¿Qué limita la velocidad a la cual información es enviado/recibido sobre una línea de fibra óptica?

Question

Estaba tratando de encontrar una respuesta por todas partes, pero todo lo que puedo encontrar es la absorción y dispersión, que no limita la velocidad, a la calidad de la señal.

Answer 1

La velocidad a la que se encienda y apague la fuente de luz (láser) y la velocidad a la que se puede leer de forma fiable, normalmente son los principales limitadores. La fibra óptica puede permitir el uso de la luz como medio de datos, y, por supuesto, a la velocidad de la luz, parece una casi ilimitada para transmitir datos. Pero en realidad, la manera en la que la señal es modulada y codificados son los factores limitantes. En cada extremo de una fibra óptica de ejecución, el equipo tiene que codificar y decodificar los impulsos y frecuencias de luz. Este es también el punto de transición de la óptica y la electrónica.

Esta es la razón por la que el cable de fibra óptica en sí es relativamente barato, y el equipo de comunicaciones que se conecta, puede ser muy costoso.

Answer 2

Tengo una muy informativo libro sobre esto, por desgracia no es donde estoy ahora. Así que, probablemente con una gran cantidad de omisiones y condiciones incorrectas (tienes el internet, usted mira hacia arriba!), la parte superior de mi cabeza:

Sobre una distancia corta en condiciones ideales, el límite es el láser y receptor; - Velocidad de modulación: ¿qué tan rápido puede el pulso láser / menor pulso de la Rx puede detectar - Longitud de onda: No se debe confundir con la velocidad de la modulación, este es el color de la luz y la forma precisa y estable que es. Hay varios efectos vinculados a este, pero la más grande en los sistemas modernos es que usted puede utilizar varios colores abajo de una fibra a meter más datos. El más colores que usted puede enviar de forma fiable y filtro de salida en el otro extremo, el más datos puede bajar. Esto es llamado (Denso) de la Onda(longitud) Multiplexación por División. La "densa" se añadió cuando pasaron cerca de 8 colores, pero que podría haber sido Marconi del departamento de marketing.

A través de largas distancias, un montón de factores que entran en juego, ya citado, son de absorción y de dispersión, obviamente te atenuación (especialmente a través de las articulaciones/empalmes y conectores), reflexión (de nuevo, especialmente en las articulaciones, etc.), dispersión de todos aquellos que tienen más de una modalidad (ver Wikipedia) más el problema de la regeneración.

De hecho, la Wikipedia hace un buen trabajo de explicar los conceptos básicos, así que voy a dejar de escribir ahora.

[Editar] Para agregar: he encontrado el libro, pero no tenía tiempo para hacer algo más que hojear las fotos bonitas, básicamente hay varios extraños modos de dispersión/distorsión que suceder; los colores de turno, la polarización de la onda puede cambiar / se tuercen, y en multi-modo de fibras especialmente las ondas que viajan más cerca de los "bordes" terminan yendo más lento debido a que el graduado índice de refracción, que distorsiona la forma de los pulsos y otras cosas.

En el lado positivo, es una maldita vista mejor que el cobre, aunque en última instancia, tampoco son inmunes a la plaga de todos los enlaces de telecomunicaciones - el hombre en el JCB no prestar la máxima atención a dónde se está excavando.

Y cualquier smart-culo que dice la radio enlaces son inmunes a la JCB-chico, confía en mí, los datos para llegar a y desde la radio del plato de alguna manera... ;)

Answer 3

Yo no soy un EE, pero tengo una maestría en CS y hay algo que me puede proporcionar aquí.

De manera más general, la velocidad de cualquier medio de comunicación es definida por el Teorema de Shannon. Este es el teórico del límite superior que el propio medio puede llevar y ayuda a explicar por qué, por ejemplo, que nunca podría conseguir más allá de 56k en un módem dial-up (de voz analógica líneas operadas en aproximadamente 3 khz con una SNR de 45db)

Las líneas DSL permite la utilización de más alto (inaudible) de las frecuencias de transmisión y, como tal, tenía un mayor ancho de banda potencial. Pero, como se puede ver por el mercado de la evidencia, DSL, en esencia, ha perdido a los módems de cable y otras tecnologías debido a que las líneas telefónicas están desapareciendo e incluso si no fuera, el medio en sí mismo sólo se puede llevar tal cantidad de datos en una línea de cobre (interferencia electromagnética gotas de la SNR, lo que limita el ancho de banda de ala shannon) y la distancia es muy limitada en esas frecuencias.

Así que eso de la fibra va: Cada frecuencia de la luz tiene el potencial de mantener el ancho de banda. La mayor es la frecuencia, más ancho de banda potencial. Pero, las frecuencias más altas requieren más rápido (de)la modulación de hardware (EE puede corregir mí aquí, pero creo que requiere el muestreo de 2 veces la frecuencia de la portadora para asegurar que no hay pérdida de datos). Y, mientras que los láseres son robustos frente a la interferencia que puede tener la frecuencia de la deriva y la dispersión.

Así que, como otros han mencionado, para agregar al tema un poco, el envío/recepción de hardware realmente tiene su trabajo cortado para él. Se ha de ordenar los colores, la compensación de los errores (si es posible) y después (de)que modulan las señales al tonto de alta velocidad.

Answer 4

Tengo un poco interesado en esto porque de una pregunta relacionada, así que ten cuidado de que no tengo experiencia personal en esto, sólo estoy repitiendo un 2012 de libro/monografia: Diseño de Circuitos Integrados para Comunicaciones Ópticas (2ª ed.). por Behzad Razavi.

