CuprinsCuprins.1Introducere . 2

Avantajul multiplexoarelor. 3

Metode de multplexoare in sistemele cu muticanale .4

Multiplexarea prin divizarea frecventei.5

Legǎtura de capacitate dintre douǎ puncte.7

Reţelele largi şi de distribuţie . 8

Reţelele locale cu acces multiplu .11

Componentele multipexǎrii şi demultiplexǎrii . 13

Multipexoarele şi demultiplexoarele luminii .13

Standardele pentru multiplexare prin divizarea lungimii de undǎ .17

Standardul G.692 pentru legǎturile dintre douǎ puncte MDU .17

Multiplexarea subpurtǎtoarei . 18

Sistemele coerente cu multiplexarea subpurtǎtoarei. 20

Sistemele cu multiplexarea subpurtǎtoarei cu multe lungimi de undǎ . 22

Multiplexarea prin divizarea codului . 23

Multiplexarea canalului de comunicaţie . 25

Dispozitive de multiplexare a imaginilor.30

Demultiplexoare.30

Referinţe bibliografice .31

Concluzie.32

- 1 -

INTRODUCERE

Un multiplexor este un circuit logic combinaţional cu mai multe

intrări şi o

singură ieşire. El acceptă mai multe date de intrare, permiţând

doar uneia dintre

ele să treacă la un moment dat spre ieşire. Deoarece face o

selecţie de date,

multiplexorul mai este denumit SELECTOR DE DATE. Ordinea de

transmitere a

datelor spre ieşire este hotărâtă de una sau mai multe intrări de

dirijare a

informaţiei, numite intrări de selecţie.

Putem compara multiplexorul cu o gară cu mai multe linii pe

care se află trenuri care trebuie să o părăsească într-o anumită

ordine, între două gări existând o singură linie.

În sistemele de comunicaţii prin fibre optice lărgimea benzii semnalului poate

fi mai mare de câţiva THz, datorită frecvenţei purtătoare mari, asociate cu

purtătoarea optică. Astfel, şi viteza de transmisie a informaţiei în biţi poate fi de

ordinul a câţiva Tb/s, dar, practic, este limitată până la 40 Gb/s sau mai puţin, datorită

dispersiei fibrei optice sau a limitărilor impuse de electronică, menţionate în capitolul

precedent. Cea mai simplă soluţie pentru a majora viteza de transmisie este utilizarea a

mai multor canale prin aceiaşi fibră, fiecare fiind modulat cu purtătoarea proprie.

Frecvenţele purtătoare fiind separate destul încât să nu aibă loc suprapunerea

canalelor modulate în domeniul de frecvenţă. La receptor canalele sunt demultiplexate

cu ajutorul componentelor speciale ca filtre trece bandă sau reţele optice. Anume

sistemele de tipul menţionat sunt sisteme de comunicaţii cu multe canale prin fibre

optice. Ele au atras atenţia deosebită, în particular, în contextul detecţiei coerente,

ceea ce permite spaţiul canalului relativ mic (sub valoarea de 10 GHz).

- 2 -

Deoarece numărul de stări logice distincte ale intrării de

selecţie trebuie să fie egal cu numărul de intrări de date N,

numărul de intrări de selecţie poate fi calculat din relaţia:

numărul intrărilor de selecţie = log2N

Multiplexorul de bază este şi cel mai simplu, având două

intrări de date şi

o intrare de selecţie (log22 = 1). Funcţia de transfer a

multiplexorului poate fi scrisă ca o sumă de produse a termenilor

care furnizează un 1 logic la ieşire, în care variabilele de intrare

sunt Io, I1 şi S (selecţie) iar variabila de ieşire este z. Condiţia

impusă este aceea ca la ieşire să fie transferată informaţia de la

intrarea Io dacă S = 0 şi cea de la intrarea I1 dacă S =1.

În mod analog, pot fi gândite scheme de multiplexoare cu

patru, opt sau şaisprezece intrări, multiplexoare care sunt

realizate sub formă integrată.

Multiplexoarele ne ofera avantajul de a urmari de la 6 la 12 camere simultan.

In plus, taoate camere conectate sunt inregistrate pe o singura caseta video.

Imaginile pot fi vizualizate pe intreg ecranul, asigurandu-se o rezolutie de calitate.

Pe langa acestea  multiplexoarele ne ofera urmatoarele facilitati:

usor de manevrat de utilizator

meniu de instalare usoara

imagini video de inalta performanta

detectie digitala a miscarii

functie timp – eveniment

compatibile cu multe tipuri de VCR

decodare a mai multor formate de inregistrare.

Multiplexorul selcteaza o iesire din “n” intrari (n-2, 4, 8 sau 16 ). Selectia liniei de iesire se face cu semnale de control.

Multiplexoarele (MUX) se utilizeaza de exemplu in microprocesoarele ( ) Intel 8088 pentru transmiterea la una si aceiasi intrare a a adreselor si/sau a

- 3 -

datelor ce pernite micsorarea considerabila a numarului de pini a circuitului integrat. In sistemele de comanda ( ) multiplexoarele se monteza la obiectele indepartate pentru a asigura transmiterea informatiei pe unul si acelasi circuit consecutive de la mai multe traductoare.

Implimentarea schematica a circuitului unui (MUX) simplificat pina la 1 intrari.

F=E(ABD +ABD +ABD +ABD )

Multiplexor cu patru intrari digitale.

Pentru generarea semnalelor de intare (D D ) a celor de comanda (A-B) si semnalul de activare (E) se va utilize generatorului de cuvinte

Cind A=0 , B=0 , =1 si se selecteaza D - la iesire ajunge semnalul de la intrare DCind A=0, B=1, si se selecteaza linia DDaca E=1 se inhiba operatia intregului system.

În continuare vor fi analizate diferite tipuri de sisteme de comunicaţii cu

multe canale, concepţiile de bază, precum şi aplicaţiile practice.

METODE DE MULTIPLEXARE ÎN SISTEMELE CU MULTE CANALE

Pentru transmiterea a mai multor canale de informaţie se foloseşte

multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF-FDM) şi multiplexarea prin divizare

de timp (MDT-TDM). în cadrul MDF are loc combinarea a două sau mai multe

- 4 -

semnale de diferite frecvenţe, astfel încât să poată fi transmise toate ca un singur

semnal. Multiplexarea prin divizarea frecvenţei poate fi îndeplinită precum în

domeniul electric, aşa şi în cel optic.

La MDF, în domeniul electric diferite canale sunt create prin modularea

diferitelor purtătoare cu microunde ce sunt combinate pentru a forma un flux

compus de biţi electrici. Apoi acesta se foloseşte la modularea unei purtătoare

optice. Iar la receptor are loc demultiplexarea cu ajutorul metodelor standarde cu

microunde. Această schemă se numeşte multiplexarea subpurtătoarei, deoarece

multiplexarea se îndeplineşte prin folosirea subpurtătoarelor cu microunde.

Schema se foloseşte pe larg în distribuirea video prin televiziunea cu cablu.

MULTIPLEXAREA PRIN DIVIZAREA FRECVENŢEI

Multiplexarea prin divizarea frecvenţei în domeniul optic corespunde

schemei când mai multe purtătoare optice sunt modulate prin folosirea fluxurilor

independente de biţi electrici (ce pot înseşi folosi metodele MDF şi MDT în

domeniul electric) şi apoi sunt transmise prin aceeaşi fibră. La receptor,

semnalul optic este demultiplexat în canale separate, folosind metodele optice

sau electrice. Astfel, prin fibra optică pot fi transmise câteva sute de canale prin

reducerea spaţiului canalului la câţiva GHz, folosind metodele coerente.

Fig.1. Reprezentarea schematică a funcţionării cu multe canale în ferestrele

de transmisie cu pierderi joase ale fibrelor din bioxid de siliciu.

