光纤通信是如何工作的?IT专业人员选择光纤的5个原因

  至少爱过        2020-08-24 17:51:14

光纤通信是一种通信方法,其中信号以光的形式传输,而光纤被用作将那些光信号从一个地方传输到另一个地方的媒介。光纤中传输的信号从电信号转换为光,并在接收端从光转换回电信号。发送的数据可以采用音频,视频或遥测数据的形式,这些数据将通过远距离或局域网发送。光纤通信在高速远距离数据传输中具有良好的效果,已被用作各种通信目的的应用。


光纤通信是如何工作的?IT专业人员选择光纤的5个原因


光纤通信如何工作?


光纤通信过程发送以光的形式,其首先被转换成光从电信号,并发送,然后反之亦然发生在接收侧的信号。


可以使用如下图来解释此过程:


光纤通信是如何工作的?IT专业人员选择光纤的5个原因


发射器侧:


在发射机端,首先,如果数据是模拟数据,则将其发送到编码器或转换器电路,后者将模拟信号转换为0、1、0、1…(取决于数据的方式)的数字脉冲,并通过光源发射电路。如果输入是数字输入,则直接通过光源发射器电路发送,该电路将信号转换成光波形式。


光纤电缆:


从发送器电路接收到光缆的光波现在从源位置发送到目的地,并在接收器模块处接收。


接收方:


现在,在接收器一侧,光电管(也称为光检测器)从光纤电缆接收光波,使用放大器对其进行放大并将其转换为适当的数字信号。现在,如果输出源是数字信号,则信号不会进一步改变;如果输出源需要模拟信号,则使用解码器电路将数字脉冲转换回模拟信号。


通过将电信号转换为光并使用光缆作为传输源,将电信号从一个点传输到另一点的整个过程称为光纤通信。


为什么要使用光纤?


光纤线已取代铜线作为传输电缆,因为它比电缆具有更多的优势。


光纤通信是如何工作的?IT专业人员选择光纤的5个原因


传输容量大:单根石英纤维仅占用理论容量的一小部分即可承载数十万个电话信道。


小损耗:现代单模石英光纤大约损失 0.2 dB / km的信号,因此可以在不放大信号的情况下桥接数十公里。


轻松放大:如果需要非常长的传输距离,则可以在单个光纤放大器中放大大量通道。


低成本:由于可以实现巨大的传输速率,因此每个传输位的成本可以非常低。


轻巧:与电缆相比,光纤电缆非常轻巧。


无干扰:光缆不受电缆引起的问题的影响,例如接地回路或电磁干扰(EMI)。


原因清楚地说明了光缆比同轴铜缆好得多,这就是为什么光缆比常规传输介质更受青睐的原因。


为什么要光而不是电?


由于激光是单波长光源,因此将光或激光(精确地说)用于光纤通信。虽然其他光信号(例如太阳光或球泡灯)具有许多波长的光,因此,如果将其用于通讯,它们会产生非常弱的光束,另一方面,具有单个光束的激光器会导致更强大的光束作为输出。


因此,更少的色散,更多的信号传输和更少的时间消耗使光源成为良好的通信来源。


光纤通信的特征


在光纤通信中,光被用作在光纤电缆内部传输的信号。这种通信方式具有需要讨论的重要特征,使其成为一种良好的通信方式。


带宽 –单个激光色散意味着每秒可以传输大量信号(信息以位为单位传输),从而导致长距离的高带宽。


较小的直径 –光纤电缆的直径约为300微米。


重量轻 –与铜缆相比,光缆重量轻。


长距离信号传输 –由于激光不会扩散,因此很容易长距离传输。


低衰减 –光纤由玻璃制成,激光穿过光纤,传输的信号损耗仅为0.2 dB / km。


传输安全 –光学加密和不存在电磁信号使数据通过光纤安全。


光纤的应用


光纤通信主要用于电信行业,该行业将光纤用于:


电话信号传输。


互联网通讯。


有线电视信号传输。


除此之外,如今,光纤在家庭,工业,办公室中的任何地方都用于长距离以及短距离通信。


光纤对物联网(物联网)的影响


在光纤通信将对物联网有很大的影响,并且这些东西上市会向你解释物联网将如何需要光纤。


快速传输媒体 -未来将是物联网,我们所有的设备和事物都将连接到Internet,这需要良好的通信和高速。满足这种要求的唯一传输介质是光纤。未来的需求物联网和物联网需要光纤,以实现最佳通信,从而可以帮助无线数据速度达到100 Gbps的速度,从而在几秒钟内完成通信和大型数据传输。


数据安全性 –当我们想到要在数十亿个连接在一起的设备之间传输大量数据时,物联网的安全性是主要关注的问题。除非是光纤,否则可能会入侵通信媒体中的数据。光纤很难被砍断,并且被砍掉而不被检测到几乎是不可能的。同样,光纤可以帮助保护数据并以极高的速度传输数据。


不会因干扰而造成数据丢失 -光纤电缆可以安装在任何地方(甚至在水下或高温区域),并且没有任何电磁干扰,因此不会由于干扰而导致数据丢失。


什么是光纤技术?


光纤是指细细的长而细的玻璃丝,大约与人的头发直径相当。这些绞线成束排列,称为光缆。我们依靠它们来长距离传输光信号。


在发射源处,光信号被编码为数据……与您在计算机屏幕上看到的数据相同。因此,光纤通过光将“数据”传输到接收端,在接收端将光信号解码为数据。因此,光纤实际上是一种传输介质–一种“管道”,用于以很高的速度长距离传输信号。


光纤电缆最初于1950年代开发用于内窥镜。目的是帮助医生无需大手术就可以观察病人的内部。在1960年代,电话工程师发现了一种使用相同技术以“光速”发送和接收电话的方法。在真空中,速度约为每秒186,000英里,但在电缆中,速度却减慢至此速度的三分之二。


光纤如何工作?


光通过反复反射光缆的壁而沿着光缆向下传播。每个轻粒子(光子)在内部连续的镜面反射下沿管道反射。


光束沿电缆的芯线向下传播。核心是电缆和玻璃结构的中间。该包层是围绕芯缠绕玻璃的另一个层。包层可以将光信号保持在纤芯内部。


光纤的类型


光纤电缆的类型很多,通常会终止在光纤电缆组件中以执行其功能。


单模和多模光纤


光纤电缆以模式传输光信号。甲模式是一个路径向下行进的纤维当光束如下。有单模和多模光缆。


单模光纤是最简单的结构。它包含一个非常薄的核心,所有信号都直接沿中间传播,而不会反弹到边缘。单模光纤电缆通常用于CATV,互联网和电话应用,其中信号由包裹成束的单模光纤承载。


多模光纤是另一种类型的光缆。它比单模电缆大约大10倍。光束可以通过遵循各种不同的路径或以多种不同的模式穿过纤芯。这些电缆类型只能在短距离内发送数据。因此,除其他应用程序外,它们还用于互连计算机网络。


多模光纤电缆有四种类型,以“ OM”(光学多模)标识。行业协会将它们指定为OM1,OM2,OM3和OM4。它们由ISO / IEC 11801描述。OM4的标准已由TIA / EIA 492AAAD批准。每个OM都有一个最低的模态带宽要求。


另外,可以制造光缆以符合安装在气室中的行业标准要求。它们用于具有特殊材料和护套材料的建筑物内部。被称为“充气电缆”,在着火时满足火焰和毒性要求。


单工和双工光纤


单面光缆结构包含一束玻璃。在设备之间仅需要一条发送和/或接收线的情况下,或者在使用多路复用数据信号时(单根光纤上的双向通信),通常使用单工光纤。


甲双工纤维光缆由玻璃或塑料制成的两条链中的纤维。通常以“ zipcord”构造格式找到,此电缆最常用于需要单独发送和接收的设备之间的双工通信。


光纤技术的其他应用


除了高压电缆结构之外,光纤电缆组件制造商还创建:


