Волоконно оптический приемопередатчик сигналов управления что это

Как выбрать оптический трансивер? Типы оптических модулей

Трансивер (от англ. Transceiver, акроним от слов transmitter – передатчик и receiver – приемник) – это съемный приемо-передатчик, предназначенный для использования в активном сетевом оборудовании таком, как маршрутизаторы, коммутаторы, транспондеры, медиаконвертеры. Оптический трансивер конвертирует передаваемые сигналы из внутренней среды сетевого оборудования в транспортную оптическую или электрическую среды передачи.

Виды трансиверов

Классифицировать трансиверы можно по нескольким характеристикам:

Основным параметром, от которого во многом зависит форм-фактор модуля, его скорость и технология передачи является – среда передачи. Существует две среды передачи: оптоволоконная, к которой относятся одномодовые и многомодовые оптические волокна и электрическая, к которой можно отнести витую пару и твинкоаксиальный кабель.

Оптоволоконная среда передачи

Оптическое волокно — среда для передачи световых сигналов. Представляет собой тонкий стеклянный провод (жила). Волокно которого состоит из внутренней сердцевины (ядра), по которой распространяется свет, и окружающей ее оболочки. Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными и служат для защиты волокна от физических воздействий.

На рисунке видно, что свет, проходящий через сердцевину к оболочке, полностью отражается от границы двух этих сред. Данное явление называется полное внутреннее отражение. Именно за счет этого явления свет может преодолевать большие расстояния по ОВ.

Волокна делятся по типу на два вида:

В рамках многомодовых волокон свет может распространяться на расстояние до двух километров. Данный вид оптических волокон используется для локальных подключений, где расстояние между конечными точками не превышает 300 метров. На основе многомодового волокна построены трансиверы типа AOC, а также системы уплотнения SWDM (Short Wavelength Division Multiplexing).

Одномодовое волокно более популярно в современных телекоммуникациях, так как позволяет передавать данные на расстояния до 160 километров, а также строить протяженные системы уплотнения DWDM.

Электрическая среда передачи

Электрическая среда передачи – это совокупность телекоммуникационных кабелей, в которых для передачи информации используется металлический проводник/проводники, по которым подается электрический ток.

По типу телекоммуникационные кабели делятся на два вида:

Необходимо заметить, что твинаксиальный кабель практически не встречается вне трансиверов типа Direct Attach Copper. Кабели из витой пары встречаются очень часто, как в быту – соединения личного компьютера с домашним роутером, так и в отрасли в целом, так как это самый популярный способ организации локальных низкоскоростных соединений. Примерно в 2016 году широкое распространение получил 10GE Copper – это связано с выходом на рынок трансиверов SFP+ 10GE Copper.

О форм-факторах и скоростях передачи в рамках рубрики «Wiki» выходило несколько статей, чтобы не растягивать вступление предлагаем ознакомиться с ними по ссылке, также более подробное описание технологий xWDM Вы можете прочитать по ссылке.

Изучить принципы работы и особенности трансиверов Direct Attach Copper можно по ссылке, а трансиверов Active Optical Cable в данной статье, ссылка.

Как выбрать трансивер?

Необходимость в приобретении оптических трансиверов может возникнуть по нескольким причинам:

Если речь идет о замене вышедшего из строя трансивера, то необходимую модель подобрать несложно, нужно правильно «прочитать» маркировку сломанного устройства и на основании этого подобрать такую же модель или аналог. Более подробно про маркировку ниже.

При модернизации существующей линии связи выбор необходимых модулей становится значительно сложнее. Для начала необходимо определиться с задачей, что есть в распоряжении и чего хочется добиться в итоге модернизации.

Самое простое и самое важное с чего стоит начать, это параметры имеющейся трассы, а именно затухания по трассе, в идеале на длинах волн 1310 нм и 1550 нм. Зная эти значения, можно сузить спектр подходящего оборудования и выбрать конкретную технологию передачи данных.

Если речь идет о расширении емкости системы уплотнения CWDM или DWDM, то необходимо знать есть ли «свободные» длины волн в мультиплексоре и трансиверы, с каким оптическим бюджетом работают на этой линии.

В том случае, если модернизация носит глобальный характер, например, переход от 1 Гбит/с к 100 Гбит/с, рекомендуем Вам обратиться в компании, занимающиеся расчётом и продажей телекоммуникационного оборудования. Эта рекомендация связана с тем, что без специальных знаний спроектировать такое расширения сети сложно, и при недостаточной компетентности можно совершить серьезные ошибки, которые могут привести к некорректной работе организованных каналов передачи.

