IT-новости

Развитие телекоммуникационных сетей в мире прежде всего строится на использовании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Оптический кабель, базой которого считаются зрительные волокна (ОВ), сейчас является самой безупречной обращающей технологией как для телекоммуникационных трасс большой длине, так и для локальных сетей передачи данных. Выражается это тем, что ОК по собственным данным существенно опережают электрические кабели.

Сравнивая с чертами, сконструированных на электрических кабелях связи, преимущества ВОЛС в следующем:

Большая полоса пропускания кабеля (до сотен ГГц) дает возможность получить ощутимо большее количество телеканалов и большаков разного предназначения по одному ОВ — пропускная дееспособность по одному ОВ доступна до десятков Гбит/с.
Небольшая величина коэффициента затухания ОВ (до 10-х долей дБ/км) дает возможность повысить ширину ретранслирующего участка до сотен км.

Малые размеры и масса ВОК упрощают их производство и подкладку.
Регулярное и постоянное совершенствование технологии производства ВОК гарантирует снижение их стоимости. Сейчас стоимость кварцевого ОВ не превосходит половины стоимости медной пары.

Неимение внутренних электрических действий и переходных нарушений между волокнами ВОК улучшает качество и надежность передачи информации.

Утилитарное неимение наружного электрического излучения гарантирует хорошую незаметность связи, т. е. безопасность от неразрешенного доступа.

Регулярное совершенствование ВОСП по мере появления новых источников оптического излучения, оптических волокон, фотоприемников и оптических усилителей с усовершенствованными данными дает возможность приумножать пропускную дееспособность существующих большаков.

Общая спортивная изоляция (зрительное волокно — электрик) гарантирует невинность работы во напряженных средах. Стало быть, становятся лучше условия техники безопасности при строительстве и эксплуатации ВОЛС.
Неимение в системе ВОК разноцветных металлов.

Определенным дефектом современных ВОЛС можно представить хорошую стоимость интерфейсного и сборного оборудования. Но совершенствование конструкции и повышение долговечности оптических передатчиков, приемников и инертных частей прямолинейного тракта дают возможность регулярно понижать стоимость производства волоконно-оптической продукции, а совершенствование технологии монтажа ВОК и монтажных частей, и облегчение применяемого оборудования приводят к значительному понижению трудоемкости строительных работ.

Стартом крупного применения ВОК для задач связи в РФ можно считать реализацию самым крупным оператором связи РФ —ПАО «Ростелеком» — проекта трансроссийской линии связи, государственной цифровой транспортной линии международной и междугородной зрительной связи.

Приблизительно с 1996 г. развитие главной и внутритональных сетей проводится с использованием ВОК, на данных сетях почти целиком закончилось применение медножильных кабелей связи при новом строительстве.

На базовом раунде внедрения ВОК их поставки проводились иностранными фирмами, российские проводные автозаводы не могли оформить им конкуренцию. К 2000 году ситуация поменялась в пользу отечественных предприятий.

Будущее развитие ВОЛС по словам специалистов будет содержаться в подготовке и внедрении в сетях ЕСЭ (Целая Сеть Электросвязи РФ) разного предназначения новых волоконно-оптических технологий, нацеленных на повышение эффективности ВОЛС.

На чертах далекой связи особое внимание как и прежде будет уделяться увеличению скорости передачи информации, повышению ширины регенерационных участков и увеличению долговечности. Большое распространение обретут промежуточные зрительные усилители и методы бурного (спектрального) мультиплексирования. Серьезные надежды возлагаются на применение среднего инфракрасного спектра. Применение новых материалов (фтористых стекол и прочих соединений) сделало возможным произвести ОК с затуханием менее 0,01 дБ/км.

Преобладающей отличительной чертой развития волоконно-оптических технологий в региональных и локальных сетях будет подведение ОВ к конечному клиенту сети (клиенту).

Рост надобности в новых типах справочного обслуживания абонентов, и совершенствование и регулярное падение цены аппаратуры и средств переключательной техники готовят заключительный переход сетей доступа на ОВ. Сегодня и в обозримой возможности альтернативы ВОЛС нет.

