Оптикалық талшықтың параметрлік есебі

 

Мазмұны

 

 

 

 

Кіріспе

 

1. Арна санының ұйғарымы

2. Фурье қатары.

3. Шектелген спекторлы  сигналдар. 

 

4. Ақпаратты басқару құрылғылары.

 

5. Магниттік құрылғылары.

 

6. Витая пара.

 

7. Волокондық оптика.

 

8.  Сәуленің волокон  арқылы өтуі.

 

9. Опто волокондық желілер.

 

10. Оптикалық волокон мен  жез сымының сипаттамасын салыстыру.

 

11. Трассаның талғамы.

 

11. 1. Қала сыртындағы трассаның  талғамы.

 

11.2. Елдімекен арасындағы  трассаның талғамы.

 

12.  Оптикалық талшықтың   параметрлік есебі.

 

12.1. Өшудің есебі.

 

Тұжырым.

 

 Қолданылған Әдебиет.

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Оптоталшық   қазірде  жылдамдықтарды қамсыздандырады, бұл  жақсы

желеуді деректердің берілісінің  технологиясының дамуына  оптоталшықтың  маңызы өте зор. Өткізгіш Терабит(1000 гигабит) тәртібінің секундта жеткізе  алады. Сырттағы әдіс-айлаларымен салыстыру, егер ақпараттың берілістерінің, сол  Тбит/аумағының тәртібі әрекетінде  жайдан-жай колжетімді болады. Мынадай  технологияның тағы бір плюсі - сол  берілістің сенімділігінің. Берілісте  оптоволоконды электрдің міндері  немесе белгінің радиотаратуына себеп.

Вкратце туралы оптикалық  талшықтың ұстамдылығы соншалықты  оған  келіп түскен ақпарат арқылы жеткізіледі. Отоволокно - сол электромагнитті  толқындар толқынның ұзындығымен  қатар, мың нанометр  толқын жүргізіледі. Сол көзге түспейтін аймақта, адам көзбен көре алмайтын инфрақызыл сәулеленудің себептері салдарынан келіп шығады. Толық шұғыла арқасында,  мәжбүрлі сәулені «қыдыруының» іштегі шектеулі ортада сақталады, приемниктерге  де  жеткизіліп отырады. Алайда осы  екі ортада әртүрлі тығыздықтар   болуы тиісті. Көбіне оның сапасында  түрлі тығыздықтағы болған кварц  шынылары қолданылады. Толқынды азырақ тығыз ортаға, немесе тығыз ортаға  жібере отырып шектеледі.     Орталар тартымдылық деп аталатын опто талшық , шынының орталық тығыздығы  өте тығыз материалдан жасалған. Тіліктері  шеңбер тәрізді болып  келеді және ол жиі жарықжеткізуші деп аталады.  Айтылған байламаның ішкі құрылысы тығыз шыныдан жасалғандықтан, тасымалдаушы сигнал толығымен шығынсыз қамтамасыз етіледі. Механикалық бұзылудың  алдын алу үшін конструкция  қорғаныстық  тыспен жабдықталады.

Адресатқа сигналды жеткізіп беру үшін, өзекке  жіберуге қажетті  сәулелерді бүйір бұрышының үстіне  кемірек қысылшаң жіберілуі тиіс.

 

 

 

Арналарда осы жағдай толық  шағылыстың нәтижесінде жүзеге асады, және де териялык нуктемен карағанда  жйелі сәуле өзекте ешқашан да жоғалмайды, бірақ артқы талшықты санамағанда. Алайда баста тәжірибеде корсетилгендей, тура талшықты сәуленің бірен саран пайызы өмір сүреді екен. Сол байланыс, біріншіден, нұрдың осындай  бастауының жүзеге асуының күрделігімен, екінші жағынан, тегіс талшықты дайындау мумкіндігі  жоқ себепті, үшінші жағы, оптикалық кәбілдің нашарлау инсталляциясынан келіп шығады.

Сондықтан,  талшықтың  және оның диаметрінің материалын таңдау кезінде тағайынды  жағдай туады, кейбір кезде толқындарының біреуі ұзындықтары  сол ортада мөлдір болады және тіпті  шекара мен  талшықтың  сыртқы орта арасындағы энергияның үлке бөлігі,  талшықтың ішкі жағына әсер етеді.

