Multiplex o Are
description
Transcript of Multiplex o Are
CuprinsCuprins.1Introducere . 2
Avantajul multiplexoarelor. 3
Metode de multplexoare in sistemele cu muticanale .4
Multiplexarea prin divizarea frecventei.5
Legǎtura de capacitate dintre douǎ puncte.7
Reţelele largi şi de distribuţie . 8
Reţelele locale cu acces multiplu .11
Componentele multipexǎrii şi demultiplexǎrii . 13
Multipexoarele şi demultiplexoarele luminii .13
Standardele pentru multiplexare prin divizarea lungimii de undǎ .17
Standardul G.692 pentru legǎturile dintre douǎ puncte MDU .17
Multiplexarea subpurtǎtoarei . 18
Sistemele coerente cu multiplexarea subpurtǎtoarei. 20
Sistemele cu multiplexarea subpurtǎtoarei cu multe lungimi de undǎ . 22
Multiplexarea prin divizarea codului . 23
Multiplexarea canalului de comunicaţie . 25
Dispozitive de multiplexare a imaginilor.30
Demultiplexoare.30
Referinţe bibliografice .31
Concluzie.32
- 1 -
INTRODUCERE
Un multiplexor este un circuit logic combinaţional cu mai multe
intrări şi o
singură ieşire. El acceptă mai multe date de intrare, permiţând
doar uneia dintre
ele să treacă la un moment dat spre ieşire. Deoarece face o
selecţie de date,
multiplexorul mai este denumit SELECTOR DE DATE. Ordinea de
transmitere a
datelor spre ieşire este hotărâtă de una sau mai multe intrări de
dirijare a
informaţiei, numite intrări de selecţie.
Putem compara multiplexorul cu o gară cu mai multe linii pe
care se află trenuri care trebuie să o părăsească într-o anumită
ordine, între două gări existând o singură linie.
În sistemele de comunicaţii prin fibre optice lărgimea benzii semnalului poate
fi mai mare de câţiva THz, datorită frecvenţei purtătoare mari, asociate cu
purtătoarea optică. Astfel, şi viteza de transmisie a informaţiei în biţi poate fi de
ordinul a câţiva Tb/s, dar, practic, este limitată până la 40 Gb/s sau mai puţin, datorită
dispersiei fibrei optice sau a limitărilor impuse de electronică, menţionate în capitolul
precedent. Cea mai simplă soluţie pentru a majora viteza de transmisie este utilizarea a
mai multor canale prin aceiaşi fibră, fiecare fiind modulat cu purtătoarea proprie.
Frecvenţele purtătoare fiind separate destul încât să nu aibă loc suprapunerea
canalelor modulate în domeniul de frecvenţă. La receptor canalele sunt demultiplexate
cu ajutorul componentelor speciale ca filtre trece bandă sau reţele optice. Anume
sistemele de tipul menţionat sunt sisteme de comunicaţii cu multe canale prin fibre
optice. Ele au atras atenţia deosebită, în particular, în contextul detecţiei coerente,
ceea ce permite spaţiul canalului relativ mic (sub valoarea de 10 GHz).
- 2 -
Deoarece numărul de stări logice distincte ale intrării de
selecţie trebuie să fie egal cu numărul de intrări de date N,
numărul de intrări de selecţie poate fi calculat din relaţia:
numărul intrărilor de selecţie = log2N
Multiplexorul de bază este şi cel mai simplu, având două
intrări de date şi
o intrare de selecţie (log22 = 1). Funcţia de transfer a
multiplexorului poate fi scrisă ca o sumă de produse a termenilor
care furnizează un 1 logic la ieşire, în care variabilele de intrare
sunt Io, I1 şi S (selecţie) iar variabila de ieşire este z. Condiţia
impusă este aceea ca la ieşire să fie transferată informaţia de la
intrarea Io dacă S = 0 şi cea de la intrarea I1 dacă S =1.
În mod analog, pot fi gândite scheme de multiplexoare cu
patru, opt sau şaisprezece intrări, multiplexoare care sunt
realizate sub formă integrată.
Multiplexoarele ne ofera avantajul de a urmari de la 6 la 12 camere simultan.
In plus, taoate camere conectate sunt inregistrate pe o singura caseta video.
Imaginile pot fi vizualizate pe intreg ecranul, asigurandu-se o rezolutie de calitate.
Pe langa acestea multiplexoarele ne ofera urmatoarele facilitati:
usor de manevrat de utilizator
meniu de instalare usoara
imagini video de inalta performanta
detectie digitala a miscarii
functie timp – eveniment
compatibile cu multe tipuri de VCR
decodare a mai multor formate de inregistrare.
Multiplexorul selcteaza o iesire din “n” intrari (n-2, 4, 8 sau 16 ). Selectia liniei de iesire se face cu semnale de control.
Multiplexoarele (MUX) se utilizeaza de exemplu in microprocesoarele ( ) Intel 8088 pentru transmiterea la una si aceiasi intrare a a adreselor si/sau a
- 3 -
datelor ce pernite micsorarea considerabila a numarului de pini a circuitului integrat. In sistemele de comanda ( ) multiplexoarele se monteza la obiectele indepartate pentru a asigura transmiterea informatiei pe unul si acelasi circuit consecutive de la mai multe traductoare.
Implimentarea schematica a circuitului unui (MUX) simplificat pina la 1 intrari.
F=E(ABD +ABD +ABD +ABD )
Multiplexor cu patru intrari digitale.
Pentru generarea semnalelor de intare (D D ) a celor de comanda (A-B) si semnalul de activare (E) se va utilize generatorului de cuvinte
Cind A=0 , B=0 , =1 si se selecteaza D - la iesire ajunge semnalul de la intrare DCind A=0, B=1, si se selecteaza linia DDaca E=1 se inhiba operatia intregului system.
În continuare vor fi analizate diferite tipuri de sisteme de comunicaţii cu
multe canale, concepţiile de bază, precum şi aplicaţiile practice.
METODE DE MULTIPLEXARE ÎN SISTEMELE CU MULTE CANALE
Pentru transmiterea a mai multor canale de informaţie se foloseşte
multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF-FDM) şi multiplexarea prin divizare
de timp (MDT-TDM). în cadrul MDF are loc combinarea a două sau mai multe
- 4 -
semnale de diferite frecvenţe, astfel încât să poată fi transmise toate ca un singur
semnal. Multiplexarea prin divizarea frecvenţei poate fi îndeplinită precum în
domeniul electric, aşa şi în cel optic.
La MDF, în domeniul electric diferite canale sunt create prin modularea
diferitelor purtătoare cu microunde ce sunt combinate pentru a forma un flux
compus de biţi electrici. Apoi acesta se foloseşte la modularea unei purtătoare
optice. Iar la receptor are loc demultiplexarea cu ajutorul metodelor standarde cu
microunde. Această schemă se numeşte multiplexarea subpurtătoarei, deoarece
multiplexarea se îndeplineşte prin folosirea subpurtătoarelor cu microunde.
Schema se foloseşte pe larg în distribuirea video prin televiziunea cu cablu.
MULTIPLEXAREA PRIN DIVIZAREA FRECVENŢEI
Multiplexarea prin divizarea frecvenţei în domeniul optic corespunde
schemei când mai multe purtătoare optice sunt modulate prin folosirea fluxurilor
independente de biţi electrici (ce pot înseşi folosi metodele MDF şi MDT în
domeniul electric) şi apoi sunt transmise prin aceeaşi fibră. La receptor,
semnalul optic este demultiplexat în canale separate, folosind metodele optice
sau electrice. Astfel, prin fibra optică pot fi transmise câteva sute de canale prin
reducerea spaţiului canalului la câţiva GHz, folosind metodele coerente.
Fig.1. Reprezentarea schematică a funcţionării cu multe canale în ferestrele
de transmisie cu pierderi joase ale fibrelor din bioxid de siliciu.
