineuse modulée, puis de coupler le signal lumineux modulé à la fibre optique ou au câble pour transmission. La borne électrique est l'équipement de communication électronique conventionnel.

　　(2) Récepteur optique

　　Le récepteur optique est un émetteur-récepteur optique qui réalise une conversion optique/électrique. Il se compose d'un photodétecteur et d'un amplificateur optique. Sa fonction est de convertir le signal optique transmis par la fibre optique ou le câble optique en un signal électrique à travers le photodétecteur, puis d'amplifier le signal électrique faible à un niveau suffisant à travers le circuit amplificateur, et de l'envoyer à la borne électrique à la réception fin de vidange.

　　(3) Fibre optique ou câble optique

　　Une fibre optique ou un câble optique constitue une voie de transmission de la lumière. Sa fonction est de coupler le signal à lumière tamisée envoyé par l'extrémité émettrice au détecteur optique à l'extrémité réceptrice après une transmission longue distance par fibre optique ou câble optique, afin de compléter la tâche de transmission des informations.

　　(4) Répéteur

　　Le répéteur est composé d'un photodétecteur, d'une source lumineuse et d'un circuit de régénération de décision. Il a deux fonctions : l'une est de compenser l'atténuation du signal optique lorsqu'il est transmis dans la fibre optique, l'autre est de fermer l'impulsion de distorsion de la forme d'onde.

　　(5) Composants passifs tels que connecteurs et coupleurs de fibres optiques

　　Étant donné que la longueur de la fibre optique ou du câble optique est limitée par le processus d'étirage de la fibre optique et les conditions de construction du câble à fibre optique, la longueur d'étirage de la fibre optique est également limitée (telle que 1 km). Par conséquent, il peut y avoir un problème de connexion de plusieurs fibres optiques dans une ligne de fibres optiques. Ainsi, la connexion entre fibres optiques, la connexion et le couplage entre fibres optiques et émetteurs-récepteurs optiques sont indispensables pour l'utilisation de dispositifs passifs tels que les connecteurs et coupleurs de fibres optiques.

　　Systèmes de sauvegarde et équipement auxiliaire

　　Afin d'assurer le bon fonctionnement du système, un système de sauvegarde est généralement mis en place, tout comme la sauvegarde du disque. Dans des circonstances normales, seul le système principal fonctionne.Une fois que le système principal tombe en panne, il peut être commuté immédiatement sur le système de secours, de sorte que la communication peut être garantie pour être fluide et correcte.

　　L'équipement auxiliaire est la perfection du système, qui comprend le système de surveillance et de gestion, le système de communication officiel, le système de commutation automatique, le système de traitement des alarmes, le système d'alimentation, etc.

　　Parmi eux, le système de surveillance et de gestion peut surveiller automatiquement les performances et l'état de fonctionnement de divers équipements qui composent le système de transmission par fibre optique, et automatiquement alerter et traiter lorsqu'un défaut se produit, et mettre en œuvre un contrôle automatique du système de commutation de protection. Pour les lignes de communication longue distance avec plusieurs stations relais et les centraux de maintenance de ligne avec accès multidirectionnel et multi-système, la surveillance centralisée est une méthode de maintenance nécessaire.

　　Le véritable développement de la communication optique moderne n'a eu lieu que dans les 30 à 40 dernières années, et la naissance des lasers et des fibres optiques a joué un rôle de premier plan. Tout d'abord, Maiman a inventé le laser à rubis en 1960. La forte lumière cohérente générée par le laser a fourni une source de lumière fiable pour les communications optiques modernes. Ce laser à longueur d'onde unique a les mêmes propriétés que les ondes radio ordinaires, qui peuvent être modulées pour transporter des informations. Les premières communications optiques utilisant des lasers ont également traversé l'atmosphère. Mais on a vite découvert que de nombreux facteurs tels que le brouillard, la pluie, les nuages ​​et même un groupe d'oiseaux volant occasionnellement interféraient avec la propagation des ondes lumineuses, de sorte qu'elles ne pouvaient être utilisées que pour des communications à courte distance. comme la radiofréquence ou la communication par micro-ondes était nécessaire ou une ligne de transmission de communication par ondes lumineuses comme un guide d'ondes pour surmonter ces effets et réaliser une transmission stable d'informations sur de longues distances.

