Передача сигнала. Цифровые оптоволоконные системы. Волоконно – оптические сети

В основе оптоволоконных технологий лежит принцип использования света, как основного источника информации. Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая последнюю, в свою очередь интерпретирует свет как информацию. Свет гораздо проще передать на дальние расстояния с меньшими потерями, нежели электрический ток. Кроме того, он не подвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации.

Этот метод обеспечивает наибольшие на сегодняшний день скорости, что дает хороший повод к развитию технологий передачи данных по оптоволокну. Пропускная способность может достигать порядка Терабит (1000 гигабит) в секунду. Если сравнивать с другими способами передачи информации, то порядок величин Тбит/с просто недостижим. Еще один плюс таких технологий - это надежность передачи. Передача по оптоволокну не имеет недостатков электрической или радиопередачи сигнала. Отсутствуют помехи, которые могут повредить сигнал, и нет необходимости лицензировать использование радиочастоты.

Вкратце о принципе оптического волокна и о том, как по нему передается информация. Оптоволокно - это волновод, по которому распространяются электромагнитные волны с длиной волны порядка тысячи нанометров. Это область инфракрасного излучения, невидимого человеческим глазом. За счет эффекта полного отражения света, можно заставить луч "гулять" внутри ограниченной замкнутой среды, проделывая путь от источника сигнала до его приемника. Однако для этого необходимо две среды с разной плотностью. Чаще всего в их качестве применяются кварцевые стекла различной плотности. Волну впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. Среды вытягивают в так называемое оптическое волокно, сердцевину которого составляет более плотное стекло, в разрезе представляющее окружность и часто называемого световодом. Данный сердечник покрывают оболочкой из менее плотного стекла, при достижении которого транспортируемый сигнал будет полностью отражаться. Для предотвращения механических повреждений конструкция также снабжается защитной оболочкой, именуемой первичным покрытием. Для достижения сигналом адресата, необходимо впускать в сердцевину лучи под углом к боковой поверхности не менее критического. В этом случае реализуется эффект полного отражения, и теоретически луч никогда не покинет сердечника кроме как через окончание волокна. Однако на практике все же существует некоторый процент преломляемых лучей. Это связано, во-первых, со сложностью реализации подобного источника света, во-вторых, с невозможностью изготовления идеально ровного волокна, и, в-третьих, с неидеальной инсталляцией оптического кабеля.

Итак, при определенном подборе материала волокна и его диаметра возникает ситуация, когда для некоторых длин волн эта среда становится почти прозрачной и даже при попадании на границу между волокном и внешней средой большая часть энергии отражается обратно внутрь волокна. Тем самым обеспечивается прохождение излучения по волокну без особых потерь, и основная задача - принять это излучение на другом конце волокна. Материал волновода - это уникальная разработка и от его свойств зависит качество передачи данных и уровень помех; изоляция волновода разработана с учетом того, чтобы выход энергии наружу был минимален.

В целом существуют два типа оптоволоконных кабелей: многомодовые и одномодовые. В многомодовом волокне относительно большой размер сердечника позволяет свету распространяться под различными углами. В результате для этого типа кабеля характерно сильное ослабление сигнала. В одномодовом волокне размер сердечника настолько мал, что существует единственный путь распространения световой волны. Для одномодового волокна характерны высокая пропускная способность и малое затухание.

В современных оптоволоконных технологиях используются три длины волны – 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Наиболее качественной и высокоскоростной связью обладают каналы на основе волн длиной 1500 нм. Однако оконечное оборудование, способное работать на данной длине волны значительно дороже и предполагает применение только лазерных источников света. Поэтому зачастую возникает проблема оценки экономической целесообразности применения подобных сетей. Рабочая длина волны 850 нм наиболее характерна для многомодовых волокон, тогда как одномодовые волокна применяются для волн длиной на 1500 нм.

Смешанные оптико-кабельные сети (чаще оптико-коаксиальные сети) (Hybrid Fiber-Coax, HFC) - наиболее совершенные в смысле пропускной способности в настоящее время широкополосные сети передачи данных. Оператор получает возможность предоставлять абонентам и стандартные базовые услуги (стандартные аналоговые ТВ-каналы), и такие кажущиеся очевидными и необходимыми сервисы, как платное аналоговое и цифровое телевидение, телефонная связь, доступ в Интернет. В этом случае оптоволокно прокладывается до группы домов, а далее до абонентов идет разводка коаксиальным кабелем. Сопрягаются эти части при помощи оптического распределительного узла.