- 5 -
Multiplexarea prin divizare de timp se îndeplineşte în domeniul electric, pentru
a obţine ierarhii digitale în sistemele de comunicaţii. Sistemele optice cu un canal a
cărui purtătoare optică este modulată pentru a transmite întregul flux de biţi MDT
pot purta mai multe canale multiplexate prin divizare de timp. însă această schemă
este dificil de a o implementa pentru viteze de date mai mari de 10 Gb/s, din motivul
limitărilor capacităţii de modulaţie directă a laserului cu semiconductori, precum şi a
electronicii. Ca soluţie este MDT optică, la care câteva semnale optice ce sunt
modulate la viteza B prin folosirea aceleiaşi frecvenţe purtătoare, iar apoi sunt
multiplexate optic pentru a forma semnalul optic compus cu viteza n∙B, unde n este
numărul de canale optice multiplexate. Practic, limitările sunt impuse de dispersia
fibrei ce limitează produsul dintre viteza de transmisie a informaţiei în biţi şi distanţa
de transmisie.
O altă schemă de multiplexare, aplicată în reţelele locale cu acces multiplu, este
metoda spectrului desfăşurat, care este considerată ca multiplexarea prin divizarea
codului MDC-CDM. în acest caz fiecare canal este codificat, astfel încât spectrul său
se desfăşoară pe o regiune mai largă decât cea ocupată de semnalul original. La
receptor, semnalul este demultiplexat în pre zenţa altor canale, fiind cunoscut codul
utilizat la emiţător.
Multiplexarea prin divizarea frecvenţei (precum şi multiplexarea prin divizarea
lungimii de undă) este o tehnologie de bază a reţelelor optice de comunicaţii, metoda
în care fibra optică se foloseşte pentru transmisia a mai multor canale separate şi
independente. Principiul este similar celui folosit la acordarea televizorului la unul
din multiplele canale. Fiecare canal ce este transmis pe o frecvenţă radio individuală
este selectat cu ajutorul dispozitivului de acordare, care prezintă un circuit de
rezonanţă din televizor.
O altă cale de studiere a MDF sau MDU este considerarea că fiecare canal
constă din lumină de diferite culori. Există un şir de varietăţi ale multiplexării prin
divizarea lungimii de undă. Cea mai simplă formă este transmiterea a două canale
în diferite ferestre de transmisie (vezi figura 1) ale fibrei optice. De exemplu,
- 6 -
folosirea lungimii de undă 1,31 μm, iar alta de 0,85 μm sau de 1,31 μm şi de 1,55
μm, după cum este reprezentat în figura 2. Spaţiul canalului este destul de mare (250
nm), în această schemă fiind folosită doar pentru două sau trei canale. Se aplică şi la
transportul semnalelor video pentru monitorizare de securitate.
Fig. 2.Schema cea mai simplă a sistemului cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă.
Acest tip de sistem poate fi construit folosind componente relativ simple şi
ieftine, fiind aplicat pe larg. O atenţie deosebită se acordă reducerii spaţiului canalului
pentru sistemele cu multe canale (până la câţiva GHz, adică 0,01 nm), fiind menţionate
ca MDU densă-DWDM. Practic, canalul optic are o lărgime de ordine a l nm.
Lărgimea canalului depinde de mulţi factori ca: lărgimea de linii de modulaţie a
emiţătorului, stabilitatea şi toleranţa altor componente în sistem.
Sistemele cu MDF pot fi clasificate în trei categorii menţionate în capitolul 8 în
contextul arhitecturii de sistem. Acestea sunt:
- legăturile dintre două puncte;
- reţelele largi şi de distribuţie;
- reţelele de arie locală LAN.
Legătura de capacitate înaltă dintre doua puncte
- 7 -
Cu ajutorul multiplexării prin divizarea lungimii de undă poate fi majorată
capacitatea de transmisie a legăturilor dintre două puncte prin fibre optice. Astfel,
poate fi majorată doar viteza totală de transmisie a informaţiei în biţi. Aceasta fiind
cu totul diferit de rolul MDU în reţelele locale şi în sistemele de distribuţie, în care
informaţia este distribuită prin metode de comutare. Principiul de funcţionare al
legăturilor dintre două puncte de capacitate înaltă pe baza MDU este prezentat mai
jos.
Fig.3. Funcţionarea schematică a legăturii dintre două puncte cu multe canale prin fibră optică.
Semnalul multiplexat este injectat în fibra optică, prin care este transmis spre
celălalt capăt al legăturii. Acolo, cu ajutorul demultiplexorului, are loc
direcţionarea fiecărui canal spre receptorul propriu. Adică, se folosesc perechi
emiţător-receptor separate pentru transmisia şi recepţionarea semnalelor la lungimile
de undă, 1, 2, 3 ...N. Produsul dintre viteza de transmisie a informaţiei în biţi şi
distanţa de transmisie B∙L pentru astfel de legături poate fi descris în felul următor :
B∙L = (B l+B2 + B3+... + Bn)∙L.
(1)
O astfel de majorare a produsului B∙L este imposibilă pentru sistemele cu un
canal, datorită limitărilor impuse de dispersia fibrei.
- 8 -
Capacitatea de transmisie a legăturilor cu multe canale depinde de câţiva factori
importanţi ca:
- spaţiul dintre canale;
- lărgimea benzii fibrei ce poate fi accesată de atare sisteme.
Regiunea cu pierderi joase ale fibrelor moderne se extinde la peste 14 THz
pentru fereastra lungimii de undă de 1,3 μm şi de 15 THz pentru 1,55 μm, după cum
este reprezentat în figura 1. De exemplu, pentru un sistem cu modulaţie în intensitate
şi detectare directă cu spaţiul dintre canale de 10 GHz la canalele de 2,5 Gb/s, când se
aplică metodele detecţie coerente pot fi acomodate 1500 de canale. Viteza efectivă de
transmisie a informaţiei este de 3,75 Tb/s. Considerând că semnalul poate fi transmis
la peste 80 km fără amplificare optică sau fără repetare, atunci produsul B∙L este de
375 Tb/s - km, la aplicarea schemei de multiplexare prin divizarea lungimii de undă.
Reţelele largi şi de distribuţie
Prin intermediul reţelelor largi şi de distribuţie are loc distribuirea informaţiei,
respectiv, către un şir de abonaţi. De exemplu, distribuirea canalelor televizate printr-o
şină optică sau printr-o stea de distribuţie, în acest mod, toţi abonaţii recepţionează
toate canalele, selectându-şi unul particular cu ajutorul schemei de demultiplexare.
Fig.4. Reprezentarea schematică a distribuţiei prin cuplorul stea de
distribuţie,
ce separă ieşirea fiecărui emiţător în părţi.
- 9 -
Conform schemei, fiecare canal este transmis cu o lungime de undă
individuală emiţătorului respectiv. Iar ieşirile emiţătoarelor sunt combinate prin
intermediul unei stele pasive către receptoarele abonaţilor. Abonatul recepţionează
pachetul întreg de programe, selectându-1 pe cel dorit cu ajutorul schemei de acordare.
În figura 5 este reprezentată configuraţia stelei pasive sau reflective, care se
aplică în câteva sisteme experimentale. Acestea suportă mult mai multe canale de
amplificare decât reţelele şină. După cum se observă din figura 5, fibrele separate
conectează fiecare staţie cu steaua pasivă.
Toate semnalele sunt combinate (mixate) şi transmise printr-o fibră, iar apoi
sunt divizate direct în l/n părţi către fiecare staţie. Semnalul de ieşire este redus cu
10∙lg n, unde n este numărul de staţii. O trăsătură specifică a cazului dat este că steaua
pasivă se consideră o caracteristică foarte importantă pentru mărirea fiabilităţii.
Fig. 5. Schiţa configuraţiei stea pasivă.
Potenţialul unor atare reţele descrise a fost demonstrat printr-un şir de
experienţe. De exemplu, aplicarea stelei de distribuţie 8x8 pentru distribuirea a 7
canale cu spaţiu între ele de 15 nm. Receptorii folosind un filtru acordabil mecanic cu
lungimea benzii de 10 nm şi cu un diapazon de 400 nm. în acest caz, se folosea
detectarea directă la 280 Mb/s. în altă experienţă folosirea parţială a stelei 128 x 128
a deservit un mare număr de abonaţi cu 16 canale de 26 b/s, sau a 100 de canale cu
viteza de 622 Mb/s.
