К недостаткам оптических кабелей можно отнести:
· подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание;
· водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.
Достоинства и недостатки оптоволоконной связи
Достоинства открытых систем связи:
1. Более высокое отношение мощности принимаемого сигнала к излучаемой мощности при меньших апертурах антенн передатчика и приемника.
2. Лучшее пространственное разрешение при меньших апертурах антенн передатчика и премника
3. Очень малые габариты передающего и приемного модулей, используемых для связи на расстояния до 1 км
4. Хорошая скрытность связи
5. Освоение неиспользуемого участка спектра электромагнитных излучений
6. Отсутствие необходимости получения разрешение на эксплуатацию системы связи
Недостатки
открытых систем связи:
1. Малая пригодность для радио вещания из-за высокой направленности лазерного пучка.
2. Высокая требуемая точность наведения антенн передатчика и приемника
3. Низкий КПД оптических излучателей
4. Сравнительно высокий уровень шума в приемнике, частичтно обусловленный квантовой природой процесса детектирования оптического сигнала
5. Влияние характеристик атмосферы на надежность связи
6. Возможность отказов аппаратуры.
Достоинства направляющих систем связи:
1. Возможность получений световодов с малыми затуханием и дисперсией, что позволяет сделать большим расстояния между ретрансляторами (10 … 50 км)
2. Малый диаметр одноволоконного кабеля
3. Допустимость изгиба световода под малыми радиусами
4. Малая масса оптического кабеля при высокой информационной пропускной способности
5. Низкая стоимость материала световода
6. Возможность получения оптический кабелей, не обладающих электропроводностью и индуктивностью
7. Пренебрежимо малые перекрестные помехи
8. Высоко скрытость связи: ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну
9. Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: световоды различных типов позволяет заменить элуктрические кабели в цифровых системах связи всех уровней иерархии
10. Возможность постоянного усовершенствования системы связи
Недостатки направляющих систем связи:
1. Трудность соединения (сращивания) оптичеких волокон
2. Необходимость прокладки дополнительных электропроводящих жил в оптическом кабеле для обеспечения электропитания динстационно управляемой аппаратуры
3. Чувствительность оптического волокна к воздействию воды при ее попадании в кабель
4. Чувствительность оптического волокна к воздействию ионизирующего излучения
5. Низкий КПД источников оптического излучения при ограниченной мощности излучения
6. Трудности реализации режима многостанционного (параллельного) доступа с помощью шины с временным разделением каналов
7. Высокий уровень шума в приемнике
Направления развития и применения волоконной оптики
Открылись широкие горизонты практического применения ОК и волоконно-оптических систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как радиоэлектроника, информатика, связь, вычислительная техника, космос, медицина, голография, машиностроение, атомная энергетика и др. Волоконная оптика развивается по шести направлениям:
4. многоканальные системы передачи информации;
5. кабельное телевидение;
6. локальные вычислительные сети;
7. датчики и системы сбора обработки и передачи информации;
8. связь и телемеханика на высоковольтных линиях;
9. оборудование и монтаж мобильных объектов.
Многоканальные ВОСП начинают широко использоваться на магистральных и зоновых сетях связи страны, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Объясняется это большой информационной способностью ОК и их высокой помехозащищенностью. Особенно эффективны и экономичны подводные оптические магистрали.
Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов. В этом случае реализуется заказная система приема и предоставляется возможность абонентам получать на экране своих телевизоров изображения газетных полос, журнальных страниц и справочных данных из библиотеки и учебных центров.
На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного допуска.
Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах, надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины (температуру, давление, ток и др.). Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.
Весьма перспективно применение ОК на высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП) для организации технологической связи и телемеханики. Оптические волокна встраиваются в фазу или трос. Здесь реализуется высокая защищенность каналов от электромагнитных воздействий ЛЭП и грозы.
Легкость, малогабаритность, невоспламеняемость ОК сделали их весьма полезными для монтажа и оборудования летательных аппаратов, судов и других мобильных устройств.
В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-оптической техники — использование среднего инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км. Это позволит осуществить связь на большие расстояния с участками регенерации до 1000 км. Исследование фтористых и халькогенидных стекол с добавками циркония, бария и других соединений, обладающих сверхпрозрачностью в инфракрасном диапазоне волн, дает возможность еще больше увеличить длину регенерационного участка.
Ожидаются новые интересные результаты в использовании нелинейных оптических явлений, в частности соли тонного режима распространения оптических импульсов, когда импульс может распространяться без изменения формы или периодически менять свою форму в процессе распространения по световоду. Использование этого явления в волоконных световодах позволит существенно увеличить объем передаваемой информации и дальность связи без применения ретрансляторов.
