Сети кабельного телевидения для самых маленьких. Часть 8: Оптическая магистральная сеть

Вот уже много лет основой передачи данных является оптическая среда. Сложно представить хабрачитателя, не знакомого с этими технологиями, однако без хотя бы краткого описания обойтись в моей серии статей невозможно.


Для полноты картины на пальцах и упрощённо расскажу о паре банальных вещей (не кидайте тапками, это для тех, кто совсем не в курсе): оптическое волокно представляет собой стекло, которое вытянули в нить тоньше волоса. По нему распространяется сформированный лазером луч, который (как любая электромагнитная волна) имеет свою определённую частоту. Для удобства и простоты принято, говоря об оптике, вместо частоты в герцах использовать обратную ей величину длины волны, которая в оптическом диапазоне измеряется в нанометрах. Для передачи сигналов кабельного телевидения обычно используется λ=1550нм.

Части магистрали соединяются между собой сваркой или разъёмами. Подробно об этом можно почитать в отличной статье @stalinets. Скажу лишь, что в сетях КТВ используются почти всегда косая полировка APC.


Изображение с сайта fiber-optic-solutions.com

Она вносит чуть большее затухание, чем прямая, но обладает очень важным свойством: отражённый на стыке сигнал распространяется не по той же оси, что основной сигнал, благодаря чему оказывает меньшее влияние на него. Для цифровых систем передачи с заложенной избыточностью и алгоритмами восстановления это кажется неважным, но телесигнал начал свой путь как аналоговый (в оптоволокне в том числе), а для него это очень критично: все помнят двоение или сползание изображения на старых телевизорах при неуверенном приёме. Подобные волновые явления как в эфире, так и в кабелях имеют место быть. Цифровой телесигнал хоть и имеет повышенную помехозащищённость, тем не менее, не имеет многих плюшек пакетной передачи данных и так же может пострадать на уровне физики, но уже не может быть восстановлен через перезапрос.

Для того, чтобы сигнал можно было передать на значительное расстояние требуется высокий его уровень, поэтому в цепочке не обойтись без усилителей. Оптический сигнал в системах КТВ усиливают эрбиевыми усилителями (EDFA). Работа этого устройства может служить отличным примером того, что любая достаточно развитая технология неотличима от магии. Если в двух словах: при прохождении луча по волокну с примесью эрбия создаются условия, при котором каждый фотон исходного излучения создаёт два своих клона. Такие устройства используются во всех системах передачи данных на значительные расстояния. Они, конечно же, не дёшевы. Поэтому в случаях, когда не требуется усиления сигнала на значительную величину и нет строгих требований к количеству шума, применяются регенераторы сигнала:



Это устройство, как видно из структурной схемы, осуществляет двойное преобразование сигнала между оптической и электрической средами. Такая конструкция позволяет при необходимости изменить длину волны сигнала.

Такие манипуляции как усиление и регенерация сигнала необходимы не только для компенсации километрового затухания кабеля. Наибольшие потери происходят при делении сигнала между ветвями сети. Деление производится при помощи пассивных устройств, которые в зависимости от потребности могут иметь разное количество отводов, а так же делить сигнал как симметрично, так и нет.



Внутри делитель представляет из себя либо волокна, соединённые боковыми поверхностями, либо вытравливается, как дорожки на печатной плате. Для углубления рекомендую статьи NAGru про сварные и планарные делители соответственно. Чем больше делитель имеет отводов, тем бо́льшие он вносит затухания в сигнал.

Если добавить к делителю фильтры для разделения лучей с разной длиной волны, то мы можем передавать сразу два сигнала в одном волокне.



Это простейший вариант мультиплексирования на оптике — FWDM. Подключив к входам TV и Express оборудование КТВ и интернет соответственно, мы получим смешанный сигнал в общем выводе COM, который можно передать по одному волокну, а на другой стороне так же разделить его между оптическим приёмником и коммутатором, например. Это происходит примерно так же, как в стеклянной призме из белого света появляется радуга.

С целью резервирования оптического сигнала кроме оптических приёмников с двумя вводами, о которых я писал в прошлой части может быть применено электромеханическое реле, которое может переключаться с одного источника на другой по заданным параметрам сигнала.
При деградации одного волокна устройство автоматически переключится на другое. Время переключения составляет менее секунды, поэтому для абонента это выглядит в худшем случае как горсть артефактов на цифровом телеизображении, которые тут же исчезают со следующим кадром.