Глава 8 волоконно-оптические системы передачи

8.1. Основные понятия и определения

Волоконно-оптической системой передачи - ВОСП называется комплекс технических средств, обеспечивающих формирование, обработку и передачу оптических сигналов по оптическому кабелю. Под оптическим сигналом понимается модулированное излучение полупроводникового лазера (ППЛ) или светоизлучающего диода (СИД) определенной длины волны.

Для описания параметров оптических кабелей, компонент ВОСП используется как частота, так и длина волны оптического излучения. Поэтому полезно знать соотношения между этими переменными, что особенно важно при описании полос пропускания и полос непропускания в терминах длины волны или частоты.

Связь между длиной волны и частотой оптического сигнала определяются соотношением:

, (8.1)

где l - длина волны оптического излучения в среде распространения; f – частота сигнала; c – скорость света в среде распространения.

Скорость c при распространении света через оптически прозрачный материал связана с показателем преломления n среды следующим образом: , (8.2)

здесь с₀ – скорость света в вакууме, равная 300 000 км/с.

Очевидно, что длина волны оптического сигнала l изменяется с изменением показателя преломления среды:

, (8.3)

где l₀ – называется длиной волны в свободном пространстве, т.е. длиной волны, измеренной в вакууме.

Другими параметрами оптического сигнала (оптического излучения) являются:

Электромагнитный спектр, характеризующий оптическое излучение как электромагнитное видимое излучение с большей частотой или более короткой длиной волны по сравнению с радиочастотами или радиоволнами. Видимый свет занимает лишь узкий диапазон от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный), который граничит со стороны более коротких волн с ультрафиолетовым излучением, а со стороны более длинных волн - с инфракрасным излучением. В ВОСП используется приграничный с инфракрасным диапазон длин волн от 800 до 2200 нм, но наиболее предпочтительными являются «три окна прозрачности» ОВ: 850, 1300 и 1550 нм;

Мощность излучения Р(l) - основная энергетическая величина, характеризующая среднюю мощность оптического излучения за время, значительно большее периода электромагнитного колебания. Единицей измерения мощности оптического излучения, принятой в технике ВОСП, является ватт и его доли или уровни мощности (дБм). Функция Р(l) характеризует спектральный состав излучения, т.е. зависимость мощности излучения от длины волны l;

Интенсивность излучения - отношение потока излучения, испускаемого элементом, к площади этого элемента.

Важной частью ВОСП, определяющей качество передачи сигналов является линейный тракт.

Линейным трактом ВОСП называется комплекс технических средств, обеспечивающий передачу оптических сигналов соответствующей длины волны.

По оптическому кабелю с большим числом волокон может работать несколько ВОСП с одинаковыми или различными линейными трактами. Такая совокупность технических средств и сооружений образует волоконно-оптическую линию передачи.

Волоконно-оптической линией передачи - ВОЛП называется совокупность линейных трактов ВОСП, имеющих общие оптический кабель, линейные сооружения и устройства их обслуживания.

Основными элементами ВОЛП являются:

линейно-кабельные сооружения, включающие в себя оптический кабель, оборудование его ввода/вывода в обслуживаемые (ОРП) и необслуживаемые (НРП) ретрансляционные пункты, оборудование содержания кабеля под избыточным давлением и устройства контроля его состояния;

станционные сооружения, включающие в себя оборудование ОРП,

НРП, устройства контроля их работоспособности и оборудование дистанционного питания последних.

Совокупность оборудования оконечных и промежуточных станций различного типа и назначения и оптического кабеля образуют волоконно-оптическую линию связи - ВОЛС.

Ниже перечисленные достоинства ВОЛС обеспечили их быстрое и широкое применение:

1. Широкая полоса пропускания, обусловленная использованием оптической несущей до 100 ГГц, что позволяет получить более высокую скорость передачи и, следовательно, большее число каналов различного назначения по одному ОВ.

2. Возможность получения ОВ с малой величиной коэффициента затухания, что обеспечивает расстояние между ретрансляторами не менее 100…150 км.

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

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

5. Высокая защищенность от внешних электромагнитных воздействий и переходных помех. Оптическое волокно это диэлектрик и оно не восприимчиво к внешним электромагнитным воздействиям, порождаемым линиями электропередачи, промышленными электро- и радиоустановками. Отсутствуют взаимные влияния между ОВ многоволоконного оптического кабеля.

6. Высокая скрытность связи (утечка информации): ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну. Защищенность оптических сетей от несанкционированного доступа.

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

8. 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.

9. Соответствующим образом спроектированные ВОЛС относительно невосприимчивы к неблагоприятным температурным условиям и влажности и могут быть использованы для подводных линий передач.

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