11. Особенности построения волоконно-оптических систем передач

11.1. Основные положения

Внедрение ВОСП на местных сетях началось в 1986 году вводом в эксплуатацию на ГТС вторичной цифровой волоконно-оптической системы передачи на базе аппаратуры "Соната-2". С её использованием во многих городах сооружены линии связи. Аппаратура "Соната-2" сопрягается со стандартным канало- и группо-образующим оборудованием типов ИКМ-30 и ИКМ-120. В 1990 году начат промышленный выпуск оборудования вторичной цифровой системы передачи (ЦСП) для городских сетей ИКМ-120-5, предназначенной для передачи по градиентному оптическому кабелю (ОК) линейного тракта, работающего на длинах волн 0,85 или 1,3 мкм. Разработана ВОСП "Сопка-Г", предназначенная для организации оптического линейного тракта со скоростью передачи 34,368 Мбит/с по одномодовому и градиентному оптическому кабелю, с рабочей длиной волны 1,3 мкм. Аппаратура "Сопка-Г" выполнена в конструкции ИКМ-30-4, ИКМ-120-5 и аналогична им по системе технического обслуживания, то есть является продолжением единого семейства ЦСП для городской сети .

Таким образом, на ГТС ВОСП используются для уплотнения соединительных линий, для которых характерна небольшая длина, что позволяет отказаться от оборудования регенераторов в колодцах телефонной канализации. Волоконно-оптические системы передачи ГТС строятся на базе стандартного каналообразующего оборудования ИКМ, что позволяет легко модернизировать существующие соединительные линии для работы по оптическому кабелю.

Выбор элементной базы при реализации ВОСП и параметры её линейного тракта зависят от скорости передачи символов цифрового сигнала. МККТТ установлены правила объединения цифровых сигналов и определена иерархия аппаратуры временного объединения цифровых сигналов электросвязи (смотри раздел 5).

Аппаратура, в которой выполняется объединение этих сигналов, называется аппаратурой временного объединения цифровых сигналов. На выходе этой аппаратуры цифровой сигнал скремблируется скремблером, то есть преобразуется по структуре без изменения скорости передачи символов для того, чтобы приблизить его свойства к свойствам случайного сигнала (рисунок 11.1). Это позволяет достигнуть устойчивой работы линии связи вне зависимости от статистических свойств источника информации. Скремблированный сигнал может подаваться на вход любой цифровой системы передачи, что осуществляется при помощи аппаратуры электрического стыка.

Рисунок 11.1. Структурная схема волоконно-оптической системы передачи

Для каждой иерархической скорости МККТТ рекомендует свои коды стыка, например для вторичной – код HDB-3, для четверичной – код CMI и так далее. Операцию преобразования бинарного сигнала, поступающего от аппаратуры временного объединения в код стыка, выполняет преобразователь кода стыка. Код стыка может отличаться от кода принятого в оптическом линейном тракте. Операцию преобразования кода стыка в код цифровой ВОСП выполняет преобразователь кода линейного тракта, на выходе которого получается цифровой электрический сигнал, модулирующий ток излучателя передающего оптического модуля. Таким образом, волоконно-оптические системы передачи строятся на базе стандартных систем ИКМ заменой аппаратуры электрического линейного тракта на аппаратуру оптического линейного тракта .

11.2. Линейные коды ВОСП на ГТС

Оптическое волокно, как среда передачи, а также оптоэлектронные компоненты фотоприёмника и оптического передатчика накладывают ограничивающие требования на свойства цифрового сигнала, поступающего в линейный тракт. Поэтому между оборудованием стыка и линейным трактом ВОСП помещают преобразователь кода. Выбор кода оптической системы передачи сложная и важная задача. На выбор кода влияет, во- первых, нелинейность модуляционной характеристики и температурная зависимость излучаемой оптической мощности лазера, которые приводят к необходимости использования двухуровневых кодов.

