9.7. Волоконно-оптические системы передачи и перспективы их развития

Волоконно-оптическими (ВОСП) называют системы передачи, использующие в качестве среды распространения сигнала оптическое волокно. Первоначально развитие ВОСП шло в направлении создания оптоэлектронных элементов (источников и приемников оптического излучения) и оборудования данными элементами каналообразующего оборудования цифровых систем передачи PDH. Совершенствование ЦСП и устройств оптоэлектроники для применения в ЦСП происходило независимо. В качестве примера систем, построенных по такому принципу, можно привести ВОСП отечественного производства: «Соната-2», «Сопка-2» и ИКМ-120-4/5 со скоростью передачи 8 Мбит/с; «Сопка-3», ИКМ-480-5 со скоростью передачи 34 Мбит/с; «Сопка-4М», «Сопка-5» со скоростью передачи 140 Мбит/с. Основным преимуществом ВОСП (наряду с указанными в §6.3) по сравнению с ЦСП, работающими по кабелю с металлическими проводниками, явилось значительное увеличение длины участка регенерации – (до нескольких десятков километров).

Применение аналоговых систем передачи с ЧРК в ВОСП не нашло практического применения по следующей причине. Обеспечение требуемой помехозащищенности, особенно по допустимым нелинейным переходным помехам, достигалось бы при длинах усилительных участков (3…6 км), соизмеримых с длиной усилительного участка аналоговых систем передачи, предназначенных для работы по кабелю с металлическими проводниками.

Появление синхронной цифровой иерархии (см. § 9.4), специально разработанной для использования преимуществ ОВ, вывело развитие ВОСП на новый уровень. Тем не менее развитие технологии ВОСП продолжается. Рассмотрим основные направления этого развития.

Совершенствование оптоэлектронных элементов и приемно-передающего оборудования. За счет использования чувствительных фотоприемников и когерентных методов приема достигнута длина регенерационного участка более 400 км при применении стандартного одномодового ОВ с коэффициентом затухания 0,22 дБ/км.

Разделение по длине волны. Подавляющее большинство ВОСП использует одно ОВ для передачи излучения одной рабочей длины волны. Существенного увеличения суммарной емкости системы можно достичь передачей в одном волокне излучения нескольких рабочих длин волн. Данная технология называется разделением по длине волны (Wave Division Multiplexing – WDM), и, фактически, представляет собой реализацию на новом технологическом уровне принципа ЧРК. Основной сложностью реализации спектрального уплотнения является создание оптического разветвителя на несколько входов/выходов с малыми потерями (затуханиями) при вводе/выводе оптического излучения.

В качестве примера реализации можно привести систему OLC фирмы Lucent: в третьем окне прозрачности 1,55 мкм (см. рис. 6.9) передаются излучения восьми рабочих длин волн. Каждая оптическая несущая несет цифровой сигнал со скоростью 2,5 Гбит/с (сигнал STM-16) и в результате скорость цифрового потока в одном волокне составляет более 20 Гбит/с. Японскими специалистами предложена система, работающая в том же окне прозрачности, но имеющая 132 оптические несущие, каждая из которых несет цифровой сигнал со скоростью 20 Гбит/с (сигнал STM-64). Скорость цифрового потока в одном волокне составляет более 2640 Гбит/с.

Использование волоконных усилителей. Это позволит существенно увеличить дальность связи (длину участков регенерации). Для реализации волоконных усилителей применяются различные физические принципы. Широко распространены волоконные усилители, выполняемые на основе легированного эрбием ОВ. Данные усилители используют свойства редкоземельного элемента эрбия усиливать оптический сигнал. При введении излучения с длиной волны 980 нм в легированный эрбием отрезок волокна фотоны меняют состояние, и генерируется излучение с длиной волны 1.55 мкм. Это излучение взаимодействует с рабочим излучением на той же длине волны, усиливая его. Высокомощный лазер с длиной волны 980 нм называется лазером накачки. Ввод излучения от лазера накачки в легированный эрбием отрезок волокна осуществляется с помощью специальных оптических разветвителей.

Подобные усилители могут использоваться в ВОСП с WDM. Одновременно усиливаются все спектральные компоненты, в отличие от традиционных систем, в которых каждый оптический сигнал обслуживается отдельным усилителем (регенератором). Длина усилительного участка в подобных системах, например OLC фирмы Lucent достигает 120 км. Допускается последовательное соединение трех усилительных участков до регенерации сигналов. Таким образом, длина участка регенерации может составлять 360 км.

СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