31. Телекомунікаційні мережі з відкритими оптичними системами зв’язку (восз). Схеми побудови восз . Класифікація мереж з восз. Основні характеристики (лекция 11)

Открытые оптические системы доступа (ООСД), рассчитаны, как правило, для связи между двумя объектами - система "точка-точка". Однако возможны и более сложные решения, например системы предназначенные для подключения группы пользователей к базовой станции или для создания ячеистой структуры сети (рис.1.1).

Каждая ячейка сети на основе электрических кабелей (как правило это витая пара), через коммутатор КМ подсоединяется к cистеме оптического доступа. ООСД состоит из оптических передающего (ОПУ) и приемного (ОПРУ) устройств с оптическими антеннами, обеспечивающими концентрацию оптического излучения в заданном направлении.

Возможно построение ООСД с одной оптической антенной. В этом случае каналы передатчика и приемника должны быть мультиплексированы. Мультиплексирование возможно осуществить как до преобразования на оптическую несущую, так и после. В оптическом диапазоне мультиплексирование реализуется как правило методом частотного разделения каналов ЧРК, которое в оптическом диапазоне получило название спектрального разделения СРК. Для выполнения операции СРК применяют дифракционные решетки или другие оптические устройства разделения.

Наземные ООСД точка - точка обеспечивают дальность единицы и десятки км.

Выпускаются ООСД для подключения к локальным сетям по протоколу Fast Ethernet 100 Base FX с волоконно-оптическим интерфейсом, обеспечивающие скорость 100 Мбит/с.

Одним из применений ООСД является ее использование в качестве сегментов сетей кабельного телевидения. Распределительная станция сети кабельного телевидения с помощью ООСД обеспечивает доступ к отдельным зданиям территориально распределенных вокруг станции. Внутри зданий используется типовое оборудование сетей кабельного теклевидения на коаксиальных кабелях. В таких гибридных сетях достаточно предоставлять скорость ООСД в 100 Мбит/с, что реализуется достаточно простыми и экономичными ООСД, которые быстро развертываются в условиях городской застройки. Одно из преимуществ такой сети в сравнении с кабельной инфраструктурой - отсутствие работ по прокладке кабелей на территории города. Сеть на основе ООСД в этом случае имеет радиально-звездообразную топологию. Растояния для ООСД невелики и составляют сотни метров. Такие ООСД работают устойчиво даже в условиях сильного тумана, дождя или снегопада.

Возможно применение ООСД инфракрасного диапазона для обеспечения доступа отдельных компьютеров к точкам доступа в офисе по аналогии с беспроводной технологией радиодиапазона IEEE 802.11. Однако распространению такой беспроводной оптической технологии препятствуют трудности возникающие из-за прямолинейного распространения света и возможного появления непрозрачных объектов между передающими и приемными устройствами в процессе эксплуатации.

ООСД для связи с космическими объектами могут обеспечивать дальность связи в десятки тысяч км. Например, такие ООСД могут передавать информацию между спутниками или между спутниками и самолетами. В этом случае, особенно для высоколетящих объектов, влияние атмосферы несущественно.

Открытые оптические системы доступа - системы FSO (Free Spase Optic) в сравнении с системами доступа на кабельных линиях обладают такими качествами как :

• невосприимчивость к электромагнитным помехам;

• высокая скорость передачи;

• низкая удельная себестоимость бита передаваемой информации.

Рисунок 1

Рисунок 1.1 - Ячеистая сеть на основе ООСД

В отличие от систем беспроводного радиодоступа стандарта IEEE 802.11 системы ООСД могут обеспечивать высокие скорости передачи, примерно такие же, как первичные транспортные сети на оптических кабелях. Это скорости порядка 622 Мбит/с и даже нескольких Гбит/с. Таким образом область применения ООСД - это системы локального доступа и построение магистральных сетей, которое в настоящее время представлено двумя технологиями: проводных оптических сетей и радиорелейных линий (РРЛ).

Примеры обобщенных структурных схем оптических передающих и приемных устройств ООСД представлены на рис. 1.2 -1.5.

Оптическое передающее устройство с мультиплексором каналов в радиодиапазоне (рис.1.2) предназначено для передачи n - сигналов от источников, работающих по различным стандартам, например от телефона, факса, цифровой АТС, локальной компьютерной сети, станции приема телевизионных каналов.

Рисунок 1.2 - Структурная схема оптического передающего устройства с

мультиплексором каналов в радиодиапазоне

В качестве источника оптического излучения могут использоваться различные виды лазеров: полупроводниковые, газовые, твердотельные или светодиоды. Для коротких линий в основном применяются полупроводниковые лазеры и светодиоды, имеющие небольшие мощности излучения сотни мВт, единицы Вт. Для передачи информации на большие расстояния используются мощные газовые лазеры в десятки и сотни Вт. Мощные лазеры достаточно громоздки в сравнении с полупроводниковыми и требуют мощных источников электропитания. КПД твердотельных и газовых лазеров низок. Например у ряда твердотельных лазеров он составляет единицы процентов.

Источники оптического излучения можно разделить на две группы: с внутренней и с внешней модуляцией. Для реализации внешней модуляции требуется дополнительное устройство - внешний модулятор: электрооптический, магнитооптический или акустооптический. Такие модуляторы работают при достаточно высоких значениях амплитуд управляющих сигналов. Источники оптического излучения с внутренней модуляцией наиболее просты в использовании и не требуют высоких амплитуд модулирующих сигналов.

Полупроводниковые лазеры имеют внутреннюю модуляцию, небольшие мощности излучения и являются токовыми источниками. Последнеее свойство требует введения в передающее устройство дополнительного элемента согласования - преобразователя напряжения в ток. Такое устройство в лазерных системах связи называют генератором тока накачки ГТН, по аналогии с лазерами с системой накачки активного вещества оптическим внешним излучением.

Недостатком полупроводниковых лазеров является зависимость мощности излучения от температуры и времени эксплуатации. Поэтому в ряде оптических систем вводится дополнительнй блок стабилизации рабочей точки излучения лазера БСИИ. Для организации обратной связи используется ответвитель оптической мощности. Однако такой ответвитель вносит дополнительные потери в систему связи. Поэтому в последнее время используются полупроводниковые лазеры со встроенным фотодиодом для детектирования излучаемой мощности. Сигнал с выхода фотодиода усиливается в БСИИ и подается на генератор тока накачки. В этом случае оптический ответвитель не требуется.

Рисунок 1.3 - Структурная схема оптического передающего устройства с оптическим мультиплексором

Рисунок 1.4 - Структурная схема оптического приемного устройства с мультиплексором каналов в радиодиапазоне

Рисунок 1.5 - Структурная схема оптического приемного устройства с оптическим мультиплексором

Важнейшее свойство беспроводной оптической связи - высокая степень защищенности канала от несанкционированного доступа. Это является следствием самой природы лазерной передачи сигнала, а не обеспечивается какими-либо специальными методами. Осуществить перехват канала технически весьма трудно - в силу острой направленности луча и применения уникального для каждой модели метода кодирования информации импульсами излучения.