Компьютер-Информ || Архив || Рубрики || Поиск || Подписка || Работа || О "КИ" || Карта


Волоконно-оптические линии связи


Информация любезно предоставлена сайтом
http://kunegin.narod.ru


История развития волоконно-оптических линий связи началась в 1965-1967 гг., когда появились опытные волноводные линии связи для передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные линии с малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн. Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны волоконно-оптические системы связи. Основные сферы применения таких систем телефонная сеть, кабельное телевидение, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т. д.

Различают 3 основных типа ЛС: кабельные, воздушные, волоконно-оптические. Кабельные и воздушные линии относятся к проводным линиям, у которых направляющие системы образуются системами проводник-диэлектрик. А волоконно-оптические линии представляют собой диэлектрические волноводы, направляющая система которых состоит из диэлектриков с различными показателями преломления, в которых осуществляется передача световых сигналов микроволнового диапазона волн от 0,8 до 1,6 мкм.

Оптический кабель (ОК) состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости, кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы. Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на 3 группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяются подводные, объектовые и монтажные ОК.
Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми: затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. В таких кабелях используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны лежит в диапазоне от 1,3...1,55 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и большое число каналов. Волокна градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутреннего и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

Волоконная оптика сегодня получила широкое развитие и применяется в различных областях науки и производства (связь, радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.). Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40% в год. В ряде стран (Англия, Япония, Франция, Италия и др.) уже сейчас при строительстве сооружений связи используют, в основном, оптические кабели. О масштабах развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) свидетельствуют объемы производства оптических волокон в США. За последнее время ими изготовлено около 10 млн. км волокна. Такое количество позволило бы сделать 250 витков вокруг всего земного шара.

Создание высоконадежных оптических кабельных систем связи стало возможным в результате разработки в начале 70-х годов оптических волокон с малыми потерями. Такие волокна в значительной мере стимулировали разработку специализированного оборудования и элементов линейного тракта ВОСП.

В России активно ведется строительство ВОЛС различного назначения: городских, зоновых, магистральных. В 86 городах (Мо-сква, Нижний Новгород, Петербург, Новосибирск, Тбилиси, Киев, Баку, Ташкент, Минск, Кишинев и др.) действуют оптические соединительные линии между АТС с цифровыми системами передачи ИКМ-120. Построен ряд зоновых линий внутриобластного назначения, например, Петербург Сосновый бор, Уфа Стерлитамак, Тула Щекино, Воронеж Павловск, Рязань Мосолово, Майкоп Краснодар, Клин Солнечногорск, Ростов Азов, Курская обл., Минск Смолевичи, Рига Юрмала и др. Построена одномодовая магистраль Петербург Минск протяженностью 1000 км на большое число каналов.

В России с участием инофирм осуществляется строительство транссибирской линии (ТСЛ), которая свяжет Японию, Россию, Европу. Общее число каналов составит 30 000. Половина из них предназначена для России; в крупных городах, расположенных по трассе, часть этих каналов будет выделяться, вторая половина каналов пройдет транзитом на Европу. Транссибирская линия после включения в мировую межнациональную сеть связи замкнет глобальное волоконно-оптическое кольцо, которое охватит 4 континента (Европу, Америку, Азию, Австралию) и пройдет через 3 океана (Атлантический, Тихий, Индийский). Оптические кабели обладают следующими достоинствами:

К недостаткам ОК относятся:

Для систем связи существенными являются показатели 1 5, для автоматизированных систем управления и ЭВМ-показатели 1, 2, 3. Мобильные подвижные системы требуют выполнения, в первую очередь, показателей 1, 2, 6. Изготовляемые в настоящее время ОК имеют 2 разновидности: ОКм кабель с металлическими элементами (оболочки, жилы дистанционного питания, силовые проводники) и ОКд кабели полностью диэлектрические, без металла. Первые, как и электрические кабели, подвержены всем видам влияний (гроза, коррозия, ЛЭП и т. д.), поэтому повреждения у них аналогичные. Вторые  -свободны от этих влияний, но их конструкции, не имеющие металлических оболочек, менее стойки к внешним механическим воздействиям (повреждения, стихийные бедствия, просадка грунта, мерзлотные явления, грызуны и т. д.). Установлено, что плотность механических повреждений ОКд, примерно, в 1,3 раза больше, чем ОКм.

С учетом этих особенностей в таблице приведены данные плотности повреждений (m) и времени восстановления (Tв) электрических, оптических с металлом (ОКм) и оптических, полностью диэлектрических (ОКд) кабелей. Для ОКд рассмотрены 2 варианта: ОКд1 учтено увеличение механических повреждений в 1,3 раза; ОКд2 без учета этого коэффициента. Такой кабель должен иметь надежную механическую защиту из неметаллических оболочек (стеклопластик, полиэтиленовая труба).