“连体”结构(两条电缆并排,每条电缆都有自己的护套)


混合电缆(铜电缆)


捆绑和复合电缆构造,包括其他光纤,铜缆或有时包括功率对电缆


较短的“跳线”或“光纤跳线”用于互连服务器机房,电信机柜或数据中心中的各种电子设备。


光纤在我们日常生活中的用途


您可能已经看到塑料纤维在装饰应用中带有彩色灯光。您可能没有看到的是真正的玻璃光纤电缆,这些电缆现在已成为我们通信和计算机网络的基础。数千英里已安装的光缆在地下,隧道,建筑物墙壁,天花板和其他您看不见的地方承载着多种类型的信息。例如,在我们的日常生活中使用光纤的例子包括:


计算机网络


广播


医学扫描


军事装备


近年来,出现了其他光纤用途。光纤电缆已成为MAN,WAN和LAN的骨干。趋势是“ FTTX”或“光纤到XXXX”的应用程序。也就是说,例如,Fiber到:


家(FTTH)


路边(FTTC)


前提(FTTP)


建筑(FTTB)


节点(FTTN)


最初,光纤的用途主要是干线电缆,旨在将信号传送到人口稠密的地区。随着时间的流逝,这些电缆已将其范围扩展到了房屋,建筑物等,从而引发了FTTX趋势。


光纤或光缆是通过拉制玻璃制成的柔性透明光纤,通常用作在光纤两端之间传输光并在允许传输的光纤通信中广泛使用的一种手段。比电缆更长的距离和更高的带宽(数据速率)。我是否应该在网络中使用光缆?光纤的优缺点是什么?


光纤电缆的优点


带宽


光纤电缆的带宽比金属电缆大得多。光纤每单位时间可以通过其他传输介质传输的信息量是其最大的优势。


低功耗


光纤的功率损耗低,可实现更长的传输距离。与铜缆相比,在网络中,建议的最长铜缆距离为100m,而对于光纤,则为2km。


干扰


光纤电缆不受电磁干扰。由于电气噪声不会影响光纤,因此它也可以在嘈杂的电气环境中运行。


尺寸


与铜相比,光缆的容量几乎是电缆的4.5倍,而横截面积却小30倍。


重量


光纤电缆比金属线更细更轻。使用相同信息容量的电缆,它们还占用更少的空间。较轻的重量使光纤易于安装。


安全


光纤难以分接。由于它们不辐射电磁能,因此无法拦截发射。由于在物理上窃听光纤需要花费大量技巧来进行检测,因此光纤是可用于承载敏感数据的最安全介质。


灵活性


与相同直径的铜或钢纤维相比,光纤的抗拉强度更高。它具有柔韧性,易弯曲且抗腐蚀铜缆的大多数腐蚀性元素。


成本


与铜不同,玻璃的原料很多。这意味着玻璃可以比铜便宜。


光纤电缆的缺点


难以拼接


光纤难以接合,并且由于散射而导致光纤中的光损失。它们的电缆物理电弧有限。如果弯曲得太大,它们会折断。


昂贵的安装


光纤的安装成本较高,因此必须由专业人员进行安装。它们不如电线坚固。光纤通常需要专用的测试设备。


高度易感


光纤电缆是一种小型且紧凑的电缆,在安装或施工过程中极易被割破或损坏。光纤电缆可以提供巨大的数据传输能力。因此,当选择光纤电缆作为传输介质时,有必要解决恢复,备份和生存性问题。


不能弯曲


光纤上的传输需要间隔一定距离进行重复。当光纤缠绕在几厘米半径的曲线上时,可能会折断或造成传输损耗。


光纤电缆既有优点也有缺点。但是,从长远来看,光纤将替代铜。在当今的网络中,光缆变得比以前更普及并得到了广泛的使用。


当您构建需要长距离,高速和/或高带宽连接的网络时,毫无疑问:光缆赢得了胜利。要了解为什么以及铜缆仍然是最佳解决方案,了解两者之间的差异非常重要。六类电缆-蓝色两种电缆类型均以不同的方式传输数据。铜沿其金属线携带电脉冲。另一方面,光纤沿着柔性玻璃丝传递光脉冲。这种差异通常意味着光纤是新网络或升级网络的最佳解决方案,因此值得进行较大的前期投资。


