Введення в техніку волоконно-оптичних мереж. ВОЛЗ: основні характеристики і сфери застосування Принципи роботи оптоволоконних мереж

Волоконно-оптичними називають лінії, призначені для передачі інформації в оптичному діапазоні. Згідно з даними радянського Інформбюро, на кінець 80-х темп зростання застосування волоконно-оптичних ліній склав 40%. Експерти Союзу припускали повна відмова деяких країн від мідної жили. З'їзд ухвалив на 12-у п'ятирічку 25% приріст обсягу ліній зв'язку. Тринадцята, також покликана розвивати волоконну оптику, застала розвал СРСР, з'явилися перші стільникові оператори. До речі, прогноз експертів щодо зростання потреби в кваліфікованих кадрах провалився ...

Принцип дії

Які причини різкого зростання популярності високочастотних сигналів? Сучасні підручники згадують зниження потреби в регенерації сигналу, вартості, підвищення ємності каналів. Радянські інженери дізнався, розмірковуючи інакше: мідний кабель, броня, екран беруть 50% світового виробництва міді, 25% - свинцю. Недостатньо відомий факт став головною причини залишення спонсорами Ніколи Тесли, проекту вежі Ворденкліфф (назва дала прізвище мецената, який пожертвував землю). Відомий сербський вчений захотів передавати інформацію, енергію бездротовим шляхом, налякавши чимало локальних господарів мідеплавильних заводів. 80 років по тому картина змінилася кардинально: люди усвідомили необхідність заощадження кольорових металів.

Матеріалом виготовлення волокна служить ... скло. Звичайний силікат, присмачений неабиякою часткою модифікують властивості полімерів. Радянські підручники, крім зазначених причин популярності нової технології, називають:

Мале загасання сигналів, що стало причиною зниження потреби в регенерації.
Відсутність іскріння, отже, пожежна безпека, нульова вибухонебезпечність.
Неможливість короткого замикання, знижена потреба в обслуговуванні.
Нечутливість до електромагнітних завад.
Низький вага, порівняно малі габарити.

Спочатку оптоволоконні лінії повинні були об'єднати великі магістралі: між містами, передмістями, АТС. Експерти СРСР назвали кабельну революцію схоже на появу твердотільної електроніки. Розвиток технології дозволило побудувати мережі, позбавлені струмів витоку, перехресних перешкод. Ділянка довжиною сотню км позбавлений активних методів регенерації сигналу. Бухта одномодового кабелю зазвичай становить 12 км, многомодового - 4 км. Останню милю частіше покривають міддю. Провайдери звикли призначати кінцеві ділянки індивідуальним користувачам. Відсутні високі швидкості, приймач дешеві, можливість підвести одночасно харчування пристрою, простота використання лінійних режимів.

передавач

Типовим формувачем променя виступають напівпровідникові світлодіоди, включаючи твердотільні лазери. Ширина спектра сигналу, випромінюваного типовим p-n-переходом, становить 30-60 нм. ККД перших твердотільних пристроїв ледь досягав 1%. Основою зв'язкових світлодіодів частіше виступає структура індій-галій-миш'як-фосфор. Випромінюючи нижчу частоту (1,3 мкм), прилади забезпечують значне розсіювання спектра. Результуюча дисперсія сильно обмежує бітрейт (10-100 Мбіт / с). Тому світлодіоди придатні для побудови локальних мережевих ресурсів (дистанція 2-3 км).

Частотне розподіл ущільнення каналів здійснюється багаточастотними діодами. Сьогодні недосконалі напівпровідникові структури активно витісняються вертикальними випромінюють лазерами, значно поліпшують спектральні характеристики. підвищують швидкість. Ціна одного порядку. Технологія вимушеного випромінювання приносить набагато вищі потужності (сотні мВт). Когерентне випромінювання забезпечує ККД одномодових ліній 50%. Ефект хроматичної дисперсії знижується, дозволяючи підвищити бітрейт.

Малий час рекомбінації зарядів дозволяє легко модулювати випромінювання високими частотами живильного струму. Крім вертикальних застосовують:

Лазери зі зворотним зв'язком.
Резонатори Фабрі-Перо.

