Общие сведенья

Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи

Одним из основных направлений развития телекоммуникационных сис­тем является широкое применение волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), под которыми понимается совокупность актив­ных и пассивных устройств, предназначенных для передачи со­общений на расстояния по оптическим волокнам (ОВ) с помощью оптических волн и сигналов. Другими словами, ВОСП – это сово­купность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку и передачу оптиче­ских сигналов. Физической средой распространения оптических сигналов являются волоконно-опти­ческие или, просто, оптические кабели и создаваемые на их основе волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Без широкого использования ВОЛС невозможно развитие телекоммуникационных технологий в области телефонной и телеграфной связи, кабельного телевиде­ния и факсимильной связи, передачи данных, создания единой цифровой сети с интеграцией служб – СЦИО (Integrated Services Digital Network – ISDN), внедрения на телекоммуникационных сетях технологии асинхронного способа передачи (Asynchronous Transfer Mode – ATM) и построения транспортных сетей на основе синхрон­ной цифровой иерархии – СЦИ (Synchronous Digital Hierarchy –SDH). Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наи­высшими скоростями, а имеет более широкий спектр, от бортовых систем (самолетов, кораблей и др.) до локальных и глобаль­ных волоконно-оптических телекоммуникационных сетей. Внедрение таких систем предопределяет развитие не только классических телекоммуникационных систем и сетей, но и радиоэлектроники, атомной энергетики, космоса, машиностроения, судостроения и т. д. В ВОСП передача сообщений осуществляется посредством световых волн от 0,1 мкм до 1 мм.

Нижеперечисленные достоинства ВОЛС обеспечили их быстрое и широкое применение:

1. Возможность получения ОВ с параметрами, обеспечивающи­ми расстояние между ретрансляторами не менее 100... 150 км.

2. Производство оптических кабелей (ОК) с малыми габаритны­ми размерами и массой при высокой информационной пропускной способности.

3. Постоянное и непрерывное снижение стоимости производства оп­тичес­ких кабелей и совершенствование технологии их производства.

4. Высокая защищенность от внешних электромагнитных воздей­ствий и переходных помех.

5. Высокая скрытность связи (утечка информации): ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну.

6. Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: ОВ различных типов позволяют заменить электрические кабели в цифровых системах передачи всех уровней иерархии.

7. Возможность постоянного совершенствования ВОСП по мере появления новых источников оптического излучения, оптических волокон, фотоприемников и усилителей оптического излучения с улучшенными характеристиками или при повышении требований к их характеристикам при полном сохранении совместимости с другими системами передачи.

8. Соответствующим образом спроектированные ВОЛС относи­тельно невосприимчивы к неблагоприятным температурным усло­виям и влажности и могут быть использованы для подводных кабелей.

9. Надежная техника безопасности (безвредность во взрыво­опасных средах, отсутствие искрения и короткого замыкания), воз­можность обеспечения полной электрической изоляции.

Завершено создание Транссибирской оптической линии (ТСЛ) протяженностью около 17 000 км, проходящей по всей территории России, которая свяжет Восток и Запад страны со странами Европы, Азии и Америки. Входя в мировую транснациональную сеть связи, ТСЛ замыкает глобальное волоконно-оптическое кольцо цифровой связи, которое охватывает четыре континента - Европу, Азию, Америку, Австралию и три океана – Атлантический, Тихий и Индий­ский. Действуют подводные оптические магистрали между США и Европой через Атлантический океан, Австралия - Новая Зеландия - Гавайи - Северная Америка протяженностью 16 000 км.

К концу XX века завершена прокладка трансатлантической ВОЛС протяженностью около 6000 км без ретрансляторов между Амери­кой и Европой. Эта линия сооружена на волокне из тетрафторида циркония, имеющего на длине волны 2,5 мкм затухание 0,01 дБ/км, или из фторида бериллия с затуханием 0,005 дБ/км на длине волны 2,1 мкм.

В настоящее время на многих ВОЛС общего пользования ис­пользуются скорости передачи до 622 Мбит/с, но все большее применение получают ВОСП на скорости передачи 2,5 Гбит/с и выше. По таким ВОЛС можно организовать от 7680 до 100 000 каналов телефонных каналов или основных цифровых каналов (ОЦК) с пропускной способностью 64 кбит/с. В настоящее время разработаны ВОСП на скорости передачи до 40 Гбит/с.

Эти возможности не являются предельными: спектральное уп­лотнение (СУ) и когерентный прием позволят на несколько порядков увеличить суммарную скорость передачи информации по ВОЛС. Если обратиться к третьему окну прозрачности ОВ шириной 140 мкм на длине волны 1,55 мкм, то в нем можно разместить до 630 спектральных каналов (СК) при разносе частот между ними 24 ГГц и скорости передачи 2,4 Гбит/с в каждом. Это соответствует при­мерно суммарной скорости 1,5 Тбит/с или 23 млн телефонных каналов или ОЦК.

12.3.2 Обобщенная структурная схема
волоконно-оптической системы передачи

Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) приведена на рисунке 12.7.

В состав волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) вхо­дят следующие технические средства:

каналообразующее оборудование (КОО) тракта передачи, обеспечивающее формирование определенного числа типовых каналов или типовых групповых трактов со стандартной шириной полосы пропускания или скоростью передачи;

оборудование сопряжения (ОС) тракта, необходимое для со­пряжения параметров многоканального сигнала на выходе КОО с параметрами оптического передатчика;

Рисунок 12.7 - Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи

оптический передатчик (ОПер), обеспечивающий преобразо­вание электрического сигнала в оптический сигнал, длина волны которого совпадает с одним из окон прозрачности оптического волокна; в состав ОПер входят: источник оптического излучения (ИОИ) - оптической несущей, один или несколько параметров которой модулируются электрическим многоканальным сигналом, поступающим с ОС, и согласующее устройство (СУ), необходимое для ввода оптического излучения в волокно оптического кабеля с минимально возможными потерями; как правило, источник оптиче­ского излучения и согласующее устройство образуют единый блок, называемый передающим оптическим модулем (ПОМ);

оптический кабель, волокна которого (ОВ) служат средой распространения оптического излучения;

оптический ретранслятор (ОР), обеспечивающий компенсацию затухания сигнала при его прохождению по оптическому волокну (ОВ) и коррекцию различного вида искажений; (ОР) могут быть обслужи­ваемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через опреде­ленные расстояния, называемые ретрансляционными участками; в ОР может производиться обработка (усиление, коррекция, регенера­ция и т.д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и опти­ческого сигнала с помощью оптических квантовых усилителей;

оптический приемник (ОПр), обеспечивающий прием оптиче­ского излучения и преобразования его в электрический сигнала; ОПр включает в себя согласующее устройство (СУ), необходимое для вывода оптического излучения из ОВ с минимальными потеря­ми, и приемник оптического излучения (ПОИ); совокупность согла­сующего устройства и приемника оптического излучения представляет приемный оптический модуль (ПРОМ);

оборудование сопряжения (ОС) тракта приема, преобразую­щее сигнал на выходе ПРОМ в многоканальный сигнал соответст­вующего КОО;

каналообразующее оборудование (КОО) тракта приема, осу­ществляющее обратные преобразования многоканального сигнала в сигналы отдельных типовых каналов и трактов.

Для модуляции оптической несущей многоканальным электриче­ским сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (AM), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др. Отметим, что при по­строении волоконно-оптических систем передачи, наибольшее применение нашла модуляция по интенсивности, так как ее использование приводит к относительно простым техническим решениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преобразования опти­ческого сигнала в электрический, т.е. демодуляции.

Дата добавления: 2014-01-07