En primer lugar, la energía (lo que dicta la distancia a la que se puede transmitir a) y la velocidad de conmutación están negativamente correlacionadas ya que un poderoso láser requiere de un lugar físicamente más grande de dispositivos de semiconductores, que a su vez tiene una mayor capacidad, por lo que es más difícil o más lento para cambiar. Así absorción y dispersión en el medio (fibra) no afectan indirectamente a la velocidad de conmutación.

Tan lejos como la conmutación de los diodos láser se refiere a que hay algunos factores adicionales de limitación de velocidad:

• Hay una demora de encendido cuando un láser de diodo es (ejem) encendido antes de que el portador de la densidad alcanza un nivel de umbral. Durante este tiempo/retardo sólo se consigue emisión espontánea de fotones en lugar de emisión estimulada (también conocido como láser real). Aunque no es muy claro para mí cómo sucede, los libros dice (p. 43) que no sustancial de la aleatoriedad en cuando la emisión estimulada se alcanza el umbral debido a la emisión espontánea de sí mismo ha de aleatoriedad que al parecer afecta a los/que impide una más determinista umbral de cruce. De todos modos, el resultado neto es la fluctuación en la transmisión de datos reales de transmisión (emisión estimulada).
• La frecuencia de oscilación de un láser (y por lo tanto la frecuencia de la onda portadora en la fibra) depende del índice de refracción del medio (en el que se emite). Pero este índice de refracción no es realmente constante en los diodos de láser, ya que varía con la compañía de concentración (que uno debe variar para que emiten pulsos). Así, un efecto secundario de la variación de la portadora de la concentración es una variación en la frecuencia de la onda portadora en sí misma, que se llama frecuencia de canto. Esto amplía el espectro de la compañía por tanto como un orden de magnitud, según el libro, que se convierte en causa importante de la dispersión de las señales en la fibra. (Y recuerdo de la primera [no viñeta] punto en esta respuesta: peor parámetros de transmisión requieren más potencia de transmisión para contrarrestar, que a su vez disminuye la velocidad de conmutación.)
• El paso de las señales también causa una variación de la óptica de la potencia de salida de un láser de diodo. Esto es, básicamente, el conocido zumbido fenómeno en los circuitos eléctricos. En la jerga de los láser de los individuos, este zumbido óptico se denomina relajación de oscilación. Este zumbido óptico que ocurre debido a una alta densidad de fotones hace que la densidad de los electrones en la parte superior del nivel de energía(s) caer, que a su vez reduce la densidad de fotones. Los electrones se acumulan e iniciar una fuerte emisión de luz, etc. Este zumbido también limita la velocidad de transmisión, ya que también provoca la fluctuación y, potencialmente, incluso inter-símbolo de interferencia (significado superposición de modo que usted podría incluso no ser capaz de decir dos símbolos adyacentes aparte). Además, la variación en la densidad de electrones debido a sonar acentúa la frecuencia de canto así. Un método común para reducir el zumbido es sólo parcialmente apagar el láser de diodo, que crea (debido a la emisión espontánea) una especie de brillo de fondo de la baja de nivel de símbolo (el típico cero símbolo); este método reduce la relación señal-a-ruido (llamado extinción de la ración [ER] en este caso) por lo que es más difícil distinguir los altos y bajos niveles lógicos. Así que hay un trade-off entre ER (y la potencia necesaria para transmitir claramente dada de baja ER, por lo tanto velocidad de conmutación) y timbre, que a su vez afecta a la velocidad de conmutación directamente. Así que la elección de ingeniería aquí es optimizar el espacio entre una roca y un lugar duro... La habitual figura elegida para ER es de entre 10 y 15 db, según el libro.
• Por último, el umbral (en el que la emisión estimulada se produce) en los diodos láser se desplaza con la edad y también se desplaza con la temperatura de funcionamiento. (Quien ha trabajado con optoacopladores debe estar familiarizado con un fenómeno similar.) La deriva con la temperatura es de alrededor de 1-2% por grado Celsius. En el fin de mantener constante la ER (a partir de la viñeta anterior), un servo bucle de necesidades para el control de las altas y bajas de los extremos de la corriente de la bomba de conducción del diodo. La salida óptica del láser de diodo es medido [es decir, se convierten en una señal eléctrica] mediante un fotodiodo (que normalmente es físicamente empaquetado con el láser de diodo); el servo, a continuación, compara la salida eléctrica del fotodiodo con un valor de referencia y se utiliza el error para ajustar la corriente de conducción el diodo láser. Obviamente este servo bucle agrega su propio tiempo de retardo y por lo tanto presumiblemente algunos de jitter.

Porque de estos temas, por encima de 10 gb/s con la técnica de transmisión es un poco diferente, el empleo de un láser de onda continua para emitir luz con intensidad constante cuyo cambio de fase es entonces variada (con el fin de codificar los datos) por un Mach-Zehnder modulador. Para la ingeniería de razones que no son totalmente claro para mí, modulación de fase no se envían a través de la fibra, pero en lugar de dos Mach-Zehnder moduladores se utilizan interferentially para crear la modulación de amplitud. La entrada/salida de la característica de Mach-Zehnder modulador también se desplaza con la edad y la temperatura, por lo que un control/servo bucle debe todavía ser empleado, aunque el Mach-Zehnder modulador es un voltaje-controlado dispositivo, por lo que este circuito de control difiere de la utilizada para los diodos láser. Además, a 10 gb/s hay, aparentemente, desglose problemas para conseguir que los transistores que tanto cambiar lo suficientemente rápido y tener la suficiente oscilación de voltaje a la unidad de la Mach-Zehnder moduladores, aunque estos solo requieren de 4 a 6 voltios a la unidad de...

Para más detalles, usted debe leer el libro citado Razavi, lo que es más fascinante para un curioso neófito como yo.