Високі бітрейти далеких ліній зв'язку досягаються застосуванням зовнішніх модуляторів: електро-абсорбційні, інтерферометри Маха - Цендера. Зовнішні системи усувають необхідність застосування лінійної частотної модуляції напругою живлення. Обрізаний спектр дискретного сигналу передається далі. Додатково розроблені інші методики кодування несучої:

Квадратурна фазова маніпуляція.
Ортогональное мультиплексування з частотним поділом.
Амплітудна квадратурная модуляція.

Процедуру здійснюють цифрові сигнальні процесори. Старі методики компенсували лише лінійну складову. Беренджер висловив модулятор рядами Вина, ЦАП і підсилювач змоделював усіченими, времянезавісімимі рядами Вольтерри. Кхана пропонує використовувати поліноміальних модель передавача до того ж. Щоразу коефіцієнти рядів знаходять, використовуючи архітектуру непрямого вивчення. Дутель записав безліч поширених варіантів. Фазная перехресна кореляція і квадратурні поля імітують недосконалість систем синхронізації. Аналогічно компенсуються нелінійні ефекти.

приймачі

Фотодетектор здійснює зворотне перетворення світло - електрика. Левова частка твердотільних приймачів використовує структуру індій-галій-миш'як. Іноді зустрічаються pin-фотодіоди, лавинні. Структури метал-напівпровідник-метал ідеально підходять для вбудовування регенераторів, короткохвильових мультиплексорів. Оптікоелектріческіе конвертери часто доповнюють трансімпедансним підсилювачами, обмежувачами, що виробляють цифровий сигнал. Потім практикують відновлення синхроімпульсів з фазовим автопідстроюванням частоти.

Передача світла склом: історія

Явище рефракції, що робить можливою тропосферного зв'язку, нелюбимий учнями. Складні формули, нецікаві приклади вбивають любов студента до знань. Ідею світловода народили далекі 1840-ті роки: Деніел Колладон, Жак Бабіне (Париж) намагалися прикрасити власні лекції привабливими, наочними експериментами. Викладачі середньовічної Європи погано заробляли, тому неабиякий приплив студентів, які несуть гроші, виглядав бажаною перспективою. Лектори заманювали публіку будь-якими способами. Якийсь Джон Тиндал скористався ідеєю 12 років по тому, набагато пізніше випустивши книгу (1870), яка розглядає закони оптики:

Світло проходить кордон розділу повітря-вода, спостерігається рефракція променя щодо перпендикуляра. Якщо кут торкання променя до ортогональної лінії перевищує 48 градусів, фотони перестають залишати рідина. Енергія повністю відбивається назад. Межа назвемо лімітуючим кутом середовища. Водний дорівнює 48 градусів 27 хвилин, у силікатного скла - 38 градусів 41 хвилина, алмаза - 23 градуси 42 хвилини.

Зародження XIX століття принесло лінії Петербург - Варшава світловий телеграф протяжністю 1200 км. Регенерація операторами послання проводилася кожні 40 км. Повідомлення йшло кілька годин, заважали погода, видимість. Поява радіозв'язку витіснило старі методики. Перші оптичні лінії датовані кінцем XIX століття. Новинка сподобалася ... медикам! Гнуте скляне волокно дозволяло висвітлювати будь-які порожнини людського тіла. Історики пропонують наступну тимчасову шкалу розвитку подій:

Ідею Генрі Сент-Рене продовжили поселенці Нового світла (1920-ті), які задумали поліпшити телебачення. Кларенс Ханселл, Джон Список Бейрд стали піонерами. Десять років по тому (1930) студент-медик Хайнріх Ламм довів можливість передачі скляними напрямними зображення. Той, хто шукає знань задумав оглянути нутрощі тіла. Якість зображення кульгало, спроба отримати Британський патент провалилася.

народження волокна

Незалежно голландський учений Абрахам ван Хіл, британець Харольд Хопкінс, Наріндер Сингх Капані винайшли (1954) волокно. Заслуга першого в ідеї покрити центральну жилу прозорою оболонкою, яка мала низький коефіцієнт заломлення (близький до повітря). Захист від подряпин поверхні сильно покращила якість передачі (сучасники винахідників бачили головна перешкода використання волоконних ліній у великих втратах). Британці теж внесли серйозний вклад, зібравши пучок волокон чисельністю 10.000 штук, передали зображення на дистанцію 75 см. Замітка «Гнучкий фіброскоп, який використовує статичну сканування» прикрасила журнал Nature (1954).