- 5 -

Multiplexarea prin divizare de timp se îndeplineşte în domeniul electric, pentru

a obţine ierarhii digitale în sistemele de comunicaţii. Sistemele optice cu un canal a

cărui purtătoare optică este modulată pentru a transmite întregul flux de biţi MDT

pot purta mai multe canale multiplexate prin divizare de timp. însă această schemă

este dificil de a o implementa pentru viteze de date mai mari de 10 Gb/s, din motivul

limitărilor capacităţii de modulaţie directă a laserului cu semiconductori, precum şi a

electronicii. Ca soluţie este MDT optică, la care câteva semnale optice ce sunt

modulate la viteza B prin folosirea aceleiaşi frecvenţe purtătoare, iar apoi sunt

multiplexate optic pentru a forma semnalul optic compus cu viteza n∙B, unde n este

numărul de canale optice multiplexate. Practic, limitările sunt impuse de dispersia

fibrei ce limitează produsul dintre viteza de transmisie a informaţiei în biţi şi distanţa

de transmisie.

O altă schemă de multiplexare, aplicată în reţelele locale cu acces multiplu, este

metoda spectrului desfăşurat, care este considerată ca multiplexarea prin divizarea

codului MDC-CDM. în acest caz fiecare canal este codificat, astfel încât spectrul său

se desfăşoară pe o regiune mai largă decât cea ocupată de semnalul original. La

receptor, semnalul este demultiplexat în pre zenţa altor canale, fiind cunoscut codul

utilizat la emiţător.

Multiplexarea prin divizarea frecvenţei (precum şi multiplexarea prin divizarea

lungimii de undă) este o tehnologie de bază a reţelelor optice de comunicaţii, metoda

în care fibra optică se foloseşte pentru transmisia a mai multor canale separate şi

independente. Principiul este similar celui folosit la acordarea televizorului la unul

din multiplele canale. Fiecare canal ce este transmis pe o frecvenţă radio individuală

este selectat cu ajutorul dispozitivului de acordare, care prezintă un circuit de

rezonanţă din televizor.

O altă cale de studiere a MDF sau MDU este considerarea că fiecare canal

constă din lumină de diferite culori. Există un şir de varietăţi ale multiplexării prin

divizarea lungimii de undă. Cea mai simplă formă este transmiterea a două canale

în diferite ferestre de transmisie (vezi figura 1) ale fibrei optice. De exemplu,

- 6 -

folosirea lungimii de undă 1,31 μm, iar alta de 0,85 μm sau de 1,31 μm şi de 1,55

μm, după cum este reprezentat în figura 2. Spaţiul canalului este destul de mare (250

nm), în această schemă fiind folosită doar pentru două sau trei canale. Se aplică şi la

transportul semnalelor video pentru monitorizare de securitate.

Fig. 2.Schema cea mai simplă a sistemului cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă.

Acest tip de sistem poate fi construit folosind componente relativ simple şi

ieftine, fiind aplicat pe larg. O atenţie deosebită se acordă reducerii spaţiului canalului

pentru sistemele cu multe canale (până la câţiva GHz, adică 0,01 nm), fiind menţionate

ca MDU densă-DWDM. Practic, canalul optic are o lărgime de ordine a l nm.

Lărgimea canalului depinde de mulţi factori ca: lărgimea de linii de modulaţie a

emiţătorului, stabilitatea şi toleranţa altor componente în sistem.

Sistemele cu MDF pot fi clasificate în trei categorii menţionate în capitolul 8 în

contextul arhitecturii de sistem. Acestea sunt:

- legăturile dintre două puncte;

- reţelele largi şi de distribuţie;

- reţelele de arie locală LAN.

Legătura de capacitate înaltă dintre doua puncte

- 7 -

Cu ajutorul multiplexării prin divizarea lungimii de undă poate fi majorată

capacitatea de transmisie a legăturilor dintre două puncte prin fibre optice. Astfel,

poate fi majorată doar viteza totală de transmisie a informaţiei în biţi. Aceasta fiind

cu totul diferit de rolul MDU în reţelele locale şi în sistemele de distribuţie, în care

informaţia este distribuită prin metode de comutare. Principiul de funcţionare al

legăturilor dintre două puncte de capacitate înaltă pe baza MDU este prezentat mai

jos.

Fig.3. Funcţionarea schematică a legăturii dintre două puncte cu multe canale prin fibră optică.

Semnalul multiplexat este injectat în fibra optică, prin care este transmis spre

celălalt capăt al legăturii. Acolo, cu ajutorul demultiplexorului, are loc

direcţionarea fiecărui canal spre receptorul propriu. Adică, se folosesc perechi

emiţător-receptor separate pentru transmisia şi recepţionarea semnalelor la lungimile

de undă, 1, 2, 3 ...N. Produsul dintre viteza de transmisie a informaţiei în biţi şi

distanţa de transmisie B∙L pentru astfel de legături poate fi descris în felul următor :

B∙L = (B l+B2 + B3+... + Bn)∙L.

(1)

O astfel de majorare a produsului B∙L este imposibilă pentru sistemele cu un

canal, datorită limitărilor impuse de dispersia fibrei.

- 8 -

Capacitatea de transmisie a legăturilor cu multe canale depinde de câţiva factori

importanţi ca:

- spaţiul dintre canale;

- lărgimea benzii fibrei ce poate fi accesată de atare sisteme.

Regiunea cu pierderi joase ale fibrelor moderne se extinde la peste 14 THz

pentru fereastra lungimii de undă de 1,3 μm şi de 15 THz pentru 1,55 μm, după cum

este reprezentat în figura 1. De exemplu, pentru un sistem cu modulaţie în intensitate

şi detectare directă cu spaţiul dintre canale de 10 GHz la canalele de 2,5 Gb/s, când se

aplică metodele detecţie coerente pot fi acomodate 1500 de canale. Viteza efectivă de

transmisie a informaţiei este de 3,75 Tb/s. Considerând că semnalul poate fi transmis

la peste 80 km fără amplificare optică sau fără repetare, atunci produsul B∙L este de

375 Tb/s - km, la aplicarea schemei de multiplexare prin divizarea lungimii de undă.

Reţelele largi şi de distribuţie

Prin intermediul reţelelor largi şi de distribuţie are loc distribuirea informaţiei,

respectiv, către un şir de abonaţi. De exemplu, distribuirea canalelor televizate printr-o

şină optică sau printr-o stea de distribuţie, în acest mod, toţi abonaţii recepţionează

toate canalele, selectându-şi unul particular cu ajutorul schemei de demultiplexare.

Fig.4. Reprezentarea schematică a distribuţiei prin cuplorul stea de

distribuţie,

ce separă ieşirea fiecărui emiţător în părţi.

- 9 -

Conform schemei, fiecare canal este transmis cu o lungime de undă

individuală emiţătorului respectiv. Iar ieşirile emiţătoarelor sunt combinate prin

intermediul unei stele pasive către receptoarele abonaţilor. Abonatul recepţionează

pachetul întreg de programe, selectându-1 pe cel dorit cu ajutorul schemei de acordare.

În figura 5 este reprezentată configuraţia stelei pasive sau reflective, care se

aplică în câteva sisteme experimentale. Acestea suportă mult mai multe canale de

amplificare decât reţelele şină. După cum se observă din figura 5, fibrele separate

conectează fiecare staţie cu steaua pasivă.

Toate semnalele sunt combinate (mixate) şi transmise printr-o fibră, iar apoi

sunt divizate direct în l/n părţi către fiecare staţie. Semnalul de ieşire este redus cu

10∙lg n, unde n este numărul de staţii. O trăsătură specifică a cazului dat este că steaua

pasivă se consideră o caracteristică foarte importantă pentru mărirea fiabilităţii.

Fig. 5. Schiţa configuraţiei stea pasivă.

Potenţialul unor atare reţele descrise a fost demonstrat printr-un şir de

experienţe. De exemplu, aplicarea stelei de distribuţie 8x8 pentru distribuirea a 7

canale cu spaţiu între ele de 15 nm. Receptorii folosind un filtru acordabil mecanic cu

lungimea benzii de 10 nm şi cu un diapazon de 400 nm. în acest caz, se folosea

detectarea directă la 280 Mb/s. în altă experienţă folosirea parţială a stelei 128 x 128

a deservit un mare număr de abonaţi cu 16 canale de 26 b/s, sau a 100 de canale cu

viteza de 622 Mb/s.