Во-вторых, вид энергетического спектра, который должен иметь минимальное содержание низкочастотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) компонент. Энергетический спектр содержит непрерывную и дискретную части. Непрерывная часть энергетического спектра цифрового сигнала зависит от информационного сигнала и типа кода. Для того чтобы цифровой сигнал не искажался в усилителе переменного тока фотоприёмника желательно иметь низкочастотную составляющую непрерывной части энергетического спектра подавленной, в противном случае для реализации оптимального приёма перед решающим устройством регенератора требуется введение дополнительного устройства, предназначенного для восстановления НЧ составляющей, что усложняет оборудование линейного тракта. Существует ещё одна причина для уменьшения низкочастотной составляющей сигнала. Дело в том, что оптическая мощность, излучаемая полупроводниковым лазером, зависит от окружающей температуры и может быть легко стабилизирована посредством отрицательной обратной связи (ООС) по среднему значению излучаемой мощности только в том случае, когда отсутствует НЧ часть спектра, изменяющаяся во времени. Иначе в цепь ООС придется вводить специальные устройства, компенсирующие эти изменения.

В-третьих, для выбора кода существенным фактором является высокое содержание информации о тактовом синхросигнале в линейном сигнале. В приёмнике эта информация используется для восстановления фазы и частоты хронирующего колебания, необходимого для управления принятием решения в пороговом устройстве. Осуществить синхронизацию тем проще, чем больше число переходов уровня в цифровом сигнале, то есть чем больше переходов вида 0-1 или 1-0. Лучшим с точки зрения восстановления тактовой частоты и простоты реализации схемы выделения хронирующей информации, является сигнал, имеющий в энергетическом спектре дискретную составляющую на тактовой частоте.

В-четвертых, код не должен накладывать каких-либо ограничений на передаваемое сообщение и должен обеспечивать однозначную передачу любой последовательности нулей и единиц.

В-пятых, код должен обеспечивать возможность обнаружения и исправления ошибок. Основной величиной, характеризующей качество связи, является частость появления ошибок или коэффициент ошибок, определяемый отношением среднего количества неправильно принятых посылок к их общему числу. Контроль качества связи необходимо производить, не прерывая работу линии. Это требование предполагает использование кода, обладающего избыточностью, тогда достаточно фиксировать нарушение правил формирования кода, чтобы контролировать качество связи.

Кроме вышеперечисленных требований на выбор кода оказывает влияние простота реализации, низкое потребление энергии и малая стоимость оборудования линейного тракта .

В современных оптоволоконных системах связи для городской телефонной сети ИКМ-120-4/5 и ИКМ-480-5 для передачи в качестве линейного кода используется код CMI, который позволяет выделять последовательность тактовых импульсов, контролировать величину ошибки. Число одноименных следующих друг за другом символов не превышает двух – трех, что положительно сказывается на устойчивости работы ВОСП.

Особенностью данного кода является сочетание простоты кодирования и возможности выделения тактовой частоты заданной фазы с помощью узкополосного фильтра. Код строится на основе кода HDB-3 (принцип построения представлен на рисунке 11.2). Здесь символ +1 преобразуется в кодовое слово 11, символ –1 –в кодовое слово 00, символ 0 -в 01. Из рисунка 11.2 видно, что для CMI характерно значительное число переходов, что свидетельствует о возможности выделения последовательности тактовых импульсов. Текущие цифровые суммы кодов имеют ограниченное значение. Это позволяет контролировать величину ошибки достаточно простыми средствами . Число одноименных следующих друг за другом символов не превышает двух – трех. Избыточность кода CMI можно использовать для передачи служебных сигналов. Применяя для этой цели запрещенный в обычном режиме блок 10, а также нарушение чередований 11 и 00.

11.3. Источники оптического излучения, фотоприёмники ВОСП

Источники света волоконно-оптических систем передачи должны обладать большой выходной мощностью, допускать возможность разнообразных типов модуляции света, иметь малые габариты и стоимость, большой срок службы, КПД и обеспечить возможность ввода излучения в оптическое волокно с максимальной эффективностью. Для ВОСП потенциально пригодны твердотельные лазеры, в которых активным материалом служит иттрий-алюминиевый гранат, активированный ионами ниодима с оптической накачкой (например, СИД – светоизлучающий диод), у которого основной лазерный переход сопровождается излучением с длиной волны 1,064 мкм. Узкая диаграмма направленности и способность работать в одномодовом режиме с низким уровнем шума являются плюсами данного типа источников. Однако большие габариты, малый КПД, потребность во внешнем устройстве накачки являются основными причинами, по которым этот источник не используется в современных ВОСП. Практически во всех волоконно-оптических системах передачи, рассчитанных на широкое применение, в качестве источников излучения сейчас используются полупроводниковые светоизлучающие диоды и лазеры. Для них характерны в первую очередь малые габариты, что позволяет выполнять передающие оптические модули в интегральном исполнении. Кроме того, для полупроводниковых источников света характерны невысокая стоимость и простота обеспечения модуляции .

Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. Основу передатчика составлял светоизлучающий диод, работающий на длине волны 0.85 мкм в многомодовом режиме. В течение последующих трех лет появилось второе поколение – одномодовые передатчики, работающие на длине волны 1.3 мкм. В 1982 году родилось третье поколение передатчиков – диодные лазеры, работающие на длине волны 1.55 мкм. Исследования продолжались, и вот появилось четвертое поколение оптических передатчиков, давшее начало когерентным системам связи – то есть системам, в которых информация передается модуляцией частоты или фазы излучения. Такие системы связи обеспечивают большую дальность распространения сигналов по оптическому волокну. Специалисты фирмы NTT построили безрегенераторную когерентную ВОЛС STM-16 на скорость передачи 2.48832 Гбит/с протяженностью в 300 км, а в лабораториях NTT в начале 1990 года ученые впервые создали систему связи с применением оптических усилителей на скорость 2.5 Гбит/с на расстояние 2223 км.

Детекторы ВОСП . Функция детектора волоконно-оптических систем передачи сводится к преобразованию входного оптического сигнала, который затем, как правило, подвергается усилению и обработке схемами фотоприемника. Предназначенный для этой цели фотодетектор (ФД) должен воспроизводить форму принимаемого оптического сигнала, не внося дополнительного шума, то есть обладать требуемой широкополосностью, динамическим диапазоном и чувствительностью. Кроме того, ФД должен иметь малые размеры (но достаточные для надежного соединения с оптическим волокном), большой срок службы и быть не чувствительным к изменениям параметров внешней среды. Существующие фотодетекторы далеко не полно удовлетворяют перечисленным требованиям. Наиболее подходящими среди них для применения в волоконно-оптических системах передачи являются полупроводниковые p-i-n фотодиоды и лавинные фотодиоды (ЛФД) . Они имеют малые размеры и достаточно хорошо стыкуются с волоконными световодами. Достоинством ЛФД является высокая чувствительность (может в 100 раз превышать чувствительность p-i-n фотодиода), что позволяет использовать их в детекторах слабых оптических сигналов. Однако, при использовании лавинных фотодиодов нужна жесткая стабилизация напряжения источника питания и температурная стабилизация, поскольку коэффициент лавинного умножения, а следовательно фототок и чувствительность ЛФД, сильно зависит от напряжения и температуры.

Тем не менее, лавинные фотодиоды успешно применяются в ряде современных ВОСП, таких как ИКМ-120/5, ИКМ-480/5, "Соната".

Оптические кабели ВОСП . Оптический кабель (ОК) предназначен для передачи информации, содержащейся в модулированных электромагнитных колебаниях оптического диапазона. В настоящее время используется диапазон длин волн от 0.8 до 1.6 мкм, соответствующий ближним инфракрасным волнам. В будущем возможно расширение рабочего диапазона в область дальних инфракрасных волн с длинами волн от 5 до 10 мкм. Оптический кабель содержит один или несколько световодов. Световод – это направляющая система для электромагнитных волн оптического диапазона. Практическое значение имеют только волоконные световоды, изготовленные из высоко прозрачного диэлектрика: стекла или полимера. Для концентрации поля волны вблизи оси световода используется явление преломления и полного отражения в волокне с показателем преломления, уменьшающимся от оси к периферии плавно либо скачками. Световод состоит из оптического волокна и покрытия. Оптическое волокно (ОВ) из стекла изготавливается обычно с внешним диаметром 100 – 150 мкм.

Передача света по любому световоду может осуществляться в двух режимах: одномодовом и многомодовом. Одномодовым называется такой режим, при котором распространяется только одна основная мода.