Це цікаво! Наріндер Сингх Капані ввів термін фиброволокно заміткою в журналі Американська наука (1960).

1956 рік приніс світові новий гнучкий гастроскоп, автори Базиль Хіршовіц, Вільбур Петерс, Лоуренс Кертисс (Університет Мічиган). Особливістю новики була скляна оболонка волокон. Еліас Снітцер (1961) оприлюднив ідею створення одномодового волокна. Настільки тонкого, що всередині вміщувалося лише одне плямочка інтерференційної картини. Ідея допомогла медикам оглянути нутрощі (живого) людини. Втрати склали 1 дБ / м. Потреби комунікацій простягалися набагато далі. Було потрібно досягти порога 10-20 дБ / км.

1964 рік вважають переломним: життєво важливу специфікацію опублікував доктор Као, ввівши теоретичні основи телекомунікації. Документ активно використовував наведену вище цифру. Вчений довів: знизити втрати допоможе скло вищого ступеня очищення. Німецький фізик (1965) Манфред Бернер (Телефункен Ресёрч Лабс, Ульм) представив першу працездатну телекомунікаційну лінію. NASA негайно передало вниз місячні знімки, використовуючи новинки (розробки були секретними). Кілька років по тому (1970) троє працівників Корнінг Глес (див. Початок топіка) подали патент, який реалізує технологічний цикл виплавки оксиду кремнію. Три роки бюро оцінювало текст. Нова жила збільшила пропускну здатність каналу в 65000 разів щодо мідного кабелю. Команда доктора Као негайно зробила спробу покрити значну відстань.

Це цікаво! 45 років по тому (2009) Као вручили Нобелівську премію з фізики.

Військові комп'ютери (1975) протиповітряної оборони США (секція NORAD, Шайенскіе гори) отримали нові комунікації. Оптичний інтернет з'явився дуже давно, раніше персональних комп'ютерів! Двома роками пізніше тестові випробування телефонної лінії довжиною 1,5 милі (передмістя Чикаго) успішно передали 672 голосових каналу. Склодуви працювали невпинно: початок 80-х привнесло поява волокна з загасанням 4 дБ / км. Оксид кремнію замінили іншим напівпровідником - германием.

Швидкість виробництва високоякісного кабелю технологічною лінією склала 2 м / с. Хі Томас Менса розробив технологію, підвищити двадцятикратно вказаний ліміт. Новинка, нарешті, стала дешевше мідного кабелю. Подальше викладено вище: пішов сплеск впровадження нової технології. Крок розстановки репитеров склав 70-150 км. Волоконний підсилювач, легований іонами ербію, різко знизив вартість зведення ліній. Часи тринадцятої п'ятирічки принесли планеті 25 мільйонів кілометрів волоконно-оптичних мереж.

Новий поштовх розвитку дало винахід фотонних кристалів. Перші комерційні моделі приніс 2000 рік. Періодичність структур дозволила значно підвищити потужність, конструкція волокна гнучко підбудовувалася, слідуючи частоті. У 2012 році Телеграфний і телефонний компанія Ніппон досягла швидкості 1 петабіт / с на дальності 50 км одним-єдиним волокном.

Військова промисловість

Достовірно відома історія ходи військової промисловості США, опублікованій в Монмаут Меседж. У 1958 році менеджер по кабельному господарству форту Монмаут (Сигнал Корпс Лабс армії Сполучених Штатів) рапортував про шкоду блискавок, опадів. Чиновник потривожив дослідника Сема Ді Віта, попросивши знайти заміну зеленими міді. Відповідь містила пропозицію спробувати скло, Фібер, світлові сигнали. Однак інженери дядька Сема того часу виявилися безсилі вирішити задачку.

