3. Классификация восп

Волоконная –оптическая система передачи (ВОСП) - это совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи информации на расстояния по ОВ с помощью оптических волн и сигналов.

Все ВОСП по виду используемой модуляции делятся на анало­говые и цифровые.

В аналоговых ВОСП используются аналоговые методы модуля­ции, характеризующиеся непрерывным изменением одного из па­раметров переносчика сигнала: модуляции интенсивности (МИ) оптического излу­чения , положения оптического импульса при фазоимпульсной (ФИМ) или его длительности при широтно-импульсной (ШИМ) модуляциях и т. д.

В цифровых ВОСП применяются дискретные методы модуляции, характеризующиеся дискретным из­менением одного из параметров переносчика сигнала, при этом область значений исходного параметра делится на достаточно большое число уровней квантования, каждому из которых ставит­ся в соответствие определенный дискретный сигнал.

По назначению и протяженности ВОСП подразделяются на магистральные, зоновые, городские, сельские и системы распреде­ления информации.

Магистральные ВОСП предназначены для передачи сообщений на тысячи километров, зоновые — для передачи информации до 600 км, городские служат для уплотнения соединительных линий ГТС. Системы распределения информации обеспечивают связь между ЭВМ; сеть кабельного телевидения и т. п. Как правило, эти системы передают широкополосные сигналы (телевизионный, видеотелефонный, многоканальный телефонный) и строятся на ос­нове цифровых ВОСП с ретрансляцией.

Линейные тракты строятся как двухволоконные однополосные однокабельные, одноволоконные однополосные однокабельные, одноволоконные многополосные однокабельные (со спектральным уплотнением).

Обобщенная схема двухволоконной однополосной однокабельной ВОСП .

ОК

1 1

2 2

ОК

n n

При таком построении передача и прием оптических сигналов ведутся по двум волокнам и осуществляются на одной длине волны . Каждое ОВ является эквивалентом двухпроводной физической цепи. Так как взаимные влияния между ОВ кабеля практически отсутствуют, то тракты передачи и приема различных систем организуются по одному кабелю, т. е. ВОСП являются однокабельными. Таким образом, данная схема организации оптического линейного тракта (ОЛТ) является двухволоконной однополосной однокабельной, т.е. эквивалентом однополосным четырехпроводным однокабельным системам передачи, работающим по коаксиальным кабелям.

К достоинствам данной схемы организации связи следует отнести однотипность оборудования передачи и приема оконечных и промежуточных станций. Существенным недостатком является очень малый коэффициент использования пропускной способности. ОВ.

С передающих терминалов станции А первичные электрические сигналы поступают на систему передачи (СП), с выхода которой многоканальный электрический сигнал поступает на оборудование сопряжения (ОС). В ОС происходи преобразование его в форму, необходимую для передачи по волоконному тракту. В оптическом передатчике (О_пер) электрический сигнал модулирует оптическую несущую, т.е. преобразуется в оптический и передается по оптическому волокну. При необходимости в оптический тракт включают оптические ретрансляторы (промежуточные станции), служащие для коррекции искажений и компенсации затухания.

В оптическом приемнике станции Б преобразуется оптический сигнал в электрический.

Характерными точками ВОСП для измерений являются:

1. Параметры ВОСП

2. Точки соединения с аппаратурой передачи/приема и регенерации

3. Места сопряжения различных кабелей

4. Возможные неоднородности в кабеле

Учитывая, что доля затрат на кабельное оборудование составляет значительную часть стоимости системы, связи, а цены на ОК в настоящее время остаются достаточно высокими, возникает задача повышения эффективности использования пропускной способности ОВ за счет одновременной передачи по нему большего объема информации. Этого можно добиться, например, передачей информации во встречных направлениях по одному ОВ или за счет применения спектрального уплотнения.