　　En 1965, E. Miller a rapporté un guide d'ondes optique à lentille composé d'une série de lentilles dans un tube creux métallique.Il peut éviter les défauts de transmission atmosphérique, mais sa structure est trop compliquée et les exigences de précision sont trop élevées pour être pratiques. En revanche, la recherche sur les fibres optiques est bien avancée. Dès 1951, la fibre de verre médicale a été inventée, mais la perte de cette première fibre optique était trop importante (supérieure à 1000dB/km), et elle ne pouvait pas être utilisée comme support de transmission pour la communication optique.En 1966, CK Kao et GA Hockman a publié un article sur le développement de la communication par fibre optique, des articles célèbres d'importance historique. Après avoir analysé les principales raisons de la forte perte de transmission par fibre optique, ils ont souligné que si les impuretés dans le verre peuvent être complètement éliminées, la perte peut être réduite à 20dB/km-équivalent au niveau des câbles coaxiaux, puis l'optique la fibre peut être utilisée pour la transmission optique. Encouragé par cette attente, Corning a finalement produit une fibre optique avec une perte de 20dB/km en 1970, ouvrant ainsi la voie au développement de la communication par fibre optique. L'étude sur les caractéristiques spectrales de la fibre a révélé qu'elle possède trois fenêtres de transmission à faible perte, à savoir la fenêtre de longueur d'onde courte de 850 nm et la fenêtre de longueur d'onde longue de 1300 nm et 1500 nm. Puis, avec l'émergence de nouvelles méthodes de fabrication et l'amélioration continue des niveaux technologiques, la perte de fibres optiques n'a cessé de se réduire. En 1979, la perte de la fibre monomode à une longueur d'onde de 1550 nm était tombée à 0,2 dB/km, proche de la limite de perte théorique de la fibre de silice.

　　De plus, la fréquence des ondes lumineuses est élevée, et les ressources en bande passante des fibres optiques sont également très importantes, ce qui n'est égalé par aucun autre support de transmission. On peut dire que la fibre optique est un support de transmission idéal dont rêvent les communicants et qui possède des qualités quasi parfaites :

　　bande passante pratiquement illimitée ;

　　Perte quasi nulle :

　　Distorsion de signal presque nulle

　　Consommation d'énergie quasi nulle

　　consommation de matière presque nulle

　　empreinte presque nulle

　　Prix ​​quasi nul.

　　Par conséquent, la fibre optique est le fondement de l'autoroute de l'information, créant une nouvelle ère de la révolution de l'information d'aujourd'hui.

　　Alors que la perte de fibres optiques est continuellement réduite, la recherche sur les sources lumineuses progresse également très rapidement. En 1962, la diode laser à semi-conducteur GaAs (LD) est sortie, ce qui signifiait que les communications optiques modernes disposaient d'une source de lumière à faible volume et à grande vitesse. La longueur d'onde d'émission de GaAs-LD est de 870 nm, qui est décalée vers la fenêtre à faible perte de longueur d'onde courte de la fibre optique après dopage de l'aluminium. Plus tard, GaAs-LD a réalisé un travail à température ambiante pendant une longue période. Des sources lumineuses LD de 1300 nm et 1550 nm ont été fabriquées en utilisant l'alliage quaternaire InGaAsP. Le LD étant coûteux, des LED à haute luminosité adaptées à la communication par fibre optique ont également été développées. De cette façon, avec le développement réussi de diverses longueurs d'onde, de sources lumineuses à semi-conducteurs à haut rendement, longue durée de vie et haute vitesse qui répondent aux exigences de la transmission par fibre optique, la praticité et le grand développement de la communication par fibre optique sont devenus naturels. La puissance de sortie du LD dans la fibre monomode est d'environ 1 mW. Dans les communications par fibre optique, le dBm est souvent utilisé comme unité de puissance, c'est-à-dire la puissance relative exprimée en dB sur la base de 1 mW.

　　De plus, dans la recherche de récepteurs optiques, des dispositifs de conversion photoélectrique à semi-conducteurs à haut rendement et à grande vitesse (tels que APD et PIN) dans diverses gammes de longueurs d'onde sont également apparus les uns après les autres. En 1973, SDPersonick a publié un article sur l'analyse des récepteurs optiques numériques PCM, qui a résolu les problèmes de conception des récepteurs optiques dans les systèmes de communication à fibre optique modernes. La sensibilité du récepteur numérique est très élevée, comme le signal de 2,5 Gb/s peut atteindre -30 dBm (1 microwatt) au stade précoce. Ce n'est pas pour la puissance de transmission apparemment faible de 1 mW, lorsque la perte de fibre est de 0,2 dB/km, la distance de transmission en termes de perte seule peut atteindre plus de 100 km.