Главным объектом волоконно-оптического кабеля (ВОК) является волоконный световод. Волоконный световод, или, более обычно, зрительное волокно (ОВ) по которому проводится передача микронных длин волн, что отвечает спектру частот 1014… 1015 Гц. Зрительное волокно, в большинстве случаев, имеет двухслойную систему и состоит из сердцевины и оболочки с различными данными преломления n1 и n2.

Среда с отличным свойством уровня преломления называется зрительно более крепкой средой. В волокне такой средой является сердцевина, выполняющая роль среды распространения света. Уровень преломления оболочки, окружающей сердцевину немного меньше, чем у сердцевины и из-за этого на границе «сердцевина-оболочка» происходит отображение света. На этом результате базируется передача информации по волокну.

Сердцевина ОВ — это основная область ОВ, через которую сообщается главная часть зрительной производительности знака. Диэлектрическим элементом для сердцевины и оболочки ОВ служит плавленный кварц (кварцевое стекло), аккуратный или с примесями химических частей и их соединений, незначительные пропорции которых содействуют изменению оптических качеств плавленого кварца надлежащим образом.

Плавленный кварц — это рыхловатое, бесцветное вещество с синтетической формулой двуокиси кремния SiO2. Если сердцевина служит для передачи электрической энергии, то оболочка — для создания самых лучших условий отблеска на границе раздела сердцевина-оболочка, защиты сердцевины волокна от машинных поражений, и для защиты от излучений энергии в окружающее место и поглощения ненужного излучения снаружи. С внешней стороны находится защитное покрытие для предохранения волокна от машинных действий и нанесения раскраски.

Конструктивно такое волокно имеет сердцевину существенного диаметра (если ассоциировать с оболочкой) — 50 мкм (первые марки MM-волокон имели размер сердцевины 62,5 мкм). Такая особенность обуславливает побуждение в сердцевине целого набора световых пучков, так именуемых «мод» излучения.

Их множество ведет к возникновению основного дефекта подобных ОВ — межмодовой дисперсии знака, что ограничивает длина линий связи, сконструированных на подобных ОВ.

Из-за дисперсии становится нужным понижать частоту модулирующего излучения, что, к тому же, ведет к понижению скорости передачи знака.

Длина ВОЛС на «многомоде» урезана 2-мя км. А большой размер сердцевины делает вероятным применения неглубоких лазеров, работающих в спектре длин волн от 800 до 1300 hm. Это существенно понижает стоимость оборудования и делает оптимальным применение ВОК на основе ММ-волокон, если длина линии будет менее 2-х км. Передача в подобных ОВ проводится на 2-ух длинах волн — 850 hm и 1300 hm.

Размер сердцевины выбран существенно большим. Как правило он составляет 8–10 мкм, что гарантирует изучение излучения в одномодовом режиме. Это дает возможность достичь длине линии связи до 1000 км и почти не оказывает влияние на высоту полосы передачи знака.

А это к тому же делает вероятной скорость передачи данных на одной несущей частоте до 10 Гбит/с. А с такими ОВ усугубляется и схема уточнения излучателя с торцом волокна — требуется отличная пунктуальность изготовления подобранных частей.

Это, и отличная стоимость самих лазеров (с торцевым излучением), ведет к удорожанию приемо-передающих систем, и увеличению условий к свойствам монтажа. А огромным преимуществом одномодовых ОВ является то, что передача сигналов в них проводится по мере надобности на любых длинах волн в весьма большом спектре — от 1260 hm до 1675 hm.

Символически незначительные спектры, в которых опытно приобретенные значения затуханий имели самые низкие значения стали представлять «окнами прозрачности». Обычными длинами волн для работы SM-волокон стали 1310 hm и 1550 hm. 2-я из них является самой оптимальной с точки зрения минимизации издержек. У современных SM-волокон типическим свойством затухания является на 1550 hm является ?=0,2 дб/км.

Присутствует локальное повышение издержек между 2-м и 3-им окнами прозрачности (вернее, на ?=1383 hm). Этот всплеск называют «водяным пиком». Его возникновение сопряжено с попаданием воды в конструкцию ОВ при его изготовлении.

Протягиваемое из жидкой части заготовки, ОВ требует охлаждения и наиболее качественно этот процесс реализуется с использованием водного пара. Частички пара проходят в незастывшее волокно и вызывают дополнительное слияние зрительной производительности.