Фазовая и групповая скорости каждой моды в световоде зависят от частоты, то есть световод является дисперсной системой. Вызванная этим волноводная дисперсия является одной из причин искажения передаваемого сигнала. Различие групповых скоростей различных мод в многомодовом режиме называется модовой дисперсией. Она является весьма существенной причиной искажения сигнала, поскольку он переносится по частям многими модами. В одномодовом режиме отсутствует модовая дисперсия, и сигнал искажается значительно меньше, чем в многомодовом, однако в многомодовый световод можно ввести большую мощность .

Оптические волокна имеют очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0.02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

На сегодняшний день для городской телефонной сети отечественной промышленностью выпускаются кабели марки ОК имеющие четыре и восемь волокон.

Недостатки волоконно-оптической технологии:

1. Необходимы оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.

2. Для монтажа оптических волокон требуется дорогое технологическое оборудование.

3. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями

Тем не менее, преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации. В ближайшие годы потребность в увеличении числа каналов будет расти. Наиболее доступным способом увеличения пропускной способности ВОСП в два раза является передача по одному оптическому волокну двух сигналов в противоположных направлениях. Сегодня на городских сетях связи находят применение одноволоконные ВОСП с оптическими разветвителями и со спектральным уплотнением.

11.4. Передающие и приёмные устройства ВОСП

На рисунке 11.3 представлена структурная схема оптического передатчика (ОП) с прямой модуляцией несущей. Преобразователь кода ПК преобразует стыковой код, в код, используемый в линии, после чего сигнал поступает на модулятор. Схема оптического модулятора исполняется в виде передающего оптического модуля (ПОМ), который помимо модулятора содержит схемы стабилизации мощности и частоты излучения полупроводникового лазера или светоизлучающего диода. Здесь модулирующий сигнал через дифференциальный усилитель УС-1 поступает в прямой модулятор с излучателем (МОД). Модулированный оптический сигнал излучается в основное волокно ОВ-1. Для контроля мощности излучаемого оптического сигнала используется фотодиод (ФД), на который через вспомогательное волокно ОВ-2 подается часть излучаемого оптического сигнала. Напряжение на выходе фотодиода, отображающее все изменения оптической мощности излучателя, усиливается усилителем УС-2 и подается на инвертирующий вход усилителя УС-1. Таким образом, создается петля отрицательной обратной связи, охватывающая излучатель. Благодаря введению ООС обеспечивается стабилизация рабочей точки излучателя. Для уменьшения температурной зависимости порогового тока в передающем оптическом модуле имеется схема термокомпенсации (СТК), поддерживающая внутри ПОМ постоянную температуру с заданным отклонением от номинального значения. Современные микрохолодильники позволяют получать отклонения не более тысячных долей градуса .

Рисунок 11.3. Структурная схема оптического передатчика

Оптический приемник .

Структурная схема оптического приемника (ОПр) показана на рисунке 11.4. Приемник содержит фотодетектор (ФД) для преобразования оптического сигнала в электрический. Малошумящий усилитель (УС) для усиления полученного электрического сигнала до номинального уровня. Усиленный сигнал через фильтр (Ф), формирующий частотную характеристику приемника, обеспечивающую квазиоптимальный прием, поступает в устройство линейной коррекции (ЛК). В ЛК компенсируются частотные искажения электрической цепи на стыке фотодиода и первого транзистора усилителя. После преобразований сигнал поступает на вход решающего устройства (РУ), где под действием тактовых импульсов, поступающих от устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), принимается решение о принятом символе. На выходе оптического приёмника имеется преобразователь кода (ПК), преобразующий код линейный в стыковой код .

Рисунок 11.4. Структурная схема оптического приёмника

Контрольные вопросы

1. Для чего между оборудованием стыка и линейным трактом ВОСП помещают преобразователь кода?
2. Что влияет на выбор кода оптической системы передачи?
3. Для чего в приёмнике нужна информация о тактовом синхросигнале?
4. Принцип построения кода CMI?
5. Какие типы источников излучения используются в ВОСП?
6. Назовите основные требования, предъявляемые к фотодетектору.
7. Перечислите достоинства лавинных фотодиодов.
8. От чего зависит тип модового режима?
9. В каком режиме передаваемый сигнал искажается меньше и почему?
10. Для чего в оптическом передатчике вводится отрицательная обратная связь?
11. Поясните принцип работы оптического приёмника.