Reţelele de acest tip sunt limitate de pierderile de distribuţie şi de inserţie. După
cum s-a menţionat ca în pierderile de distribuţie a şinelor optice cresc rapid odată cu - 10 -
creşterea numărului de branşe, în cazul reţelei stea pasivă pierderile de distribuţie
sunt mult mai mici pentru o stea de dimensiune N x N. Puterea medie
recepţionată de către fiecare abonat PR poate fi descrisă ca :
PR=(PT / n)∙(1-δ)∙(1-Pc)
(2)
Unde : P T - puterea medie transmisă, δ - pierderile de inserţie a fiecărui cuplor
direcţional din stea, Pc -include şi pierderile la conectori.
Pentru funcţionarea satisfăcătoare a reţelei este necesar ca puterea recepţionată
PR să fie mai mare decât sensibilitatea receptorului Prec. Exprimând sensibilitatea
receptorului ca Prec = nf ∙h∙v∙B şi considerând PR = Prec în ecuaţia (2), obţinem
lărgimea benzii efective ca :
(3)
B∙n= (PT / nf ∙h∙v∙B )∙(1-δ)∙(1-Pc)
De exemplu, pentru receptoare coerente valoarea lui nf este de 100, iar
puterea transmisă este limitată la l mW. Energia fotonului este de 0,8 eV pentru
sistemele de 1,55 μm. Astfel, determinăm că pentru steaua fără pierderi se asigură
un produs B∙n =78 Tb/s, iar la detectarea directă nf =1000 şi B∙n =7,8 Tb/s.
Valorile practice sunt mai mici datorită pierderilor de inserţie şi a altor pierderi.
Aceste probleme ale pierderilor de distribuţie sunt rezolvate prin folosirea
amplificatoarelor optice. Intr-o experienţă, prin folosirea amplificatoarelor dopate cu
erbiu a fost posibilă aplicarea reţelei stea de distribuţie pentru 39,5 milioane de
abonaţi. Au fost folosite 12 lasere cu o configuraţie închisă distribuită cu spaţiul dintre
lungimile de unde de 2 nm. Fiecare laser era modulat la 2,2 Gb/s. Acest sistem este
capabil să transmită 384 de canale video digitale la toţi abonaţii.
Amplificatoarele s-au folosit doar pentru compensarea pierderilor de distribuţie,
asigurând, totodată, destulă putere pentru demodularea semnalului, într-o altă
experienţă, o reţea stea de distribuţie cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă
- 11 -
permitea deservirea a 43,8 milioane de abonaţi. Viteza de operare este de 39,81 Gb/s
într-un spaţiu de 527 km.
Reţelele locale cu acces multiplu
Spre deosebire de reţelele de distribuţie, reţelele locale cu acces multiplu
permit accesul bidirecţional haotic către fiecare abonat. Fiecare abonat poate primi şi
transmite informaţie către toţi ceilalţi utilizatori ai reţelei (de exemplu, reţele
telefonice, reţele LAN de computere). Când se foloseşte o singură purtătoare optică,
abonaţii sunt acomodaţi prin schema multiplexării prin divizarea de timp împreună
cu metodele comutării pachetelor. Adică, este necesar de a stabili regulile de
protocol pentru funcţionarea satisfăcătoare a reţelelor LAN prin folosirea
topologiilor şină, inel sau stea. Iar aplicarea multiplexării prin divizarea frecvenţei
permite noi arhitecturi pentru reţelele locale în care opţiunile comutării, direcţionării
sau distribuirii frecvenţelor purtătoare conduc spre reţelele complet conectate şi
neblocabile.
În figura 6 este ilustrată schematic o reţea-stea de distribuţie ce se foloseşte la
distribuirea semnalului către toate nodurile. Fiecare nod are câte un emiţător de o
lungime de undă individuală şi câte n receptoare care funcţionează la n lungimi de
undă aplicate în reţea pentru fiecare din "n" utilizatori.
După cum se observă din figura 6, fiecare utilizator recepţionează
întregul trafic al reţelei, ceea ce creează o reţea fără blocare şi complet conectată, în
dependenţă de aplicaţiile necesare, capacitatea şi conectivitatea reţelei poate fi
reconfigurată electronic, fiind transparentă pentru viteza de transmisie a informaţiei în
biţi sau formatul de modulaţie. Adică, diferiţi utilizatori pot transmite date cu diferite
viteze şi cu diferite formate de modulaţie.
Ca exemplu de aplicaţie poate servi transportul traficului de voce în reţelele
de telecomunicaţii în oficii, într-o aplicaţie au fost transmise 18 canale ce
funcţionau la 1,5 Gb/s cu o distanţă de transmisie de 57,8 km fără penalităţi de
putere .
- 12 -
Fig. 6. Schiţă a arhitecturii reţelei de tip stea, în care nodul fiecărui
utilizator
are câte un emiţător de lungime de undă individuale şi n
receptoare
ce etectează semnalele de la toţi ceilalţi abonaţi.
Astfel de reţele optice pasive sunt utilizate în industria telecomunicaţiilor în
legăturile pentru abonaţi, unde oficiul central dirijează semnalele către casele
abonaţilor, în figura 7 este prezentat un exemplu de astfel de schemă, în care se aplică
multiple lungimi de undă pentru dirijarea semnalelor în legătura telefonică locală.
- 13 -
Fig. 7. Reprezentarea schematică a diagramei bloc a reţelei optice
pasive pentru legături cu abonaţii.
Oficiul central constă din n emiţătoare la lungimile de undă λ1, λ2, λ3,... λn
şi n receptoare la lungimile de undă λn+1, λn+2, λn+3,... λ2n în reţeaua cu n abonaţi.
Semnalele spre şi de la fiecare abonat sunt transmise pe lungimi de undă diferite. Cu
ajutorul nodului de dirijare are loc demultiplexarea semnalului către abonaţi,
precum şi multiplexează semnalele transmise de abonaţi către oficiul central.
Comutatorul oficiului central are rolul de dirijare a semnelor în dependenţă de
lungimile de undă. Acest tip de legătură optică pozitivă se aplică în telecomunicaţii.
COMPONENTELE MULTIPLEXĂRII ŞI DEMULTIPLEXĂRII
Pentru aplicarea schemei multiplexării prin divizarea frecvenţei în sistemele de
comunicaţii prin fibre optice sunt necesare anumite componente optice. Printre
acestea pot fi menţionate:
- laserele acordabile cu semiconductori a căror lungime de undă poate fi ajustată
pentru a selecta frecvenţa purtătoare la emiţător. De asemenea, se aplică şi
la receptorul coerent, pentru selectarea canalului prin acordarea oscilatorului local;
- multiplexoarele lungimilor de undă, care combină ieşirea câtorva emiţătoare
optice;
- demultiplexoarele care separă semnalul optic cu multe canale de la ieşirea fibrei în
canale individuale;
- cuploarele stea care mixează ieşirile a câtorva emiţătoare şi distribuie
semnalul obţinut către receptoare;
- filtrele optice acordabile, care filtrează un canal la o frecvenţă purtătoare
specifică care poate fi acordată.
Multiplexoarele şi demultiplexoarele luminii- 14 -
Superficial, combinarea luminii emise de diferite surse într-un flux pare a fi
simplu, în electronică este posibilă îmbinarea simplă şi aproape fără pierderi a
diferitor semnale de la surse, pe când în optică avem altă situaţie.
De exemplu, utilizarea cuploarelor pasive permit cuplarea luminii anume cum
este necesar, însă la fiecare îmbinare a două fibre într-un cuplor se pierde jumătate de
lumină. Iar când se combină patru semnale din diferite fibre într-o fibră, cu ajutorul
cuploarelor simple, fiecare canal individual de la ieşirea combinată, va fi de patru ori
mai slab decât iniţial. Iar la combinarea a 64 de semnale prin această metodă are
loc slăbirea puterii originale a fiecărui canal de 1/64 ori (adică 18 dB pierderi).