Проектирование новой линии связи в принципе не отличается от модернизации уже существующей. В данном случае, также необходимо изначально обрисовать для себя итоговой результат и уже после этого начинать выбор необходимого оборудования. Совет по передаче расчёта новой трассы специализированным инженерам в данном варианте также актуален.

Маркировка трансиверов

Каждый трансивер имеет заводскую маркировочную этикетку, на которой в обязательном порядке содержится информация о марке, модели (артикуле устройства) и серийный номер. Дополнительно на этикетке производитель может разместить информацию: о скорости передачи, длине волны передатчика, типе транспортной среды (тип волокна, например), наличии дополнительного функционала, такого как DDM.

При необходимости идентифицировать имеющийся «на руках» приемопередающий модуль, проще всего занести информацию о марке и модели с этикетки трансивера в поисковую интернет систему и получить полное техническое описание устройства.

В случае, если информация на маркировочной наклейке развернутая и включает в себя описание характеристик трансивера, а доступ в интернет отсутствует, можно постараться идентифицировать трансивер по имеющейся на этикетке информации.

Также достаточно развернутую информацию о модуле можно узнать из диагностических данных получаемых коммутатором из прошивки трансивера. В зависимости от марки и модели активного сетевого оборудования объем предоставляемой информации может меняться, но в микрокоде оптического трансивера содержится следующая информация:

Совместимость трансиверов

Часто перед Пользователями встает вопрос: «А будет ли работать новый трансивер уже с имеющимся?». Чтобы утвердительно ответить на этот вопрос, необходимо соблюсти следующие условия:

Совместимость по скорости передачи

Как известно, форм-фактор трансивера не влияет на совместимость с техническим аналогом. Например, двухволоконный SFP 1.25 Гбит/с трансивер полностью совместим со своим более старым аналогом двухволоконным GBIC 1.25 Гбит/с трансивером или трансивер WDM SFP+ 10 Гбит/с 1270/1330 нм совместим с парным трансивером WDM XFP 10 Гбит/с 1330/1270 нм. Но если в первом примере изменить скорость SFP трансивера, то пара модулей не заработает (то есть двухволоконный SFP 4.25 Гбит/с FiberChannel модуль не совместим с двухволоконным GBIC 1.25 Гбит/с модулем). Это происходит из-за несогласованности скоростей передачи, протоколы передачи в данном случае являются второстепенными. Например, можно взять пару двухволоконных SFP модулей для Ethernet сетей, но скорость передачи одной будет 1,25 Гбит/с (GigabitEthernet), а второй 100 Мбит/с (FastEthernet), такая пара не заработает без дополнительных настроек коммутаторов.

Таким образом, можно резюмировать, что при выборе трансивера необходимо соблюдать одни и те же скорость передачи и протокол передачи, при этом форм-фактор трансиверов не влияет на их совместимость друг с другом.

Согласованность длин волн

Этот параметр наиболее важен при выборе WDM трансиверов, так как трансиверы работают в парах со строго обозначенными длинами волн приема и передачи, но и для двухволоконных модулей этот параметр так же лучше соблюдать. Разберем для начала длины волны WDM трансиверов. Ниже приведена таблица с длинами волн, скоростью передачи и дальностью передачи. Видно, что для некоторых трансиверов для одной и той же скорости и дальности передачи существуют две разные пары модулей по длине волны, которые несовместимы друг с другом.

У двухволоконных модулей строгой парности нет, но несоблюдение единой длины волны может вызвать перекосы в оптическом бюджете канала, так как длины волн 1310 нм и 1550 нм имеют разные показатели погонного затухания в оптических волокнах.

Данный пункт в основном касается двухволоконных модулей, так как именно этот тип трансиверов может быть заточен для передачи информации по многомодовому и одномодовому волокну. Остальные виды оптических трансиверов рассчитаны на передачу только по одномодовому волокну.

По многомодовому волокну могут передаваться сигналы из первого (850 нм) и второго (1310) окон прозрачности, а по одномодовому сигналы из второго (1310 нм) и третьего (1550 нм), то есть общие длины волн для MMF и SMF это 1310 нм. Это значит, что при выборе двухволоконного модуля необходимо учитывать не только длину волны передатчика, но и волокно, под которое разработан трансивер.

