Hlavní navigace

Bezvláknová optika

Karel Kulhavý

Komunikace po optickém vlákně je skoro tak stará jako lidstvo samo. Nicméně lidé jsou různí a v poslední době se objevili i takoví nenechavci, co z optických sítí vlákna odstraňují a koukají se, co to udělá. Aby jim to ale fungovalo, musí přitom řešit více problémů, než by se zdálo.

Bezvláknová optika je přenosová technologie sestávající z dvou optických hlavic a značné vzdálenosti ve volném prostoru mezi nimi, která bývá vyplněna různými okultními médii jako mlha, déšť, kroupy, sníh, nebo občas i čistý vzduch. Každá hlavice vysílá svazek světla, který dopadá kamsi do prostoru druhé hlavice, a ta se z něj snaží část pochytat a dekódovat, co chtěl básník na druhé straně svými světelnými záblesky říci.

Předpokládejme, že přenášíme ethernetové rámce. Na ethernetu chodí po sobě tyto elementární signály: mezirámcová mezera (IFG, ticho, žádná výchylka), preambule (preamble, 5MHz bedna kladných a záporných výchylek), značka začátku rámce (SFD), pak obsah paketu (střídající se +- (bit 0) a -+ (bit 1) s délkou bitové doby 100ns, tedy cosi mezi 5 a 10MHz), a na konci značka konce rámce (nejméně 200ns trvalé kladné výchylky) a zase ticho (bez výchylky). Tento formát se pro optický přenos nehodí. V dlouhých mezerách ticha by totiž přijímač nevěděl, zda to, co přijímá, má považovat za šum (a ignorovat ho), nebo za slabý signál (a rozpoznávat kladné a záporné výchylky a posílat je do síťovky). Nehledě na to, že na dvou blízko instalovaných linkách vzniká nedokonalostí optiky přeslech a během ticha by jedna linka chytala data z linky druhé, a kdyby pak do toho přišel paket, všechno by se zmršilo dohromady a paket by se ztratil. Podobná situace nastane také při silné mlze a obousměrném provozu, kdy se od mlhy kus dat odráží zpátky.

Proto se mezi rámce vkládá 1MHz kmitočet. Takže během paketu dioda bliká rychle a mezi pakety pomaleji trvalým kmitočtem 1MHz. Na vysílači je obvod, který rozpoznává paket přicházející ze síťovky podle častých změn, a podle toho, zda je paket, nebo ticho, pouští do linky 1MHz, nebo signál zopakovaný ze síťovky. Přijímač přijímané impulsy párkrát natáhne a obrátí a vyjde mu, zda se zrovna přijímá pomalý signál, nebo rychlý, a podle toho opět do síťovky pošle buď přijímaný signál, nebo ticho. Při tomto procesu se ztratí pár bitů z preambule, ale to nevadí, protože to norma IEEE802.3 dovoluje. A preambuli obnoví každý switch nebo router. Repeatery preambuli neobnovují, a proto je také normou stanoven maximální počet repeaterů na ethernetové síti. Repeater obnovuje pouze časování paketu – tedy odstraňuje jitter.

Jitter je pojem, který označuje odchylku náběžné hrany od ideálního časového okamžiku, v kterém měla přijít. Rozlišujeme jitter deterministický a nedeterministický. Deterministický jitter vzniká reakcí obvodů na různé krátké, po sobě jdoucí bitové vzorky a vyznačuje se tím, že se dá odvodit ze signálu. Aby byl minimální, k tomu je potřeba, aby přenosový řetězec signál nezkresloval. Sem patří i nevyváženost omezovačů, která se projevuje tak, že se k signálu s omezenou šířkou pásma nedokonalostí obvodů přičte konstantní úroveň, která posune náběžné hrany jedním a sestupné druhým směrem, takže například kladné výchylky budou trvat déle než záporné (nebo naopak).

