SER1 (Волоконно-оптическая линия связи)

ВВЕДЕНИЕ.

Сегодня, как никогда ранее, регионы России нуждаются в связи, как в количественном, так и в качественном плане. Руководители регионов в первую очередь озабочены социальным аспектом этой проблемы, ведь телефон-это предмет первой необходимости. Связь влияет и на экономическое развитие региона, его инвестиционную привлекательность. Вместе с тем операторы электросвязи, тратящие массу сил и средств на поддержку дряхлеющей телефонной сети, все же изыскивают средства на развитие своих сетей, на цифровизацию, внедрение оптоволоконных и беспроводных технологий.

В данный момент времени сложилась ситуация, когда практически все крупнейшие российские ведомства проводят масштабную модернизацию своих телекоммуникационных сетей.

За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические системы и кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородней связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.

Применяя волоконно-оптическую связь, резко увеличивается объем передаваемой информации по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, это объясняется тем, что волоконно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.

Для любой системы связи важное значение имеют три фактора :

- информационная емкость системы, выраженная в числе каналов связи, или скорость передачи информации, выраженная в бит в секунду;

- затухание, определяющее максимальную длину участка регенерации;

- стойкость к воздействию окружающей среды;

Важнейшим фактором в развитии оптических систем и кабелей связи явилось появление оптического квантового генератора - лазера. Слово лазер составлено из первых букв фразы Light Amplification by Emission of Radiation - усиление света с помощью индуцированного излучения. Лазерные системы работают в оптическом диапазоне волн. Если при передачи по кабелям используются частоты - мегагерцы,

а по волноводам - гигагерцы, то для лазерных систем используется видимый и инфракрасный спектр оптического диапазона волн (сотни гигагерцы).

Направляющей системой для волоконно-оптических систем связи являются диэлектрические волноводы, или волокна, как их называют из-за малых поперечных размеров и метода получения. В то время когда был получен первый световод, затухание составляло порядка 1000 дб/км это объяснялось потерями из-за различных примесей присутствующих в волокне. В 1970 г. были созданы волоконные световоды с затуханием 20 дб/км. Сердечник этого световода был изготовлен из кварца с добавкой титана для увеличения коэффициента преломления, а оболочкой служил чистый кварц. В 1974г. затухание было снижено до 4 дб/км, а в 1979г. Получены световоды с затуханием 0,2дб/км на длине волны 1,55мкм.

Успехи в технологии получения световодов с малыми потерями стимулировали работы по созданию волоконно-оптических линий связи.

Волоконно-оптические линии связи по сравнению с обычными кабельными линиями имеют следующие преимущества:

- Высокая помехоустойчивость, нечувствительность к внешним электромагнитным полям и практически отсутствие перекрестных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель.

- Значительно большая широкополосность.

- Малая масса и габаритные размеры. Что уменьшает стоимость и время прокладки оптического кабеля.

- Полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи, поэтому не требуется общее заземление передатчика и приемника. Можно производить ремонт оптического кабеля, не выключая оборудования.

- Отсутствие коротких замыканий, вследствие чего волоконные световоды могут быть использованы для пересечения опасных зон без боязни коротких замыканий, являющихся причиной пожара в зонах с горючими и легковоспламеняющимися средами.

- Потенциально низкая стоимость. Хотя волоконные световоды изготавливаются из ультра чистого стекла, имеющего примеси меньше чем несколько частей на миллион, при массовом производстве их стоимость не велика. Кроме того, в производстве световодов не используются такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец, запасы которых на Земле ограничены. Стоимость же электрических линий коаксиальных кабелей и волноводов постоянно увеличивается как с дефицитом меди, так и с удорожанием энергетических затрат на производство меди и алюминия.

В мире вырос огромный прогресс в развитии волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них, выпускаются многими странами мира.

Особое внимание у нас и за рубежом уделяется созданию и внедрению одномодовых систем передачи по оптическим кабелям, которые рассматриваются как наиболее перспективное направление развития техники связи. Достоинством одномодовых систем является возможность передачи большого потока информации на требуемые расстояния при больших длинах регенерационных участков. Уже сейчас имеются волоконно-оптические линии на большое число каналов с длиной регенерационного участка 100...150 км. Последнее время в США ежегодно изготовляется по 1,6 млн. Км. оптических волокон, причем 80% из них - в одномодовом варианте.

Получили широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели второго поколения, выпуск которых освоен отечественной кабельной промышленностью к ним, относятся кабели типа:

ОКК - для городских телефонных сетей;

ОКЗ - для внутризоновых;

ОКЛ - для магистральных сетей связи;

Волоконно-оптические системы передачи применяются на всех участках первичной сети ВСС для магистральной, зоновой и местной связи. Требования, которые предъявляются к таким системам передачи, отличаются числом каналов, параметрами и технико-экономическими показателями.

На магистральной и зоновых сетях применяются цифровые волоконно-оптические системы передачи, на местных сетях для организации соединительных линий между АТС также применяются цифровые волоконно-оптические системы передачи, а на абонентском участке сети могут использоваться как аналоговые (например, для организации канала телевидения), так и цифровые системы передачи.

Максимальная протяженность линейных трактов магистральных систем передачи составляет 12500 км. При средней длине порядка 500 км. Максимальная протяженность линейных трактов систем передачи внутризоновой первичной сети может быть не более 600 км. При средней длине 200 км. Предельная протяженность городских соединительных линий для различных систем передачи составляет 80...100 км.

На сети связи начата постановка современных отечественных волоконно-оптических систем передачи второго поколения, таких как:

(городская сеть),

(внутризоновая сеть), и

(магистральная сеть).

Информационные возможности волоконно - оптических средств передачи, дало сильный толчок на дальнейшее развитие, а именно создание абонентских широкополосных сетей. Например фирма Siemens планирует до конца 2000 года подготовить условия для предоставления абонентам широкополосных цифровых каналов со скоростями до сотен Мбит/с. Это позволит объединить в рамках одной сети и довести до абонента, помимо телефонных сообщений, телевидения, передачу данных, цветную факсимильную передачу.

В России ни одна общенациональная программа по созданию интегральных широкополосных сетей не финансировалась. Тем не менее, уже реально внедряются системы кабельного телевидения, обсуждаются методы его интеграции с телефонными службами.

В ближайшем будущем следует ожидать появления фторированных халькогенидных и других типов оптических волокон, которые при использовании ближнего инфракрасного диапазона волн (2...4 мкм) позволят уменьшить потери до 0,1...0,2 дб/км и существенно увеличить длины регенерационных участков. Спектральное уплотнение позволит увеличить пропускную способность оптических трактов передачи. Дальнейшее развитие получат оптоэлектронные устройства передающего и приемного назначения, широко будет применяться интегральная оптика. Следует ожидать, что усиление и преобразование сигналов будет происходить на оптических частотах. В перспективе получат развитие акустооптические преобразователи, непосредственно преобразующие сигналы в оптические.

Имея в виду, что основные потребности нашей страны в каналах связи на обозримую перспективу находятся в пределах эффективного применения коаксиальных кабелей, им совместно с радиорелейными линиями отводится в ВСС основная роль при создании магистральной связи страны.

Однако, учитывая высокие достоинства оптических кабелей, они получают все возрастающее применение на сетях связи.