Основные виды применения оптоволоконных систем связи

В настоящее время наиболее важным аспектом использования волоконно-оптических систем связи является обеспечение с помощью него недорогого канала связи, чтобы нести все большее количество коммерческих и частных данных. Когда-то медленное соединение для передачи данных по медной линии было приемлемым, но теперь владельцы бизнеса и домовладельцы требуют обеспечения потоковой передачи данных, скоростью в несколько тысяч килобайт в секунду (Kbps). Кроме того, растущий спрос на обширные физические кабельные и интернет-сети привел к необходимости резко снизить стоимость работ и ограничить занимаемое пространство необходимое для установки. В обоих случаях, волоконно-оптические системы связи намного превосходят передачу данных по медным линиям. Это привело тому, что волоконно-оптические системы связи становятся доминирующими в доме и в бизнесе широкополосного сектора.

Низкая стоимость и высокая эффективность волоконно-оптических кабелей также привели к замене крупномасштабной меди подводных и магистральных наземных линий связи, а также значительно улучшилось качество телефонной передачи данных на дальнее расстояние. Кроме того, эти системы гораздо проще в плане, ремонта или замены кабеля в случае необходимости, а также они не подпадают под те же ограничения передачи данных, с которыми сталкиваются их предшественники.

Из-за их широкого спектра преимуществ по сравнению с другими системами, применение волоконно-оптических систем связи, несомненно, будет продолжать расти в быстром темпе. Несмотря на то, что большинство домов в настоящее время все еще не используют новую технологию передачи данных можно с уверенностью сказать, что волоконно-оптические системы будут продолжать вытеснять медные линии, и в конечном итоге они способны заменить их во всех построенных домах. Волоконно-оптические системы связи по-прежнему остаются доминирующей коммуникационной технологией будущего.

Оптико-волоконный кабель, преимущества оптоволокна перед медью:

• Скорость. Волоконно-оптические сети работают на высоких скоростях.
• Объем потока передачи данных гораздо больше, чем в медных кабельных линиях.
• Расстояние. Сигналы могут передаваться на более далекие расстояния без необходимости обновления или укрепления связи.
• Сопротивление. Они обладают большей устойчивостью к электромагнитным помехам, таким как радио, двигатели или другие близлежащие кабельные сети.
• Обслуживание. Обслуживание волоконно-оптических кабельных линий стоит намного дешевле, чем поддерживать медные каналы связи.

В последние годы стало очевидным, что волоконная оптика является устойчивой заменой медного провода в качестве надлежащего средства передачи сигналов связи. Она охватывает большие расстояния между местными телефонными системами, а также она заложила основу для многих сетевых систем. Другие полезные функции системы включают в себя оказание услуг кабельного телевидения. Волоконно-оптические системы связи применяются в университетских кампусах, офисных зданиях, промышленных предприятиях, а также электрических коммунальных предприятиях.

Волоконно-оптическая система аналогична системе проволочной меди. Разница заключается в том, что волоконная оптика использует световые импульсы для передачи информации вместо использования электронных импульсов, которые используют медные линии для передачи цифровых данных. Знание компонентов, которые используются в производстве волоконно-оптической сети, дает лучшее понимание того, как работает система в сочетании с системами на основе проволоки.

Один конец системы является передатчиком. Это место происхождения информации, поступающей на волоконно-оптические линии. Передатчик принимает кодированную электронную информацию как импульс, поступающий из медной проволоки. Он обрабатывает и преобразует эту информацию в закодированные световые импульсы. Светоизлучающий диод (СИД) или литьевой лазерный диод (ИСД) может быть использован для генерации световых импульсов. С помощью линзы, световые импульсы направляются в волоконно-оптическую среду, где они путешествуют как по кабелю. Свет (ближней инфракрасной области спектра) чаще всего 850nm, на более короткие расстояния и 1,300nm.

Волоконно-оптический кабель можно представить как очень длинную картонную втулку (та что находится во внутренней части рулона бумажных полотенец), которая покрыта зеркалом на внутренней стороне.