O altă metodă se aplică la utilizarea semnalelor cu diferite lungimi de unde
combinate, cu ajutorul reţelelor speciale ce permit integrarea lor cu mult mai puţine
pierderi. De exemplu, reţelele în ghidul de unde AWG permit combinarea până la 64
canale cu pierderile totale de 5 dB. Folosirea lor în sistemele cu MDU permit
operarea la distanţe de ordinul a 70 km fără amplificatoare, însă deoarece aceste
dispozitive sunt scumpe, este posibil de a construi sisteme ce folosesc un singur
dispozitiv cu reţea pentru multiplexare şi pentru demultiplexare, în dependenţa de
direcţia propagării datorită reciprocităţii undelor optice. în sistemele cu puţine canale
pot fi folosite şi cuploarele simple, pe când în cele cu multe canale sunt necesare
dispozitive cu reţele sau un amplificator plasat după multiplexor.
Fig.10. Schema multiplexorului integrat a patru canale pe baza a trei
interferometre Mach-Zehnder.
- 15 -
În figura 10 este reprezentată concepţia de bază a multiplexorului de 4
canale, care constă din trei interferometre Mach-Zehnder (MZ). O parte a fiecărui
interferometru MZ este confecţionată mai lungă decât cealaltă, pentru asigurarea
deplasării fazei dependente de lungimea de undă dintre cele două părţi. Diferenţa
lungimilor traiectoriilor este aleasă, astfel încât puterea totală de intrare la cele două
porturi la diferite lungimi de unde să apară doar la un port de ieşire. Asemenea
structură poate fi fabricată pe un substrat din Si, folosind ghizi de undă din SiO2.
O altă posibilitate de construcţie a multiplexoarelor este folosirea cuptoarelor
direcţionale ale ghidului de undă, care transferă puterea de la un ghid de undă la altul
prin cuplarea câmpului temporar. Astfel de multiplexoare cu pierderi de inserţie mici
sunt preferabile în sistemele MDU, deoarece permit integrarea prin tehnologia
siliciului. O soluţie poate fi elaborarea emiţătoarelor şi a receptoarelor cu multe canale
integrate monolitic, în care sunt deja construite funcţiile de multiplexare şi de
demultiplexare.
Pentru demultiplexare există trei căi:
- divizarea luminii mixate în multe ieşiri mixate şi apoi filtrarea fiecărui port separat;
- divizarea unui singur canal la timpul dorit;
- demultiplexarea întregii legături de canale optice într-o singură operaţiune.
Fig. 11. Reprezentarea schematică a demultiplexoarelor pe bază de reţele
cu:
(a) lentile cu indice gradat şi (b) lentile convenţionale.
- 16 -
Cel mai simplu tip de demultiplexor se bazează pe un element unghiular de
dispersie, astfel ca prisma sau reţeaua de difracţie, care dispersează spaţial lumina
incidenţă în diferite componente ale lungimii de undă, pe când în alte tipuri
demultiplexoare se folosesc filtrele optice şi cuploarele direcţionale selective ale
lungimii de undă. Este necesar de menţionat că demultiplexorul necesită componente
selective ale lungimii de undă.În figura 11 sunt reprezentate schematic două tipuri
de demultiplexoare, care au la bază reţeaua de reflecţie. După cum se observă,
semnalul mixat de intrare este focalizat pe reţeaua de reflecţie, care divizează
diferite componente ale lungimii de undă, iar lentilele le focalizează pe fibrele
individuale.
O problemă ce ţine de demultiplexoarele ilustrate în figura 11 sunt
caracteristicile trece-bandă, care depind de dimensiunile fibrelor optice. Diametrele
miezurilor fibrelor de ieşire trebuie să fie mari, pentru minimizarea pierderilor de
inserţie.
În demultiplexoarele pe bază de filtru se foloseşte fenomenul interferenţei
optice, pentru a selecta lungimea de undă. O peliculă subţire de dielectric care
constă din patru straturi de materiale cu indicele mare şi mic de refracţie (de
exemplu TiO2 şi SiO2), acţionează ca un filtru interferometric. Un interferometru
Fabry-Perot sau Mach-Zehnder, de asemenea, poate fi utilizat ca filtru
interferometric. Astfel de filtre separă semnalul cu două lungimi de undă prin
reflectarea unei lungimi de undă, pe când cealaltă trece. Câteva atare elemente
multiplexoare cu două lungimi de undă pot fi combinate pentru a forma un multiplexor
sau demultiplexor cu multe lungimi de undă. De exemplu, un demultiplexor cu 128
de canale a fost produs folosind 7 filtre MZ conectate în serie. în figura 12 este
reprezentat un divizor pe bază de filtre Fabry-Perot. În această configuraţie sunt unite
în serie divizori de 3 dB care se folosesc la divizarea semnalului mixat în ieşiri egale
(în cazul dat sunt 8 porturi).
- 17 -
Fig. 12. Reprezentarea schematică a configuraţiei de 8 porturi a
demultiplexorului
pe bază de reţea de divizare cu filtre Fabry-Perot.
Apoi este necesar de separat fiecare semnal individual de la celelalte, în
acest caz, separarea este îndeplinită cu ajutorul filtrelor Fabry-Perot. Acestea, la
rândul lor, pot fi substituite cu reţele Fabry-Perot şi circulatoare, ceea ce va majora
precizia selectării lungimii de undă însă la un cost mai ridicat.
STANDARDELE PENTRU MULTIPLEXAREA PRIN DIVIZAREA
LUNGIMII DE UNDĂ
Uniunea Internaţională pentru Telecomunicaţii lucrează asupra unui şir de
proiecte de standarde pentru funcţionarea legăturilor pe baza multiplexării prin
divizarea lungimii de undă, precum şi a reţelelor optice. Deşi ele încă nu sunt
stabilite, în industrie a început adoptarea aspectelor proiectelor de standarde, în
principal, scara lungimilor de undă.
Principalele cauze ale necesităţii de standarde în domeniu sunt:
- în fazele premergătoare noii tehnologii sunt necesari producători de
dispozitive care ar asigura componentele la un preţ rezonabil, în loc de cele obţinute la
comandă şi cu un cost foarte mare. Evident, că sunt necesare standarde în acest caz;
- termenul de construire a sistemelor este mult mai mare în cazul utilizării
echipamentului diferit de la mulţi producători diferiţi. Astfel de echipament necesită - 18 -
standarde pentru a permite operarea între ele. Mulţi oameni implicaţi în acest
domeniu au diferite opţiuni şi puncte de vedere pe lângă puţinele sisteme practice,
adică experienţa este încă foarte mică. Dar cu cât mai devreme vor fi elaborate
astfel de standarde, cu atât mai bine va fi pentru întreaga industrie.
Standardul G.692 pentru legăturile dintre două puncte MDU
Uniunea Internaţională pentru Telecomunicaţii are proiectul standardului
G.692, întitulat "interfeţele optice pentru sistemele cu multe canale cu
amplificatoare optice". Acesta are orientaţia de a acoperi sistemele dintre două
puncte cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă MDU magistrale în care se
folosesc 4, 8, 16 sau 32 canale. Distanţa maximă a legăturii pentru un sistem fără
amplificatoare este de 160 km sau până la 640 km cu amplificare optică.
Proiectul standardului specifică grila de referinţă a lungimii de undă bazată pe
spaţiul de 100 GHz şi cu frecvenţă de referinţă de 193,1 THz (ceea ce este egal cu
1,5535 μm). Utilizatorii sunt liberi de a folosi orice lungime de undă în grilă, precum
şi să selecteze ce parte a spectrului să o folosească. Canalele cu spaţiul neegal sunt
premise asigurând ca lungimea de undă a canalului să fie situată în grilă.
Implementările de sistem tind să folosească :
- 4 canale cu spaţiul de 400 GHz;
- 8 canale cu spaţiul de 200 GHz;
- 16 canale cu spaţiul de 200 GHz;
- 32 canale cu spaţiul de 100 GHz.