Нужно сообщить, что современные SM-волокна (точно ОВ аналогичные стереотипу ITU-T Rec.652D) лишены этого дефекта, в связи с тем что современные технологии дают возможность избежать попадания частиц воды в ОВ (если быть вернее, то слияние вызывают ионы водорода, находящиеся в воде).

Принципы передачи знака в современных ВОСП. Волоконно-оптической технологией передачи (ВОСП) называется комплекс технических средств, который обеспечивает формирование телеканалов и большаков передачи с применением в роли обращающей среды оптического кабеля и передачей по нему оптических сигналов. Под зрительным знаком видится преобразованное зрительное распространение некоторой ширины волны.

Коротко разберем основные технические комплексы, входящие в состав ВОСП. Каналообразующее оборудование тракта передачи (КООпер) гарантирует формирование некоторого числа телеканалов или пакетных большаков со нормальной нужной скоростью передачи.

Оборудование сопряжения тракта передачи (ОСпер) необходимо для преображения многоканального знака на выходе КООпер в сигнал, подходящий для передачи по прямолинейному тракту и который обеспечивает высочайшее качество передачи информации.

Оптический передатчик (ОПер) гарантирует переустройство электрического знака в оптический сигнал, длина волны которого сходится с одним из окон прозрачности оптического волокна. В состав ОПер входят:

источник оптического излучения (ИОИ) или зрительной несущей;
модулятор (М), при помощи которого один из характеристик зрительной несущей преобразуется спортивным многоканальным знаком, поступающим с ОСпер;
подобранное устройство (СУпер), нужное для ввода оптического излучения в зрительное волокно оптического кабеля с максимально вероятными утратами.

В большинстве случаев, источник оптического излучения, модулятор и подобранное устройство формируют целый блок, именуемый представляющим оптоэлектронным модулем (ПОМ). Обычный ПОМ имеет ИОИ на основе полупроводникового лазера (ППЛ) или светоизлучающего светодиода (СИД), и устройство преображения входного электрического знака и модель стабилизации режимов работы серьезных частей ПОМ.

Оптический кабель (ОК) имеет зрительные волокна (ОВ), которые предназначаются средой распространения оптического излучения.

Повторитель (Р) гарантирует компенсацию затухания знака при его прохождении по ОВ, корректировку разного вида искажений и обеспечение данной помехозащищенности. Ретрансляторы могут быть обслуживаемыми или необслуживаемыми и ставятся через некоторые отдаления, именуемые ретранслирующими участками.

В ретрансляторе может изготавливаться обработка (усиление, коррекция, возобновление и т. д.) как электрического знака, который выходит маршрутом преображения оптического знака и дальнейшего преображения скорректированного электрического знака в оптический, так и оптического знака при помощи оптических устройств. В последнем случае повторитель называется зрительным усилителем.

Оптический датчик (ОПр) гарантирует прием оптического излучения и переустройство его в электрический сигнал. ОПр включает в себя:

подобранное устройство (СУпр), нужное для вывода оптического излучения из ОВ и ввода его в датчик оптического излучения с максимальными утратами;
датчик оптического излучения (ПОИ), модифицирующий оптический сигнал в электрический.

Совокупность подобранного устройства и приемника оптического излучения формирует названый оптоэлектронный модуль (ПРОМ). Обычный ПРОМ включает фотодетектор оптического излучения на основе p-i-n, или обвальных фотодиодов, электронные модели обработки электрического знака и устройства стабилизации режимов работы серьезных частей ПРОМ.

Оборудование сопряжения тракта приема (ОСпр) проводит преображения обратные тем, которые выполнялись в ОСпер.
Каналообразующее оборудование тракта приема (КООпр) проводит переустройство многоканального знака с исхода ОСпр в знаки автономных стандартных телеканалов и большаков.

Для модуляции зрительной несущей многоканальным спортивным знаком применяют частотную (ЧМ), фазисную (ФМ), амплитудную (АМ), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (Си) и другие.

При модуляции интенсивности (Си) как раз величина P меняется в соответствии с модулирующим знаком. Владея бурный природой, зрительное распространение в то же самое время является разрывным. Оно излучается и вбирается лишь в виде разрывных квантов — фотонов.

Из-за этого производительность оптического излучения P характеризуется интенсивностью потока фотонов (средним количеством в единицу времени). Можно полагать, что при модуляции интенсивности преобразуется напряженность потока фотонов.