Reţelele de acest tip sunt limitate de pierderile de distribuţie şi de inserţie. După

cum s-a menţionat ca în pierderile de distribuţie a şinelor optice cresc rapid odată cu - 10 -

creşterea numărului de branşe, în cazul reţelei stea pasivă pierderile de distribuţie

sunt mult mai mici pentru o stea de dimensiune N x N. Puterea medie

recepţionată de către fiecare abonat PR poate fi descrisă ca :

PR=(PT / n)∙(1-δ)∙(1-Pc)

(2)

Unde : P T - puterea medie transmisă, δ - pierderile de inserţie a fiecărui cuplor

direcţional din stea, Pc -include şi pierderile la conectori.

Pentru funcţionarea satisfăcătoare a reţelei este necesar ca puterea recepţionată

PR să fie mai mare decât sensibilitatea receptorului Prec. Exprimând sensibilitatea

receptorului ca Prec = nf ∙h∙v∙B şi considerând PR = Prec în ecuaţia (2), obţinem

lărgimea benzii efective ca :

(3)

B∙n= (PT / nf ∙h∙v∙B )∙(1-δ)∙(1-Pc)

De exemplu, pentru receptoare coerente valoarea lui nf este de 100, iar

puterea transmisă este limitată la l mW. Energia fotonului este de 0,8 eV pentru

sistemele de 1,55 μm. Astfel, determinăm că pentru steaua fără pierderi se asigură

un produs B∙n =78 Tb/s, iar la detectarea directă nf =1000 şi B∙n =7,8 Tb/s.

Valorile practice sunt mai mici datorită pierderilor de inserţie şi a altor pierderi.

Aceste probleme ale pierderilor de distribuţie sunt rezolvate prin folosirea

amplificatoarelor optice. Intr-o experienţă, prin folosirea amplificatoarelor dopate cu

erbiu a fost posibilă aplicarea reţelei stea de distribuţie pentru 39,5 milioane de

abonaţi. Au fost folosite 12 lasere cu o configuraţie închisă distribuită cu spaţiul dintre

lungimile de unde de 2 nm. Fiecare laser era modulat la 2,2 Gb/s. Acest sistem este

capabil să transmită 384 de canale video digitale la toţi abonaţii.

Amplificatoarele s-au folosit doar pentru compensarea pierderilor de distribuţie,

asigurând, totodată, destulă putere pentru demodularea semnalului, într-o altă

experienţă, o reţea stea de distribuţie cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă

- 11 -

permitea deservirea a 43,8 milioane de abonaţi. Viteza de operare este de 39,81 Gb/s

într-un spaţiu de 527 km.

Reţelele locale cu acces multiplu

Spre deosebire de reţelele de distribuţie, reţelele locale cu acces multiplu

permit accesul bidirecţional haotic către fiecare abonat. Fiecare abonat poate primi şi

transmite informaţie către toţi ceilalţi utilizatori ai reţelei (de exemplu, reţele

telefonice, reţele LAN de computere). Când se foloseşte o singură purtătoare optică,

abonaţii sunt acomodaţi prin schema multiplexării prin divizarea de timp împreună

cu metodele comutării pachetelor. Adică, este necesar de a stabili regulile de

protocol pentru funcţionarea satisfăcătoare a reţelelor LAN prin folosirea

topologiilor şină, inel sau stea. Iar aplicarea multiplexării prin divizarea frecvenţei

permite noi arhitecturi pentru reţelele locale în care opţiunile comutării, direcţionării

sau distribuirii frecvenţelor purtătoare conduc spre reţelele complet conectate şi

neblocabile.

În figura 6 este ilustrată schematic o reţea-stea de distribuţie ce se foloseşte la

distribuirea semnalului către toate nodurile. Fiecare nod are câte un emiţător de o

lungime de undă individuală şi câte n receptoare care funcţionează la n lungimi de

undă aplicate în reţea pentru fiecare din "n" utilizatori.

După cum se observă din figura 6, fiecare utilizator recepţionează

întregul trafic al reţelei, ceea ce creează o reţea fără blocare şi complet conectată, în

dependenţă de aplicaţiile necesare, capacitatea şi conectivitatea reţelei poate fi

reconfigurată electronic, fiind transparentă pentru viteza de transmisie a informaţiei în

biţi sau formatul de modulaţie. Adică, diferiţi utilizatori pot transmite date cu diferite

viteze şi cu diferite formate de modulaţie.

Ca exemplu de aplicaţie poate servi transportul traficului de voce în reţelele

de telecomunicaţii în oficii, într-o aplicaţie au fost transmise 18 canale ce

funcţionau la 1,5 Gb/s cu o distanţă de transmisie de 57,8 km fără penalităţi de

putere .

- 12 -

Fig. 6. Schiţă a arhitecturii reţelei de tip stea, în care nodul fiecărui

utilizator

are câte un emiţător de lungime de undă individuale şi n

receptoare

ce etectează semnalele de la toţi ceilalţi abonaţi.

Astfel de reţele optice pasive sunt utilizate în industria telecomunicaţiilor în

legăturile pentru abonaţi, unde oficiul central dirijează semnalele către casele

abonaţilor, în figura 7 este prezentat un exemplu de astfel de schemă, în care se aplică

multiple lungimi de undă pentru dirijarea semnalelor în legătura telefonică locală.

- 13 -

Fig. 7. Reprezentarea schematică a diagramei bloc a reţelei optice

pasive pentru legături cu abonaţii.

Oficiul central constă din n emiţătoare la lungimile de undă λ1, λ2, λ3,... λn

şi n receptoare la lungimile de undă λn+1, λn+2, λn+3,... λ2n în reţeaua cu n abonaţi.

Semnalele spre şi de la fiecare abonat sunt transmise pe lungimi de undă diferite. Cu

ajutorul nodului de dirijare are loc demultiplexarea semnalului către abonaţi,

precum şi multiplexează semnalele transmise de abonaţi către oficiul central.

Comutatorul oficiului central are rolul de dirijare a semnelor în dependenţă de

lungimile de undă. Acest tip de legătură optică pozitivă se aplică în telecomunicaţii.

COMPONENTELE MULTIPLEXĂRII ŞI DEMULTIPLEXĂRII

Pentru aplicarea schemei multiplexării prin divizarea frecvenţei în sistemele de

comunicaţii prin fibre optice sunt necesare anumite componente optice. Printre

acestea pot fi menţionate:

- laserele acordabile cu semiconductori a căror lungime de undă poate fi ajustată

pentru a selecta frecvenţa purtătoare la emiţător. De asemenea, se aplică şi

la receptorul coerent, pentru selectarea canalului prin acordarea oscilatorului local;

- multiplexoarele lungimilor de undă, care combină ieşirea câtorva emiţătoare

optice;

- demultiplexoarele care separă semnalul optic cu multe canale de la ieşirea fibrei în

canale individuale;

- cuploarele stea care mixează ieşirile a câtorva emiţătoare şi distribuie

semnalul obţinut către receptoare;

- filtrele optice acordabile, care filtrează un canal la o frecvenţă purtătoare

specifică care poate fi acordată.

Multiplexoarele şi demultiplexoarele luminii- 14 -

Superficial, combinarea luminii emise de diferite surse într-un flux pare a fi

simplu, în electronică este posibilă îmbinarea simplă şi aproape fără pierderi a

diferitor semnale de la surse, pe când în optică avem altă situaţie.

De exemplu, utilizarea cuploarelor pasive permit cuplarea luminii anume cum

este necesar, însă la fiecare îmbinare a două fibre într-un cuplor se pierde jumătate de

lumină. Iar când se combină patru semnale din diferite fibre într-o fibră, cu ajutorul

cuploarelor simple, fiecare canal individual de la ieşirea combinată, va fi de patru ori

mai slab decât iniţial. Iar la combinarea a 64 de semnale prin această metodă are

loc slăbirea puterii originale a fiecărui canal de 1/64 ori (adică 18 dB pierderi).