Pentru informaţia de dirijare este necesar încă un extracanal. Pentru formatul
de modulaţie, viteza de transmisie a informaţiei în biţi sau protocolul de modulaţie a
acestui canal nu s-a stabilit nici un standard. Utilizatorii pot să aleagă una din
lungimile de undă de 1,31, 1,48, 1,51 sau l,532 μm.
Există şi alte recomandaţii care specifică construirea echipamentului
optic şi a sistemelor folosind un şir de blocuri funcţionale logice.
- 19 -
MULTIPLEXAREA SUBPURTĂTOAREI
Concepţia multiplexării subpurtătoarei (SCM) se foloseşte în comunicaţiile prin
microunde, care implică mai multe purtătoare cu microunde pentru transmiterea
multiplelor canale prin spaţiu sau prin cablul coaxial. Aceste canale sunt
multiplexate prin divizarea frecvenţei în domeniul electric şi au o lărgime a benzii
sub valoarea de l GHz. Dacă semnalul cu multe canale prin microunde este transmis
optic prin fibre, atunci lărgimea benzii semnalului, la folosirea unei purtătoare optice,
este mai mare de 10 GHz. Iar combinarea multiplexării subpurtătoarei şi a
multiplexării prin divizarea frecvenţei, folosind multe purtătoare optice, conduce la
majorarea lărgimii benzii la mai mult de l THz. Astfel, purtătoarea cu microunde
acţionează ca o subpurtătoare pentru purtătoarea optică a semnalului şi metoda se
numeşte multiplexarea subpurtătoarei.
Fig. 17. Reprezentarea schematică a diagramei-bloc a sistemului de
comunicaţie
prin fibre optice cu multe canale cu multiplexarea subpurtătoarei.
În figura 17 este schiţată diagrama-bloc a sistemului de comunicaţii prin
fibre optice ce foloseşte multiplexarea subpurtătoarei. Astfel de sisteme sunt flexibile
şi pot fi perfecţionate în procesul proiectării reţelelor de bandă largă.
- 20 -
Pentru transmisia datelor, semnalelor video sau a vocii către un număr mare de
utilizatori poate fi folosită modulaţia digitală sau analogică (ori combinarea dintre
ele) a semnalului. Semnalul compus în formă electrică obţinut de la combinatorul
cu microunde, se foloseşte la modularea purtătoarei optice. Fiecare subpurtătoare
poate deservi un singur utilizator sau semnalul cu multe canale este distribuit la
toţi abonaţii. Astfel de sisteme au un diapazon larg de aplicaţii, de exemplu
distribuirea canalelor video la televiziunea prin cablu sau legăturile de telecomunicaţii
pentru abonaţi.
Experimental, a fost demonstrat potenţialul sistemelor analogice cu
multiplexarea subpurtătoarei pentru transmisia canalelor video prin fibrele optice. Se
folosesc formatele modulaţiei în amplitudine şi a modulaţiei în frecvenţă, precum şi
multiple amplificatoare ce pot majora bugetul puterii, alocând compensaţii pentru
pierderile mari de distribuţie. De exemplu, într-o experienţă au fost transmise 35 de
canale video cu modulaţie în amplitudine, utilizând amplificatorul fibrei dopate cu
erbiu, ce a majorat puterea de ieşire la 11 dBm, încât bugetul puterii sistemului cu
multiplexarea subpurtătoarei era 16 dB. In altă experienţă au fost transmise 60 de
canale cu modulaţie în frecvenţă şi multiplexarea subpurtătoarei printr-o fibră optică
de 10 km, fără necesitate în amplificare. În acel sistem au fost folosite 60 de
subpurtătoare cu microunde în domeniul de frecvenţă 2,7 - 5,2 GHz cu spaţiul
canalului de 40 MHz. Ieşirile tuturor subpurtătoarelor modulate în frecvenţă au fost
combinate folosind combinatorul puterii microundelor, iar semnalul compus s-a
folosit la modulaţia directă a laserului pe InGaAsP cu lungimea de undă de 1,3 μm.
Rata purtătoare - zgomot de 16,5 dB (ce corespunde ratei semnal - zgomot de 56 dB)
trebuie obţinută cu o amplitudine de modulaţie de doar 2% (m = 0.02) pentru fiecare
canal. Adâncimea de modulaţie combinată a 60 de canale era de 15 %. Deoarece
subpurtătoarele funcţionează cu fazele relative haotice, de aceea adâncimea de
modulaţie pătratică medie totală este egală cu m∙√n pentru sistemul cu n canale, într-
o altă experienţă, 60 canale de video modulate în frecvenţă au fost transmise împreună
cu semnalul digital de 100 Mb/s (fără subpurtătoarea cu microunde). Canalele video
analogice cu multiplexarea subpurtătoarei şi a canalului digital au fost transmise prin - 21 -
modularea aceluiaşi laser. Astfel, s-a demonstrat flexibilitatea multiplexării
subpurtătoarei.
Sistemele coerente cu multiplexarea subpurtătoarei
Sistemele analogice cu multiplexarea subpurtătoarei se bazează pe schema
modulaţiei intensităţii şi detectare directă, deoarece intensitatea laserului este
modulată cu semnalul microunde, iar semnalul optic la receptor este detectat
direct, pentru a obţine semnalul cu microunde. Sistemele date pot beneficia de la
aplicarea tehnologiei detectării directe prin următoarele:
- îmbunătăţirea sensibilităţii receptorului cu 10-15 dB, datorită detecţiei
coerente, ce va majora bugetul puterii cu aceeaşi valoare;
- modularea digitală a subpurtătoarelor, împreună cu detectarea coerentă, va
îmbunătăţi calitatea semnalului, împreună cu o cerinţă redusă pentru rata
subpurtătoare - zgomot.
Ca aplicaţie a sistemelor coerente cu multiplexarea subpurtătoarei poate servi
distribuirea canalelor de televiziune cu definiţie înaltă (HDTV), care necesită o viteză
de transmitere a informaţiei în biţi de 100 Mb/s pentru canal. Schemele de modulare
utilizate pentru subpurtătoarea cu microunde şi pentru purtătoarea optică pot fi
următoarele :
- ambele sunt modulate analogic;
- subpurtătoarele cu microunde sunt modulate analogic, iar purtătoarea optică
este modulată digital;
- subpurtătoarele sunt modulate digital, iar purtătoarea optică este modulată
analogic;
- subpurtătoarele şi purtătoarea optică sunt modulate digital.
Cel mai frecvent, pentru modularea digitală a subpurtătoarei cu microunde se
utilizează formatul codificării cu deplasarea frecvenţei, datorită simplicităţii
implementării, folosind oscilatoarele conduse prin tensiune. Pentru viteza de - 22 -
transmisie a informaţiei de 100 Mb/s spaţiul canalului este de 200 MHz.
Subpurtătoarele modulate prin codificarea cu deplasarea frecvenţei sunt combinate cu
ajutorul combinatorului de putere, amplificate şi apoi la modulatorul fazei care
modulează faza semnalului optic cu undă continuă de la laserul cu semiconductori cu
lărgimea de linie îngustă. La receptor are loc mixarea coerentă a semnalului optic cu
ieşirea oscilatorului local. Frecvenţele purtătoarei optice şi a oscilatorului local sunt
alese, astfel încât să difere cu o valoare a frecvenţei intermediare. Valoarea necesară a
ratei purtătoare-zgomot depinde de schema de demodulare şi este de 16-20 dB.
Practic, puterea oscilatorului local nu este destulă pentru funcţionarea în limita
zgomotului de alice şi din această cauză contribuţiile zgomotului termic trebuiesc
incluse în calcularea ratei purtătoare-zgomot. Diafonia dintre canale, de asemenea,
degradează rata purtătoare-zgomot şi este necesar de a ocoli prin majorarea
spaţiului dintre canale, în majoritatea cazurilor, diafonia devine neglijabilă, când
spaţiul canalului este ales egal cu dublul vitezei de transmitere a informaţiei în biţi B.