Как раз Си обнаружила самое обильное применение при теории волоконно-оптических систем передачи, в связи с тем что ведет к сравнительно элементарным технологическим заключениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преображения оптического знака в электрический, т. е. демодуляции.

Задавшись мишенью систематизировать ВОСП, как и традиционные системы, работающие по спортивным кабелям связи, можно это сделать так.

Исходя из каналообразующего оборудования:

аналоговые волоконно-оптические системы передачи, в которых каналообразующее оборудование создается на основе аналоговых систем передачи с частотным делением телеканалов (ЧРК) и как следствие аналоговых способов модуляции характеристик несущей частоты (амплитудная, частотная, фазисная модуляции и их композиции) или характеристик повторяющейся очередности импульсов (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазоимпульсная модуляции и их композиции);
цифровые волоконно-оптические системы передачи, в которых каналообразующее оборудование создается на основе импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), дельта-модуляции и их видов; самое обильное применение находят цифровые ВОСП на основе ИКМ с кратковременным делением телеканалов.

Стоит отметить, что на начальных шагах развития волоконно-оптической техники связи велись научно-исследовательские работы по подготовке аналоговых ВОСП, которые продемонстрировали, что утилитарная реализация подобных систем с огромным количеством телеканалов сопряжена с неодолимыми технологическими проблемами.

Прежде всего, это сопряжено с высоким уровнем фотонных звуков и своих звуков фотодиодов, применяемых в приемниках оптического излучения.

Уровень фотонного гула в зрительном спектре существенно выше уровня своей преграды. Для получения нужного качества передачи известий в аналоговых системах необходимы особые методы приема и обработки аналоговых оптических сигналов, а при использовании цифровых системы то же качество передачи гарантируется при понижении условий к отношению сигнал/гул на 30. . . 40 дБ. Из-за этого реализация цифровых ВОСП значительно легче сравнивая с аналоговыми ВОСП.

Во-вторых, источники оптического излучения имеют нелинейные модуляционные характеристики, что может привести к значительным трудностям в реализации условий к дозволенным помехам нелинейного возникновения.

При совершении этих условий длина усилительного участка аналоговой ВОСП оказывается пропорциональной с шириной усилительного участка систем передачи по инвариантным или сносным кабелям. Поэтому применение аналоговых ВОСП оказывается неразумным по технико-экономическим данным, в особенности принимая во внимание принятый всемирным обществом курс на «цифровизацию» телекоммуникаций.

Сейчас все многоканальные телекоммуникационные системы передачи по зрительным кабелям считаются цифровыми. Из-за этого субъектом последующего рассмотрения считаются только цифровые ВОСП.

Исходя из организации двухсторонней связи ВОСП разделяются на:

двухволоконные полосные однокабельные, в которых передача и прием оптических сигналов проводится по 2-м зрительным волокнам (ОВ) на одной длине волны ?. При этом любое ОВ является эквивалентом двухпроводной физической линии. В связи с тем что обоюдные воздействия между зрительными волокнами кабеля отсутствуют, то тракты передачи и приема разных систем организуются по одному проводу, что свойственно для любой модели организации двухсторонней связи;
одноволоконные полосные однокабельные, отличительной чертой которых является применение одного оптического волокна для передачи сигналов в 2-ух назначениях на одинаковой длине волне;
одноволоконные двухполосные однокабельные, в которых передача в одном направлении проводится на длине волны оптического излучения 1, а в обратном — 2.
Исходя из предназначения и места в иерархии изначальных сетей Единственной сети электросвязи России (ЕСЭ РФ) ВОСП разделяются:

на главные ВОСП, созданные для передачи известий на тыс км и объединяющие между собой центры республик, кромок, областей, большие промышленные и академические центры и другие.;
зоновские или внутритональные ВОСП, созданные для организации связи в управленческих краях республик, кромок и областей;
ВОСП для региональных сетей, созданные для организации межстанционных монтажных линий на муниципальных и аграрных телефонных сетях.