Если вы посветите фонариком в одном конце, то вы сможете увидеть свет, который выйдет на дальнем конце — даже если он был согнут под острым углом.

Световые импульсы легко перемещаться по волоконно-оптической линии связи из-за принципа, известного как внутреннее отражение. Этот принцип полного внутреннего отражения гласит, что, когда угол падения превышает критическое значение, свет не может выйти из стекла. Этот принцип применяется к построению волоконно-оптической нити, по ней можно передавать информацию вниз по линии волокна в виде световых импульсов. Ядро должно иметь очень четкий и чистый материал для света, или в большинстве случаев вблизи инфракрасного света (850 нм, 1300 нм и 1500nm). Ядро может быть пластиковым (используется на очень короткие расстояния), но в большинстве случаев используется оптические волокна из стекла. Стекло почти всегда сделано из чистого диоксида кремния, но иногда используются и некоторые другие материалы, например: фторцирконат, фторалюминатные и халькогенидные стекла, они используются для более длинноволновых инфракрасных лучей.

Есть три типа оптоволоконного кабеля, которые обычно используются в строительстве волоконно-оптических линия связи: одномодовый, многомодовый и пластиковое оптоволокно (ФОМ). Прозрачные стеклянные или пластиковые волокна, позволяют свету перемещаться от одного конца к другому с минимальными потерями.

Волоконно-оптический кабель функционирует как «световод», он проводит свет от одного конца кабеля к другому. В качестве источника света может быть использован либо светоизлучающий диод (LED), либо лазер.

Источника света генерирует цифровую информацию в световые импульсы и выключается, а светочувствительный приемник на другом конце кабеля преобразует импульсы обратно в цифровые единицы и нули исходного сигнала.

Даже лазерный луч, просвечивая волоконно-оптический кабель, подвержен потере прочности, в первую очередь за счет дисперсии и рассеяния света внутри самого кабеля. Чем быстрее лазер колеблется, тем больше риск дисперсии. Могут потребоваться легкие упрочнители, называемые репитерами, для обновления сигнала в определенных местах оптоволоконной линии.

В то время как волоконно-оптический кабель сам по себе становится дешевле с течением времени — эквивалентная длина медного кабеля стоит меньше на фут, но не в качестве. Волоконно-оптические кабельные соединители и оборудование, необходимое для их установки все еще дороже, чем их медные аналоги.

Одномодовый кабель представляет собой единый провод (большинство используют 2 волокна) из стекловолокна с диаметром8,3 до 10 мкм, который имеет один режим передачи. Одномодовое волокно с относительно узким диаметром, через который будет распространяться обычно 1310 или 1550 нм света. Он несет более высокую пропускную способность в сравнении с многомодовым волокном, но также он требует источника света с узкой спектральной шириной.

Одномодовые волоконные системы используются во многих приложениях, где данные посылаются на многочастотных каналах. Одномодовое волокно дает более высокий уровень скорости передачи информации и до 50 раз большее расстояние, чем расстояние многопроволочных, но и стоит он дороже. Небольшое ядро и одна световая волна практически полностью препятствует проникновению любых искажений, которые могут возникнуть в результате перекрытия лазерных импульсов, создавая небольшое затухание сигнала и самую быструю скорость передачи информации любого типа оптического кабеля.

Одномодовое оптическое волокно – оптическое волокно, в котором режим может распространяться на длине волны интереса, как правило, 1300 до 1320nm.

Многомодовый кабель имеет немного больший диаметр, в диапазоне от 50 до 100 микрон-для более легкого обеспечения передачи данных. Большинство приложений, в которых используется многомодовое волокно, используют 2 волокна (WDM обычно не использует многомодовые волокна). POF представляет собой новый, на пластиковой основе, кабель, который обещает производство оптического кабеля в очень короткие промежутки времени, но по более низкой цене.

Многомодовое волокно дает высокую пропускную способность при высоких скоростях (от 10 до 100 Мбит) на средние расстояния. Световые волны рассеиваются на многочисленные расстояния, так как они проходят через сердечник кабеля, как правило, 850 или 1300 нм. Типичные многомодовые волокна обладают диаметром сердцевины 50, 62,5 и 100 микрометров. Тем не менее, на длинных кабельных трассах (более 900 метров), несколько путей света могут привести к искажению сигнала на приемном конце, что в результате приводит к неясной и неполной передаче данных.