O altă metodă se aplică la utilizarea semnalelor cu diferite lungimi de unde

combinate, cu ajutorul reţelelor speciale ce permit integrarea lor cu mult mai puţine

pierderi. De exemplu, reţelele în ghidul de unde AWG permit combinarea până la 64

canale cu pierderile totale de 5 dB. Folosirea lor în sistemele cu MDU permit

operarea la distanţe de ordinul a 70 km fără amplificatoare, însă deoarece aceste

dispozitive sunt scumpe, este posibil de a construi sisteme ce folosesc un singur

dispozitiv cu reţea pentru multiplexare şi pentru demultiplexare, în dependenţa de

direcţia propagării datorită reciprocităţii undelor optice. în sistemele cu puţine canale

pot fi folosite şi cuploarele simple, pe când în cele cu multe canale sunt necesare

dispozitive cu reţele sau un amplificator plasat după multiplexor.

Fig.10. Schema multiplexorului integrat a patru canale pe baza a trei

interferometre Mach-Zehnder.

- 15 -

În figura 10 este reprezentată concepţia de bază a multiplexorului de 4

canale, care constă din trei interferometre Mach-Zehnder (MZ). O parte a fiecărui

interferometru MZ este confecţionată mai lungă decât cealaltă, pentru asigurarea

deplasării fazei dependente de lungimea de undă dintre cele două părţi. Diferenţa

lungimilor traiectoriilor este aleasă, astfel încât puterea totală de intrare la cele două

porturi la diferite lungimi de unde să apară doar la un port de ieşire. Asemenea

structură poate fi fabricată pe un substrat din Si, folosind ghizi de undă din SiO2.

O altă posibilitate de construcţie a multiplexoarelor este folosirea cuptoarelor

direcţionale ale ghidului de undă, care transferă puterea de la un ghid de undă la altul

prin cuplarea câmpului temporar. Astfel de multiplexoare cu pierderi de inserţie mici

sunt preferabile în sistemele MDU, deoarece permit integrarea prin tehnologia

siliciului. O soluţie poate fi elaborarea emiţătoarelor şi a receptoarelor cu multe canale

integrate monolitic, în care sunt deja construite funcţiile de multiplexare şi de

demultiplexare.

Pentru demultiplexare există trei căi:

- divizarea luminii mixate în multe ieşiri mixate şi apoi filtrarea fiecărui port separat;

- divizarea unui singur canal la timpul dorit;

- demultiplexarea întregii legături de canale optice într-o singură operaţiune.

Fig. 11. Reprezentarea schematică a demultiplexoarelor pe bază de reţele

cu:

(a) lentile cu indice gradat şi (b) lentile convenţionale.

- 16 -

Cel mai simplu tip de demultiplexor se bazează pe un element unghiular de

dispersie, astfel ca prisma sau reţeaua de difracţie, care dispersează spaţial lumina

incidenţă în diferite componente ale lungimii de undă, pe când în alte tipuri

demultiplexoare se folosesc filtrele optice şi cuploarele direcţionale selective ale

lungimii de undă. Este necesar de menţionat că demultiplexorul necesită componente

selective ale lungimii de undă.În figura 11 sunt reprezentate schematic două tipuri

de demultiplexoare, care au la bază reţeaua de reflecţie. După cum se observă,

semnalul mixat de intrare este focalizat pe reţeaua de reflecţie, care divizează

diferite componente ale lungimii de undă, iar lentilele le focalizează pe fibrele

individuale.

O problemă ce ţine de demultiplexoarele ilustrate în figura 11 sunt

caracteristicile trece-bandă, care depind de dimensiunile fibrelor optice. Diametrele

miezurilor fibrelor de ieşire trebuie să fie mari, pentru minimizarea pierderilor de

inserţie.

În demultiplexoarele pe bază de filtru se foloseşte fenomenul interferenţei

optice, pentru a selecta lungimea de undă. O peliculă subţire de dielectric care

constă din patru straturi de materiale cu indicele mare şi mic de refracţie (de

exemplu TiO2 şi SiO2), acţionează ca un filtru interferometric. Un interferometru

Fabry-Perot sau Mach-Zehnder, de asemenea, poate fi utilizat ca filtru

interferometric. Astfel de filtre separă semnalul cu două lungimi de undă prin

reflectarea unei lungimi de undă, pe când cealaltă trece. Câteva atare elemente

multiplexoare cu două lungimi de undă pot fi combinate pentru a forma un multiplexor

sau demultiplexor cu multe lungimi de undă. De exemplu, un demultiplexor cu 128

de canale a fost produs folosind 7 filtre MZ conectate în serie. în figura 12 este

reprezentat un divizor pe bază de filtre Fabry-Perot. În această configuraţie sunt unite

în serie divizori de 3 dB care se folosesc la divizarea semnalului mixat în ieşiri egale

(în cazul dat sunt 8 porturi).

- 17 -

Fig. 12. Reprezentarea schematică a configuraţiei de 8 porturi a

demultiplexorului

pe bază de reţea de divizare cu filtre Fabry-Perot.

Apoi este necesar de separat fiecare semnal individual de la celelalte, în

acest caz, separarea este îndeplinită cu ajutorul filtrelor Fabry-Perot. Acestea, la

rândul lor, pot fi substituite cu reţele Fabry-Perot şi circulatoare, ceea ce va majora

precizia selectării lungimii de undă însă la un cost mai ridicat.

STANDARDELE PENTRU MULTIPLEXAREA PRIN DIVIZAREA

LUNGIMII DE UNDĂ

Uniunea Internaţională pentru Telecomunicaţii lucrează asupra unui şir de

proiecte de standarde pentru funcţionarea legăturilor pe baza multiplexării prin

divizarea lungimii de undă, precum şi a reţelelor optice. Deşi ele încă nu sunt

stabilite, în industrie a început adoptarea aspectelor proiectelor de standarde, în

principal, scara lungimilor de undă.

Principalele cauze ale necesităţii de standarde în domeniu sunt:

- în fazele premergătoare noii tehnologii sunt necesari producători de

dispozitive care ar asigura componentele la un preţ rezonabil, în loc de cele obţinute la

comandă şi cu un cost foarte mare. Evident, că sunt necesare standarde în acest caz;

- termenul de construire a sistemelor este mult mai mare în cazul utilizării

echipamentului diferit de la mulţi producători diferiţi. Astfel de echipament necesită - 18 -

standarde pentru a permite operarea între ele. Mulţi oameni implicaţi în acest

domeniu au diferite opţiuni şi puncte de vedere pe lângă puţinele sisteme practice,

adică experienţa este încă foarte mică. Dar cu cât mai devreme vor fi elaborate

astfel de standarde, cu atât mai bine va fi pentru întreaga industrie.

Standardul G.692 pentru legăturile dintre două puncte MDU

Uniunea Internaţională pentru Telecomunicaţii are proiectul standardului

G.692, întitulat "interfeţele optice pentru sistemele cu multe canale cu

amplificatoare optice". Acesta are orientaţia de a acoperi sistemele dintre două

puncte cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă MDU magistrale în care se

folosesc 4, 8, 16 sau 32 canale. Distanţa maximă a legăturii pentru un sistem fără

amplificatoare este de 160 km sau până la 640 km cu amplificare optică.

Proiectul standardului specifică grila de referinţă a lungimii de undă bazată pe

spaţiul de 100 GHz şi cu frecvenţă de referinţă de 193,1 THz (ceea ce este egal cu

1,5535 μm). Utilizatorii sunt liberi de a folosi orice lungime de undă în grilă, precum

şi să selecteze ce parte a spectrului să o folosească. Canalele cu spaţiul neegal sunt

premise asigurând ca lungimea de undă a canalului să fie situată în grilă.

Implementările de sistem tind să folosească :

- 4 canale cu spaţiul de 400 GHz;

- 8 canale cu spaţiul de 200 GHz;

- 16 canale cu spaţiul de 200 GHz;

- 32 canale cu spaţiul de 100 GHz.