Поддержка трансивера активным сетевым оборудованием

После проверки параметров трансиверов необходимо удостовериться, что имеющийся у Вас коммутатор совместим и поддерживает выбранный трансивер. Одна из самых банальных ошибок – это перепутать порт SFP с портом SFP+, т.к. они визуально не отличаются, узнать тип портов можно или по спецификации на оборудование, или при помощи диагностической команды, которая покажет все имеющиеся порты и их тип.

Но есть более сложная вещь – список поддерживаемых трансиверов. Это значит, что даже обладая, к примеру, портами SFP+ коммутатор может не поддерживать работу SFP+ ZR. Этот список можно получить, опросив коммутатор соответствующей диагностической командой.

Или изучить техническую спецификацию коммутатора, но в данном случае необходимо помнить, что в зависимости от версии операционной системы список поддерживаемых трансиверов может изменяться, таким образом, лучше еще проверить документацию на операционную систему коммутатора.

Отдельно необходимо выделить трансиверы SFP/SFP+ Copper и DAC, так как с этими модулями речь зачастую идет о hardware совместимости. И информацию о поддержке этих трансиверов можно получить только из технической документации на сетевое устройство, так как важна поддержка определенного интерфейса, на базе которого построен трансивер.

Это не касается оптических трансиверов в связи с тем, что они в большей своей части строятся на одном интерфейсе, и проблемы с поддержкой и совместимостью в их случае можно отнести к software ограничениям, которые при необходимости можно решить сменой прошивки трансивер, подробнее про этот процесс по ссылке.

Источник

Аналоговые устройства приема и передачи сигналов по ВОЛС

Способы передачи сигналов различного типа, данных и команд управления по оптоволоконным линиям связи начали активно внедряться в последнее десятилетие прошедшего века. Однако достаточно долго они не могли составить серьезной конкуренции (по крайней мере, в сегменте ТСБ) коаксиальному кабелю и витой паре. Несмотря на такие недостатки, как высокие сопротивление и емкость, что существенно ограничивает дальность передачи сигнала, коаксиальный кабель и витая пара превалировали в системах безопасности. Сегодня ситуация начинает меняться, причем рискну утверждать, что перемены эти кардинальные. Нет, в небольших системах, где видео и сигналы управления требуется передавать на небольшие расстояния, коаксиальный кабель и витая пара по-прежнему незаменимы. В крупных и особенно распределенных системах у оптоволокна альтернативы практически нет.
Дело в том, что оптоволоконное оборудование сегодня стало гораздо доступнее по цене и тенденция к его дальнейшему удешевлению достаточно устойчива.
Так что волоконная оптика в настоящее время дает возможность предложить заказчику систем безопасности не только надежное, но и экономически выгодное решение. Использование светового луча для передачи сигнала, широкая полоса пропускания позволяют передавать сигнал высокого качества на значительные расстояния без использования усилителей и повторителей.
Основными преимуществами использования волоконной оптики, как известно, являются:
– более широкая полоса пропускания (до нескольких гигагерц), чем у медного кабеля (до 20 МГц);
– невосприимчивость к электрическим помехам, отсутствие «земляных петель»;
– низкие потери при передаче сигнала, ослабление сигнала составляет около 0,2–2,5 дБ/км (для коаксиального кабеля RG59 – 30 дБ/км для сигнала 10 МГц);
– не вызывает помех в соседних «медных» или других оптоволоконных кабелях;
– большая дальность передачи;
– повышенная безопасность передачи данных;
– хорошее качество передаваемого сигнала;
– оптоволоконный кабель миниатюрен и легок.