Весьма перспективна реализация в ВОЛС метода частотного разделения каналов, который заключается в том, что в световод одновременно вводится излучение от нескольких источников, работающих на разных частотах, а на приемном конце с помощью оптических фильтров происходит разделение сигналов. Такой метод разделения каналов в ВОЛС получил название спектрального уплотнения или мультиплексирования.
При построении абонентских сетей ВОЛС кроме традиционной структуры телефонной сети радиально-узлового типа предусматривается организация кольцевых сетей, обеспечивающих экономию кабеля.
Можно полагать, что в ВОСП второго поколения усиление и преобразование сигналов в регенераторах будут происходить на оптических частотах с применением элементов и схем интегральной оптики. Это упростит схемы регенерационных усилителей, улучшит их экономичность и надежность, снизит стоимость.
В третьем поколении ВОСП предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по созданию принципиально новых АТС, коммутирующих световые, а не электрические сигналы. Имеются примеры создания многопозиционных быстродействующих оптических переключателей, которые могут использоваться для оптической коммутации.
На базе ОК и цифровых систем передачи создается интегральная сеть многоцелевого назначения, включающая различные виды передачи информации (телефонирование, телевидение, передача данных ЭВМ и АСУ, видеотелефон, фототелеграф, передача полос газет, сообщений из банков и т. д.). В качестве унифицированного принят цифровой канал ИКМ со скоростью передачи 64 Мбит/с (или 32 Мбит/с).
Для широкого применения ОК и ВОСП необходимо решить целый ряд задач. К ним прежде всего относятся следующие:
· проработка системных вопросов и определение технико-экономических показателей применения ОК на сетях связи;
· массовое промышленное изготовление одномодовых волокон, световодов и кабелей, а также оптоэлектронных устройств для них;
· повышение влагостойкости и надежности ОК за счет применения металлических оболочек и гидрофобного заполнения;
· освоение инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм и новых материалов (фторидных и халькогенидных) для изготовления световодов, позволяющих осуществлять связь на большие расстояния;
· создание локальных сетей для вычислительной техники и информатики;
· разработка испытательной и измерительной аппаратуры, рефлектометров, тестеров, необходимых для производства ОК, настройки и эксплуатации ВОЛС;
· механизация технологии прокладки и автоматизация монтажа ОК;
· совершенствование технологии промышленного производства волоконных световодов и ОК, снижение их стоимости;
· исследование и внедрение солитонового режима передачи, при котором происходит сжатие импульса и снижается дисперсия;
· разработка и внедрение системы и аппаратуры спектрального уплотнения ОК;
· создание интегральной абонентской сети многоцелевого назначения;
· создание передатчиков и приемников, непосредственно преобразующих звук в свет и свет в звук;
· повышение степени интеграции элементов и создание быстродействующих узлов каналообразующей аппаратуры ИКМ с применением элементов интегральной оптики;
· создание оптических регенераторов без преобразования оптических сигналов в электрические;
· совершенствование передающих и приемных оптоэлектронных устройств для систем связи, освоение когерентного приема;
· разработка эффективных методов и устройств электропитания промежуточных регенераторов для зоновых и магистральных сетей связи;
· оптимизация структуры различных участков сети с учетом особенностей применения систем на ОК;
· совершенствование аппаратуры и методов для частотного и временного разделения сигналов, передаваемых по световодам;
· разработка системы и устройств оптической коммутации.
Вывод
В настоящее время открылись широкие горизонты практического применения ОК и волоконно-оптических систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как радиоэлектроника, информатика, связь, вычислительная техника, космос, медицина, голография, машиностроение, атомная энергетика и др.
Волоконная оптика развивается по многим направлениям и без нее современное производство и жизнь не представляются возможными.
Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов.
Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах, надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины (температуру, давление, ток и др.). Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.
Весьма перспективно применение ОК на высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП) для организации технологической связи и телемеханики. Оптические волокна встраиваются в фазу или трос. Здесь реализуется высокая защищенность каналов от электромагнитных воздействий ЛЭП и грозы.
Легкость, малогабаритность, невоспламеняемость ОК сделали их весьма полезными для монтажа и оборудования летательных аппаратов, судов и других мобильных устройств.
Список литературы
1. Оптические системы связи / Дж. Гауэр – М.: Радио и связь, 1989;
2. Линии связи / И. И. Гроднев, С. М. Верник, Л. Н. Кочановский. - М.: Радио и связь, 1995;
3. Оптические кабели / И. И. Гроднев , Ю. Т. Ларин , И. И. Теумен. - М.: Энергоиздат, 1991;
4. Оптические кабели многоканальных линий связи / А. Г. Мурадян, И. С. Гольдфарб , В. Н. Иноземцев. - М.: Радио и связь, 1987;
5. Волоконные световоды для передачи информации / Дж. Э. Мидвинтер. - М.: Радио и связь, 1983;
6. Волоконно-оптические линии связи / И. И. Гроднев. - М.: Радио и связь, 1990