Оптоволоконные сети безусловно являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуют все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления.

Оптоволокно (оптика, стекло, отическое волокно, fiber ) - одно из самых современных и надежных сред передачи данных при прокладке и настройке ЛВС. Она представляет собой многопарный кабель, состоящих из жил - обернутых в специальную оплетку. Жилы производятся из специального полимера - и сделаны таким образом - что ее "стенки" получаются идеально гладкими.

Передача данных в оптоволокне производится с помощью света - как известно - одной из самых быстрых материй во Вселенной. электрический сигнал медного кабеля проходит через специальный конвертер и превращается в свет. Каждая жила оптики подобна стеклянной трубе в зеркальной трубе. (Полимер разной плотности. Напр 9/125 микрон ) Свет, проникая в нее - отражается от стыка границ жил жилы и летит все дальше. В конце путешествия он принимается приемным устройством и обратно перекодируется в электрический сигнал.

Тем не менее, передача данных по оптоволокну осуществляется медленнее скорости света (~1млрд.км/ч). По причине того что микролазеры, использующиеся для передачи света по оптоволокну не производят свет с такой скоростью. А также по причине потерь в результате преломления лучей.

Скорость затухания сигнала в оптоволокне различается в зависимости от типа оптической жилы. Так многомодовый кабель (50/125, 62/125 ) позволяет передавать сигнал на 2-3 километра без существенных потерь. Одномодовый кабель (9/125 ) - работает на расстоянии до 10км. Скорее всего многое зависит от материала, который используется при производстве кабелей. Указанные длины соответствуют кабелям из современных полимеров. Скорее всего, жила из более плотного материала позволит передавать свет на более длинные расстояния. Также, все зависит о источника сигнала. Соответственно - чем он мощнее, тем дальше "полетит" свет.

Оптоволокно используется во многих сферах промышленности - равно как и в быту. Во-первых, оптический кабель является диэлектриком, что делает его безопасным при передаче данных на нефтепроизводствах и других взрывоопасных объектах.

Во-вторых, по этой же самой причине оптика крайне незначительно накапливает статическое электричество. Величины настолько малы - что их даже не принято учитывать. Соответственно, оптоволоконные кабели могут использоватся в сетях на различных объектах, связанных с высокими напряжениями.

Оптико-волоконные кабели могут быть уложены в воду, в землю в агресивную среду - при использовании специальных оболочек. Тем не менее, основное назначении оптики - передача данных на длинные расстояния.

На границе возможностей оптического кабеля ставится специальное устройство - репитер, увеличивающий расстояние на очередную длину. При соединении оптоволокна используются оптические муфты, в которых волокна свариваются между собой.

Сейчас, при стоимости метра оптики равной стоимости витой пары, можно говорить о строительстве сетей полностью на ней. Но это не значит что ее монтаж можно поручить низкоквалифицированным монтажникам.

Обычно, в любой компании - производящей монтаж кабельных оптических сетей - проектированием монтажом оптических сетей занимается отдельная бригада, - а то и целый отдел. Это связано с различными особенностями при монтаже оптики.

Например, оптический кабель нельзя сгинать под углами менее 110-120 градусов. Монтаж оптоволокна желательно производить в гофрированной трубе - в связи с невысокой прочностью обычного оптического кабеля. Его несложно порвать.

Чаще всего прокладка оптики производится в отдельный канал. И так далее - подобных тонкостей работы при работе с такого рода кабелями довольно много. Кроме того - отдельного раздела заслуживает способ соединения и терминирование оптоволокна.

Кабель терминируется на специальные соеденители - коннекторы. Их бывает несколько видов.

Для соединения ( сварки ) оптических кабелей необходимо специальное дорогостоящее устройство - сварочный аппарат. Стоимость качественного аппарата начинается от 150 000 рублей. Сейчас рынок наводнен недорогими китайскими решениями за 30-40 тысяч рублей, но использование таких аппаратов производит низкокачественные соединения. К тому же - такие аппараты быстро выходят из строя.