Данные в таблице показывают,  что наибольший удельный вес составляют механические повреждения (48,8%), велико также влияние стихийных бедствий (22%). Удельный вес агрессии молнии составляет 17,4%. Для устранения повреждений наибольшего времени требуют стихийные воздействия (мерзлотные трещины, удары молнии, паводки и др.).

Из таблицы видно, что общее время восстановления повреждений для электрических и оптических кабелей с металлом составляет 511 ч, а у диэлектрических кабелей ОК1 452 ч (с учетом увеличения механических повреждений в 1,3 раза) и ОКд2 359 ч (без учета). Тогда, имея ввиду, что для электрических кабелей гарантированный срок службы составляет 25 лет, получим ОКд1=28,2 года, ОКд2=36,5 лет. Для повышения надежности и срока службы ОК рекомендуется: защищать кабель от воды и механических повреждений, прокладывать его в полимерных трубах и ставить их под газовое давление, использовать традиционные методы повышения надежности, состоящие в увеличении глубины прокладки кабеля и применении грозозащитных тросов (для ОКм).

Область возможных применений ВОЛС широка от линии городской и сельской связи и бортовых комплексов (самолеты, ракеты, корабли) до систем связи на большие расстояния с высокой информационной емкостью. На основе оптической волоконной связи могут быть созданы новые системы передачи информации. Перспективным направлением является применение оптических систем в кабельном телевидении, которое обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания абонентов.

В оптических системах передачи применяются те же методы образования многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическому кабелю, т. е. частотный и временной методы разделения каналов. Во всех случаях оптической передачи электрический канал, создаваемый частотным или временным методом, модулирует оптическую несущую. В модулированном виде световой сигнал передается по ОК. В основном, используется способ модуляции интенсивности оптической несущей, при которой от амплитуды электрического сигнала зависит мощность излучения, подаваемая в кабель.

В оптических системах передачи применяется цифровая (импульсная) передача. Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах.
Таким образом, более распространенной волоконно-оптической системой связи является цифровая система с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией, использующая модуляцию интенсивности излучения источника. Дуплексная связь осуществляется по двум волоконным световодам, каждый из которых предназначен для передачи информации в одном направлении. В оптических системах связи используются преимущественно цифровые системы передачи-ИКМ на 30, 120, 480 и 1920 каналов.

Волоконная оптика развивается по 6 направлениям:
1. многоканальные системы передачи информации;
2. кабельное телевидение;
3. локальные вычислительные сети;
4. датчики и системы сбора обработки и передачи информации;
5. связь и телемеханика на высоковольтных линиях;
6. 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.

Перспективным направлением является 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.

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.

Другим перспективным направлением развития ВОЛС является использование 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.

В перспективе, в ВОЛС предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по созданию 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).

 

m , %

 

mTв, ч

 Причина повреждения ЭК,ОКм Окд1 Окд2  Тв ч ЭК,ОКм Окд1 Окд2
Земляные работы сторонних организаций вблизи места прокладки кабеля

48, 84

63, 49

48,84

3, 42

167, 03

217,14

167,03

Удары молний

17,4

7,9

137,8

Мерзлотные грунтовые явления

8,2

10,66

8,2

6,7

54,9

71,4

54,9

Оползни, обвалы, просадка, грунта

13,94

17,42

13.94

6,97

89,8

116,7

89,8

Дефекты изготовления кабеля

0,53

0,53

0,53

5,1

2,7

2,7

2,7

Дефекты строительства

2,94

2,94

2,94

6,3

18.5

18,5

18,5

Дефекты эксплуатации

3,80

3,8

3,8

3,1

11,78

11,78

11.48

Влияние ЛЭП

0,65

7.53

4,9

Коррозия

0,77

2,83

2,18

Старение кабеля

0.24

0,24

0,24

3,31

0,79

0,79

0,79

Другие причины

2,65

2,65

2,65

5,1

13,5

13,5

13,5

Всего

100,0 %

511,24

452,7

359


       КОМПЬЮТЕР-ИНФОРМ 
          Главная страница || Статьи 4'2000 || Новости СПб || Новости России || Новости мира

Рубрики || Работа || Услуги || Поиск || Архив || Дни рождения
О "КИ" || График выхода || Карта сайта || Подписка

Рассылка анонсов газеты по электронной почте

Главная страница

Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ.
Свидетельство Эл 77-4461 от 2 апреля 2001 г.
Перепечатка материалов без письменного согласия редакции запрещена.
При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.

Телефон редакции (812) 718-6666, 718-6555.
Адрес: 196084, СПб, ул.Заставская, д.23, БЦ "Авиатор", 3-й этаж, офис 307
e-mail: editor@ci.ru
Для пресс-релизов и новостей news@ci.ru