Использование волоконно-оптической связи не было доступно до 1970 года. Было признано, что оптическое волокно будет возможным для использования в качестве телекоммуникационного оборудования передачи данных, только если разработанное стекло будет настолько чистым, что затухание будет 20дБ / км или менее. То есть, 1% света будет оставаться после прохождения 1 км. Затухание оптического волокна сегодня находится в диапазоне от 0,5 дБ / км до 1000dB / км, в зависимости от используемого материала для производства волоконно-оптических кабелей.

Применения волоконно-оптической связи распространилось быстрыми темпами, так как первая коммерческая установка волоконно-оптической системы была введена в эксплуатацию в 1977 г. Телефонные компании также рано приобщились к новой технологии, заменив их старые системы медных проволок на волоконно-оптические линии. Современные телефонные компании используют оптическое волокно во всех своих системах, в качестве фундамента для строительства линий передачи данных и как обеспечение связи на дальние расстояния между телефонными системами города.

Кабельные телевизионные компании также начали интегрировать волоконно-оптические сети в свои кабельные системы. Магистральные линии, которые соединяют центральные офисы, как правило, заменяют оптическим волокном. Некоторые провайдеры уже начали экспериментировать с оптоволокном, используя волоконно-коаксиальный гибрид. Такой гибрид позволяет объединить волоконно-оптическую и коаксиальную технологию в одном месте. Это место, называется узлом, представленным оптическим приемником, который преобразует световые импульсы обратно в электронные сигналы. Эти сигналы могут затем быть поданы в отдельные дома по коаксиальному кабелю.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) являются коллективной группой компьютеров или компьютерных систем, соединенных друг с другом и позволяющих совместно использовать программы, программное обеспечение или базы данных. Колледжи, университеты, офисные здания и промышленные предприятия – все используют оптическое волокно в пределах своих систем ЛВС.

Энергетические компании являются развивающейся группой, которая начала использовать волоконно-оптические технологии в своих системах связи. В большинстве энергокомпаний уже есть волоконно-оптические системы связи, которые используются для мониторинга их систем энергоснабжения.

Около 10 миллиардов цифровых битов могут быть переданы в секунду по волоконно-оптической линии в коммерческой сети, этого достаточно, чтобы совершить десятки тысяч телефонных звонков. Нити оптического волокна состоят из двух концентрических слоев высокочистого кварцевого стекла, сердцевины и оболочки, которые заключены в защитную внешнюю оболочку. Световые лучи модулируются в цифровые импульсы с помощью лазера или светоизлучающего диода, они двигаются вдоль сердечника, не проникая оболочки кабеля.

Свет остается приуроченным к ядру, поскольку оболочка имеет более низкий показатель преломления, и в меру своей способности искривляют свет. Ускорение передачи данных в оптических волокнах, наряду с развитием новых лазеров и диодов, может в один прекрасный день позволить коммерческим волоконно-оптическим сетям выполнять триллионы битов передачи данных в секунду.

Поскольку оболочка оптического кабеля имеет более низкий показатель преломления, лучи света отражаются обратно в активную зону, если они сталкиваются с оболочкой под небольшим углом. Луч, преломление которого превышает определенный «критический» угол выходит из оптического волокна.

ШАГ-ИНДЕКС многомодового оптоволоконного кабеля имеет большое ядро, до 100 мкм в диаметре. В результате, некоторые из световых лучей, которые составляют цифровой импульс, могут перемещаться по прямому маршруту, в то время как другие перемещаются зигзагом. Эти альтернативные пути вызывают различные группы световых лучей, называемые режимами, в которых лучи прибывают отдельно на приемный пункт. Импульс, совокупность различных режимов, начинает распространяться, теряя свою четко определенную форму. Возникает необходимость оставить интервал между импульсами, чтобы избежать перекрытия пропуска импульса за пределы полосы, то есть. Следовательно, этот тип волокна лучше всего подходит для передачи данных на короткие расстояния, в эндоскоп, например.