Pentru informaţia de dirijare este necesar încă un extracanal. Pentru formatul

de modulaţie, viteza de transmisie a informaţiei în biţi sau protocolul de modulaţie a

acestui canal nu s-a stabilit nici un standard. Utilizatorii pot să aleagă una din

lungimile de undă de 1,31, 1,48, 1,51 sau l,532 μm.

Există şi alte recomandaţii care specifică construirea echipamentului

optic şi a sistemelor folosind un şir de blocuri funcţionale logice.

- 19 -

MULTIPLEXAREA SUBPURTĂTOAREI

Concepţia multiplexării subpurtătoarei (SCM) se foloseşte în comunicaţiile prin

microunde, care implică mai multe purtătoare cu microunde pentru transmiterea

multiplelor canale prin spaţiu sau prin cablul coaxial. Aceste canale sunt

multiplexate prin divizarea frecvenţei în domeniul electric şi au o lărgime a benzii

sub valoarea de l GHz. Dacă semnalul cu multe canale prin microunde este transmis

optic prin fibre, atunci lărgimea benzii semnalului, la folosirea unei purtătoare optice,

este mai mare de 10 GHz. Iar combinarea multiplexării subpurtătoarei şi a

multiplexării prin divizarea frecvenţei, folosind multe purtătoare optice, conduce la

majorarea lărgimii benzii la mai mult de l THz. Astfel, purtătoarea cu microunde

acţionează ca o subpurtătoare pentru purtătoarea optică a semnalului şi metoda se

numeşte multiplexarea subpurtătoarei.

Fig. 17. Reprezentarea schematică a diagramei-bloc a sistemului de

comunicaţie

prin fibre optice cu multe canale cu multiplexarea subpurtătoarei.

În figura 17 este schiţată diagrama-bloc a sistemului de comunicaţii prin

fibre optice ce foloseşte multiplexarea subpurtătoarei. Astfel de sisteme sunt flexibile

şi pot fi perfecţionate în procesul proiectării reţelelor de bandă largă.

- 20 -

Pentru transmisia datelor, semnalelor video sau a vocii către un număr mare de

utilizatori poate fi folosită modulaţia digitală sau analogică (ori combinarea dintre

ele) a semnalului. Semnalul compus în formă electrică obţinut de la combinatorul

cu microunde, se foloseşte la modularea purtătoarei optice. Fiecare subpurtătoare

poate deservi un singur utilizator sau semnalul cu multe canale este distribuit la

toţi abonaţii. Astfel de sisteme au un diapazon larg de aplicaţii, de exemplu

distribuirea canalelor video la televiziunea prin cablu sau legăturile de telecomunicaţii

pentru abonaţi.

Experimental, a fost demonstrat potenţialul sistemelor analogice cu

multiplexarea subpurtătoarei pentru transmisia canalelor video prin fibrele optice. Se

folosesc formatele modulaţiei în amplitudine şi a modulaţiei în frecvenţă, precum şi

multiple amplificatoare ce pot majora bugetul puterii, alocând compensaţii pentru

pierderile mari de distribuţie. De exemplu, într-o experienţă au fost transmise 35 de

canale video cu modulaţie în amplitudine, utilizând amplificatorul fibrei dopate cu

erbiu, ce a majorat puterea de ieşire la 11 dBm, încât bugetul puterii sistemului cu

multiplexarea subpurtătoarei era 16 dB. In altă experienţă au fost transmise 60 de

canale cu modulaţie în frecvenţă şi multiplexarea subpurtătoarei printr-o fibră optică

de 10 km, fără necesitate în amplificare. În acel sistem au fost folosite 60 de

subpurtătoare cu microunde în domeniul de frecvenţă 2,7 - 5,2 GHz cu spaţiul

canalului de 40 MHz. Ieşirile tuturor subpurtătoarelor modulate în frecvenţă au fost

combinate folosind combinatorul puterii microundelor, iar semnalul compus s-a

folosit la modulaţia directă a laserului pe InGaAsP cu lungimea de undă de 1,3 μm.

Rata purtătoare - zgomot de 16,5 dB (ce corespunde ratei semnal - zgomot de 56 dB)

trebuie obţinută cu o amplitudine de modulaţie de doar 2% (m = 0.02) pentru fiecare

canal. Adâncimea de modulaţie combinată a 60 de canale era de 15 %. Deoarece

subpurtătoarele funcţionează cu fazele relative haotice, de aceea adâncimea de

modulaţie pătratică medie totală este egală cu m∙√n pentru sistemul cu n canale, într-

o altă experienţă, 60 canale de video modulate în frecvenţă au fost transmise împreună

cu semnalul digital de 100 Mb/s (fără subpurtătoarea cu microunde). Canalele video

analogice cu multiplexarea subpurtătoarei şi a canalului digital au fost transmise prin - 21 -

modularea aceluiaşi laser. Astfel, s-a demonstrat flexibilitatea multiplexării

subpurtătoarei.

Sistemele coerente cu multiplexarea subpurtătoarei

Sistemele analogice cu multiplexarea subpurtătoarei se bazează pe schema

modulaţiei intensităţii şi detectare directă, deoarece intensitatea laserului este

modulată cu semnalul microunde, iar semnalul optic la receptor este detectat

direct, pentru a obţine semnalul cu microunde. Sistemele date pot beneficia de la

aplicarea tehnologiei detectării directe prin următoarele:

- îmbunătăţirea sensibilităţii receptorului cu 10-15 dB, datorită detecţiei

coerente, ce va majora bugetul puterii cu aceeaşi valoare;

- modularea digitală a subpurtătoarelor, împreună cu detectarea coerentă, va

îmbunătăţi calitatea semnalului, împreună cu o cerinţă redusă pentru rata

subpurtătoare - zgomot.

Ca aplicaţie a sistemelor coerente cu multiplexarea subpurtătoarei poate servi

distribuirea canalelor de televiziune cu definiţie înaltă (HDTV), care necesită o viteză

de transmitere a informaţiei în biţi de 100 Mb/s pentru canal. Schemele de modulare

utilizate pentru subpurtătoarea cu microunde şi pentru purtătoarea optică pot fi

următoarele :

- ambele sunt modulate analogic;

- subpurtătoarele cu microunde sunt modulate analogic, iar purtătoarea optică

este modulată digital;

- subpurtătoarele sunt modulate digital, iar purtătoarea optică este modulată

analogic;

- subpurtătoarele şi purtătoarea optică sunt modulate digital.

Cel mai frecvent, pentru modularea digitală a subpurtătoarei cu microunde se

utilizează formatul codificării cu deplasarea frecvenţei, datorită simplicităţii

implementării, folosind oscilatoarele conduse prin tensiune. Pentru viteza de - 22 -

transmisie a informaţiei de 100 Mb/s spaţiul canalului este de 200 MHz.

Subpurtătoarele modulate prin codificarea cu deplasarea frecvenţei sunt combinate cu

ajutorul combinatorului de putere, amplificate şi apoi la modulatorul fazei care

modulează faza semnalului optic cu undă continuă de la laserul cu semiconductori cu

lărgimea de linie îngustă. La receptor are loc mixarea coerentă a semnalului optic cu

ieşirea oscilatorului local. Frecvenţele purtătoarei optice şi a oscilatorului local sunt

alese, astfel încât să difere cu o valoare a frecvenţei intermediare. Valoarea necesară a

ratei purtătoare-zgomot depinde de schema de demodulare şi este de 16-20 dB.

Practic, puterea oscilatorului local nu este destulă pentru funcţionarea în limita

zgomotului de alice şi din această cauză contribuţiile zgomotului termic trebuiesc

incluse în calcularea ratei purtătoare-zgomot. Diafonia dintre canale, de asemenea,

degradează rata purtătoare-zgomot şi este necesar de a ocoli prin majorarea

spaţiului dintre canale, în majoritatea cazurilor, diafonia devine neglijabilă, când

spaţiul canalului este ales egal cu dublul vitezei de transmitere a informaţiei în biţi B.