Potenţialul sistemelor digitale coerente cu multiplexarea subpurtătoarei a
fost demonstrat într-un şir de experimente. Una din ele constă în transmiterea a 20 de
canale video de 100 Mb/s codificate prin deplasarea frecvenţei prin sistemul cu
multiplexarea subpurtătoarei. Diapazonul de frecvenţe era de 2 - 6 GHz, iar
subpurtătoarele la 2.1, 2.3, 2.5, ..., 5.9 GHz. Utilizarea detecţiei coerente a
îmbunătăţit sensibilitatea receptorului cu 14 dB faţă de cazul detectării directe.
O altă experienţă a permis transmiterea a două canale de 560 Mb/s pe o lungime
de 122 km a fibrei, utilizând modulaţia prin codificarea cu deplasarea amplitudinii a
două subpurtătoare cu microunde la 3,2 şi 5 GHz. Această schemă poate fi utilizată la
transmiterea multiplelor canale la distanţe lungi, folosind un singur laser.
O necesitate a sistemelor cu multiplexarea subpurtătoarei folosite în reţelele de
distribuire a multiplelor canale video este echiparea fiecărui receptor cu un laser ce
funcţionează ca un oscilator local, această schemă fiind destul de scumpă pentru
aplicarea în reţelele locale LAN. însă prin plasarea oscilatorului local la emiţător
este posibilă simplificarea schemei. Adică, un singur oscilator local este folosit de
către toţi abonaţii, astfel reducând considerabil preţul de cost. - 23 -
Utilizarea comună a oscilatorului local împreună cu posibilitatea amplificării
optice, face ca sistemele coerente cu multiplexarea subpurtătorei să fie aplicate la
distribuirea canalelor video cu modulaţie în frecvenţă sau codificate prin deplasarea
frecvenţei către un mare număr de abonaţi.
Sistemele cu multiplexarea subpurtătoarei cu multe lungimi de undă
Combinarea multiplexării prin divizarea frecvenţei optice şi a multiplexării
subpurtătoarei asigură elaborarea reţelelor de distribuţie a serviciilor integrate
(video, audio etc.) către un mare număr de utilizatori, în figura 18 prezentată
schema conform căreia multiple purtătoare optice sunt injectate într-o fibră optică,
utilizând multiplexarea prin divizarea frecvenţei. După cum se observă, fiecare
purtătoare optică (f1, f2, ..., fn) transportă multiple canale deja cu subpurtătoarele de
microunde multiplexate. Unul poate mixa semnalele analogice şi digitale, folosind
diferite purtătoare optice. Reţele de acest tip sunt destul de flexibile şi uşor de
perfecţionat conform cerinţelor crescânde.
Fig. 18. Schema alocării frecvenţelor în reţeaua cu multiplexarea
subpurtătoarei cu multe lungimi de undă.
Într-o demonstraţie de laborator au fost utilizate 16 lasere cu configuraţie
închisă, distribuită cu spaţiul lungimii de undă de 2 nm în banda de 1,55 μm, au fost
modulate în amplitudine cu 100 canale video analogice şi şase canale digitale de 622
Mb/s. Apoi canalele au fost supuse metodei multiplexării subpurtătoarei, astfel încât
un laser deservea 10 canale modulate în frecvenţă în lărgimea de bandă de 300 - 700
- 24 -
MHz. Celelalte şase lasere deserveau şase canale digitale. Semnalul combinat era
divizat în 4096 de părţi, folosind amplificatorul fibrei dopate cu erbiu ce asigura o
majorare de 17-24dB în diapazonul spectral de 34 nm.
Principalele avantaje ale unui asemenea sistem sunt:
- Asigurarea serviciilor multiple ca telefonul, datele computer,canalele digitale şi
analogice de televiziune etc. cu un singur emiţător optic şi un receptor optic pentru
fiecare utilizator, folosind diferite subpurtătoare cu microunde.
- Subpurtătoarele cu microunde pot fi plasate aproape una de alta (< l GHz) şi este
mult mai uşor de stabilizat în frecvenţă.
- Diferitele servicii pot fi oferite fără necesitatea sincronizării.
- Subpurtătoarele cu microunde pot fi procesate folosind componentele
electronice disponibile.
O altă schemă utilizată în atare sisteme constă în alocarea pentru fiecare
utilizator a lungimii de undă individuale şi a frecvenţei subpurtătoarei individuale
pentru transmiterea şi recepţionarea semnalului. Principalul avantaj al multiplexării
subpurtătoarei constă în deservirea a (n • s) utilizatori, unde n este numărul de
lungimi de undă optice, iar s este numărul purtătoarelor cu microunde, folosind astfel
doar 12 lungimi de undă la emiţător, majorând capacitatea reţelei. Prin folosirea
relativ departe a lungimilor de undă (câţiva nm) este posibilă utilizarea detectării
directe, reducând preţul de cost al echipamentului periferic.
MULTIPLEXAREA PRIN DIVIZAREA CODULUI
Metodele multiplexării prin divizarea frecvenţei şi multiplexării subpurtătoarei
pot fi clasificate ca metode planificate cu acces multiplu, după cum diferiţi
utilizatori folosesc reţeaua conform unei destinaţii fixe. însă simplicitatea marşrutizării
datelor dintre utilizatori este obţinută prin utilizarea ineficientă a lărgimii benzii
canalului. Aceasta poate fi depăşită prin aplicarea metodei accesului multiplu
întâmplător, care permite utilizatorilor accesul întâmplător la orice canal în orice
timp. Accesul multiplu cu divizarea codului (AMDC) este una din metodele de - 25 -
transmisie cu spectru extins. Această metodă este destul de bine elaborată în
lumea sistemelor de comunicaţii prin microunde şi asigură o flexibilitate înaltă în
cazurile cu mulţi utilizatori, în aplicaţiile pentru comunicaţiile prin fibre optice metoda
accesului multiplu cu divizarea codului este sugerată ca o posibilă tehnologie în două
roluri:
- reţele cu acces local
- reţele locale ce utilizează mediul optic.
Concepţia spectrului extins şi a metodei accesului multiplu cu divizarea
codului par a fi în contradicţie cu intuiţia normală, deoarece în majoritatea sistemelor
de comunicaţii este tendinţa de a maximiza cantitatea semnalului util într-o lărgime
minimă a benzii, pe când în cazul spectrului extins se îndeplineşte extinderea
artificială a semnalului pe o lărgime a benzii mult mai mare decât cea minimă
necesară pentru transmisie, în metoda AMDC are loc transmisia multiplelor semnale
prin aceeaşi bandă de frecvenţe, utilizând aceleaşi tehnici de modulaţie în acelaşi
timp. în sistemele cu spectru extins sunt aplicate câteva metode artificiale de
extindere a lărgimii benzii utilizate. Extinderea spectrului este îndeplinită prin
intermediul codului care este independent de semnal. Receptorul foloseşte acelaşi cod
pentru a compresa spectrul semnalului şi a restabili datele.
Toate acestea au următoarele efecte:
1. Securitatea datelor.
Metoda spectrului extins a fost inventată în scopul aplicării pentru
comunicaţiile militare pe câmp, avantajul fiind dificultatea interceptării sau a
perturbării intenţionate a semnalului, datorită naturii codificate a lui şi a necesităţii unei
puteri de perturbare foarte mari. De exemplu, metoda cu succesiuni directe rezultă într-
un semnal care este foarte dificil de a-1 deosebi de zgomotul de fond, dacă nu este
cunoscută secvenţa de cod întâmplătoare, special, utilizată la generarea
semnalului. Astfel, nu numai că este dificil de perturbat semnalul, dar este şi extrem
de complicat de a-1 decodifica (în special, când nu posezi cheia). Pe lângă toate
acestea, este necesar de menţionat că este foarte dificil chiar de a detecta semnalul în
scopul de a şti când este transmisă careva informaţie. - 26 -
2. Majorarea capacităţii canalului.
Este cunoscut faptul că pentru puterea dată a semnalului capacitatea
canalului este cu atât mai mare, cu cât este mai largă lăţimea benzii utilizate
(capitolul 1). Astfel, datorită extinderii spectrului dat, are loc majorarea
capacităţii canalului şi/sau îmbunătăţirea ratei semnal-zgomot. Acesta este adevărat
doar pentru unele sisteme de comunicaţii, însă nu pentru toate.