В ВОСП со спектральным уплотнением по одному оптическому волокну одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется, как правило, многоканальным цифровым сигналом. Возможность построения таких систем основывается на сравнительно слабой зависимости ко­эффициента затухания ОК в пределах используемого спектрального диапазона от частоты (или длины волны) оптической несущей. Поэтому, применяя метод частотного разделения, по одному ОВ, подобно многоствольным радиорелейным системам передачи, можно организовать несколько широкополосных оптических каналов, увеличив тем самым результирующую скорость передачи информации. Это позволяет обойти ограничение на скорость передачи по одному ОВ, связанное с дисперсионными искажениями.

Структурная схема системы передачи со спектральным разделением оптических каналов

На передающей станции имеется п систем передачи, сигналы с которых передаются на п оптических передатчиков ОПер, получающих оптические несущие с длинами волн . С помощью устройств спектрального объединения (УСО) осуществляется ввод различных оптических несущих в одно ОВ.

На приемной стороне в устройстве спектрального разделения (УСР) оптические несущие разделяются в пространстве и поступают на оптические приемники ОПр. Таким образом, по одному ОВ организуется п спектрально разделенных оптических каналов, т, е. коэффициент использования пропускной способности увеличивается в п раз по сравнению с традиционным построением линейных трактов оптических систем.

Для объединения и разделения оптических несущих могут использоваться различные оптические спектральные устройства: мультиплексоры и демультиплексоры, работа которых основана на известных явлениях физической оптики: дисперсии, дифракции и интерференции. В основе структуры мультиплексоров и демультиплексоров может быть оптическая призма, многослойный диэлектрик, дифракционная решетка и др.

4. Преимущества и недостатки ВОЛП

Преимущества ВОЛП

1. Широкая полоса пропускания

Обусловлена очень высокой частотой несущей 10¹⁴ Гц, что позволяет обеспечить скорость передачи информации до 2Тб/с на одно волокно при гибкости в реализации требуемой полосы пропускания

2. Малое затухание светового сигнала в ОВ

ОВ имеет затухание 0,2 – 0,3 дБ на длине 1,55 мкм в расчете на 1 км

3. Высокая помехозащищенность к внешним электромагнитным полям

Обусловлена невосприимчивостью к электромагнитным помехам от медных кабельных систем, от электроустановок и соседних ВОСП.

Радикально решается проблема электромагнитной совместимости, когда в небольшом пространстве приходится размещать и энергетические установки, и системы автоматики с многочисленными абонентскими устройствами

4. Высокая защищенность от несанкционированного доступа (скрытность связи)

Передачу по оптическому кабелю практически невозможно обнаружить и трудно «подслушать» без нарушения приема-передачи. Система мониторинга может мгновенно отключить «взламываемый» канал и дать сигнал тревоги (правительственная связь, банковская связь и т.д.)

5. Малые габаритные размеры и масса оптического кабеля

по сравнению с медным при одинаковой пропускной способности. При этом существенно упрощается прокладка магистральных и зоновых линий связи, появляется возможность оперативного развертывания кабельных линий с большой пропускной способностью в труднодоступной местности, с преодолением водных и иных преград.

6. Взрыво- и пожаробезопасность

Обусловлено отсутствием явлений искрений при обрывах, коротких замыканий, ненадежных контактах. Позволяет обеспечить полную безопасность использования ВОСП во взрывоопасных и пожароопасных помещениях, не возникает опасностей поражения электрическими разрядами. Для оконечной аппаратуры не возникает аварийных режимов, которые наблюдаются при коротких замыканиях и обрывах в обычной аппаратуре электросвязи.

7. Экономичность ВОК

Волоконные световоды изготавливаются из диэлектрических материалов – кварца, многокомпонентных стекол, полимеров и на их изготовление не расходуются дефицитные цветные металлы. Стоимость ОВ к медной паре составляет как 2:5.

8. Низкий уровень шумов ВОК

Позволяет увеличивать полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.

9. Гальваническая развязка элементов сети

Обусловлена изолирующими свойствами ОВ

10. Длительный срок эксплуатации

Со временем ОВ деградирует, затухание увеличивается. Срок службы ОВ составляет примерно 25 лет, за это время может смениться несколько поколений стандартов приемо- передающих систем, т.к. их срок службы составляет 6 – 7 лет

11. Удаленное электропитание

ОВ не может выполнять функции силового кабеля, если требуется удаленное электропитание узла информационной сети. В этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду в ОВ кабель оснащается медным проводящим элементом.