Спекотного вереснем тисячі дев'ятсот п'ятьдесят дев'ять Ді Віта запитав лейтенанта другого рангу Річарда Штурцебехера, чи відома тому формула скла, здатного передавати оптичний сигнал. Відповідь містила відомості, що стосуються оксиду кремнію - проби на базі Університету Альфреда. Вимірюючи коефіцієнт рефракції матеріалів мікроскопом, Річард нажив головний біль. 60-70% скляна пудра вільно пропускала променисте світло, дратуючи очі. Тримаючи в розумі необхідність отримання найчистішого скла, Штурцебехер вивчав сучасні методики виробництва за допомогою хлориду кремнію IV. Ді Віта знайшов матеріал придатним, вирішивши надати уряду переговори з склодувами компанії Корнінг.

Чиновник відмінно знав робочих, проте вирішив зрадити справу розголосу, щоб завод отримав державний контракт. Між 1961 і 1962 ідея використання чистого оксиду кремнію була передана дослідним лабораторіям. Федеральні асигнування склали близько 1 млн. Доларів (проміжок 1963-1970). Програма закінчилася (1985) розвитком багатомільярдної індустрії виробництва оптоволоконних кабелів, які почали стрімко заміщати мідні. Ді Віта залишився працювати, консультуючи промисловість, проживши 97 років (рік смерті - 2010).

різновиди кабелів

Кабель формують:

Ядро.
Оболонка.
Захисний кожух.

Волокно реалізує повне відображення сигналу. Матеріалом перших двох компонентів традиційно виступає скло. Іноді знаходять дешеву заміну - полімер. Оптичні кабелі об'єднують сплавом. Вирівнювання ядра зажадає вправності. Мультимодових кабель товщиною понад 50 мкм паяти простіше. Дві глобальні різновиди розрізняються кількістю мод:

Мультимодових забезпечений товстим ядром (понад 50 мкм).
Одномодовий значно тонше (менше 10 мкм).

Парадокс: кабель менших розмірів забезпечує далекий зв'язок. Вартість четирёхжільного трансатлантичного становить 300 млн. Доларів. Серцевину покривають светоустойчивость полімером. Журнал Новий учений (2013) оприлюднив досліди наукової групи Університету Саутгемптона, що покрили дальність 310 метрів ... волноводом! Пасивний діелектричний елемент показав швидкість 77,3 Тбіт / с. Стіни порожнистої трубки утворені фотонним кристалом. Інформаційний потік рухався зі швидкістю 99,7% швидкості світла.

Фотонів-кристалічний Фібер

Новий різновид кабелів утворена набором трубок, конфігурація нагадує округлені бджолині стільники. Фотонні кристали, нагадують природний перламутр, утворюючи періодичні конформації, що відрізняються коефіцієнтом заломлення. Деякі довжини хвиль всередині таких трубок загасають. Кабель демонструє смугу пропускання, промінь зазнаючи бреггівськими рефракцію відбивається. Завдяки наявності заборонених зон когерентний сигнал рухається уздовж світловода.

Оптика відкриває широкі можливості там, де потрібні високошвидкісні комунікації з високою пропускною здатністю. Це добре себе зарекомендувала, зрозуміла і зручна технологія. В аудіовізуальних області вона відкриває нові перспективи і надає рішення, недоступні за допомогою інших методів. Оптика проникла в усі ключові напрямки - системи спостереження, диспетчерські та ситуаційні центри, на військові і медичні об'єкти, в зони з екстремальними умовами експлуатації. ВОЛЗ забезпечують високу ступінь захисту конфіденційної інформації, дозволяють передавати стиснені дані типу графіки з високою роздільною здатністю і відео з точністю до пікселя. Нові стандарти і технології ВОЛЗ. Волокно - майбутнє СКС (структурованих кабельних систем)? Будуємо мережу підприємства.

Оптоволоконний (він же волоконно-оптичний) кабель - це принципово інший тип кабелю в порівнянні з розглянутими двома типами електричного або мідного кабелю. Інформація по ньому передається не електричним сигналом, а світловим. Головний його елемент - це прозоре скловолокно, по якому світло проходить на величезні відстані (до десятків кілометрів) з незначним ослабленням.

