Розділ 3. Волоконно-оптичні лінії зв'язку
3.1 Волоконно-оптичний кабель
На сьогодні в світі декілька десятків фірм, що виробляють оптичні кабелі різного призначення [ 2 ]. Найбільш відомі з них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor (ФРН); BICC Cable (Великобританія); Les cables de Lion (Франція); Nokia (Фінляндія); NTT, Sumitomo (Японія), Pirelli(Італія).
Визначальними параметрами при виробництві ВОК є умови експлуатації і пропускна спроможність лінії зв'язку. За умовами експлуатації кабелі підрозділяють на:
монтажні
станційні
зонові
магістральні.
Перших двох типів кабелів призначено для прокладки усередині будівель і споруд. Вони компактні, легкі і, як правило, мають невелику будівельну довжину. Кабелі останніх двох типів призначені для прокладки в колодязях кабельних комунікацій, в ґрунті, на опорах уподовж ЛЕП, під водою. Ці кабелі мають захист від зовнішніх дій і будівельну довжину більше двох кілометрів . Для забезпечення великої пропускної спроможності лінії зв'язку виробляються ВОК, що містять невелике число (до 8) одномодових волокон з малим загасанням, а кабелі для розподільних мереж можуть містити до 144 волокон як одномодових, так і багатомодових, залежно від відстаней між сегментами мережі.
При виготовленні ВОК в основному використовуються два підходи:
конструкції з вільним переміщенням елементів
конструкції з жорстким зв'язком між елементами.
По видах конструкцій розрізняють кабелі повивной скручування, пучкового скручування, з профільним сердечником, стрічкові кабелі. Існують багаточисельні комбінації конструкцій ВОК, які у поєднанні з великим асортиментом вживаних матеріалів дозволяють вибрати виконання кабелю, що щонайкраще задовольняє всім умовам проекту, у тому числі – вартісним.
Окремо розглянемо способи зрощення будівельних довжин кабелів
Зрощення будівельних довжин оптичних кабелів виробляється з використанням кабельних муфт спеціальної конструкції. Ці муфти мають два або більш кабельних введення, пристосування для кріплення силових елементів кабелів і одну або декілька сплайс-пластин. Сплайс-пластина - це конструкція для укладання і закріплення волокон різних кабелів, що зрощуються [ 6 ].
Після того, як оптичний кабель прокладений, необхідно з'єднати його з приймально-передавальною апаратурою. Зробити це можна за допомогою оптичних комутаторів (з'єднувачів). У системах зв'язку використовуються комутатори багатьох видів.
3.2 Електронні компоненти систем оптичного зв'язку
Перше покоління передавачів сигналів по оптичному волокну було упроваджене в 1975 році. Основу передавача складав світо діод, що працює на довжині хвилі 0.85 мкм в багатомодовому режимі.
Протягом подальших трьох років з'явилося друге покоління – одномодові передавачі, що працюють на довжині хвилі 1.3 мкм.
У 1982 році народилося третє покоління передавачів - діодні лазери, що працюють на довжині хвилі 1.55 мкм. Дослідження продовжувалися, і ось з'явилося четверте покоління оптичних передавачів, що дало початок когерентним системам зв'язку, - тобто системам, в яких інформація передається модуляцією частоти або фази випромінювання. Такі системи зв'язку забезпечують набагато більшу дальність поширення сигналів по оптичному волокну. Фахівці фірми NTT побудували без регенераторну когерентну волоконно-оптичну лінію зв'язку STM-16 на швидкість передачі 2.48832 Гбіт/с протяжністю в 300 км., а в лабораторіях NTT на початку 1990 року учені вперше створили систему зв'язку із застосуванням оптичних підсилювачів на швидкість 2.5 Гбіт/с на відстань 2223 км.
Поява оптичних підсилювачів на основі світлопроводів здатних підсилювати сигнали, дало початок п'ятому поколінню систем оптичного зв'язку. В даний час швидкими темпами розвиваються системи оптичної телекомунікації на відстані в тисячі кілометрів. Успішно експлуатуються трансатлантичні лінії зв'язку США-Європа ТАТ-8 і ТАТ9, ТИХООКЕАНСЬКА лінія Гавайські для США Острови-Японія ТРС-3. Ведуться роботи по завершенню будівництва глобального оптичного кільця зв'язку Японія – Сінгапур – Індія - Саудівська Аравія-Єгипет-Італія [ 8 ].
Останніми роками разом з когерентними системами зв'язку розвивається альтернативний напрям: солітонові системи зв'язку. Солітон - це світловий імпульс з незвичайними властивостями: він зберігає свою форму і теоретично може поширюватися по "ідеальному" світлопроводу нескінченно далеко. Солітони є ідеальними світловими імпульсами для зв'язку. Тривалість солітона складає приблизно 10 триліонних долий секунди (10 пс). Солітонові системи, в яких окремий біт інформації кодується наявністю або відсутністю солітона, можуть мати пропускну спроможність не менше 5 Гбіт/с на відстані 10 000 км. Таку систему зв'язку передбачається використовувати на вже побудованій трансатлантичній лінії ТАТ-8. Для цього доведеться підняти підводний ВОК, демонтувати всі регенератори і зростити всі волокна безпосередньо. В результаті на підводній магістралі не буде жодного проміжного регенератора.
