Технологии оптической связи

Нет ничего нового в использовании частот оптического диапазона. Человек использовал световые сигналы для передачи информации задолго до появления техники электрической связи (огни, флаги, дым и др.) [1].

Современная эра оптической связи началась с изобретения лазера в середине ХХ века. Использование волн оптического диапазона в настоящее время реализовано в системах, которые по сфере применения можно разделить на два класса. Наиболее простые и широко известные системы оптической связи применяются для дистанционного управления техническими системами (телевизионный приемник, музыкальный центр, системы автосигнализации и т.д.). Волны оптического диапазона используются в приборах ночного видения, в системах безопасности (обнаружение проникновения посторонних лиц) и работа этих систем основана на излучении (приеме) инфракрасных волн. Эти системы являются системами локального (местного) действия.

Большой сегмент в использовании волн оптического диапазона занимают СП, в которых оптический сигнал используется для передачи информации на значительные расстояния. В оптической связи могут использоваться закрытые световодные системы или светонаправляющие зеркально-линзовые системы, осуществляющие передачу сигналов по атмосферной ЛС в пределах прямой видимости, т.е. имеют место и проводная и беспроводная технологии.

Открытые системы, в которых предусматривается передача сигналов по атмосферной оптической линии, значительного практического применения пока не нашли ввиду ряда их недостатков (влияние характеристик атмосферы, сложность наведения антенн, трудность организации вещания на большую территорию и др.).

Для построения (развития) сетей связи операторами связи наиболее часто используются закрытые световодные системы. Новизна и преимущество современных оптических систем закрытого типа заключается в том, что оптический сигнал распространяется по закрытой световодной системе, исключающей влияние помех, характерных для открытой оптической ЛС, и обеспечивается высокая информативная емкость КС. Закрытая система оптической связи в основном базируется на использовании кабеля, в котором средой распространения сигнала служит оптическое волокно (оптоволоконный кабель). На основе оптоволоконного кабеля строятся волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Обобщенная структура системы оптической связи идентична СП других типов. Она включает в себя следующие основные компоненты: передатчик оптического сигнала, среду передачи, фотоприемник. В качестве излучателя светового потока применяются светодиоды и лазеры. Использование светодиодов в оптических СП несколько упрощает и удешевляет в целом систему, однако, не позволяет реализовать достаточные скорости передачи. В ряде источников имеются описания реализации и больших скоростей, но пока человечество не имеет необходимости использовать такие системы, ввиду отсутствия такого количества одновременно передаваемой информации.

Технологии оптической связи предусматривают использование в качестве оконечной аппаратуры волоконно-оптической СП цифровые системы. Это объясняется существенными преимуществами цифровых систем по сравнению с аналоговыми. Тем не менее, возможно применение аналоговых волоконно-оптических систем передачи в ряде областей (кабельное телевидение, телеметрия, системы оперативной и служебной связи).

Современной промышленностью изготавливаются кабели емкостью до 288 волокон. Существует несколько модификаций оптического кабеля, которые отличаются назначением и соответствующей конструкцией (рис. 2.22). В зависимости от этого, оптические кабели прокладываются непосредственно в грунт или по воздуху как высоковольтные линии электропередач (тяжелые кабели), а также в защитных полиэтиленовых трубах (легкие кабели). «Тяжелые» кабели в отличие от «легких» имеют бронезащиту.

Данный тип кабеля не восприимчив к электромагнитным излучениям. Кабель обладает высокой стойкостью к механическим воздействиям (элементы 2, 7, 8), обеспечена гидрозащита (4, 6), защита от грызунов (6, 7). В ВОЛС обеспечивается низкое затухание и малая величина искажений сигнала, что позволяет строить ЛС протяженностью несколько десятков километров без устройств ретрансляции сигнала. Но было бы наивно считать, что данный вид кабеля не вносит помехи в КС. Несмотря на довольно высокие технологии производства кабеля помехи вносятся за счет обратных отражений световых пучков на изгибах и сопряжениях волокон. Недостатком применения такого кабеля является относительная сложность сопряжения проводников между собой и относительная дороговизна производства и эксплуатации кабеля, что повышает стоимость сетей в целом. Поэтому применение такого кабеля эффективно для построения линий с большими информационными потоками.

Рис. 2.22. Конструктивное исполнение оптических кабелей связи

а) для прокладки в кабельной канализации, б) для прокладки легких грунтах,

в) для прокладки в тяжелый грунт, г) для подвески на опорах линий связи, ЛЭП и т.д.

1 – оптические волокна, 2 – центральный силовой элемент (стеклопластик или стальная проволока), 3 – оптические модули, 4 – наружная полиэтиленовая оболочка,

5 – внутренняя полиэтиленовая оболочка, 6 – водоблокирующая и стальная гофрированная лента, 7 – стальные оцинкованные проволоки, 8 – арамидные нити

В перспективе в условиях нарастающего информационного обмена системы оптической связи со световодными кабельными линиями по своим информационно-пропускным возможностям и стоимости на единицу информации могут стать основным видом магистральной и внутригородской связи.