Potenţialul sistemelor digitale coerente cu multiplexarea subpurtătoarei a

fost demonstrat într-un şir de experimente. Una din ele constă în transmiterea a 20 de

canale video de 100 Mb/s codificate prin deplasarea frecvenţei prin sistemul cu

multiplexarea subpurtătoarei. Diapazonul de frecvenţe era de 2 - 6 GHz, iar

subpurtătoarele la 2.1, 2.3, 2.5, ..., 5.9 GHz. Utilizarea detecţiei coerente a

îmbunătăţit sensibilitatea receptorului cu 14 dB faţă de cazul detectării directe.

O altă experienţă a permis transmiterea a două canale de 560 Mb/s pe o lungime

de 122 km a fibrei, utilizând modulaţia prin codificarea cu deplasarea amplitudinii a

două subpurtătoare cu microunde la 3,2 şi 5 GHz. Această schemă poate fi utilizată la

transmiterea multiplelor canale la distanţe lungi, folosind un singur laser.

O necesitate a sistemelor cu multiplexarea subpurtătoarei folosite în reţelele de

distribuire a multiplelor canale video este echiparea fiecărui receptor cu un laser ce

funcţionează ca un oscilator local, această schemă fiind destul de scumpă pentru

aplicarea în reţelele locale LAN. însă prin plasarea oscilatorului local la emiţător

este posibilă simplificarea schemei. Adică, un singur oscilator local este folosit de

către toţi abonaţii, astfel reducând considerabil preţul de cost. - 23 -

Utilizarea comună a oscilatorului local împreună cu posibilitatea amplificării

optice, face ca sistemele coerente cu multiplexarea subpurtătorei să fie aplicate la

distribuirea canalelor video cu modulaţie în frecvenţă sau codificate prin deplasarea

frecvenţei către un mare număr de abonaţi.

Sistemele cu multiplexarea subpurtătoarei cu multe lungimi de undă

Combinarea multiplexării prin divizarea frecvenţei optice şi a multiplexării

subpurtătoarei asigură elaborarea reţelelor de distribuţie a serviciilor integrate

(video, audio etc.) către un mare număr de utilizatori, în figura 18 prezentată

schema conform căreia multiple purtătoare optice sunt injectate într-o fibră optică,

utilizând multiplexarea prin divizarea frecvenţei. După cum se observă, fiecare

purtătoare optică (f1, f2, ..., fn) transportă multiple canale deja cu subpurtătoarele de

microunde multiplexate. Unul poate mixa semnalele analogice şi digitale, folosind

diferite purtătoare optice. Reţele de acest tip sunt destul de flexibile şi uşor de

perfecţionat conform cerinţelor crescânde.

Fig. 18. Schema alocării frecvenţelor în reţeaua cu multiplexarea

subpurtătoarei cu multe lungimi de undă.

Într-o demonstraţie de laborator au fost utilizate 16 lasere cu configuraţie

închisă, distribuită cu spaţiul lungimii de undă de 2 nm în banda de 1,55 μm, au fost

modulate în amplitudine cu 100 canale video analogice şi şase canale digitale de 622

Mb/s. Apoi canalele au fost supuse metodei multiplexării subpurtătoarei, astfel încât

un laser deservea 10 canale modulate în frecvenţă în lărgimea de bandă de 300 - 700

- 24 -

MHz. Celelalte şase lasere deserveau şase canale digitale. Semnalul combinat era

divizat în 4096 de părţi, folosind amplificatorul fibrei dopate cu erbiu ce asigura o

majorare de 17-24dB în diapazonul spectral de 34 nm.

Principalele avantaje ale unui asemenea sistem sunt:

- Asigurarea serviciilor multiple ca telefonul, datele computer,canalele digitale şi

analogice de televiziune etc. cu un singur emiţător optic şi un receptor optic pentru

fiecare utilizator, folosind diferite subpurtătoare cu microunde.

- Subpurtătoarele cu microunde pot fi plasate aproape una de alta (< l GHz) şi este

mult mai uşor de stabilizat în frecvenţă.

- Diferitele servicii pot fi oferite fără necesitatea sincronizării.

- Subpurtătoarele cu microunde pot fi procesate folosind componentele

electronice disponibile.

O altă schemă utilizată în atare sisteme constă în alocarea pentru fiecare

utilizator a lungimii de undă individuale şi a frecvenţei subpurtătoarei individuale

pentru transmiterea şi recepţionarea semnalului. Principalul avantaj al multiplexării

subpurtătoarei constă în deservirea a (n • s) utilizatori, unde n este numărul de

lungimi de undă optice, iar s este numărul purtătoarelor cu microunde, folosind astfel

doar 12 lungimi de undă la emiţător, majorând capacitatea reţelei. Prin folosirea

relativ departe a lungimilor de undă (câţiva nm) este posibilă utilizarea detectării

directe, reducând preţul de cost al echipamentului periferic.

MULTIPLEXAREA PRIN DIVIZAREA CODULUI

Metodele multiplexării prin divizarea frecvenţei şi multiplexării subpurtătoarei

pot fi clasificate ca metode planificate cu acces multiplu, după cum diferiţi

utilizatori folosesc reţeaua conform unei destinaţii fixe. însă simplicitatea marşrutizării

datelor dintre utilizatori este obţinută prin utilizarea ineficientă a lărgimii benzii

canalului. Aceasta poate fi depăşită prin aplicarea metodei accesului multiplu

întâmplător, care permite utilizatorilor accesul întâmplător la orice canal în orice

timp. Accesul multiplu cu divizarea codului (AMDC) este una din metodele de - 25 -

transmisie cu spectru extins. Această metodă este destul de bine elaborată în

lumea sistemelor de comunicaţii prin microunde şi asigură o flexibilitate înaltă în

cazurile cu mulţi utilizatori, în aplicaţiile pentru comunicaţiile prin fibre optice metoda

accesului multiplu cu divizarea codului este sugerată ca o posibilă tehnologie în două

roluri:

- reţele cu acces local

- reţele locale ce utilizează mediul optic.

Concepţia spectrului extins şi a metodei accesului multiplu cu divizarea

codului par a fi în contradicţie cu intuiţia normală, deoarece în majoritatea sistemelor

de comunicaţii este tendinţa de a maximiza cantitatea semnalului util într-o lărgime

minimă a benzii, pe când în cazul spectrului extins se îndeplineşte extinderea

artificială a semnalului pe o lărgime a benzii mult mai mare decât cea minimă

necesară pentru transmisie, în metoda AMDC are loc transmisia multiplelor semnale

prin aceeaşi bandă de frecvenţe, utilizând aceleaşi tehnici de modulaţie în acelaşi

timp. în sistemele cu spectru extins sunt aplicate câteva metode artificiale de

extindere a lărgimii benzii utilizate. Extinderea spectrului este îndeplinită prin

intermediul codului care este independent de semnal. Receptorul foloseşte acelaşi cod

pentru a compresa spectrul semnalului şi a restabili datele.

Toate acestea au următoarele efecte:

1. Securitatea datelor.

Metoda spectrului extins a fost inventată în scopul aplicării pentru

comunicaţiile militare pe câmp, avantajul fiind dificultatea interceptării sau a

perturbării intenţionate a semnalului, datorită naturii codificate a lui şi a necesităţii unei

puteri de perturbare foarte mari. De exemplu, metoda cu succesiuni directe rezultă într-

un semnal care este foarte dificil de a-1 deosebi de zgomotul de fond, dacă nu este

cunoscută secvenţa de cod întâmplătoare, special, utilizată la generarea

semnalului. Astfel, nu numai că este dificil de perturbat semnalul, dar este şi extrem

de complicat de a-1 decodifica (în special, când nu posezi cheia). Pe lângă toate

acestea, este necesar de menţionat că este foarte dificil chiar de a detecta semnalul în

scopul de a şti când este transmisă careva informaţie. - 26 -

2. Majorarea capacităţii canalului.

Este cunoscut faptul că pentru puterea dată a semnalului capacitatea

canalului este cu atât mai mare, cu cât este mai largă lăţimea benzii utilizate

(capitolul 1). Astfel, datorită extinderii spectrului dat, are loc majorarea

capacităţii canalului şi/sau îmbunătăţirea ratei semnal-zgomot. Acesta este adevărat

doar pentru unele sisteme de comunicaţii, însă nu pentru toate.