S jitterem souvisí i termín eye pattern. Je to obrázek, který člověk dostane, když si přijímaný signál zobrazí na osciloskopu. V diagramu mají jednotlivé bitové doby tvar očí. Podle tloušťky čar v místě průchodu napěťovou nulou se dá krásně odečíst jitter a na obrázku jsou vidět i další parametry signálu jako deformace frekvenční charakteristikou trasy, amplituda šumu a podobně.

Ukázka eye pattern

Nedeterministický jitter je u správně navrženého systému způsoben pouze šumem na přijímacím optickém prvku a počátečním úseku předzesilovače. Šum se přičítá k šikmým hranám signálu a posouvá je nahoru a dolů, ale po ořezání (omezení, kvantizaci) signálu to vypadá, jako by se hrany posouvaly náhodně dopředu nebo dozadu. Zde záleží na šířce pásma předzesilovače. Pokud bude moc malá, hrany signálu budou rozplizlé, ale šum bude zase menší. Pokud bude moc velká, hrany signálu budou ostřejší a nebudou šumem tolik vychylovány, ale šum bude mít zase větší amplitudu, protože se nachytá v širším pásmu. Za optimální šířku pásma se považuje 0.6…1.0-násobek nejvyšší frekvence, s kterou po sobě chodí hrany. Pro 10 Mbps a Manchester modulaci, čili klasický Ethernet, to vychází 12…20 MHz. Pro 100Mbps, 4B/5B (125 MBd) NRZ modulaci (Fast Ethernet) to vychází 75…125 MHz.

V příštím dílu se podíváme na šum a detekci a na tři druhy fotodetektorů vhodné pro aplikaci v bezvláknových systémech – PIN a lavinové fotodiody a EDFA zesilovač.

Našli jste v článku chybu?

7. 11. 2002 0:42

Clock (neregistrovaný)

To nema bejt 10MHz, ale 20MHz. Psal jsem tam nejvyssi rychlosti, s kterou po sobe chodi hrany. U 10Mbps s manchester modulaci je ta rychlost hran 20MHz.

Vitalia.cz: Vady očí, o kterých nevíme, jsou nejhorší

Vady očí, o kterých nevíme, jsou nejhorší

Lupa.cz: Proč Stream netočí jen Kancelář Blaník?

Proč Stream netočí jen Kancelář Blaník?

120na80.cz: 5 nejčastějších mýtů o kondomech

5 nejčastějších mýtů o kondomech

Měšec.cz: Jak levně odeslat balík přímo z domu?

Jak levně odeslat balík přímo z domu?

DigiZone.cz: Co chtějí operátoři při přechodu na DVB-T2?

Co chtějí operátoři při přechodu na DVB-T2?

Lupa.cz: Co se dá měřit přes Internet věcí

Co se dá měřit přes Internet věcí

120na80.cz: Co všechno ovlivňuje ženskou plodnost?

Co všechno ovlivňuje ženskou plodnost?

Lupa.cz: Teletext je „internetem hipsterů“

Teletext je „internetem hipsterů“

Podnikatel.cz: Chaos u EET pokračuje. Jsou tu další návrhy

Chaos u EET pokračuje. Jsou tu další návrhy

DigiZone.cz: Rádio Šlágr má licenci pro digi vysílání

Rádio Šlágr má licenci pro digi vysílání

Podnikatel.cz: K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

K EET. Štamgast už peníze na stole nenechá

Root.cz: Certifikáty zadarmo jsou horší než za peníze?

Certifikáty zadarmo jsou horší než za peníze?

Lupa.cz: Insolvenční řízení kvůli cookies? Vítejte v ČR

Insolvenční řízení kvůli cookies? Vítejte v ČR

Podnikatel.cz: Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Vitalia.cz: Taky věříte na pravidlo 5 sekund?

Taky věříte na pravidlo 5 sekund?

Měšec.cz: U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Podnikatel.cz: Udávání kvůli EET začalo

Udávání kvůli EET začalo

Vitalia.cz: Spor o mortadelu: podle Lidlu falšovaná nebyla

Spor o mortadelu: podle Lidlu falšovaná nebyla

Lupa.cz: Propustili je z Avastu, už po nich sahá ESET

Propustili je z Avastu, už po nich sahá ESET