3.3 Перспективи розвитку оптоволоконної технології
Що стосується перспектив оптоволоконних провідників, то дослідники шукають відповіді на декілька питань: як протистояти нелінійним ефектам, звести до мінімуму бітові збої, підвищити підсумкову потужність, а заразом і розширити зону дії підсилювача. Деякі попередні рішення вже відомі. Наприклад, збільшити ефективну площу оптоволоконного провідника можна змінивши коефіцієнт заломлення серцевини і зовнішніх кілець оптоволокна. Добитися цього удасться, якщо створити центральну трикутну зону і зовнішнє кільце з матеріалу з високим коефіцієнтом заломлення. Інший варіант – змінити коефіцієнт заломлення за допомогою двох зовнішніх кілець серцевини волокна. У обох випадках зовнішнє кільце забезпечує розподіл світла з центральної зони і розсіює його на більшій площі, строго направляючи промені по радіусу потрібної довжини. В результаті зменшується пікова потужність серцевини, підвищується гнучкість оптоволокна і при цьому зберігається світлонепроникність зовнішньої оболонки.
Ще один спосіб управління дисперсією – використання погоджених з керованою дисперсією пар волокон (NDSF-волокон). Їх переваги очевидні: швидкість передачі даних подвоюється в порівнянні з волокном, що не має зрушення дисперсії (NZDF-волокном). Підтвердити це можна на простому прикладі. Якщо швидкість NZDF-волокна складає один Тбіт/с при максимальній відстані передачі даних в 6 тис. км., то швидкість пари волокон з керованою дисперсією дозволяє збільшити дистанцію трансляції сигналу до 7,2 тис. км., при цьому швидкість передачі даних підтримується на рівні 2,1 Тбіт/с. Проте подібного роду технології знаходяться на стадії доопрацювання і доки не отримали широкого вживання [ 5 ].
Оптоволоконні «горизонти»
Навряд чи варто сумніватися в тому, що високі вимоги до пропускної спроможності і стабільності передачі інформації, що пред'являються у сфері телекомунікацій, приведуть з часом до широкого використання новітніх оптоволоконних провідників. Оператори зв'язку і виробники телекомунікаційного устаткування всього світу виявляють велику цікавість до оптоволоконних технологій. І хоча в 2001–2003 роках темпи зростання ринку оптичного волокна у ряді розвинених країн сповільнилися, підвищений попит на такий вигляд дротяної передачі даних наголошується в регіонах, що розвиваються. Якщо в 2000 році на Північну Америку доводилося 40% оптоволокна, що існувало в світі, на Європу – 27, Японію – 11, країни Азії – 16, Африку, Близький Схід і Латинську Америку – 6, то до початку 2008 прогнозується кардинальна зміна структури його розподілу. Експерти вважають, що доля Північної Америки складе 19%, Європи – 24, Японії – 14, країн Азії – 22, Африки, Близького Сходу і Латинської Америки – 21. Отже, загальна протяжність оптоволокна до наступного року збільшиться в порівнянні з 2002 з 156,2 до 457,4 гигаметров. Приведені цифри дозволяють говорити про технологічний потенціал оптоволоконних мереж і про конкурентоспроможність цих технологій на сучасному ринку телекомунікацій.
Стрімке поширення оптоволокна викликане такими змінами цих технологій, що оптоволоконні мережі стають такими, що усе більш зажадалися, а інколи і незамінними [ 3 ]. Значний вплив на зростання популярності оптоволоконних комунікацій зробила багатоканальна передача інформації, що стала можливій завдяки впровадженню технології мультиплексування. Крім того, сьогодні зростає попит на збільшену смугу пропускання. Наукові розробки в цій області дозволили розширити сферу вживання і загальні характеристики цього вигляду дротяної передачі даних. Впровадження оптичного підсилювача з присадкою ербію (EDFA) доповнило комерційні можливості волокна за рахунок розширення хвилевого діапазону. В результаті з'явилися передумови для ефективної одночасної передачі великого числа хвиль з коефіцієнтом мультиплікації 8, 16, 32 і більш. По пропускній спроможності сучасний оптоволоконний кабель перевершив свого попередника 20-річної давності в 150 тис. разів. І це, стверджують фахівці, далеко не межа.
Недоліки : при створенні лінії зв'язку потрібні активні високонадійні елементи, що перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали. Необхідні також оптичні колектори (з'єднувачі) з малими оптичними втратами і великим ресурсом на підключення-відключення.
Точність виготовлення таких елементів лінії повинна відповідати довжині хвилі випромінювання, тобто погрішності мають бути порядку долі мікрона. Тому виробництво таких компонентів оптичних ліній зв'язку дуже дороге.