3. Devierea de la interferenţă.
Semnalele cu spectru extins pot fi recepţionate chiar şi în prezenţa semnalelor
de interferenţă foarte puternice şi cu o bandă îngustă (de până la 30 dB mai mari decât
semnalul dorit).
4.Imunitate la distorsiuni cu multe traiectorii. Unele metode cu spectru extins au
performanţe mult mai bune în prezenţa extinderii pe multe traiectorii faţă de orice
metode cu bandă îngustă disponibile.
Multiplexarea canalului de comunicaţie
Sistemele de comunicaţii prin fibre optice sunt capabile să transmită
informaţia cu viteze mult mai mari decât 100 Mb/s, pe când un singur canal de voce
funcţionează la viteza de doar 64 kb/s, iar un canal digital de televiziune - cu 100
Mb/s. Este evident că sistemul cu fibre optice poate transmite simultan mai multe
canale de comunicaţie pentru a utiliza eficient întreaga capacitate a lui. Principalele
metode de combinare a mai multor semnale în scopul de a fi transmise ca un singur
semnal sunt:
- multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF sau FDM = Frequency
Division Multiplexing),
- multiplexarea prin divizarea lungimii de undă (WDM =Wavelength
Division Multiplexing) sau MDF optică;
- multiplexarea prin divizare de timp (MDT sau TDM).
În cazul modulaţiei MDT pentru eşantionarea de exemplu a 24 canale (cadrul
MIC in sistem TI de 125 us) poarta trebuie să fie deschisă pentru 5,2 \lsec pentru a - 27 -
fi transmise simultan prin fibra optică. Această situaţie fiind reprezentată în figura 21
a.
În cazul modulaţiei MDF câteva semnale de frecvenţe diferite pot fi transmise
simultan prin fibra optică, utilizând modularea subpurtătoarei. Fiecare mesaj
trebuie să moduleze diferite subpurtătoare, încât frecvenţele subpurtătoarelor să fie
plasate una faţă de alta la mai mult decât o lăţime a benzii canalului. Astfel, spectrul
canalului nu se va suprapune cu cele vecine, evitând astfel diafonia între ele. Adică
se va evita efectul cuplajului parazit între două circuite de comunicaţii, care se
manifestă prin faptul că semnalele transmise pe unul din circuite (perturbator) sunt
perceptate în celălalt circuit de comunicaţie (perturbat). Fiecare canal ocupă o lăţime
de bandă egală cu două frecvenţe maxime de modulaţie ωm , jumătate de bandă fiind
sub frecvenţa subpurtătoarei ωsp, iar cealaltă - jumătate deasupra ei, după cum este
reprezentat în figura 21 b.
Astfel fiind separată subpurtătoarea, se va preveni suprapunerea ei. Canalele de
informaţie sunt separate după detectarea fotoelectrică la receptor cu ajutorul filtrelor.
Numărul de canale este limitat de lăţimea benzii fibrei optice.
Orice nelinearităţi ale caracteristicii putere-curent, de asemenea şi ale sistemului
de comunicaţie (emiţătorul, detectorul fotoelectric, circuitul de recepţie), trebuie
evaluate, pentru a reduce distorsiunile datorită diafoniei. Dar totuşi se utilizează cu
mult succes transmisia prin fibrele optice a televiziunii prin cablu multiplexată prin
divizarea frecvenţei şi modulată în amplitudine.
Avantajul modulaţiei în amplitudine (MĂ sau AM=Amplitude Modulation)
faţă de transmisia digitală şi faţă de modulaţia în frecvenţă (MF sau FM=Frequency
Modulation), constă în faptul că nu este necesară conversia din formatul MĂ a
semnalului de la emiţător în formatul MĂ a semnalului necesar pentru
televizoarele convenţionale. De asemenea, semnalele modulate în amplitudine
ocupă o lăţime a benzii mai mică decât semnalele digitale sau cele modulate în
frecvenţă. Pe măsura scăderii preţului echipamentului de convertire digitală şi datorită
avantajelor, pe o scara tot mai larga se utilizează transmisia digitală în sistemele de
transmisiune a canalelor televizate.- 28 -
Fig. 21. Spectrul canalului de comunicaţie în cazurile:
a) multiplexării prin divizarea în timp a cadrului modulaţie a impulsurilor în
cod MIC sau PCM (in sistem TI) rezultând o lungime de 125 μs;
b) multiplexării prin divizarea frecvenţei.
Multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF) este convenabilă pentru
semnalele analogice şi digitale, pe când multiplexarea prin divizare de timp (MDT)
este implementată pentru semnalele digitale şi, de asemenea, se foloseşte pe scară
largă în reţelele de telecomunicaţii. Câteva canale MDT pot fi multiplexate
utilizând multiplexarea prin divizarea frecvenţei, îmbunătăţind astfel capacitatea
sistemului.
În cazul multiplexării prin divizare de timp (MDT) semnalele digitale
asociate cu diferite canale alternează împreună formând un flux compus de biţi prin
aceiaşi linie de transmisie. Combinarea a două sau mai multe semnale digitale, care
apoi formează un singur semnal se face prin intercalarea succesivă a grupelor de biţi
(cuvinte sau caractere) din fiecare semnal: prima grupă de biţi provine de la primul
semnal, a doua grupă de biţi provine de la al doilea semnal, etc., după ce
succesiunea se repetă. La receptor are loc procesul invers. Impulsurile ce aparţin
semnalelor individuale sunt separate şi îndreptate spre destinaţiile lor, după cum este
schematic reprezentat în figura 22.
- 29 -
Fig. 22. Multiplexarea prin divizare în timp. Comutatoarele
emiţătorului QE şi a receptorului QR sunt sincronizate.
Comutatoarele mecanice QE şi QR reprezentate în figură, sunt substituite,
practic, cu comutatoare optice sau electronice. Sistemul reprezentat intercalează
cuvinte de patru digiţi binari ce aparţin la n canale. Comutatorul la emiţător
eşantionează succesiv fiecare canal de la l până la n, apoi începe din nou, producând
o singură structură din n cuvinte de patru biţi pentru fiecare ciclu.
Astfel, prin multiplexarea prin divizare în timp sunt create diferite ierarhii
digitale în Europa, Japonia şi Statele Unite ale Americii. Primul nivel al
Standardului Ierarhic al Vitezelor de Transmisie Digitală a Informaţiei în Biţi pentru
Sistemele Telefonice în Europa corespunde multiplexării a 30 de canale de voce,
având debitul informaţional de 2,048 Mb/s. Pe când în Japonia, Statele Unite ale
Americii se utilizează multiplexarea a 24 de canale de voce la primul nivel, având
viteza biţilor de 1,544 Mb/s (ierarhia DS-1).
Produsul simplu dintre viteza datelor a unui singur canal de voce de 64 kb/s şi
numărul de canale este mai mic decât viteza biţilor semnalului multiplexat.
Aceasta are loc datorită adăugării biţilor de control în fruntea fiecărei structuri,
marcând astfel începutul. Aceşti biţi de control se utilizează la capătul
receptorului pentru demultiplexarea canalelor. Deci multiplexarea MDT combină 24
de canale de voce a câte 8 biţi fiecare cuvânt (deoarece cuvântul din opt biţi reprezintă
amplitudinea fiecărui eşantion), obţinând că fiecare structură conţine 24 x 8 = 192 - 30 -
de biţi mesaj. Se adaugă bitul de control (bit de delimitare între cadre) şi avem 193
biţi/cadru. Deoarece viteza structurii este egală cu viteza de eşantionare, reiese că avem
şi 8 000 de atare cadre pe secundă.
Rata totală de transfer a sistemului TI este de
193biţi/cadrux8000cadre/secundă = 1,544 Mb/s. Nivelul următor al ierarhiei constă
din patru nivele MDT de ordinul întâi (4-DS-l sau ierarhia DS-2) obţinându-se o rata
de 6,312 Mb/s (se adaugă si câţiva biţi de informaţie de transport). La nivelul unui
canal T3, se combina 7 canale T2 şi se obţine o rata de 44,736 Mb/s.., în Europa este
folosit sistemul E. Un canal El multiplexează 30 canale de voce + 2 canale de
semnalizare si lucrează la o rata de 32 eşantioane/cadrux8000cadre/s = 2,048 Mb/s.
