Приёмник

Передатчик

Двухслойное волокно

Рис. 2.14. Принцип распространения светового луча по стекловолокну

Луч распространяется по внутрен­нему слою волокна (сердечнику) за счет последовательного и пол­ного отражения от границы раздела диэлектрических слоев.

В опти­ческом кабеле (рис. 2.15) стекловолокна свободно помешаются внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пласт­массового сердечника.

1 – стекловолокно;

2 – полиэтиленовая трубка;

3 – пластмассовый сердечник;

4 – полиэтиленовая оболочка;

5 – внешний покров.

 

 

Рис. 2.15. Оптический кабель

                               

Оптические кабели, как и обычные, имеют защитные полиэтиленовые оболочки и различные внешние покровы.

Их можно прокладывать в земле, воде, помещениях и т. д. Они нечувствительны к электромагнитным помехам и поэтому не нуж­даются в металлических экранах. Очень существенным достоинст­вом волоконно-оптических линий является отсутствие в их конструк­ции дефицитных материалов; меди, алюминия, свинца и другие. Волокно изготовлено из кварца.

Оптические волокна очень компактны и легки. Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световому волокну информация защищена от несанкционированного доступа.

Важное свойство оптического волокна – долговечность.

Применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.

В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна - мода).

В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много - мод). Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. В оптических лабораториях США разрабатываются самые "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2,5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4 600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Стеклянные волокна – неметаллические, поэтому при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии.

Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Недостатки ВОЛС:

• требуются активные высоконадежные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы;

• необходимы оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона;

• для монтажа оптических волокон требуется дорогостоящее технологическое оборудование (инструменты для оконцовки, коннекторы, тестеры, муфты и спайс–кассеты);

• Обладая главными патентами, американские фирмы (в первую очередь это относится к фирме "CORNING GLASS") оказывают влияние на производство и рынок компонентов ВОЛС во всем мире благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и созданию совместных предприятий.

На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них:

• AT&T;

• General Cable Company (США);

• Siecor (ФРГ);

• BICC Cable (Великобритания);

• Les cables de Lion (Франция);

• Nokia (Финляндия);

• NTT, Sumitomo (Япония);

• Pirelli (Италия).

Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи.

В качестве примера оборудования ВОЛС рассмотрим – оптический мультиплексор 16Е1+Gigabit Ethernet 1000Base-T.

Назначение: оптический мультиплексор позволяет организовывать одновременную передачу от 1 до 16 потоков Е1 и канала Gigabit Ethernet 1000Base-T full-duplex по оптоволоконному тракту.

Функциональные возможности оптического мультиплексора. Возможна работа как по двум оптическим волокнам, так и по одному с разделением направлений передачи сигнала по длинам волн.

Полнодуплексный канал Gigabit Ethernet обеспечивает суммарную скорость передачи в двух направлениях до 2 Гбит/с. Имеется сквозной канал RS-232 и RS-422 для управления удаленным оборудованием потребителя.

Оптической мультиплексор может комплектоваться сдвоенным оптическим окончанием для построения схем резервирования типа 1+1. Переключение на резервное волокно может осуществляться как по падению уровня принимаемого оптического сигнала, так и по превышению заданного порога уровня ошибок в канале связи.

Оптический мультиплексор обеспечивает визуальную диагностику:

• наличие входного оптического сигнала;

• захват синхронизации входного оптического сигнала (на ближнем и дальнем конце);

• наличие входного сигнала Е1 (на ближнем и дальнем конце);

• наличие и скорость соединения с Ethernet;

• режим дуплекса или полудуплекса;

• передача и прием Ethernet – пакета;

• ошибки при передаче и приеме Ethernet – пакета.

Внешний вид мультиплексора и его технические характеристики приведены на рис. 2.16 и в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Линейное кодирование	Scrambled NRZ
Скорость передачи сигнала	1320 Мбит/с
Длина волны излучения	1310, 1550 нм
Пороговая чувствительность при уровне ошибок не более 10-12	4 дБм
Диапазон измерения уровня ошибок	10-7… 10-13
Оптические разъемы	SC
Мощность излучения передатчика:
· исполнение 20 км	-9…-3 дБм
· исполнение 40 км	-5…0 дБм
· исполнение 80 км	-2…3 дБм
Режим обмена	full-duplex
Возможности соединения	10FD, 100FD, 1000HD, 1000FD, 802.3x f-c
Окончание Е1	G.703
Окончание Ethernet	1000 Base-T
Подавление входного джиттера	согласно ITU-T G.823
Вносимый джиттер	не более 0,1
Напряжение питания	9…18, 18…36, 36…72, или ~220В
Мощность потребления	не более 15 Вт
Размеры	230х420х40 мм