Сәулеленудің сапары  талшыққа айрықша шығынсыз қамтамасызданады, негізгі мақсаты бұл құбылыстың  сол сәулеленуді  қабылдау, талшықтың  арғы жаңында пйда болады. Толқын жүргізгіштің материалы - сол бірегей зерттеме және оның ұрғашылыктарынан деректердің  берілісінің сапасы және кедергінің деңгейіне тәуелді болады; толқын жүргізгіштің оқшауы, сондай ақ сыртқа шығатын энергияның тежелуі есепке алынған.

 Арнада бүтіндікте  оптоталшық кәбілдің екі үлгісі: многомодовые және одномодовые  өмір сүреді. Многомодовты талшықта  байламаның біркелкі үлкен өлшемі,  түрлі бұрыштардың нұры астында  тарайды. Нәтижеде 

кәбілдің осы үлгісі үшін өте төмен сигналдар түсе бастайды. Одномодовты талшықта байламаның өлшемі соншалыкты  жас өзектер, осы нұрдың толқынының таратуының бірден-бір жолы өмір сүреді. Одномодовты талшық үшін жоғары өткізгіштік зейін және шағын өшу мінездері қарастырылады.

 

 

 

Қазіргі оптоталшық технологияларда  толқынның үш ұзындығы - 850 нм пайдаланылады, 1300 нм және 1500 нм. Ең нарықты және жоғары жылдамдық байланыс арналары басты  негізі толқындардың ұзындықпен 1500 нм. ие болады. Алайда толқынның айтылмыш ұзындығында жұмыс істеу бірталай аяулы және нұрдың лазер бастауының қолданысын ғана алғыр болжайтын  жабдықтар бар. Сол себептен көбіне осындай тармақтың қолданысының экономикалық  сарапшылығының мәселесі туады. 850 нм толқынының жұмыстың ұзындығы многомодовты талшықтар үшін өте  маңызды,  сияқты одномодовты талшықтар  ұзындықпен  1500 нм толқындар үшін қолданылады.

Іс барысында, талшықтың  игеру   үшін абоненттерге аяулы  төтенше және әлеуметтік жағдайлары дұрыс келмеуі мүмкіншіліктері  абсолютті жетпеуі мумкин. Сондықтан  сол жағын да ойлап қойған жөн.

Дүрегей оптико-талшықтары тармақтары (тығыз оптико-коаксиалды тармақ) (Hybrid Fiber - Coax, HFC) -  осы уақытта  деректердің берілісінің кеңтармақты  жеткізіледі. Оператор жіберу мүмкіндікті  абоненттерге және стандартты негіздік қызмет атқарулар(стандартты аналогты ТВ-арналар) алады, қарамастан және мынадай  болғансы- айқын және қажетті сервис, сияқты ақылы аналогты және цифрлық  теледидарлама, телефондық байланыс, интернетке деген рұқсат алу.  Осы жақын  арада оптоволоконды үйдің тобына өткізіп салады, ал бұдан әрі қарай  Абонентараларық желі

коаксиалды кәбілмен барады. Осы бөліктер арқылы оптикалық реттегіш түйіншектерімен қайшылас.

Оптоталшық тармақтары сөзсіз  ең  перспективалы бағыт байланысы  заманңа сай болып табылады. Оптикалық  арнаның өткізгіш зейіндері  біршама  коп, ақпараттық сызықтардың басты  негізі ол мыс тармақтары

 

 

 

 

болып табылады. Басқа да оптоволокно электромагнитті егістіктерге деген аңғарусыз, бұл байланыстың  мыстың жүйесінің  мәселелерін түсіреді.

Оптикалық желі  белгі  кесек-кесек араларға кіші шығындармен  жұқтыру арқылы жетіп баруына  қарамастан , сол технология әлі  де қымбат қалады, бағалар сондай ақ оптикалық компоненттерге ылғи түсуде, сол сияқты мыстың сызығының мүмкіндіктері  арта түсуде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Фурье қатары

 

ХІХ ғасыр басында француз  математигі Жан Батист Фурье синус  пен косинустардың қосындысынан құралатын Т периодты әрбір периодтық g(t) функциясы бір қатарда болуы  мүмкін (мүмкін, шексіздік күйінде) екнін дәлелдеді:

Бұл жерде / = 1 / T – основная частота. (гармоника), а және b синус пен косинустың амплитудасы п гормоникасы, ал с константа функциясының осы жолмен қойылуы Фурье қатары деп аталады. Фурье қатарына қойылған  функция осы қатардағы элементтермен қайта қалыптасып отырады, яғни бұл жердегі Т периодты гормоника амплитудасы белгілі, осыдан шыққан функцияның қорытындысы қатар сомасымен қайта қалыптасып отырады. (2.1)

     Соңы созылмалы  ақпараттық сигналды (барлық ақпараттық  сигналдардың соңы созылмалы  болады) Фурье қатарына қоюға  болады, егерде сигнал шексіздік  күйінде қайталанып отыратын  болса (яғни Т дан екі Т  ға дейінгі интервал толығымен  0ден Г дейін қайталанып отыратын  болса және т.б)

     Әрбір g(t) фунциясының  а амплитудасы есептелінуі мүмкін. Бұл үшін қосындының оң жағы мен сол жағын (2.1) sin (2nkft) көбейтіп 0 ден Т дейін интегралдау керек. Өйткені:

     Бұдан бір  қатар қалатын болғандықтан: а мен b қатары толығымен бірге жойылып кетеді. Сондай ақ, (2.1) cos көбейтіп 0ден Т дейінгі уақытты интеграттап b - ның тауып аламыз. Егер тендеудің екі жағын интеграттасақ оны өзгертпей ақ, онда с константаның мәнән табуға болады. Бұлардың қорытындысы төмендегідей болады.

 

 

 

 

                 3. Шектелген спекторлы сигналдар

 

      Жоғарыда айтылғандардың мәліметтерді жіберуге қандай қатысы бар екенін түсіну үшін  “b” символды ASCII екнін кодты жіберу жөнінде нақты мысал арқылы қарастырамыз. Бұл үшін 8 бит қажет (яғни 1 байт) мақсатымыз 01100010 битті жіберу. Анализ нәтижесінде бұл сигналдын коэффицентінің мәнін табамыз:

Орта квадратты амплитуда  бірінші алдынғы гормоника сазанына арналады (2.1) a. оң жақтағы. Бұл мән көрсетілген желіде жіберілетін пропорционалды энергияның квадраты болып табылады.

     Ешбір канал  сигналдарды қуаттылығын жоғалтпай  жібер алмайды. Фурье қатарының  барлық гармоникалары тең дәрежеде  жібергенде азаймайды, онда сигнал  амплитуда бойынша азаятын еді,  бірақ таусылмайды ( яғни онда  тікбұрышты форма болатын еді  2.1, а) өкнішке орай Фурье қатарының  гармоникасы барлық каналдың  байланысын азайтады әртүрлі  дәрежеде, сол себептен жіберілетін  сигналды баяулатады. Ереже бойынша  амплитудалар жиілік диапазоны  0 ден f азаймай жіберілінеді ( секундтпен немесе герцпен (Гц) өлшенеді) сонымен жоғары желідегі сигналдың күші азаяды. Бұл диапазонның желісі жіберу жолы деп аталады. Тәжірибе жүзінде тоқтау (кесу) анағұрлым қатты болмайтындықтан жіберу жолынан 50% аспайтын желілер күштін жоғалуымен болады.

     Жіберу жолының  ортасы мәліметтерді жіберудің  физикалық сипаты әдетте конструкцияның  ұзындығы мен жалпақтығына байланысты  болады. Кейде жіберу жолын әдейі  азайту үшін абоненттерге мүмкін  жеңіл қолда 

болатын арнайы құрылғы фильтр болады. Мысалы, кабильде телефон үшін қолданатын аз қашықтықтағы жіберу жолы 1 МГц бар, бірақта телефон 

 

 

 

компаниялары желісін  фильтр арқылы оны кеседі тұтынушыларға  тек 3100 Гц ті береді. 

Мұндай жіберу жолы арқылы мәліметтерді анық жіберуге болады, өйткені  әрбір абоненттің ресурстарының  азаюы мен жалпы жүйенің тиімділігі артады.