　　De plus, afin de répondre aux besoins des applications du système, divers dispositifs optiques passifs (tels que les données de connexion active de fibre optique, les atténuateurs optiques, les multiplexeurs optiques de division de longueur d'onde, les isolateurs et les séparateurs, etc.) et les équipements spéciaux (tels que le greffage de fibre optique machines, réflectomètre dans le domaine temporel, compteur de puissance optique, etc.) prennent également en charge une utilisation commerciale les unes après les autres.

　　Vers 1974, de nombreux pays ont réalisé diverses expériences de transmission de communication par fibre optique en intérieur. Après 1976, divers systèmes de communication par fibre optique pratiques sont apparus. En 1980, le système de communication par fibre optique 45 Mb/s FT-3 de l'American Telegraph and Telephone Company a été commercialisé. Depuis les années 1980, il est entré dans une période de développement rapide de la communication par fibre optique et a connu le processus de développement de la longueur d'onde courte à la longueur d'onde longue, de la fibre multimode à la fibre monomode et du bas débit au haut débit. Jusqu'à présent, le développement des systèmes commerciaux de communication par fibre optique a traversé quatre générations, à savoir le système de première génération (1980-) de fibre multimode de longueur d'onde 850nm, le système de deuxième génération (1983-) de fibre monomode de longueur d'onde 1300nm, 1550nm single -mode fibre monofréquence Le système de troisième génération (199l-) du laser et le système de quatrième génération (1995-) utilisant l'amplificateur optique. La longueur totale des câbles optiques posés dans le monde entier est de dizaines de millions de kilomètres, et des centaines de milliers de kilomètres ont été posés dans mon pays, formant un réseau de fibres optiques terrestres et sous-marins qui s'étend dans tout le pays et dans le monde. Les systèmes de 2,5 à 10 Gb/s ont été mis en pratique et ont été largement utilisés, et la technologie de communication par fibre optique ultra-rapide 40 Gb/s se développe très rapidement. L'image montre le développement de la capacité du système de communication. On peut voir que la croissance exponentielle ne peut être réalisée qu'après l'adoption de la communication par fibre optique.

　　Afin de tirer pleinement parti du potentiel de bande passante de la fibre optique, de surmonter l'influence de la perte et de la dispersion de la fibre optique, d'étendre la distance de relais, d'étendre la capacité de transmission et de réduire les coûts, cela a toujours été l'objectif de développement de la communication par fibre optique. Diverses nouvelles technologies de communication par fibre optique apparaissent constamment et le produit distance débit de code du système est constamment amélioré et augmente d'un ordre de grandeur presque tous les 4 ans. Ces nouvelles technologies comprennent :

　　(1) L'intégration et la modularisation des dispositifs optiques actifs et passifs et des terminaux système pour améliorer la vitesse et les performances Simplifier la structure et réduire les coûts sont la base technique la plus importante pour le développement du système ;

　　(2) La technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM, multiplexage par répartition en longueur d'onde) réalise une transmission ultra-rapide et ultra-large capacité sur une seule fibre optique ;

　　(3) Technologie d'amplification optique, en particulier l'application d'un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA, amplificateur à fibre dopée à l'erbium) ​​et d'un amplificateur optique dans un système de jonction longue distance et un système de distribution d'utilisateurs ;

　　(4) Technologie de communication Soliton;

　　(5) Technologie de réseau à fibre optique à haut débit, technologie de réseau tout optique, etc.

　　Le développement de ces nouvelles technologies a pour but de mieux répondre à la demande croissante d'information. Parmi eux, la combinaison parfaite de la technologie WDM et de la technologie d'amplification optique a considérablement amélioré les performances et la capacité de communication des systèmes de communication à fibre optique, et est devenue une perle brillante de la technologie de communication optique moderne et un pont menant aux réseaux de communication tout optique.

　　La structure de base du système de communication numérique à fibre optique est illustrée au 6.1.5, qui comprend le terminal PCM, l'interface d'entrée, l'émetteur optique (Tx), la ligne de fibre optique, le répéteur optique, l'interface de sortie et le récepteur optique (Rx), etc.

