1 Мережі волоконо-оптичних систем передачі інформації

1.1 Основні визначення

Система передачі (СП) - комплекс технічних засобів, що забезпечує утворення лінійного тракту, типових групових трактів і каналів передачі.

Лінійний тракт - комплекс технічних засобів, що забезпечують передачу сигналів електрозв'язку в смузі частот або зі швидкістю, що відповідає даній системі передачі. В залежності від типу системи передачі лінійний тракт називають аналоговим або цифровим.

Волоконно-оптична лінія передачі (ВОЛП) - сукупність лінійних трактів волоконно-оптичних систем передачі, що мають загальний оптичний кабель, лінійні споруди і пристрої для їх обслуговування.

Груповий Тракт являє собою комплекс технічних засобів, призначений для передачі сигналів електрозв'язку нормалізованого числа каналів тональної частоти (ТЧ) або основних цифрових каналів (ОЦК) у смузі частот або зі швидкістю передачі, що відповідає даному групового тракту. В залежності від нормалізованого числа каналів груповий тракт називають первинною, вторинною, третинною, четверичным або N-им груповим трактом.

Канал передачі - комплекс технічних засобів та середовища розповсюдження, що забезпечує передачу сигналів електрозв'язку в певній смузі частот або з певною швидкістю передачі між мережними станціями, мережевими вузлами або між мережевою станцією і мережевим вузлом, а також між мережевою станцією або мережевим вузлом і кінцевим пристроєм первинної мережі. Канали поділяються на аналогові і цифрові (канал ТЧ 0,3...3,4 кГц, ОЦК 64 кбіт/с). Для їх узгодження застосовуються аналогово-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі (АЦП і ЦАП).

Волоконно-оптична система передачі (ВОСП) - провідна система передачі, в якій усі види сигналів, що передаються по оптичному кабелю.

Швидке і широке впровадження ВОСП обумовлено рядом переваг даних систем.

Основні переваги ВОСП наступні:

1) широка смуга пропускання (смуга пропускання оптичного діапазону 187,5 ТГц);

2) низьке значення коефіцієнта загасання оптичного кабелю в широкій смузі частот, що дозволяє забезпечувати великі довжини регенераційних ділянок значно скоротити або виключити ретранслятори;

3) висока захищеність від зовнішніх електромагнітних перешкод (оптична зв'язок не сприйнятлива до будь-яких зовнішніх і перехресним електромагнітних перешкод, не генерує власні електричні шуми);

4) необмежені запаси сировини для виробництва ІВ (кварц), мала металоємність і відсутність дефіцитних матеріалів (мідь, свинець) в оптичному кабелі;

5) малі розміри і маса ОК, що знижує витрати на його транспортування і прокладку;

6) висока захищеність від несанкціонованого доступу в зв'язку з малою інтенсивністю випромінювання розсіюється;

7) висока надійність і безпека, зумовлена відсутністю коротких замикань;

8) придатність прокладки ОК по існуючих трасах, можливість при вдосконаленні технології оптичної передачі нарощування пропускної здатності вже прокладеного ОК.

1.2 Класифікація воспі

Оптичним кабелем називається кабельний виріб, який містить кілька оптичних волокон, оптичних модулів або оптичних джгутів, які мають спільну оболонку, поверх якої в залежності від умов експлуатації може бути використаний захисний шар.

Оптичні кабелі повинні забезпечувати стабільність характеристик оптичного волокна при експлуатації та зберіганні, захист волокна від механічних, кліматичних та інших видів зовнішніх дій, зручність використання, монтажу та ремонту.

Існуючі волоконно-оптичні системи передачі та кабелі за своїм призначенням можуть бути розділенні на чотири групи: міжміські, міські, об’єктові, та підводні. В окрему групу виділяють монтажні та оптичні кабелі.

Міжміські системі призначені для передачі інформації на великі відстані і розраховані на велике число каналів. Вони повинні мати мале затухання і дисперсію, велику інформаційно-пропускну здатність.