Рис. 1 Волоконная оптика основывается на эффекте полного отражения

Физические параметры оптических волокон
Все распространенные типы волокон характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.
Различают модовую и материальную дисперсии – искажения сигнала, вызванные особенностями распространения световых волн в среде.
Материальная дисперсия вызвана тем, что волны различной длины распространяются с различной скоростью, что связано с особенностями физического строения волокна. Данный эффект особенно заметен при использовании одномодового волокна. Уменьшение ширины полосы излучения источника и выбор оптимальной длины волны приводит к уменьшению материальной дисперсии.
Модовая дисперсия проявляется в многомодовом волокне из-за разницы длин путей, проходимых лучами различных мод. К ее уменьшению приводит уменьшение диаметра сердечника волокна, сокращение числа мод и применение волокна с градиентным профилем.
Затухание сигнала в оптоволоконном кабеле зависит от свойств материала и от внешних воздействий. Затухание характеризует потерю мощности передаваемого сигнала на заданном расстоянии, и измеряется в дБ/км, где децибел – логарифмическое выражение отношения мощности, выходящей из источника Р1, к мощности, входящей в приемник Р2, дБ = 10*log(P1/P2). Потери в 3 дБ означают, что половина мощности потеряна. Потеря 10 дБ означает, что только 1/10 мощности источника доходит до приемника, потери 90%. Волоконно-оптические линии, как правило, способны нормально функционировать при потерях в 30 дБ (прием всего 1/1000 мощности).
Есть два принципиально различных физических механизма, вызывающих данный эффект. Потери на поглощение. Связаны с преобразованием одного вида энергии в другой. Электромагнитная волна определенной длины вызывает в некоторых химических элементах изменение орбит электронов, что, в свою очередь, ведет к нагреву волокна. Естественно, что процесс поглощение волны тем меньше, чем меньше ее длина и чем чище материал волокна.
Потери на рассеяние. Причина снижения мощности сигнала в этом случаезначает выход части светового потока из волновода. Обусловлено это неоднородностями показателя преломления материалов. И с уменьшением длины волны потери рассеивания возрастают.

Рис. 2 Окна прозрачности оптических волокон

В теории лучших показателей общего затухания можно достичь на пересечении кривых поглощения и рассеивания. Реальность несколько сложнее и связана с химическим составом среды. В кварцевых волокнах (SiO2) кремний и кислород проявляют активность на определенной длине волны и существенно ухудшают прозрачность материала в двух окрестностях.
В итоге образуются три окна прозрачности (рис. 2), в рамках которых затухание имеет наименьшее значение. Самые распространенные значения длины волны:
0,85 мкм;
1,3 мкм;
1,55 мкм.
При аналоговой передаче чаще используются длины волн – 850 и 1310 мкм.
Именно под такие диапазоны разработаны специальные гетеролазеры, на которых основываются современные ВОЛС (волоконно-оптические системы связи).
В настоящее время оптоволокно с такой характеристикой уже считается устаревшим. Достаточно давно освоен выпуск оптоволокна типа AllWave ZWP (zero water peak, с нулевым пиком воды), в котором устранены гидроксильные ионы в составе кварцевого стекла. Такое стекло имеет уже не окно, а проем в диапазоне от 1300 до 1600 нм.
Все окна прозрачности лежат в инфракрасном диапазоне, т. е. свет, передающийся по ВОЛС, не виден глазу. Стоит заметить, что в стандартное оптоволокно можно ввести и видимое глазом излучение. Для этого применяют либо небольшие блоки, присутствующие в некоторых рефлектометрах, либо даже слегка переделанную китайскую лазерную указку. С помощью таких приспособлений можно находить переломы в шнурах. Там, где оптоволокно сломано, будет видно яркое свечение. Такой свет быстро затухает в волокне, так что использовать его можно только на коротких расстояниях (не более 1 км).

DE7400 (GE Security, серия EtherNAVä линейки IFS)

SVP-11T/12R
SVP-13T/14R («Спецвидеопроект»)
Устройства предназначены для передачи сигнала в системах телевизионного наблюдения на расстояния до 6–12 км. Комплекты из передатчика и приемника обеспечивают передачу одного композитного видеосигнала по многомодовому оптическому кабелю на длине волны 850 и 1310 нм.
Разрешение видеосигнала – 570 ТВЛ, отношение сигнал/шум на предельной дальности – не хуже 50 дБ, полоса частот: 50 Гц – 8 МГц. Система автоматической регулировки усиления постоянно поддерживает на выходе размах видеосигнала 1 В. Световая сигнализация показывает наличие или отсутствие видеосигнала. Устройства имеют малые габариты, низкое энергопотребление, снабжены элементами настенного крепления.
Устройства защищены от переполюсовки питания – при неправильном включении не выходят из строя. Работают в режиме plug and play – настройка и регулировка при их установке не требуется.
Приемники сигналов исполняются также в корпусе, предназначенном для установки в стандартные 19” стойки.

SVP-21T
SVP-22T («Спецвидеопроект»)

Источник

Оптический приемопередатчик FTDI-POF

Привет, Хабр, я студент по специальности лазеры в инфо-коммуникационных системах и я впервые работал с оптоволокном. Мне предложили поучаствовать в одном проекте связанном с передачей данных по оптическому волокну и я с интересом взялся за эту работу.

Оптоволокно все прочнее закрепляется в нашей жизни. Это интернет, подключение разнообразных датчиков, лазерные устройства. Также его применяют в световом оформлении помещений.