　　Un système de communication par fibre optique point à point typique comprend principalement plusieurs parties telles que des terminaux électriques d'envoi et de réception d'informations, des terminaux optiques d'envoi et de réception et des fibres optiques de transmission. De l'émetteur optique au récepteur optique se trouve le canal de transmission des informations optiques, appelé canal optique, et sa tâche est de transmettre les informations de manière fiable et efficace du début à la fin. Les fonctions de chaque partie sont les suivantes :

　　(1) Les signaux d'information à transmettre par le terminal électrique PCM comprennent la voix, l'image et les données informatiques, etc. Le terminal électrique est l'équipement terminal tel que la machine porteuse, l'équipement d'image et l'ordinateur dans la communication électrique conventionnelle. Pour la communication numérique, le signal doit subir une conversion A/N et N/A dans la borne électrique pour le convertir en un signal numérique.

　　(2) L'émetteur optique comprend une source lumineuse (LD ou LED) et son circuit de commande. Le signal électrique provenant de la borne électrique est codé puis modulé vers la source lumineuse pour générer un signal optique porteur d'informations et compléter le circuit électrique-optique ( E/O) conversion .

　　(3) La fibre optique de transmission ou le câble optique transmet le signal optique émis par la source lumineuse à l'extrémité de réception distante, qui peut être une fibre optique multimode ou une fibre optique monomode.

　　(4) Le récepteur optique complète la conversion lumière-électricité (O/E). Le signal optique reçu est détecté par le détecteur optique et converti en un signal électrique, puis amplifié et démodulé, jugé et régénéré, et envoyé à la borne électrique pour récupérer le signal d'origine.

　　Dans le système de communication à fibre optique longue distance, des répéteurs doivent être installés à intervalles pour convertir les signaux optiques qui sont devenus très faibles et déformés après une transmission longue distance en signaux électriques. Le signal optique est envoyé à la fibre optique pour la transmission, qui est le répéteur optique-électrique-optique traditionnel (Figure 1.2.2(a)). Maintenant, cependant, les amplificateurs optiques, en particulier les EDFA, ont mûri, avec un gain élevé, une puissance de sortie élevée, un faible bruit, une large bande passante et une pénétration du taux de code. Ils peuvent remplacer complètement les répéteurs optiques-électriques-optiques et stimulent le développement de la fibre optique. technologie de communication Révolution - une nouvelle génération de technologie de communication entièrement optique (Figure 1.2.2(b)). La figure 1.2.2(c) est un diagramme schématique d'un système WDM. Plusieurs - des centaines, des milliers de longueurs d'onde sont transmises ensemble dans une seule fibre, et l'amplification de relais EDPA est utilisée pour augmenter la capacité de transmission plusieurs fois - des centaines, des milliers de fois, représentant la direction du développement et les points chauds de recherche d'une nouvelle génération de technologie de communication par fibre optique à haut débit et à grande capacité.

　　Une combinaison de plusieurs systèmes de communication point à point constitue un réseau de communication (Figure 1.2.3) pour assurer la communication entre les utilisateurs à différents endroits. Le réseau de communication peut être divisé en réseau de communication public et réseau de communication privé. Le réseau public de communication fournit des services de communication aux utilisateurs dans l'ensemble de la société, tels que le réseau téléphonique et le réseau public de données. Un réseau de communication dédié est un réseau de communication desservant des utilisateurs ou des unités spécifiques, tels que les réseaux de communication, les réseaux informatiques, les réseaux d'État, etc. des chemins de fer, de l'énergie électrique, de l'armée et d'autres départements. Ces réseaux utilisaient traditionnellement des câbles ou des micro-ondes, mais avec l'augmentation rapide des informations de communication, ils ne sont plus compétents et l'utilisation de la technologie de communication par fibre optique est devenue la tendance générale.

　　Les contenus de base de la technologie de communication par fibre optique sont :

　　(1) Théorie et technologie de transmission par fibre optique, dispositifs à fibre optique;

　　(2) Principes de transmission des signaux, méthodes de modulation et de démodulation, codage des signaux et multiplexage des canaux, etc. ;

　　(3) source lumineuse et émetteur optique ;

　　(4) Détecteurs optiques et récepteurs optiques;

　　(5) Conception, structure et application d'un système de communication par fibre optique ;

　　(6) Technologie de communication par fibre optique, telle que la technologie d'amplification optique, la technologie WDM, la technologie de réseau tout optique