Оптичні системи міського зв’язку використовуються в якості з’єднувальних між міськими АТС і вузлами зв’язку. Вони розраховані на короткі відстані від 5 до 10 км та велике число каналів. Такі лінії, як правило, працюють без проміжних лінійних регенераторів.

Об’єктові системи служать для передачі інформації всередині об’єкта. Сюди відносяться: внутрішній установчий зв’язок, відеотелефонний зв’язок, внутрішня мережа кабельного телебачення, а також бортові інформаційні системи рухомих об’єктів ( літака, корабля і т. д.) .

Підводні системи передачі призначені для здійснення зв’язку через великі водні завади. Оптичні кабелі, які застосовуються для цієї мети повинні мати високу механічну стійкість на розрив і мати надійні вологостійкі покриття.

Для підводного зв’язку також важливо мати мале послаблення і великі довжини регенераційних ділянок.

Монтажні оптичні кабелі призначенні для внутрішнього та між блокового монтажу апаратури.

Подробиці можна оглянути у таблиці 1.1

Таблиця 1.1 Основні параметри ВОСПІ

Також ВОСПІ кваліфікуються за рядом ознак.

За галуззю застосування ВОСПІ діляться на магістральні, зонові, системи місцевого зв’язку (для з’єднувальних ліній міської телефонної мережі та сільського зв'язку), системи для локальних інформаційно-обчислювальних мереж, внутрішньооб'єктові системи.

За ступенем ієрархії-системи плезіохронної цифрової ієрархії (PDH) і системи синхронної цифрової ієрархії (SDH).

За технологією оптичного мультиплексування (WDM) – системи з грубим оптичним мультиплексуванням (CWDM), системи з щільним оптичним мультиплексуванням (DWDM), системи з надщільним оптичним мультиплексуванням (HDWDM).

Розроблені також одноволоконні ВОСП, в яких передача інформації в різних напрямах здійснюється на різних оптичних носійних, така технологія використовується в пасивних оптичних мережах абонентського доступу, для організації з’єднувальних ліній міської телефонної мережі.

Розвиток волоконно-оптичних технологій характеризується появою декількох поколінь ВОСП.

У ВОСП першого покоління використовувалися багатомодові ВС в першому вікні прозорості, загасання ОВ становило 5-7 дБ/км, довжина регенераційної дільниці не перевищувала 7-10км. У ВОСП другого покоління використовується одномодове волокно в другому й третьому вікнах прозорості, загасання ОВ у другому вікні прозорості не перевищує 0,5 дБ/км, а в третьому вікні прозорості воно не перевищує 0,3 дБ/км, довжина регенераційної дільниці збільшилася до 40-70 км. ВОСП цих поколінь-це системи плезіохронної цифрової ієрархії. В цих ВОСП застосовувалися світлодіоди та  багатомодові лазерні випромінювачі.

ВОСП третього покоління--це системи синхронної цифрової ієрархії, в яких використовуються ОВ зі зміщеною нульовою та зміщеною ненульовою дисперсією в третьому вікні прозорості та одночастотні випромінювачі. Довжина дільниці регенерації в більшій мірі обмежується дисперсією, а не загасанням кабеля і становить 60-80 км.

У ВОСП четвертого покоління використовується оптичне мультиплексування, а для компенсації втрат у волоконно-оптичному тракті застосовуються оптичні підсилювачі, для зменшення розширення імпульсів внаслідок дисперсії використовуються світловоди із зміщенною від’ємною дисперсією та на прикінцевих пунктах встановлюються компенсатори дисперсії, довжина лінії між прикінцевими пунктами становить 170-200 км, при цьому на лінії не встановлюються регенератори. На основі цих систем створюються повністю оптичні мережі. Оптичне мультиплексування засноване на властивості ортогональности переносників інформації, оптичні сигнали з різними довжинами хвиль поширюються світловодом, без взаємодії між собою. Структурна схема сегмента ВОСП із оптичним мультиплексуванням наведена на рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Схема оптичного сегмента, що використовує передачу мультиплексного сигналу волокном

Застосування ВОСП не обмежується мережами зв'язку, дослідження в галузі техніки оптичного зв'язку ведуться по ряду перспективних напрямків, розроблені системи передачі оптичного діапазону для застосування в різноманітних галузях науки і техніки. Знайшли застосування оптичні системи передачі, в яких середовищем розповсюдження є вільний простір. У відповідності з цим, логічно провести класифікацію оптичних систем у відповідності з їх властивостями, межами застосування і т.ін.