Качественный аппарат спокойно производит около 2000 ссварок, после чего в нем меняются электроды и он продолжает работать дальше. Довольно популярен рынок б/у аппаратов. Надеюсь, в дальнейшем мы сделаем целую статью про то, как сваривать оптический кабель. А пока -

Воспользуйтесь услугами нашей компании по монтажу оптических трасс, сварке оптики и проведения сертификации. Подать заявку можно , либо по телефону компании через менеджера .

возникла возможность перенести в оптический диапазон разнообразные средства и принципы получения, обработки и передачи информации, разработанные для радиодиапазона. Огромный рост объёмов передаваемой информации и вместе с тем практически полное исчерпание ёмкости радиодиапазона придали проблеме освоения оптического диапазона в целях связи исключительную важность. Основные преимущества Оптическая связь по сравнению со связью на радиочастотах, определяемые высоким значением оптической частоты (малой длиной волны): большая ширина полосы частот для передачи информации, в 10 4 раз превышающая полосу частот всего радиодиапазона, и высокая направленность излучения при входных и выходных апертурах , значительно меньших апертур антенн в радиодиапазоне. Последнее достоинство Оптическая связь позволяет применять в передатчиках оптических систем связи генераторы с относительно малой мощностью и обеспечивает повышенную помехозащищенность и скрытность связи.

Структурно линия Оптическая связь аналогична линии радиосвязи . Для модуляции излучения оптического генератора либо управляют процессом генерации, воздействуя на источник питания или на оптический резонатор генератора, либо применяют дополнительные внешние устройства, изменяющие выходное излучение по требуемому закону (см. Модуляция света ). При помощи выходного оптического узла излучение формируется в малорасходящийся луч, достигающий входного оптического узла, который фокусирует его на активную поверхность фотопреобразователя. С выхода последнего электрические сигналы поступают в узлы обработки информации. Выбор несущей частоты в системе Оптическая связь - сложная комплексная задача, в которой должны учитываться условия распространения оптического излучения в среде передачи, технические характеристики лазеров, модуляторов, приёмников света , оптических узлов. В системах Оптическая связь находят применение два способа приёма сигналов - прямое детектирование и гетеродинный приём. Гетеродинный метод приёма, обладая рядом преимуществ, главные из которых - повышенная чувствительность и дискриминация фоновых помех, в техническом отношении много сложнее прямого детектирования. Серьёзным недостатком этого метода является существенная зависимость величины сигнала на выходе фотоприёмника от характеристик трассы.

В зависимости от дальности действия системы Оптическая связь можно разделить на следующие основные классы: открытые наземные системы ближнего радиуса действия, использующие прохождение излучения в приземных слоях атмосферы; наземные системы, использующие закрытые световодные каналы (волоконные световоды , светонаправляющие зеркально-линзовые структуры) для высокоинформативной связи между АТС, ЭВМ, для междугородной связи; высокоинформативные линии связи (главным образом ретрансляционные), действующие в ближнем космическом пространстве; дальние космические линии связи.

В СССР и за рубежом накоплен определённый опыт работы с открытыми линиями Оптическая связь в приземных слоях атмосферы с использованием лазеров. Показано, что сильная зависимость надёжности связи от атмосферных условий (определяющих оптическую видимость) на трассе распространения ограничивает применение открытых линий Оптическая связь относительно малыми расстояниями (несколько километров) и лишь для дублирования существующих кабельных линий связи, использования в малоинформативных передвижных системах, системах сигнализации и т.п. Однако открытые линии Оптическая связь перспективны как сродство связи между Землёй и космосом. Например, с помощью лазерного луча можно передавать информацию на расстояние ~10 8 км со скоростью до 10 5 бит в сек , в то время как микроволновая техника при этих расстояниях обеспечивает скорость передачи только ~10 бит в сек . В принципе, Оптическая связь в космосе возможна на расстояниях до 10 10 км , что немыслимо для иных систем связи; однако построение космических линий Оптическая связь технически весьма сложно.

