통신 미디어

광전송

광통신은 변조 된 단색광 빔을 사용하여 정보를 송신기에서 수신기로 전달합니다. 광 스펙트럼은 10 테라 헤르츠 (10 ⁴ 기가 헤르츠)에서 백만 테라 헤르츠 (10 ⁹)까지 확장되는 전자기 스펙트럼의 엄청난 범위에 걸쳐 있습니다.기가 헤르츠). 이 주파수 범위는 기본적으로 모든 가시 광선을 통한 원적외선 (0.3-mm 파장)에서 근 자외선 (0.0003 마이크로 미터 파장)까지의 스펙트럼을 포함합니다. 이러한 고주파에서 전파되는 광 파장은 자연스럽게 고속 광대역 통신에 적합합니다. 예를 들어, 근적외선 주파수 300 테라 헤르츠에서 광학 캐리어의 진폭 변조를 1 %만으로 최소 가용 동축 케이블 대역폭보다 1,000 배 이상 높은 전송 대역폭을 얻을 수 있습니다.

장거리 고속 통신을위한 광 매체의 실제 활용은 거의 단색 인 강한 광선을 필요로하며, 그 출력은 원하는 광 파장에 좁게 집중되어있다. 이러한 캐리어는 코 히어 런트 자극 방출의 과정에 의해 매우 좁은 스펙트럼 라인 폭으로 강렬한 광을 생성하는 1960 년에 처음 입증 된 루비 레이저의 발명 없이는 불가능했을 것입니다. 오늘날 반도체 주입 레이저 다이오드는 고속, 장거리 광 통신에 사용됩니다.

광이 대기를 통해 자유롭게 전파되는 비 가이드 자유 공간 채널 및 광이 광 도파관을 통해 전파되는 유도 광섬유 채널의 두 종류의 광 채널이 존재한다.

자유 공간 채널

자유 공간 광 채널의 손실 메커니즘은 가시 광선 마이크로파 무선 채널의 손실 메커니즘과 거의 동일합니다. 신호는 빔 발산, 대기 흡수 및 대기 산란에 의해 저하됩니다. 송신기의 레이저 광원을 사용하여 투과 된 광을 코 히어 런트 한 좁은 빔으로 시준 (병렬화)함으로써 빔 발산을 최소화 할 수 있습니다. 적외선, 가시 광선 또는 자외선 영역에서 저손실“창”중 하나에있는 투과 파장을 선택하여 대기 흡수 손실을 최소화 할 수 있습니다. 광학 파장이 산소 (O ₂), 수증기 (H ₂ O), 이산화탄소 (CO ₂) 및 오존 (O ₃) 과 같은 기체 성분의 공명 파장에 접근함에 따라 대기는 높은 흡수 손실을 부과한다. 맑은 날 가시광 선의 감쇠는 킬로미터 당 1 데시벨 이하일 수 있지만 안개, 안개, 비 또는 공기 중 먼지와 같은 대기 조건의 변동으로 인해 산란 손실이 크게 발생할 수 있습니다.

대기 조건에 대한 높은 광 신호 감도는 실외 환경을위한 자유 공간 광 링크의 개발을 방해했습니다. 실내 자유 공간 광 송신기의 간단하고 친숙한 예는 텔레비전 및 고음질 오디오 시스템을위한 휴대용 적외선 리모컨입니다. 자유 공간 광학 시스템은 광학 범위 찾기 및 속도 결정, 산업 품질 관리 및 레이저 고도계 레이더 (LIDAR)와 같은 측정 및 원격 감지 응용 분야에서도 매우 일반적입니다.