Оптические линии имеют ряд преимуществ: нет проблем с заземлением, высокая помехозащищенность, секретность (нет электромагнитного излучения, которое может быть подслушано), легкость.

Задача: создать рабочий прототип платы с последовательным портом, сигналы которого передаются по пластиковой волоконно-оптической линии связи. За основу взят программатор MBFTDI, построенный на микросхеме FT2232H. Разъем JTAG с программатора нужно было убрать и на его место поставить оптический приемник и передатчик. Что и было сделано.

Дальше расскажу о том, что и как я делал

Услышав техническое задание, я сразу сказал, что это не возможно. Могу сказать, что в вузе мы не раз говорили об оптоволокне, однако все время упор был сделан именно на кварцевое волокно, которое сейчас используется в линиях связи. Для работы с ним необходимо дорогое оборудование. А нужно было найти недорогое решение.

Однако после изучения статьи на Хабре, я был сильно озадачен. Вот что именно меня озадачило: при моих оценках «отлично» и почти 100% посещении всех занятий (да-да, я не упустил случая себя похвалить) я и не мог предположить, что существует POF (Plastic Optical Fiber). Это пластиковое волокно, которое как раз подходит для нашей задачи.

Давайте же перейдем к самому процессу разработки.

От начала до конца за 3 шага

Для работы с этим волокном нам нужны приемник и передатчик. Выбор пал на SFH551 (черный) и SFH756 (белый) соответственно.

Для начала была собрана пробная модель на печатной плате, на кабеле длинной 15-20 см все работало, однако при подключении всей катушки (около 100 м) излучение рассеивалось в волокне и не доходило до конца. Кажется светодиод в передатчике светит слишком слабо. Разобравшись в документации, стало понятно, что передатчику нужен больший ток. Микросхема FTDI на выходе не может дать более 12мА, а нужно хотя бы 50мА. Эта проблема решена путем добавления в схему передатчика транзистора.

Получив работающую схему оптической развязки, мы приступили к разводке платы. За основу, естественно, была взята схема программатора MBFTDI. Дальнейшую работу проводили в программе DipTrace. Я не нашел для нее библиотеки с нашими элементами и сделал их сам. Честно говоря, этой программой я пользовался в первый раз, но ее понятный интерфейс помог быстро освоиться. Также в DipTrace есть интересная функция 3D Preview, которая показывает плату со всеми элементами в 3D. Это для меня было по-своему захватывающе, так как своему элементу также можно присвоить 3D модель. И, конечно же, я их сделал. Работа проводилась в Компасе 3D. Созданные модели можно конвертировать в формат, подходящий для DipTrace – STEP.

Вот, какая модель получилась в конце, рядом готовая плата:

Имея рабочие устройства на руках, наступила фаза исследований. Для начала проверили, работает ли наш прототип. Да, все прекрасно работало: на скорости 921600 бит в секунду на расстоянии 100 метров данные успешно передавались и принимались. Для приема и передачи использовались программы PUTTY и TeraTerm.

Теперь появился вопрос – можно ли передавать информацию по одному кабелю? И если можно, то как?

Например, можно собрать схему со свето-делительными кубами.

Тут уже задумываемся о цене кубиков, и этот вариант сразу отпадает. Ну и ладно, мы поищем что-нибудь еще. И найдем! Мы вспомнили об оптических разветвителях.
Смотрел в интернете, но почему-то никто их не предлагал на продажу(или я плохо искал), хотя было несколько статей на эту тему.

Ну, в любом случае идея для нас понятная, можно и самим попытаться. Сделаем на каждом кабеле по скосу, приблизительно до середины. Соединив их, получим что-то вроде Х — делителя.

Выемки сделаны канцелярским ножом, никакого расчета деления мощности делать не стоит, потери в месте соединения слишком высокие. Но как маленький эксперимент – нам подходит, даже что-то получилось.

Также нужно вспомнить, что при добавлении в схему делителей, уменьшается мощность, дошедшая до приемника: с кубиками получим 25%, с делителями 50% начальной мощности. Это тоже нам не особо на руку.

Короткий вывод

Приятное знакомство с DipTrace. Неожиданное знакомство POF и работа с ним. Получение опыта (куда-же без него) и просто радость за выполненную работу. К сожалению, остался вопрос насчет использования одного кабеля для передачи в обе стороны.
Библиотеку из двух элементов AVAGO можно найти на GitHub.

Надеюсь, что статья вам понравилась, если есть советы, буду рад их прочитать.

Источник