Градиентной многомодового оптоволоконного кабеля содержит ядро, в котором показатель преломления постепенно уменьшается от центральной оси наружу в сторону оболочки. Чем выше показатель преломления в центре, тем медленнее движутся лучи света. Кроме того, вместо движения зигзагами от облицовки, свет в основных кривых движется спирально из градуированного индекса, уменьшая его путь. Укороченный путь и высокая скорость позволяют свету находиться периферии, поэтому чтобы прибыть в приемник примерно в то же время, луч должен быть прямым в оси сердечника. Результат: цифровой импульс страдает меньше от дисперсии.

Световод в одномодовом волоконно-оптическом кабеле имеет узкое ядро (восемь микрон или меньше), а показатель преломления между сердцевиной и изменениями оболочки меньше, чем для многомодовых волокон. Таким образом, свет проходит параллельно оси, создавая небольшую дисперсию импульса. Для оказания услуг телефонии и кабельного телевидения устанавливают миллионы километров этого волокна каждый год.

Модульная конструкция кабелей с отрывными трубами, как правило, содержит до 12 волокон в буферной трубке, максимально на кабеле подсчитывается более 200 волокон. Конструкция сыпучего трубчатого кабеля может содержать диэлектрик или, возможно, бронировку. Модульная конструкция буферной трубки позволяет легко высаживать группу волокон в промежуточных точках, не мешая другим защищенным буферным трубокам, направляемым в других местах. Конструкция с отрывными трубками также помогает в идентификации и управлении волокон в системе.

Одноволоконного кабеля в плотном буфере используются в качестве косички, коммутационные шнуры и перемычки прекращаются в отрывных трубках кабелей непосредственно в оптоэлектронных передатчиках, приемниках и других активных и пассивных компонентах.

Мультиволокна в плотном буфере кабеля также доступны и используются в основном для альтернативной маршрутизации, они легко поддаются обработке, обладают гибкостью и простотой монтажа в зданиях.

Конструкции кабеля с отрывными трубами содержит оболочку из цветных пластмассовых буферных трубок и защиту оптических волокон. Гелевый наполнитель препятствует проникновению воды внутрь кабеля. Превышение длины волокна (относительно буфера длины трубы) изолирует волокна от напряжений установки и нагрузки на окружающую среду. Буферные трубки скручены вокруг диэлектрика или стали центральным элементом, который служит в качестве элемента защиты от потери устойчивости.

Жильный кабель, как правило, использует арамидные волокна, в качестве элемента первичной прочности на разрыв. Если требуется армирование, гофрированной стальной лентой формируется оболочка вокруг одного экранированного кабеля с дополнительным жакетом, экструдированным над броней.

При плотном буфере в конструкции кабелей, буферное вещество находится в непосредственном контакте с волокном. Эта конструкция подходит для «соединительных кабелей», соединяющих внешние кабели к терминальному оборудованию, а также для соединения различных устройств сети в помещениях.

Мультиволокно в плотном буфере кабеля часто используются для внутриведомственных зданий, стояков и общего строительства.

В плотном буфере конструкция обеспечивает прочную конструкцию кабеля для защиты отдельных волокон в процессе обработки, маршрутизации и передачи информации. Упрочненные нити держат нагрузку на разрыв от волокна.

Как и в случае с кабелями с отрывными трубами, оптические характеристики для плотно буферных кабелей должны также включать максимальную производительность всех волокон в диапазоне рабочих температур и срока службы кабеля. Средние значения не приемлемы.

Волоконная оптика нашла широкое применение в различных отраслях промышленности, но нигде они не встречаются также часто, как в области телекоммуникаций. Первоначально, по мнению многих, волоконно-оптическая технология представлялась непомерно дорогой и не имела практических применений, сейчас она трансформировала саму инфраструктуру РТО. Она достигла этого из-за двух очень простых преимуществ, которыми она выигрывает у меди: (1) способность передавать данные на более высоких скоростях и с меньшими потерями (2) способность делать это при более низких скоростях без возникновения ошибок. Не следует забывать, что это только из-за широкого поглощения волоконно-оптической передачи, многие из новых протоколов с высокой скоростью передачи данных, таких как, ретрансляции кадров, SMDS, SDH и ATM имеют место в современном обществе.

2017, . Все права защищены.