3. Devierea de la interferenţă.

Semnalele cu spectru extins pot fi recepţionate chiar şi în prezenţa semnalelor

de interferenţă foarte puternice şi cu o bandă îngustă (de până la 30 dB mai mari decât

semnalul dorit).

4.Imunitate la distorsiuni cu multe traiectorii. Unele metode cu spectru extins au

performanţe mult mai bune în prezenţa extinderii pe multe traiectorii faţă de orice

metode cu bandă îngustă disponibile.

Multiplexarea canalului de comunicaţie

Sistemele de comunicaţii prin fibre optice sunt capabile să transmită

informaţia cu viteze mult mai mari decât 100 Mb/s, pe când un singur canal de voce

funcţionează la viteza de doar 64 kb/s, iar un canal digital de televiziune - cu 100

Mb/s. Este evident că sistemul cu fibre optice poate transmite simultan mai multe

canale de comunicaţie pentru a utiliza eficient întreaga capacitate a lui. Principalele

metode de combinare a mai multor semnale în scopul de a fi transmise ca un singur

semnal sunt:

- multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF sau FDM = Frequency

Division Multiplexing),

- multiplexarea prin divizarea lungimii de undă (WDM =Wavelength

Division Multiplexing) sau MDF optică;

- multiplexarea prin divizare de timp (MDT sau TDM).

În cazul modulaţiei MDT pentru eşantionarea de exemplu a 24 canale (cadrul

MIC in sistem TI de 125 us) poarta trebuie să fie deschisă pentru 5,2 \lsec pentru a - 27 -

fi transmise simultan prin fibra optică. Această situaţie fiind reprezentată în figura 21

a.

În cazul modulaţiei MDF câteva semnale de frecvenţe diferite pot fi transmise

simultan prin fibra optică, utilizând modularea subpurtătoarei. Fiecare mesaj

trebuie să moduleze diferite subpurtătoare, încât frecvenţele subpurtătoarelor să fie

plasate una faţă de alta la mai mult decât o lăţime a benzii canalului. Astfel, spectrul

canalului nu se va suprapune cu cele vecine, evitând astfel diafonia între ele. Adică

se va evita efectul cuplajului parazit între două circuite de comunicaţii, care se

manifestă prin faptul că semnalele transmise pe unul din circuite (perturbator) sunt

perceptate în celălalt circuit de comunicaţie (perturbat). Fiecare canal ocupă o lăţime

de bandă egală cu două frecvenţe maxime de modulaţie ωm , jumătate de bandă fiind

sub frecvenţa subpurtătoarei ωsp, iar cealaltă - jumătate deasupra ei, după cum este

reprezentat în figura 21 b.

Astfel fiind separată subpurtătoarea, se va preveni suprapunerea ei. Canalele de

informaţie sunt separate după detectarea fotoelectrică la receptor cu ajutorul filtrelor.

Numărul de canale este limitat de lăţimea benzii fibrei optice.

Orice nelinearităţi ale caracteristicii putere-curent, de asemenea şi ale sistemului

de comunicaţie (emiţătorul, detectorul fotoelectric, circuitul de recepţie), trebuie

evaluate, pentru a reduce distorsiunile datorită diafoniei. Dar totuşi se utilizează cu

mult succes transmisia prin fibrele optice a televiziunii prin cablu multiplexată prin

divizarea frecvenţei şi modulată în amplitudine.

Avantajul modulaţiei în amplitudine (MĂ sau AM=Amplitude Modulation)

faţă de transmisia digitală şi faţă de modulaţia în frecvenţă (MF sau FM=Frequency

Modulation), constă în faptul că nu este necesară conversia din formatul MĂ a

semnalului de la emiţător în formatul MĂ a semnalului necesar pentru

televizoarele convenţionale. De asemenea, semnalele modulate în amplitudine

ocupă o lăţime a benzii mai mică decât semnalele digitale sau cele modulate în

frecvenţă. Pe măsura scăderii preţului echipamentului de convertire digitală şi datorită

avantajelor, pe o scara tot mai larga se utilizează transmisia digitală în sistemele de

transmisiune a canalelor televizate.- 28 -

Fig. 21. Spectrul canalului de comunicaţie în cazurile:

a) multiplexării prin divizarea în timp a cadrului modulaţie a impulsurilor în

cod MIC sau PCM (in sistem TI) rezultând o lungime de 125 μs;

b) multiplexării prin divizarea frecvenţei.

Multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF) este convenabilă pentru

semnalele analogice şi digitale, pe când multiplexarea prin divizare de timp (MDT)

este implementată pentru semnalele digitale şi, de asemenea, se foloseşte pe scară

largă în reţelele de telecomunicaţii. Câteva canale MDT pot fi multiplexate

utilizând multiplexarea prin divizarea frecvenţei, îmbunătăţind astfel capacitatea

sistemului.

În cazul multiplexării prin divizare de timp (MDT) semnalele digitale

asociate cu diferite canale alternează împreună formând un flux compus de biţi prin

aceiaşi linie de transmisie. Combinarea a două sau mai multe semnale digitale, care

apoi formează un singur semnal se face prin intercalarea succesivă a grupelor de biţi

(cuvinte sau caractere) din fiecare semnal: prima grupă de biţi provine de la primul

semnal, a doua grupă de biţi provine de la al doilea semnal, etc., după ce

succesiunea se repetă. La receptor are loc procesul invers. Impulsurile ce aparţin

semnalelor individuale sunt separate şi îndreptate spre destinaţiile lor, după cum este

schematic reprezentat în figura 22.

- 29 -

Fig. 22. Multiplexarea prin divizare în timp. Comutatoarele

emiţătorului QE şi a receptorului QR sunt sincronizate.

Comutatoarele mecanice QE şi QR reprezentate în figură, sunt substituite,

practic, cu comutatoare optice sau electronice. Sistemul reprezentat intercalează

cuvinte de patru digiţi binari ce aparţin la n canale. Comutatorul la emiţător

eşantionează succesiv fiecare canal de la l până la n, apoi începe din nou, producând

o singură structură din n cuvinte de patru biţi pentru fiecare ciclu.

Astfel, prin multiplexarea prin divizare în timp sunt create diferite ierarhii

digitale în Europa, Japonia şi Statele Unite ale Americii. Primul nivel al

Standardului Ierarhic al Vitezelor de Transmisie Digitală a Informaţiei în Biţi pentru

Sistemele Telefonice în Europa corespunde multiplexării a 30 de canale de voce,

având debitul informaţional de 2,048 Mb/s. Pe când în Japonia, Statele Unite ale

Americii se utilizează multiplexarea a 24 de canale de voce la primul nivel, având

viteza biţilor de 1,544 Mb/s (ierarhia DS-1).

Produsul simplu dintre viteza datelor a unui singur canal de voce de 64 kb/s şi

numărul de canale este mai mic decât viteza biţilor semnalului multiplexat.

Aceasta are loc datorită adăugării biţilor de control în fruntea fiecărei structuri,

marcând astfel începutul. Aceşti biţi de control se utilizează la capătul

receptorului pentru demultiplexarea canalelor. Deci multiplexarea MDT combină 24

de canale de voce a câte 8 biţi fiecare cuvânt (deoarece cuvântul din opt biţi reprezintă

amplitudinea fiecărui eşantion), obţinând că fiecare structură conţine 24 x 8 = 192 - 30 -

de biţi mesaj. Se adaugă bitul de control (bit de delimitare între cadre) şi avem 193

biţi/cadru. Deoarece viteza structurii este egală cu viteza de eşantionare, reiese că avem

şi 8 000 de atare cadre pe secundă.

Rata totală de transfer a sistemului TI este de

193biţi/cadrux8000cadre/secundă = 1,544 Mb/s. Nivelul următor al ierarhiei constă

din patru nivele MDT de ordinul întâi (4-DS-l sau ierarhia DS-2) obţinându-se o rata

de 6,312 Mb/s (se adaugă si câţiva biţi de informaţie de transport). La nivelul unui

canal T3, se combina 7 canale T2 şi se obţine o rata de 44,736 Mb/s.., în Europa este

folosit sistemul E. Un canal El multiplexează 30 canale de voce + 2 canale de

semnalizare si lucrează la o rata de 32 eşantioane/cadrux8000cadre/s = 2,048 Mb/s.

