Лекция 1 Введение
Основным направлением развития телекоммуникационных систем является широкое применение волоконно-оптических систем передачи ВОСП.
Под ВОСП понимают 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. Совокупность ВРСП и ВОЛС образует волоконно-оптическую линию передачи ВОЛП. Без широкого использования ВОЛС невозможно развитие телекоммуникационных технологий в области телефонной и телеграфной связи, кабельного телевидения и факсимильной связи, передачи данных, создание единой цифровой сети с интеграцией служб ISDN, внедрения на телекоммуникационных сетях технологий асинхронного способа передачи АТМ и построения транспортных сетей на основе синхронной цифровой иерархии SDH.
Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наивысшими скоростями, а имеет более широкий спектр. Их внедрение предопределяет развитие не только классических телекоммуникационных систем и сетей, но и радиоэлектроники, атомной энергетики, космоса, машиностроения.
В ВОСП передача сообщений осуществляется посредством световых волн от 0,1 мкм до 1 мм. Диапазоны длин волн, в пределах которых обеспечиваются наилучшие условия распространения световых волн по оптическому волокну, называются его окнами прозрачности. В настоящее время для построения ВОСП используются длины волн от 0,8 мкм до 1,65 мкм. В дальнейшем предполагается освоение и более длинных волн – 2,4 и 2,6 мкм, называемые инфракрасным излучением или оптическим излучением.
Для увеличения дальности передачи за счет наилучшего распространения световой волны были разработаны оптические волноводы или оптические волокна ОВ. ОВ в сочетании с оптоэлектронными технологиями (генерация оптического излучения, его усиление, прием, обработка оптических сигналов) дали развитие современному направлению техники, носящему название волоконной оптики – раздела оптики, рассматривающего передачу излучения по ОВ.
Современная оптическая связь начала быстро развиваться после изобретения в 1958 году лазера (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - LASER) и создания на их основе оптических квантовых генераторов в 1961 году. По сравнению с обычными источниками оптического излучения лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью и имеет очень большую интенсивность и поэтому было совершенно естественно использовать его в качестве несущего колебания в системах передачи. Лазерное излечение открывало возможность получение исключительно широкой полосы пропускания при условии осуществления его модуляции в полосе частот, составляющей всего несколько процентов от основной частоты излучения лазера. Например, лазерная система передачи на гелио-неоновом лазере имеет полосу пропускания 4700ГГц (1% от основной частоты), в котором можно разместить одновременно около миллиона телевизионных канала при λ = 0,63 мкм и частоте f = 4,7· 1014Гц.
Волоконно-оптические системы передачи ВОСП получили широкое распространение в виду следующих достоинств:
высокая помехоустойчивость, нечувствительность к влиянию внешних электромагнитных полей и практически полное отсутствие взаимных влияний между отдельными волокнами;
большая пропускная способность и следовательно значительное увеличение числа каналов;
меньшие на порядок масса и габариты оборудования, что снижает стоимость;
полная электрическая развязка между входом и выходом систем передачи, надежная техника безопасности из-за отсутствия короткого замыкания при обрыве кабеля;
большие длины участков регенерации;
малый расход меди и в перспективе низкая стоимость кабеля;
высокая защищенность от несанкционированного доступа.
К недостаткам можно отнести малую механическую прочность оптических волокон и зависимость передаточных характеристик оптического кабеля от механических деформаций при прокладке и монтаже.
В настоящее время на многих ВОЛС общего пользования используются скорости передачи до 622 Мбит/с. По таким ВОЛС можно организовать до 100 000 каналов тональной частоты ТЧ или основных цифровых каналов ОЦК с пропускной способностью 64 кБит/с.
К концу ХХ века завершена прокладка трансатлантической ВОЛС протяженностью около 6000км 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.
Развитие ВОСП будет происходить в двух основных направлениях.
Первое – разработка и внедрение в сетях различного назначения новых волоконно-оптических технологий, направленных на повышение эффективности ВОСП. На линиях дальней связи основное внимание будет уделяться повышению скорости передачи информации, увеличению длины регенерационных участков и повышению надежности. На местных и локальных сетях доминирующей особенность. Развития будет приближение ОВ к конечному пользователю сети (абоненту). Сегодня применение медного кабеля в значительной мере тормозят решение проблемы «последней мили». Рост потребности в новых видах информационного обслуживания индивидуальных абонентов, а также совершенствование и постоянное снижение стоимости аппаратуры и средств коммутационной техники готовят окончательный переход сетей доступа на ОВ. Ведущая роль в этом процессе принадлежит Internet.
Второе – это создание линий передачи, в которых используются нелинейные свойства ОВ, обеспечивающие солитонный режим распространения. Солитон – это импульс, наиболее подходящий для передачи по ОВ, т.к. он распространяется на большие расстояния без изменения формы и длительности. Тогда длины регенерационных участков могут достигать 1000 км.