Cele doua sisteme diferă prin tensiunile folosite, forma impulsului, impedanţa
liniilor, cadrare, făcând astfel dificila interconectarea la reţelele cu fibra optica.
In 1980 a fost elaborat un nou standard de transmisie a semnalelor MDT
pentru utilizare în toată lumea. El se numeşte SONET, adică reţeaua sincronă prin
fibre optice este un standard american folosit în transmisiile digitale de date prin
mediu optic, în prezent echivalentul sau internaţional este ierarhia digitală sincronă
(SDH - Synchronous Digital Hierarchy). Acest sistem standardizat permite o mai
mare flexibilitate în adăugare de noi servicii la instalaţiile SONET-ului existente.
Viteza de transmisie de bază a SONET-ului este OC-1 (adică purtătoarea optică
la nivelul 1) şi este de 51,8 Mb/s. Introducerea standardului SONET conduce spre
majorarea vitezei de transmisie a datelor prin fibre optice. Blocul constructiv de bază
a SDH este STM-1 (Synchronous Transfer Module l) cu viteza de 155,52 Mb/s.
Nivelele superioare fiind multiple la STM-1.
Echivalentul electric al OC-1 este STS-1 (adică semnale de transport
sincrone la nivelul 1).
La interconectare cu alte sisteme, canalele de viteza mica sunt multiplexate in
cadre virtuale, iar canalele de viteza mai mare, sunt segmentate in mai multe canale
STS-1. Sistemele SDH (Synchronous Digital Hierarchy) sunt larg răspândite in
Europa.
- 31 -
Un cadru STS conţine 9 rânduri şi 90 coloane de octeţi (8 biţi), in total 810
octeţi sau 6 480 biţi. Durata unui cadru este de 125 us, de unde rezultă rata de 51,84
Mbiţi/s a unui semnal STS-1. In cadrul STS exista 3 coloane de informaţie pentru
rutare intre nodurile reţelei si 87 de coloane de informaţie utila, care include şi
informaţie pentru comunicaţia punct la punct.
Dispozitive de multiplexare a imaginilor.
Dispozitivele de multiplexare a imaginilor pot fi analogice sau digitale
(multiplexoare digitale sau placi de captura video). Multiplexoarele digitale permit
si inregistrarea imaginilor in format comprimat (mpeg4).
Conditionerele de semnal echipate cu multiplexoare de semnal pot reduce
costul sistemului de masura atunci cand sunt folosite mai multe surse de semnal.
Modulul “DAQ” tipic are intre 8 si 16 intrari analogice si intre 8 si 24
linii digitale de I/O. Se poate creste capacitatea de I/O la sute sau chiar mii de
canale prin folosirea de multiplexoare externe. Multiplexoarele analogice de
intrare folosesc relee pentru comutarea secventiala sau pot scana mai multe
semnale de intrare analo- gice pe un singur canal al modulului “DAQ”. Pentru
aplicatii de inalta viteza trebuie avut in vedere ca rata de scanare a circuitului de
multiplexare si a modului DAQ sa fie corecta.
Demultiplexoare
Operaţia inversă multiplexării este demultiplexarea. De data
aceasta trenurile nu mai ies din gară ci intră în ea pe rând, pe o
singură linie, şi trebuie distribuite pe
liniile gării. Această operaţie o face demultiplexorul deoarece
numărul de stări logice distincte ale intrării de selecţie trebuie să - 32 -
fie egal cu numărul de ieşiri de date N, numărul de intrări de
selecţie poate fi calculat din relaţia:
Astfel, dacă avem o gară cu opt linii, multiplexorul care
distribuie trenurile va trebui să aibă trei intrări de selecţie (log28
= 3).
Variabilele de intrare în demultiplexor vor fi cele de la
intrarea de date şi intrările de selecţie. Punând condiţia ca
primele opt date de intrare să fie distribuite în ordine la cele opt
ieşiri, după cum se poate vedea, pentru codul de selecţie 000
valoarea logică a intrării I este dirijată către ieşirea 00, pentru
codul de selecţie 001 valoarea logică a intrării I este dirijată către
ieşirea 01, … , pentru codul de selecţie 111 valoarea logică a
intrării I este dirijată către ieşirea 07. Deci, demultiplexorul poate
fi construit din opt porţi si cu câte patru intrări, câte o poartă
pentru fiecare ieşire.
De asemenea, mai sunt necesare trei inversoare, câte unul
pentru fiecare intrare
de selecţie.
O analiză atentă a schemei demultiplexorului ne va arăta că
ea este identică cu aceea a unui decodor cu o intrare de validare.
Pentru a fi folosit ca demultiplexor, intrările decodorului sunt
folosite ca intrări de selecţie iar intrarea de validare este folosită
ca intrare de date. Pentru că pot fi folosite în ambele scopuri,
circuitele integrate de acest tip sunt denumite DECODOARE.
REFERINŢE BIBLIOGRAFICE
- 33 -
1. "Fiber Optic Data Communications for the Premises Environment",
2. K. Hirabayashi, "Tunable liquid-crystal Fabry-Perot Interferometer Filter for
Wavelenght-Division Multiplexing Communication Systems"
3. John M. Senior. „Optical Fiber Communications", Pretence – Hali International
Series in Optoelectronics, 1985, cap. 10.
4. K. Kitayama, H. Sotobayashi, N. Wada, "Optical Code Division Multiplexing
OCDM and its Applications to Photonic Networks",
5. G. E. Wickens, D. M. Spirit, L. C. Blank, Electron. Lett. 27, 973 (1991).
6. G.Keiser,"OpticalFiberCommunications",3ed.,cap.10.http://www.mhhe.com/
engcs/electrical/keiser/ppt/ch l O.ppt
7. Sân Jose "Introduction to DWDM for Metropolitan Networks",
8.D. S. Forrester, A. M. Hill, R. A. Lobbett, R. Wyatt, S. F. Carter Electron. Lett, 27
2051 1991.
9.H. Kobrinski, Electron. Lett., 23, 975, 1987.
10.M. S. Goodman, H. Kobrinski, M. P. Vecchi, R. M. Bulley, J. L.Gimlett, IEEE I.
Sel. Areas. Commun. 8, 995, 1990.
11.P. Chanclou, M. Thual, A. Laurent, J. Lostec, M. Gadonna, "Wavelenght
Selector Externai Cavity Laser Diode by Fiber Switch", Optical Fiber
Technology 6, 2000, p. 329-343.
12., Journal of Lightwave Technology, voi. 11, no. 12, 1993, p. 2203-2243.
13.Max Ming-Kang Liu "Principles and applications of optical Communications", IR
WIN, The McGraw-Hill Companies, Inc., 1996, p. 415-480, p. 754-795.
10.D.A. Smith, "Integrated-Optic Acoustically-Tunable Filters for WDM networks",
IEEE Journal on Selected Areas in Communications, voi. 8, no. 6, 1990, p. 1151-
1159.
11.David Pikas, EOP 695, Midterm Project, Făli 2002, Light Scattering in Optical
Fibers.
http://www.engr.udayton.edu/ElOptics/facstaff/PikasLightScatteringin Fibers.doc
17.Rongqing Hui, Benyuan Zhu, Renxiang Huang, Christopher T.Allen, Kenneth R.
Demarest, Douglas Richards "Subcarrier Multiplexing for High-Speed Optical - 34 -
Transmission".
JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 20, NO. 3, 2002, p. 417-427
http://www.ittc.ukans.edu/publications/documents/Hui2002_Hui2002J oLTpp417.
18.International Telecommunication Union,
http://www.itu.int/newsarchive/press_releases/2002/14.html
Un nou portal informaţional!
Dacă deţii informaţie interesantă si doreşti să te imparţi cu noi atunci scrie la adresa de e-mail : [email protected]
- 35 -