광섬유 채널

전류가 구리 도체를 통해 흐르는 와이어 전송과 대조적으로, 광섬유 전송에서 전자기 (광) 필드는 비전 도성 유전체로 만들어진 섬유를 통해 전파된다. 높은 대역폭, 낮은 감쇠, 간섭 내성, 저렴한 비용 및 가벼운 무게로 인해 광섬유는 고정 된 고속 디지털 통신 링크의 선택 매체가되었습니다. 광섬유 케이블은 전화 및 케이블 텔레비전 루프의 피더 및 트렁크 부분과 같은 장거리 응용 분야와 컴퓨터 및 전화의 가정 배포를위한 근거리 통신망 (LAN)과 같은 근거리 응용 분야 모두에서 구리 와이어 케이블을 대체합니다., 텔레비전 및 데이터 서비스. 예를 들어, 디지털화 된 데이터, 음성 및 비디오 신호의 트렁킹에 사용되는 표준 Bellcore OC-48 광 케이블은 섬유 당 초당 최대 2.4 기가비트 (2.4 십진 이진수)의 전송 속도로 작동합니다. 이것은 인쇄 된 백과 사전의 모든 볼륨 (2 기가비트의 이진 데이터)으로 1 초 이내에 텍스트를 전송하기에 충분한 속도입니다.

광섬유 통신 링크는 다음 요소로 구성됩니다. 아날로그 또는 디지털 정보를 변조 된 광선으로 변환하는 전기 광학 송신기; 전송 경로에 걸쳐있는 광 운반 섬유; 및 검출 된 광을 전류로 변환하는 광전자 수신기를 포함한다. 장거리 링크 (30km 이상 또는 20 마일 이상)의 경우 일반적으로 신호 전력의 감쇠를 상쇄하기 위해 재생 중계기가 필요합니다. 과거에는 하이브리드 광학 전자 중계기가 일반적으로 사용되었습니다. 여기에는 신호를 재생하기위한 광전자 수신기, 전자 신호 처리 및 전기 광학 송신기가 있습니다. 오늘날 에르븀 도핑 된 광 증폭기는 효율적인 전광 리피터로 사용됩니다.

전기 광학 송신기

전기-광학 송신기의 효율은 많은 요인에 의해 결정되지만, 가장 중요한 것은 다음과 같다: 스펙트럼 선 폭-캐리어 스펙트럼의 폭이며 이상적인 단색 광원의 경우 0이다. 섬유에 결합되지 않은 전달 된 에너지의 양인 삽입 손실; 송신기 수명; 최대 작동 비트 레이트.

광섬유 링크에는 일반적으로 발광 다이오드 (LED)와 반도체 레이저의 두 가지 종류의 전기 광학 송신기가 사용됩니다. LED는 원거리 광 빔의 분산이 큰 문제가되지 않는 중간 속도, 짧은 스팬 링크에 사용되는 광폭 너비 광원입니다. LED는 비용이 저렴하고 반도체 레이저보다 수명이 길다. 그러나 반도체 레이저는 광 출력을 LED보다 광섬유에 훨씬 더 효율적으로 결합하여 더 긴 스팬에 더 적합하고 더 빠른 "상승"시간을 가지므로 더 높은 데이터 전송 속도를 허용합니다. 0.85, 1.3 및 1.5 마이크로 미터 부근의 파장에서 작동하고 0.003 마이크로 미터 미만의 스펙트럼 라인 폭을 갖는 레이저 다이오드가 이용 가능하다. 초당 10 기가비트 이상으로 전송할 수 있습니다. 더 넓은 범위의 반송파 파장에서 작동 할 수있는 LED가 존재하지만, 일반적으로 0.035 마이크로 미터를 초과하는 높은 삽입 손실 및 라인 폭을 갖는다.

광전자 수신기

광 링크를위한 가장 일반적인 두 종류의 광전자 수신기는 PIN (Posine-Intrinsic-Negative) 포토 다이오드와 APD (Avalanche Photodiode)입니다. 이들 광 수신기는 입사 광 전력을 전류로 변환함으로써 변조 된 광 캐리어 신호로부터 기저 대역 신호를 추출한다. PIN 포토 다이오드는 이득은 낮지 만 응답 속도는 매우 빠릅니다. APD의 이득은 높지만 응답 속도는 느립니다.