Інший недолік полягає в тому, що для монтажу оптичних волокон потрібне дороге технологічне устаткування. а) інструменти для обрізання. б) комутатори. у) тестери. г) муфти і спайс- касети.
Як наслідок, при аварії (обриві) оптичного кабелю витрати на відновлення вище, ніж при роботі з мідними кабелями.
Промисловість багатьох країн освоїла випуск широкої номенклатури виробів і компонентів оптоволокна. Слід зауважити, що виробництво компонентів відрізняє висока міра концентрації.
Більшість підприємств зосереджена в США. Володіючи головними патентами, американські фірми (в першу чергу це відноситься до фірми "CORNING GLASS") роблять вплив на виробництво і ринок компонентів у всьому світі, завдяки укладанню ліцензійних угод з іншими фірмами і створенню спільних підприємств.
3.4 Переваги та недоліки оптоволоконної технології
Широка смуга оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою . Це означає, що по оптоволоконній лінії можна передавати інформацію із швидкістю порядку 1 Тбіт/с; Дуже мале загасання світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувати волоконно-оптичні лінії зв'язку завдовжки до 100 км. і більш без регенерації сигналів [ 2 ].
Стійкість до електромагнітних перешкод з боку довколишніх мідних кабельних систем, електричного устаткування (лінії електропередачі, електрорухові установки і так далі) і погодних умов;
Захист від несанкціонованого доступу. Інформацію, що передається по волоконно-оптичних лініях зв'язку, практично не можна перехопити неруйнівним для кабеля способом. Електробезпека. Будучи, по суті, діелектриком, оптичне волокно понижує пожежо-небезпечність мережі, що особливо актуально на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного риску. Довговічність ВОЛС — термін служби волоконно-оптичних ліній зв'язку складає не менше 25 років.
Недоліки оптоволоконного типа зв'язку : відносно висока вартість активних елементів лінії, що перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали; Відносно висока вартість зварки оптичного волокна. Для цього потрібне прецизійне, а тому дороге, технологічне устаткування. Як наслідок, при обриві оптичного кабелю витрати на відновлення ВОЛС вище, ніж при роботі з мідними кабелями.
Висновки
Волоконно-оптичні лінії зв'язку - це вигляд зв'язку, при якому інформація передається по оптичних діелектричних хвилеводах, відомих під назвою "оптичне волокно".
Оптичне волокно в даний час вважається найдосконалішим фізичним середовищем для передачі інформації, а також найперспективнішим середовищем для передачі великих потоків інформації на значні відстані.
Технології виробництва оптоволокна всього три десятки років. Це якщо вважати від моменту появи перших теоретичних робіт, в яких була показана принципова можливість створення світлопроводів з прийнятним, менше 20 дБ/км, загасанням. Перші зразки, що задовольняють цій вимозі, були створені на початку сімдесятих років
Переваги: широка смуга оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою . Це означає, що по оптоволоконній лінії можна передавати інформацію із швидкістю порядку 1 Тбіт/с; Дуже мале загасання світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувати волоконно-оптичні лінії зв'язку завдовжки до 100 км. і більш без регенерації сигналів
Недоліки: оптоволоконного типа зв'язку : відносно висока вартість активних елементів лінії, що перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали; Відносно висока вартість зварки оптичного волокна. Для цього потрібне прецизійне, а тому дороге, технологічне устаткування. Як наслідок, при обриві оптичного кабелю витрати на відновлення ВОЛС вище, ніж при роботі з мідними кабелями.
Список використаної літератури
1. Семенов А. Волоконно-оптична техніка \ Львів , 1993.- с.200.
2. Андрушко Л. Волоконно-оптичні лінії зв'язку\ під ред. Свечникова
С.- Київ ,1988- с.150.
3. Морозів О. Оптичні кабелі \\ Вісник зв'язку-Київ,1993 № 3,4,7,- с.12
4. Десурвір . Світловий зв'язок п'яте покоління \\ В світі науки-Харків , 1992
№ 3,- с.25
5. Сірок В. Зарубіжна техніка зв'язку \\Телефонія, телеграфія, передача даних-Київ, 1991 № 11-12, - с.15
6. Бліх К.І Світлопроводи для передачі зображення \ Москва ,1961.-с.165.
7. Велихов А.В , Строчников К.С. Компьютерные сети. Учебное пособие по администрированию локальных сетей. 3-е издание. - Новый издательский дом\ Москва , 2005 . - 304 с.
8. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального комп’ютера \Москва «ОЛМА - ПРЕСС», 2007 г. - 896 с.
9. Семенов А. Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях святи \ Москва « Компьютер-пресс» , 2000 г. - 304 с.
10. Велихов А.В., Строчников К.С. Компьютерные сети. Учебное пособие по администрированию локальных сетей. 3-е издание \ Санкт-петербург, 2005 г. - 304 с.
11. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального комп’ютера\ Москва «ОЛМА - ПРЕСС», 2007 г. - 896 с.