Также, цифровые ВОСП можно систематизировать по особым характеристикам, свойственным лишь для них. К примеру, сейчас весьма повсеместно используется технология спектрального уплотнения телеканалов с делением по длинам волн — WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Эта технология, имеющая несколько видов, предполагает передачу не одного, а нескольких сигналов по одному волокну прямолинейной части ВОСП — при этом знаки, чтобы оставаться свободными, обязаны иметь разные ширины волн. Например, самым элементарным примером уплотнения будет передача по ОВ 2-ух сигналов с ?=1310 hm и ?=1550 hm. Тогда принимаем 2 канала (встречнонаправленные) в одной физической среде. Такие системы часто используются в региональных сетях.

Другой разновидностью является CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) — редкое (или топорное) мультиплексирование.

Здесь применяется весь рабочий спектр кварцевых одномодовых волокон от 1260 hm до 1675 hm. В большинстве случаев, применяются ВОК с волокнами эталона G.652D. Передаются знаки, преобразованные излучением на длинах волн, которые имеют шаг 20 hm. К примеру, 1270 hm, 1290 hm и т. д.

Так что, по одному ОВ в прямолинейной части могут сразу переходить до 16 автономных потоков данных. Эти, довольно элементарные для реализации, опции и обслуживания системы весьма популярны в муниципальных и внутритональных чертах связи.

И, наконец, самой мощной и трудной является разновидность DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — крепкое мультиплексирование с делением по длинам волн.

Тогда деление проходит с шагом менее 1 hm (исходя из подвида оборудования), что дает возможность достичь реализации до 96 телеканалов в одном волокне прямолинейного тракта. Данную технологию повсеместно используют при строительстве главных линий связи, когда длина участков регенерации составляет 100 и более км.

При изображении серьезных отличий линий связи мы применяли термин волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). А в будущем, и это будет происходить намного чаще, мы будем использовать термин волоконно-оптические линии связи, так как это понятие имеет расширенный резон, включая в себя не только лишь аппаратуру и среду для передачи знака, но также и все сопутствующее оборудование и приспособления, которые применяются при строительстве — кроссы, станционные шкафы, сами помещения, опоры ВЛ и многое другое. Так что, определение «ВОЛС» более полноценно и комфортно.

Как знаем, основной чертой ВОЛС является величина затухания производительности знака, который в ней сообщается. За успокоение в ОВ отвечают 2 действа — разнесение светового излучения и слияние этого излучения элементом волокна.

В общей сложности они создают установленное значение километрического затухания, свойственного для любого SM-волокна. Т. е. первоначально при разработке ВОЛС мы знаем величину этого затухания, так как можем высчитать, сколько децибел производительности утеряется в самом ОВ и на его объединениях. Но, пока, есть еще одна причина повышения издержек, которая может выйти в самый неуместный момент — изгибные утраты.

В месте извива часть светового потока будет снижаться на границу раздела сердцевины и оболочки под непозволительным углом, при котором не будет производиться требование общего внутреннего отблеска. Распространение отчасти будет переходить в оболочку, а это равноценно утрате части необходимого знака.

Отличают понятия микроизгиб и макроизгиб. Микроизгиб относится к непрямолинейности формы ОВ внутри кабеля. ОВ располагаются в модулях в свободном (зигзагообразном) состоянии, сами же модули — в качестве скрутки. Макроизгиб — это ОВ, меандрическое в качестве дуги.

Утраты на макроизгибах быстро увеличиваются и делаются неприемлемо огромными, как только диаметр извива понижается до критичного значения, которое для типичных ОВ составляет несколько см.

Точно, в «Правилах применения оптических кабелей связи, инертных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон» одобренных указом Министерства информационных технологий и связи России номер47 от 19 мая 2006 г. увидим следующее условие — допускаемый диаметр извива ОВ (любого типа) должен быть более 30 мм. Это условие надо делать всегда, когда мы работаем с волокном, к примеру, при его сварке.

В случае если говорить о кабеле в общем, то тут также необходимо придерживаться серьезного правила по дозволенному радиусу извива. В «Правилах применения оптических кабелей связи, инертных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон» есть и это значение — диаметр извива ВОК должен быть более 20 внешних поперечников этого кабеля. Например, наружный размер кабеля — 12 мм, максимальный диаметр извива равен 240 мм. Делаем вывод, что максимальный диаметр извива ОК зависит от его наружного диаметра.

Это правило носит общий характер, для более четкого ознакомления со всеми условиями к точной разновидности кабеля при его ремонте и эксплуатации советуем пользоваться инструкциями, спроектированными изготовителем.