Cele doua sisteme diferă prin tensiunile folosite, forma impulsului, impedanţa

liniilor, cadrare, făcând astfel dificila interconectarea la reţelele cu fibra optica.

In 1980 a fost elaborat un nou standard de transmisie a semnalelor MDT

pentru utilizare în toată lumea. El se numeşte SONET, adică reţeaua sincronă prin

fibre optice este un standard american folosit în transmisiile digitale de date prin

mediu optic, în prezent echivalentul sau internaţional este ierarhia digitală sincronă

(SDH - Synchronous Digital Hierarchy). Acest sistem standardizat permite o mai

mare flexibilitate în adăugare de noi servicii la instalaţiile SONET-ului existente.

Viteza de transmisie de bază a SONET-ului este OC-1 (adică purtătoarea optică

la nivelul 1) şi este de 51,8 Mb/s. Introducerea standardului SONET conduce spre

majorarea vitezei de transmisie a datelor prin fibre optice. Blocul constructiv de bază

a SDH este STM-1 (Synchronous Transfer Module l) cu viteza de 155,52 Mb/s.

Nivelele superioare fiind multiple la STM-1.

Echivalentul electric al OC-1 este STS-1 (adică semnale de transport

sincrone la nivelul 1).

La interconectare cu alte sisteme, canalele de viteza mica sunt multiplexate in

cadre virtuale, iar canalele de viteza mai mare, sunt segmentate in mai multe canale

STS-1. Sistemele SDH (Synchronous Digital Hierarchy) sunt larg răspândite in

Europa.

- 31 -

Un cadru STS conţine 9 rânduri şi 90 coloane de octeţi (8 biţi), in total 810

octeţi sau 6 480 biţi. Durata unui cadru este de 125 us, de unde rezultă rata de 51,84

Mbiţi/s a unui semnal STS-1. In cadrul STS exista 3 coloane de informaţie pentru

rutare intre nodurile reţelei si 87 de coloane de informaţie utila, care include şi

informaţie pentru comunicaţia punct la punct.

Dispozitive de multiplexare a imaginilor.

Dispozitivele de multiplexare a imaginilor pot fi analogice sau digitale

(multiplexoare digitale sau placi de captura video). Multiplexoarele digitale permit

si inregistrarea imaginilor in format comprimat (mpeg4).

Conditionerele de semnal echipate cu multiplexoare de semnal pot reduce

costul sistemului de masura atunci cand sunt folosite mai multe surse de semnal.

Modulul “DAQ” tipic are intre 8 si 16 intrari analogice si intre 8 si 24

linii digitale de I/O. Se poate creste capacitatea de I/O la sute sau chiar mii de

canale prin folosirea de multiplexoare externe. Multiplexoarele analogice de

intrare folosesc relee pentru comutarea secventiala sau pot scana mai multe

semnale de intrare analo- gice pe un singur canal al modulului “DAQ”. Pentru

aplicatii de inalta viteza trebuie avut in vedere ca rata de scanare a circuitului de

multiplexare si a modului DAQ sa fie corecta.

Demultiplexoare

Operaţia inversă multiplexării este demultiplexarea. De data

aceasta trenurile nu mai ies din gară ci intră în ea pe rând, pe o

singură linie, şi trebuie distribuite pe

liniile gării. Această operaţie o face demultiplexorul deoarece

numărul de stări logice distincte ale intrării de selecţie trebuie să - 32 -

fie egal cu numărul de ieşiri de date N, numărul de intrări de

selecţie poate fi calculat din relaţia:

Astfel, dacă avem o gară cu opt linii, multiplexorul care

distribuie trenurile va trebui să aibă trei intrări de selecţie (log28

= 3).

Variabilele de intrare în demultiplexor vor fi cele de la

intrarea de date şi intrările de selecţie. Punând condiţia ca

primele opt date de intrare să fie distribuite în ordine la cele opt

ieşiri, după cum se poate vedea, pentru codul de selecţie 000

valoarea logică a intrării I este dirijată către ieşirea 00, pentru

codul de selecţie 001 valoarea logică a intrării I este dirijată către

ieşirea 01, … , pentru codul de selecţie 111 valoarea logică a

intrării I este dirijată către ieşirea 07. Deci, demultiplexorul poate

fi construit din opt porţi si cu câte patru intrări, câte o poartă

pentru fiecare ieşire.

De asemenea, mai sunt necesare trei inversoare, câte unul

pentru fiecare intrare

de selecţie.

O analiză atentă a schemei demultiplexorului ne va arăta că

ea este identică cu aceea a unui decodor cu o intrare de validare.

Pentru a fi folosit ca demultiplexor, intrările decodorului sunt

folosite ca intrări de selecţie iar intrarea de validare este folosită

ca intrare de date. Pentru că pot fi folosite în ambele scopuri,

circuitele integrate de acest tip sunt denumite DECODOARE.

REFERINŢE BIBLIOGRAFICE

- 33 -

1. "Fiber Optic Data Communications for the Premises Environment",

2. K. Hirabayashi, "Tunable liquid-crystal Fabry-Perot Interferometer Filter for

Wavelenght-Division Multiplexing Communication Systems"

3. John M. Senior. „Optical Fiber Communications", Pretence – Hali International

Series in Optoelectronics, 1985, cap. 10.

4. K. Kitayama, H. Sotobayashi, N. Wada, "Optical Code Division Multiplexing

OCDM and its Applications to Photonic Networks",

5. G. E. Wickens, D. M. Spirit, L. C. Blank, Electron. Lett. 27, 973 (1991).

6. G.Keiser,"OpticalFiberCommunications",3ed.,cap.10.http://www.mhhe.com/

engcs/electrical/keiser/ppt/ch l O.ppt

7. Sân Jose "Introduction to DWDM for Metropolitan Networks",

8.D. S. Forrester, A. M. Hill, R. A. Lobbett, R. Wyatt, S. F. Carter Electron. Lett, 27

2051 1991.

9.H. Kobrinski, Electron. Lett., 23, 975, 1987.

10.M. S. Goodman, H. Kobrinski, M. P. Vecchi, R. M. Bulley, J. L.Gimlett, IEEE I.

Sel. Areas. Commun. 8, 995, 1990.

11.P. Chanclou, M. Thual, A. Laurent, J. Lostec, M. Gadonna, "Wavelenght

Selector Externai Cavity Laser Diode by Fiber Switch", Optical Fiber

Technology 6, 2000, p. 329-343.

12., Journal of Lightwave Technology, voi. 11, no. 12, 1993, p. 2203-2243.

13.Max Ming-Kang Liu "Principles and applications of optical Communications", IR

WIN, The McGraw-Hill Companies, Inc., 1996, p. 415-480, p. 754-795.

10.D.A. Smith, "Integrated-Optic Acoustically-Tunable Filters for WDM networks",

IEEE Journal on Selected Areas in Communications, voi. 8, no. 6, 1990, p. 1151-

1159.

11.David Pikas, EOP 695, Midterm Project, Făli 2002, Light Scattering in Optical

Fibers.

http://www.engr.udayton.edu/ElOptics/facstaff/PikasLightScatteringin Fibers.doc

17.Rongqing Hui, Benyuan Zhu, Renxiang Huang, Christopher T.Allen, Kenneth R.

Demarest, Douglas Richards "Subcarrier Multiplexing for High-Speed Optical - 34 -

Transmission".

JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 20, NO. 3, 2002, p. 417-427

http://www.ittc.ukans.edu/publications/documents/Hui2002_Hui2002J oLTpp417.

18.International Telecommunication Union,

http://www.itu.int/newsarchive/press_releases/2002/14.html

Un nou portal informaţional!

Dacă deţii informaţie interesantă si doreşti să te imparţi cu noi atunci scrie la adresa de e-mail : support@sursa.md

- 35 -