     Енді 2.1 а) суретіндей  сигналдың қандай екендігін қарастырайық  егер тек ең төменгі желілер  ғана өтетіндей болса жіберу  жолы (яғни g(t) функциясы аппроксимировталған  тек алдыңғы бірінші қатардағы  теңдеудегі болса (2.1) 2.1, б суретінде  каналдың шығатын жерінде сигналы  көрсетілген, тек бірінші смигналдың  гармоникасын өткізеді. Ұқсастығы  бойынша 2.1 в-g спектрды көрсетеді  де сигналдарды қайта қалыптастырады  кең жіберу жолы бар каналдар  үшін.

     Берілген жылдамдықтың  жіберілуі битпен  өлшенгенде bбит  / с тең, уақыт, жіберуге тиісті 8бит, 8/b секундына тең болады. Бірінші  гармониканың желісі 

b/8 Гц тең қалыпты телефон  линиясы сөздік канал деп аталатын 3000 Гц жасанды жасалған желісі  бар. Бұл шектеулі түрде көрсететін  ең жоғарғы гармониканың номері  телефон каналымен өтетін, ол 3000(6/8) немесе 24000/6 тең болады.

     2.1 кестесінде  көрсететіндей кейбір жылдамдықтағы  мәліметтерді беруі көрсетілген.  Айтылған мысалдан көріп тұрғанымыздай  сөздік канал арқылы 9600 бит/с жылдамдығы  мен жіберу 2.1 а суретінде көрсетілген.  Анығында 38400 с/бит жылдамдығымен  жіберілген сигналдың ешбір амалы  жоқ ол 

сөздік канал арқылы линияға  ешбір кедергі болмаған жағдайда өте алмайды. Басқа сөзбен айтқанда шектеулі жолдағы желілер екінші мәліметтерді жібере

алмайды, тіпті ешбір кедергі  болмаған жағдайдың өзінде өтуі мүмкін емес.

Кесте 2.1. Гармоник сандары мен жіберу жылдамдығының арақатынасы.

Ең жоғарғы жылдамдықта  мәліметтерді канал арқылы жәберу(максималды)

    

 

 

  1924 жылы АТ&T компаниясының  ағылшын ғалымы Х. Найквист (H. Nyquist) қандай да бір күшті жылдамдық  бар екені дәлелденді. Ол ең  жоғарғы яғни максималды жылдамдықтағы  мәліметтерді жіберудің теңдеуін  ойлап тапты. Дыбыссыз каналдар  мен шектеулі жіберу жолы бар  желілер үшін.1948 жылы Клод Шеннон (Claud Shannon) Найквисттің бастаған жұмысын  жалғастырып және оның ауқымын  кеңейтті. Ол кездейсоқ дыбыстарға  да (яғни термодинамикалық) қатысы  бар екенін көрсетті. Біз бүгінгі  күнде классикалық түрге айналған  Найквист пен Шеннонның жұмыстарын  қысқаша қарастырайық.

      Егерде өзіндік сигнал төмен жиілігі фильтрдан Я жіберу жолы арқылы өтетін болса, онда ондай фильтрленген сигнал түгелдей қалпына келе алады, 2# секундына желісімен өлшенетін сигналдың дискриттің мәнімен анықталатын Найквис дәлелдеген болатын. Сигналды 2 Я секундына артық өлшеу керек емес, өйткені сигналдың жоғарғы желімі компоненттері фильтрленген болатын. Егер Vсигнал дискреттік өлшенеді тұрса онда Найквистің теңдеуі былай болады.

      Ең жоғарғы жылдамдықта мәліметтерді жіберу = 2H/log V, бит/с

     Мысалға дыбыссыз  канал 3кГц  желісімен жіберу  жолы арқылы екінші сигналды 6000к  бит/с жылдамдығымен жібере алмайды.

     Сонымен біз  дыбыссыз канал арқылы өту  сигналын қарастырдық. Каналда 

қандайда бір дыбыстар пайда болатын болса жағдай күрт нашарлайды. Термодинамикңалық шудың  көрсеткіш сигнал қуаты шу қуатының қатынасымен өлшенеді бұл өлшем  сигнал/ шуылға қатынасы деп аталады.

Егер сигналдың қуаты S,ал шуылдың қуаты N деп белгіленсе, онда сигналды/ шуға қатынасы S/N тең  болады.

     Әдетте бұндай  жағдайда көлемнің қатынасы қолданбайды  оның орнына ондық логарифм  қолданады 10:10 lg S/N көбейтілген. Бұл  сандық өлшем