IT专业人员选择光纤的5个原因


1.光纤传输速度更快


测量数据传输速率的标准方法是通过带宽。如今,它以每秒千兆位数据(Gbps)或什至每秒兆位(Tbps)的形式进行度量。


目前,基于铜的传输最大速度为40 Gbps,而光纤可以以接近光速的速度传输数据。实际上,施加在光纤上的带宽限制主要是理论上的,但已经过测试,每秒可以测量数百个兆位。


2.光纤传输可以覆盖更大的距离


基于铜的信号和基于光纤的信号都会受到衰减的影响,或者整个距离上的波形信号也会减弱。但是,光缆可以在更长的距离上传输数据。实际上,差异是巨大的。


根据现行标准,铜电缆的长度限制为100米(〜330英尺)。从理论上讲,更长的距离是可能的,但可能会带来其他问题,从而阻止铜成为更大距离下的可靠传输方法。取决于电缆的信号和电缆类型,光纤电缆可以传输长达24英里的距离!


3.光纤电缆不受电磁干扰(EMI)的影响


就其本质而言,铜网络连接中的电信号会在电缆周围产生干扰场。当多根电缆彼此靠近时,该干扰会渗入附近的电缆中,从而妨碍所需的消息传递。这被称为串扰,可能会导致消息的昂贵重传,甚至带来安全风险。


光纤中的光传输不会产生任何EMI,因此光纤缠绕起来会更安全,并且需要更少的重新传输,最终导致更强的ROI。


4.节省空间并增强电缆管理


光纤束非常窄。实际上,它们的测量单位是微米或百万分之一米。最常见的光纤束直径与人发直径相同。然而,正如我们所看到的,与不那么狭窄的铜缆相比,它们可以以更高的速度和更长的距离传输大量数据。光纤电缆确实需要保护性护套,这会将它们“固定”到至少两毫米的宽度。


一根标准的6类铜电缆大约是该宽度的四倍,并且可以承载一部分数据。使用光纤时,它占用的空间要少得多,并且更灵活(因此更易于管理)。


减小电缆尺寸可以带来额外的好处:释放的空间可以使数据中心的冷却空气更好地流通,可以更轻松地访问所插入的设备,并且通常看起来更美观。


5.光纤是面向未来的


每年,我们消耗的数据量以及带宽需求都在增加。投资于现代的光纤布线基础设施将使您的网络能够以未来的速度运行,而无需更换电缆。


结构化环境中的坚固多纤骨干网将持续数年(甚至数十年),并且可能会继续支持不断增长的带宽需求。另一方面,铜类别规格的平均寿命为五年以上。


还请记住,随着时间的流逝,使用电缆的技术和设备(交换机,信号光学设备,服务器等)通常会降低成本。因此,将来高端连接可能会变得更加负担得起。


光纤电缆不是“银弹”解决方案。它比铜贵,因此应在适当的地方使用。通常,在建筑物之间以及建筑物各层之间互连设备时,它最适合。


Copper的较低成本使其更适合于需求较小的应用,例如台式机和设备。较小的网络,配线间和较低优先级的流量都可以使铜缆应用良好。还应考虑到在某些情况下可能已经存在大量铜,从而进一步降低了总体成本。


IT专业人员选择光纤或铜缆的要点


网络的正确介质实际上取决于需求。但是,如果您对带宽的需求很大,那么投资健壮,可扩展的基础架构将是物有所值的。


如我们所见,光纤布线通过其更快的速度,更高的耐用性,更清晰的信号传输以及更小的物理占用空间而带来了更大的投资回报。铜缆有其应用,将有助于降低前期成本。面向未来增长的组合方法非常适合您。

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