По середовищу розповсюдження оптичні системи поділяються на:

- системи з атмосферним оптичним каналом;

- системи з волоконно-оптичним каналом.

Системи з атмосферним оптичним каналом застосовуються для зв'язку з рухомими об'єктами в межах прямого бачення, для зв'язку між рухомими апаратами в космічному просторі; в системах лазерного зондування атмосфери; в робототехніці; для релейних вставок оптичного діапазону у волоконно-оптичних лініях зв'язку. В цих системах використовується інтервал довжин хвиль від 0.4 до 10 мкм, тобто видимий діапазон, ближній і середній інфрачервоний діапазони. В системах з атмосферним оптичним каналом використовується розподіл каналів по довжині хвилі оптичної несучої, просторовий розподіл каналів, розподіл каналів по поляризації.

По галузі застосування ВОСП поділяються на:

- системи для мереж та ліній зв'язку усіх ступенів ієрархії, тобто магістральні, зонові, ВОСП місцевих мереж;

- системи для інформаційно-обчислювальних мереж різноманітних рівнів ієрархії, в тому числі локальних, регіональних, корпоративних, глобальних;

- системи для мереж автоматизованих систем управління;

- системи для мереж екологічного моніторинга;

- системи з волоконно-оптичними давачами;

- системи кабельного телебачення.

ВОСП знайшли застосування у фазованих антенних гратках; в системах траєкторних вимірювань для визначення місцезнаходження космічних апаратів; в радіотелескопах для організації каналів зв'язку між антенними пристроями, розташованими на значній відстані.

По засобах розподілу каналів ВОСП поділяються на:

- системи з частотним розподілом каналів або аналогові;

- системи з часовим розподілом каналів або цифрові;

- системи зі спектральним розподілом каналів (СРК).

Аналогові ВОСП застосовуються у вимірювальних системах, в яких інформація про стан об'єкта міститься в частоті або фазі електричного сигналу. Розроблено аналогові ВОСП як з аналоговими, так і з цифровими сигналами в оптичному лінійному тракті. В останньому випадку первинний аналоговий сигнал перетворюється аналого-цифровим перетворювачем у цифрову форму і в такому вигляді надходить на оптичний передавальний пристрій, цифровий же сигнал на виході приймальної частини перетворюється в аналоговий.

У багатоканальних системах аналогові ВОСП застосування не знайшли, бо нелінійність ват-амперної характеристики випромінювача призводить до появи перехідних завад. Аналогові ВОСП застосовуються головним чином у кабельному телебаченні, в яких використовується частотно-імпульсна модуляція.

Системи із спектральним розподілом каналів (оптичним мультиплексуванням) є аналогом систем з традиційним частотним розподілом каналів, але розподіл відбувається в оптичному діапазоні. Для передачі інформації в цих системах використовуються різні оптичні несучі, сукупність яких розповсюджується по одному ОВ. Такі системи дозволяють повніше використати потенційну широкосмуговість ОВ.

По засобу детектування оптичні системи передачі поділяються на:

- системи з прямим детектуванням;

- системи з гетеродинним детектуванням.

В існуючих ВОСП застосовується пряме детектування, гетеродинне приймання використовується в когерентних ВОСП, що знаходяться на стадії експериментальних досліджень, а також у системах з атмосферним оптичним каналом.Таким чином, логічно зробити висновок про майже необмежені можливості ВОСП. Ці системи знайшли застосування не тільки в техніці зв'язку, для якої вони спочатку створювалися, але й суміжних галузях.Дослідження та розробки в техніці  волоконно-оптичного зв'язку направлені на збільшення дальності зв'язку без проміжного підсилення сигналів, засвоєння всього ближнього інфрачервоного діапазону, створення систем с безпосереднім підсиленням оптичного сигналу, створення пристроїв оптичної обробки сигналів.