На передней панели мультиплексора расположены:

• индикаторы состояния каналов Е1;

• разъемы каналов Е1;

• индикаторы параметров оптического сигнала;

• оптические разъемы;

• индикаторы параметров Ethernet;

• разъем Ethernet MDI-II;

• индикатор активности приемника и передатчика «АСТ», соединения на дальнем конце, индикаторы ошибок;

• кнопка служебного вызова и отключения сигнала аварии;

• разъем гарнитуры служебной связи;

• разъем интерфейса RS-422/485;

• разъем RS-232 для управления удаленным оборудованием;

• разъем RS-232 для управления мультиплексором.

Рис. 2.16. Оптический мультиплексор 16Е1+Gigabit Ethernet 1000Base-T

В последние годы наряду с когерентными системами связи развивается альтернативное направление: солитоновые системы связи.

Солитон – это световой импульс с необычными свойствами: он сохраняет свою форму и теоретически может распространяться по "идеальному" световоду бесконечно далеко. Они являются идеальными световыми импульсами для связи. Их длительность составляет примерно 10 триллионных долей секунды (10 пс). Солитоновые системы, в которых отдельный бит информации кодируется наличием или отсутствием солитона, могут иметь пропускную способность не менее 5 Гбит/с на расстоянии 10 000 км.

Такую систему связи предполагается использовать на уже построенной трансатлантической линии ТАТ-8.

Радиосвязь. Наряду с проводными линиями в электросвязи широко исполь­зуются линии радиосвязи. Структурная схема такой линии приведена на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Схема линий радиосвязи

Сигналы электросвязи, подлежащие переда­че, преобразовываются радиопередатчиком в радиочастотные сигналы, способные излучаться передающей антенной в открытое пространство в виде радиоволн.

Радиоволны — это электромаг­нитные колебания с частотами до 3-10¹² Гц, распространяющиеся в пространстве без искусственных направляющих сред.

В соответст­вии с международной договоренностью все радиоволны разделены на десять диапазонов (рис. 2.11).

Далее радиоволны принимаются антенной радиоприемника и преобразуются в нем сначала в сигна­лы электросвязи, а затем в соответствующие сообщения. Протяжен­ность радиолинии и возможное число сигналов, передаваемых по ней, зависят от многих факторов: диапазона используемых частот, условий распространения радиоволн, технических данных радио­передатчиков, радиоприемников, антенн и др.

Линия радиосвязи может состоять из нескольких или многих участков (интервалов), в пределах которых передача сигналов происходит согласно рассмотренной схеме. В этом случае сигналы, переданные из одного пункта, принимаются в другом, усиливаются и передаются дальше в третий пункт и т. д. Такие линии назы­ваются радиорелейными линиями (РРЛ).

На рис. 2.18 приведена схема РРЛ, обеспечивающая двустороннюю передачу сигналов. Каждый оконечный пункт РРЛ, называемый оконечной станцией, имеет радиопередатчик и радиоприемник для одновре­менной передачи и приема сигналов. Передача и прием произво­дятся на разных частотах, поэтому передающая аппаратура не мешает работе приемной. На каждой промежуточной станции имеется по крайней мере по два радиопередатчика и радиоприем­ника для одновременного приема и передачи сигналов в двух направлениях.

Разновидностью радиорелейных линий являются спутнико­вые радиолинии (рис. 2.19). Радиосигналы с земной пе­редающей станции излучаются в направлении искусственного спутника Земли (ИСЗ), где принимаются, усиливаются и вновь передаются с помощью радиопередатчика в направлении земной станции приема. Радиотехническое оборудование ИСЗ выполняет функцию промежуточной станции радиорелейной линии, находя­щейся на большой высоте.

Основной характеристикой спутника является орбита, на которой он находится. На сегодня наиболее распространенными являются геостационарные спутники (GEOS). Если спутник находится на круговой орбите, на высоте 35 838 км над уровнем океана и вращается в экваториальной плоскости, то его угловая скорость будет совпадать со скоростью вращения Земли. В результате спутник будет, всё время находиться над одной и той же точкой на экваторе. Такое расположение спутника обладает рядом достоинств:

• не возникает проблем, связанных с эффектом Доплера, то есть с изменением частоты, вызванным движением спутника относительно антенны земной станции;

• простота наведения антенны на спутник;

• с высоты 36 тыс. км спутник «видит» примерно четверть Земли, то есть трёх спутников достаточно, чтобы охватить все самые заселённые регионы.