Недостатки ВОЛП

1. Высокая стоимость интерфейсного оборудования –

стоимость оптических передатчиков и оптических приемников остается высокой.

2. Высокая стоимость монтажа и обслуживания оптической линии

3. Требования специальной защиты волокна

Теоретически ОВ прочно, в единичном количестве с диаметром 125 мкм должно выдерживать вес гири в 1 кг, практически это оказывается невозможным из-за наличия в структуре ОВ микротрещин.

Для защиты ОВ покрывают спецлаком, а ОК упрочняют нитями на основе кевлара или специальным стальным тросом, или стеклопластиковыми стержнями. Эти меры защиты увеличивают стоимость ОК

5. Измеряемые параметры оптических волокон (ОВ)

Основным «рабочим» элементом оптического кабеля, определяющим его информационную способность, является ОВ. Всю совокупность параметров ОВ принято разделять на следующие группы:

1. Конструктивные:

1.1. Геометрические:

1.1.1. Поперечные, включающие в себя различные параметры, характеризующие размеры и форму поперечного сечения ОВ;

1.1.2. Продольные, связанные с измерением различных длин и расстояний (строительная длина, длина регенерационного участка, расстояние до места неоднородности, и т.д.) - Длина ОВ: L.

.

Поперечные параметры:

1. Максимальный, минимальный, средний диаметры сердцевины: Д_cmax, Д_cmin, Д_cср.

Эллиптичность и эксцентриситет: ;

Наружный (внешний) диаметр оболочки, средний, минимальный, максимальный: Д_{u max}, Д_{u min}, Д_{u ср}.

Среднее значение принимают наружным (внешним) диаметром оболочки: Д_u = Д_{u ср}

Толщина светоизолирующей оболочки, минимальная, максимальная:

Несоосность (некоаксиальность):

Неконцентричность:

2. Оптические:

2.1. Показатель преломления сердцевины ;

2.2. Показатель преломления оболочки ;

.2.3. Максимальная и относительная разности показателей преломления сердцевины и оболочки:

(максимальная);

(относительная);

2.4. Профиль показателя преломления (ППП):

;

В градиентных волокнах ППП задается соотношением:

,

где - радиус сердцевины;

- текущее значение по радиусу;

- показатель степени, который определяет вид профиля (как правило, q=2)

2.5. Апертурный угол или апертура (угол между оптической осью ОВ и образующей светового конуса, падающего на торец ОВ, при котором выполняются условия полного внутреннего отражения).

2.6. Числовая апертура:

, при _{=1 NA =}

где - показатель преломления (ПП) среды перед торцом ОВ.

7. Нормированная частота характеризует волокно и распространяющийся по нему свет

7. Длина волны отсечки – это максимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду – параметр характерен для одномодового ОВ. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света и появляется дополнительный источник дисперсии – межмодовая, ведущая к уменьшению полосы пропускания ОВ.

В этой группе параметров измеряют ППП. числовую апертуру, длину волны отсечки

3. Параметры распространения излучения:

3.1. Затухание:

Полное затухание ( потери)

Полное затухание а складывается из собственных а_с и кабельных а_к потерь.

Собственные потери состоят потерь на поглощение а_п и потерь на рассеяние а_р.

Потери на поглощение состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле, так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях.

Потери на рассеяния обусловлены релеевским рассеянием, вызванным наличием неоднородностей микроскопического масштаба в ОВ. Свет, попадая на такие неоднородности рассеивается в разных направлениях. В результате часть его теряется.

Кабельные потери обусловлены скруткой, деформациями и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек при производстве и прокладке кабеля.

а= а_с + а_к = а_п + а_р + а_к

Коэффициент затухания =а/L

Измеряемыми параметрами являются: полное затухание (характеристика линии) и коэффициент затухания (характеристика волокна).