Студенту на замітку: Волоконно-оптичні системи

1. ВОЛОКОННО ОПТИЧНІ СИСТЕМИ

1.1. Загальні положення

Початок XXI століття характеризується надзвичайно швидким розвитком різних, особливо кабельних систем і комп'ютерних технологій, синтез яких поклав початок створенню широкосмугової світової інфраструктури. Прогрес в області електроніки, оптичних, квантових і оптоелектронних технологій дозволив різко підвищити швидкодію кінцевих пристроїв систем передачі інформації (40...80 Гбіт/с) і розширити їхню смугу пропускання (близько 100 ГГц). При цьому смуга пропускання середовища передачі (оптичних кабелів) складає десятки ТГц. Завдяки цьому обсяг переданої інформації з одного волокна у ВОЛЗ збільшився в багато разів. Дальність передачі сигналів без проміжних пунктів регенерації зросла до декількох сотень кілометрів і в перспективі досягне тисяч кілометрів. Таке поліпшення характеристик кабельних систем передачі спричинило підвищення якості вже існуючих послуг зв'язку і створення цілого ряду нових видів послуг.

Фундаментальною відзнакою волоконно-оптичних систем зв'язку від більш традиційних систем електричного зв'язку є те, що в якості несучих інформацію хвиль використовуються інфрачервоні світлові хвилі. Світлові хвилі відрізняються від радіохвиль в принципі тільки одним - частотою (в оптиці замість частоти v частіше використовується довжина хвилі X = с / V, з - швидкість світла у вакуумі). Однак за своїми фізичними властивостями і характеру поширення в просторі світлові і радіохвилі істотно розрізняються, з чого випливають технологічні відмінності ВОЛЗ від традиційних систем електрозв'язку. Замість мідних проводів і кабелів на їх основі для передачі оптичних сигналів використовують оптичні волокна і оптичні кабелі на їх основі.

Використання оптичного волокна дозволяє вже сьогодні забезпечити сумарну швидкість передачі інформації по одному оптичному волокну до декількох десятків Тбіт/с.

Вирішальними факторами при виборі несучої оптичної частоти (довжини хвилі) є величина загасання і наявність ефективних джерел випромінювання. Оскільки при підвищенні частоти різко, в четвертому ступені, збільшуються втрати, в волоконно-оптичному зв'язку зазвичай застосовуються інфрачервоні світлові хвилі, а в якості матеріалу волокна використовується кварцове скло. ВОСЗ працюють в трьох спектральних діапазонах з центральними довжинами хвиль X = 850 нм, X = 1300 нм і X = 1550 нм. Ці спектральні діапазони, що характеризуються локальними мінімумами загасання світла в кварцовому волокні, прийнято називати трьома вікнами прозорості волокна.

Збільшення числа абонентів при зрослих вимогах до якості і кількості видів послуг зв'язку приводить до необхідності збільшення обсягу і швидкості передачі на магістральних, зонових і міських лініях зв'язку, по яких передається груповий сигнал, і до розширення смуги переданих частот на абонентській ділянці до 1000 МГц

Подальшому розвитку методів і апаратури волоконно-оптичних систем передачі сприяють унікальні властивості ВОЛЗ:

малі згасання і дисперсія оптичних волокон; гнучкість у реалізації необхідної смуги пропускання; широкополосн ість;

малі габаритні розміри і безліч оптичних волокон і ОК; несприйнятливість до зовнішніх електромагнітним полях; відсутність іскріння при обривах, короткому замиканні і ненадійних контактах;

допустимість вигину світловоду під малим радіусом; низька вартість матеріалу світловоду;

зокрема можливість використання ОК, котрі мають електропровідністю індуктивність;

висока скритність зв'язку;

висока прозорість оптичних волокон;

можливість постійного вдосконалення системи зв'язку з мірі появи джерел з поліпшеними характеристиками.

Широке впровадження ВОЛЗ різного рівня стимулювало появу нових архітектур і методів маршрутизації мереж зв'язку з комутацією оптичних інформаційних потоків. Удосконалюються і створюються нові типи елементів і пристроїв, на основі яких будуються ВОЛЗ і оптичні мережі зв'язку.

1.2. Класифікація та основні параметри волоконно-оптичних систем

Існуючі волоконно-оптичні системи передачі та кабелі за своїм призначенням можуть бути розділенні на чотири групи:

міжміські; міські; об'єктові; підводні.

Міжміські ВОС - призначені для передачі інформації на великі відстані і розраховані на велике число каналів. Вони повинні мати мале затухання і дисперсію, велику інформаційно-пропускну здатність.

Міські ВОС - використовуються в якості з'єднувальних між міськими АТС і вузлами зв'язку. Вони розраховані на короткі відстані від 5 до 10 км та велике число каналів. Такі лінії, як правило, працюють без проміжних лінійних регенераторів.

Об'єктові ВОС - служать для передачі інформації всередині об'єкта. Сюди відносяться: внутрішній установчий зв'язок, відеотелефонний зв'язок, внутрішня мережа кабельного телебачення, а також бортові інформаційні системи рухомих об'єктів ( літака, корабля тощо).

1.2.4. Підводні ВОС - призначені для здійснення зв'язку через великі водні перешкоди. Оптичні кабелі, які застосовуються для цієї мети повинні мати високу механічну стійкість на розрив і мати надійні вологостійкі покриття. Для підводного зв'язку також важливо мати мале послаблення і великі довжини регенераційних ділянок.

В окрему групу виділяють монтажні та оптичні кабелі.

Монтажні кабелі - кабелі, що призначені для внутрішнього та міжблокового монтажу апаратури.

Оптичні кабелі - кабелі, що призначені для зовнішньої передачі оптичних сигналів між оптоелектронними засобами розташованими на великих відстанях.

Основні параметри волоконно-оптичних систем представлено в таблиці 1.

2. ОБЛАДНАННЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧННХ МЕРЕЖ

2.1. Загальні положення

Волоконно-оптична мережа - інформаційна мережа, з'єднуючими елементами між вузлами якої є волоконно-оптичні лінії зв'язку.

Волоконно-оптичні мережі передачі інформації складаються з активних та пасивних компонентів і пристроїв (модулів), за допомогою яких здійснюється передача інформації. Остання має вигляд електричного групового (багатоканального) сигналу у цифрових або аналогових системах передачі. Цим електричним сигналом модулюється один з параметрів (амплітуда, частота, фаза, поляризація, інтенсивність) оптичного несучого коливання, що здатне поширюватися у оптичному волокні з малими згасанням і спотворенням форми.

Мережі можна застосовувати не тільки у вигляді півдуплексної лінії передачі "із точки в точку" але волоконна оптика дає поштовх до створення.