В земных условиях наиболее перспективны системы Оптическая связь , использующие закрытые световодные структуры. В 1974 показана возможность изготовления стеклянных световодов с затуханием передаваемых сигналов не более нескольких дб /км . При современном уровне техники, используя полупроводниковые диодные излучатели, работающие как в лазерном (когерентном), так и в некогерентном режимах, кабели со световолоконными жилами и полупроводниковые приёмники, можно построить магистрали связи на тысячи телефонных каналов с ретрансляторами, располагаемыми на расстояниях около 10 км друг от друга. Интенсивные работы по созданию лазерных излучателей со сроками службы ~10-100 тыс. ч , разработка широкополосных высокочувствительных приёмных устройств, более эффективных световодных структур и технологии изготовления световодов большой протяжённости, по-видимому, сделают Оптическая связь конкурентоспособной со связью по существующим кабельным и релейным магистралям уже в ближайшем десятилетии. Можно ожидать, что Оптическая связь займёт важное место в общегосударственной сети связи наряду с др. средствами. В перспективе системы Оптическая связь со световодными линиями по своим информационным возможностям и стоимости на единицу информации могут стать основным видом магистральной и внутригородской связи.

Лит.: Чернышев В. Н., Шереметьев А. Г., Кобзев В. В., Лазеры в системах связи, М., ; Пратт В. К., Лазерные системы связи, пер. с англ., М., 1972; Применение лазеров, пер. с англ., М., 1974.

А. В. Иевский, М. Ф. Стельмах.

Статья про слово "Оптическая связь " в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 7148 раз



Оптическая связь

связь посредством электромагнитных колебаний оптического диапазона (как правило, 10 13 -10 15 гц ). Использование света для простейших (малоинформативных) систем связи имеет давнюю историю (см., например, Оптический телеграф). С появлением Лазер ов возникла возможность перенести в оптический диапазон разнообразные средства и принципы получения, обработки и передачи информации, разработанные для радиодиапазона. Огромный рост объёмов передаваемой информации и вместе с тем практически полное исчерпание ёмкости радиодиапазона придали проблеме освоения оптического диапазона в целях связи исключительную важность. Основные преимущества О. с. по сравнению со связью на радиочастотах, определяемые высоким значением оптической частоты (малой длиной волны): большая ширина полосы частот для передачи информации, в 10 4 раз превышающая полосу частот всего радиодиапазона, и высокая направленность излучения при входных и выходных Апертура х, значительно меньших апертур антенн в радиодиапазоне. Последнее достоинство О. с. позволяет применять в передатчиках оптических систем связи генераторы с относительно малой мощностью и обеспечивает повышенную помехозащищенность и скрытность связи.

Структурно линия О. с. аналогична линии радиосвязи (См. Радиосвязь). Для модуляции излучения оптического генератора либо управляют процессом генерации, воздействуя на источник питания или на оптический резонатор генератора, либо применяют дополнительные внешние устройства, изменяющие выходное излучение по требуемому закону (см. Модуляция света). При помощи выходного оптического узла излучение формируется в малорасходящийся луч, достигающий входного оптического узла, который фокусирует его на активную поверхность фотопреобразователя. С выхода последнего электрические сигналы поступают в узлы обработки информации. Выбор несущей частоты в системе О. с. - сложная комплексная задача, в которой должны учитываться условия распространения оптического излучения в среде передачи, технические характеристики лазеров, модуляторов, приёмников света (См. Приёмники света), оптических узлов. В системах О. с. находят применение два способа приёма сигналов - прямое детектирование и гетеродинный приём. Гетеродинный метод приёма, обладая рядом преимуществ, главные из которых - повышенная чувствительность и дискриминация фоновых помех, в техническом отношении много сложнее прямого детектирования. Серьёзным недостатком этого метода является существенная зависимость величины сигнала на выходе фотоприёмника от характеристик трассы.

В зависимости от дальности действия системы О. с. можно разделить на следующие основные классы: открытые наземные системы ближнего радиуса действия, использующие прохождение излучения в приземных слоях атмосферы; наземные системы, использующие закрытые световодные каналы (волоконные Световод ы, светонаправляющие зеркально-линзовые структуры) для высокоинформативной связи между АТС, ЭВМ, для междугородной связи; высокоинформативные линии связи (главным образом ретрансляционные), действующие в ближнем космическом пространстве; дальние космические линии связи.

В СССР и за рубежом накоплен определённый опыт работы с открытыми линиями О. с. в приземных слоях атмосферы с использованием лазеров. Показано, что сильная зависимость надёжности связи от атмосферных условий (определяющих оптическую видимость) на трассе распространения ограничивает применение открытых линий О. с. относительно малыми расстояниями (несколько километров) и лишь для дублирования существующих кабельных линий связи, использования в малоинформативных передвижных системах, системах сигнализации и т.п. Однако открытые линии О. с. перспективны как сродство связи между Землёй и космосом. Например, с помощью лазерного луча можно передавать информацию на расстояние Оптическая связь10 8 км со скоростью до 10 5 бит в сек , в то время как микроволновая техника при этих расстояниях обеспечивает скорость передачи только Оптическая связь10 бит в сек . В принципе, О. с. в космосе возможна на расстояниях до 10 10 км , что немыслимо для иных систем связи; однако построение космических линий О. с. технически весьма сложно.

В земных условиях наиболее перспективны системы О. с., использующие закрытые световодные структуры. В 1974 показана возможность изготовления стеклянных световодов с затуханием передаваемых сигналов не более нескольких дб /км . При современном уровне техники, используя полупроводниковые диодные излучатели, работающие как в лазерном (когерентном), так и в некогерентном режимах, кабели со световолоконными жилами и полупроводниковые приёмники, можно построить магистрали связи на тысячи телефонных каналов с ретрансляторами, располагаемыми на расстояниях около 10 км друг от друга. Интенсивные работы по созданию лазерных излучателей со сроками службы Оптическая связь10-100 тыс. ч , разработка широкополосных высокочувствительных приёмных устройств, более эффективных световодных структур и технологии изготовления световодов большой протяжённости, по-видимому, сделают О. с. конкурентоспособной со связью по существующим кабельным и релейным магистралям уже в ближайшем десятилетии. Можно ожидать, что О. с. займёт важное место в общегосударственной сети связи наряду с др. средствами. В перспективе системы О. с. со световодными линиями по своим информационным возможностям и стоимости на единицу информации могут стать основным видом магистральной и внутригородской связи.

Лит.: Чернышев В. Н., Шереметьев А. Г., Кобзев В. В., Лазеры в системах связи, М., ; Пратт В. К., Лазерные системы связи, пер. с англ., М., 1972; Применение лазеров, пер. с англ., М., 1974.

А. В. Иевский, М. Ф. Стельмах.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Оптическая связь" в других словарях:

Передача информации с помощью света. Простейшие (малоинформативные) виды О. с. использовались с кон. 18 в. (напр., семафорная азбука). С появлением лазеров возникла возможность перенести в оптич. диапазон средства и принципы получения, обработки… … Физическая энциклопедия

ОПТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ СМ - Связь оптическая … Большая политехническая энциклопедия

Большой Энциклопедический словарь

оптическая связь - См. optical communications. Различие в употреблении двух терминов состоит в следующем: понятие optical чаще всего относится к оборудованию оптической связи, а термин lightwave к средствам обработки оптических сигналов. [Л.М. Невдяев.… … Справочник технического переводчика

Связь между двумя или несколькими пунктами посредством света, световых сигналов. Использование света для передачи простейших сообщений имеет давнюю историю. С древнейших времён огни костров предупреждали о приближении врагов, указывали путь… … Энциклопедия техники

Связь посредством электромагнитных колебаний оптического диапазона (1013 1015 Гц), обычно с применением лазеров. Системы оптической связи структурно подобны системам радиосвязи. Перспективны линии оптической связи космические открытые и наземные… … Энциклопедический словарь

оптическая связь - optinis ryšys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. optical communication vok. optische Kopplung, f; optische Nachrichtenübertragung, f rus. оптическая связь, f pranc. communication optique, m … Automatikos terminų žodynas

Связь между двумя или неск. пунктами посредством электромагнитных волн оптич. диапазона. Емкость оптич. канала связи значительно превышает ёмкость радиочастотных каналов, т. к. оптическое излучение имеет частоты порядка 10 1000 ТГц (1012 1015 Гц) … Большой энциклопедический политехнический словарь

Волоконно оптическая связь вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем волоконно… … Википедия