Структура оптоволоконного кабелю дуже простаі схожа на структуру коаксіального електричного кабелю (рис. 1.). Тільки замість центрального мідного дроту тут використовується тонке (діаметром близько 1 - 10 мкм) скловолокно, а замість внутрішньої ізоляції - скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світлу виходити за межі скловолокна. В даному випадку мова йде про режим так званого повного внутрішнього відбиття світла від кордону двох речовин з різними коефіцієнтами заломлення (у скляній оболонки коефіцієнт заломлення значно нижче, ніж у центрального волокна). Металева обплетення кабелю зазвичай відсутня, так як екранування від зовнішніх електромагнітних перешкод тут не потрібно. Однак іноді її все-таки застосовують для механічного захисту від навколишнього середовища (такий кабель іноді називають броньовим, він може об'єднувати під одним оболонкою кілька оптоволоконних кабелів).

Оптоволоконний кабель має виняткові характеристиками по перешкодозахищеності і секретності переданої інформації. Ніякі зовнішні електромагнітні перешкоди в принципі не здатні спотворити світловий сигнал, а сам сигнал не породжує зовнішніх електромагнітних випромінювань. Підключитися до цього типу кабелю для несанкціонованого прослуховування мережі практично неможливо, так як при цьому порушується цілісність кабелю. Теоретично можлива смуга пропускання такого кабелю досягає величини 1012 Гц, то є 1000 ГГц, що незрівнянно вище, ніж у електричних кабелів. Вартість оптоволоконного кабелю постійно знижується і зараз приблизно дорівнює вартості тонкого коаксіального кабелю.

Типова величина загасання сигналу в оптоволоконних кабелях на частотах, використовуваних в локальних мережах, становить від 5 до 20 дБ / км, що приблизно відповідає показникам електричних кабелів на низьких частотах. Але в разі оптоволоконного кабелю при зростанні частоти переданого сигналу загасання збільшується дуже незначно, і на більших частотах (особливо понад 200 МГц) його переваги перед електричним кабелем незаперечні, у нього просто немає конкурентів.

Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ) дозволяють передавати аналогові і цифрові сигнали на далекі відстані, в деяких випадках - на десятки кілометрів. Вони також використовуються на малих, більш «керованих» відстанях, наприклад, всередині будівель. Приклади рішень з побудови СКС (структурованих кабельних систем) для побудови мережі підприємства знаходяться тут: Будуємо мережу підприємства: Схема побудови СКС - Оптика по горизонталі. , Будуємо мережу підприємства: Схема побудови СКС - Централізована оптична кабельна система. , Будуємо мережу підприємства: Схема побудови СКС - Зонова оптична кабельна система.

Переваги оптики добре відомі: це імунітет до шумів і перешкод, малий діаметр кабелів при величезній пропускної здатності, стійкість до злому і перехоплення інформації, відсутність потреби в ретрансляторах і підсилювачах і т.д.
Колись були проблеми з крайовою закладенням оптичних ліній, але сьогодні вони в основному вирішені, так що працювати з цією технологією стало набагато простіше. Є, однак, ряд питань, які треба розглядати виключно в контексті областей застосування. Як і у випадку з передачею по «міді» або радіоканалу, якість волоконно-оптичного зв'язку залежить від того, наскільки добре узгоджені вихідний сигнал передавача і вхідний каскад приймача. Некоректна специфікація потужності сигналу призводить до збільшення коефіцієнта бітових помилок при передачі; потужність занадто велика - і підсилювач приймача «перенасичується», занадто мала - і виникає проблема з шумами, оскільки вони починають заважає корисного сигналу. Ось два найбільш критичних параметра ВОЛЗ: вихідна потужність передавача і втрати при передачі - загасання в оптичному кабелі, який з'єднує передавач і приймач.

Існують два різних типи оптоволоконного кабелю:

* Багатомодовий або мультимодових кабель, дешевший, але менш якісний;
* Одномодовий кабель, дорожчий, але має кращі характеристики в порівнянні з першим.

Тип кабелю визначать кількість режимів поширення або «шляхів», за якими світло проходить всередині кабелю.

багатомодовий кабель, Найбільш часто використовуваний в невеликих промислових, побутових і комерційних проектах, має найвищий коефіцієнт ослаблення і працює тільки на коротких відстанях. Більш старий тип кабелю, 62,5 / 125 (ці цифри характеризують внутрішній / зовнішній діаметри світловода в мкм), який часто називають «OM1», має обмежену пропускну здатність і використовується для передачі даних зі швидкістю до 200 Мбіт / с.
Нещодавно стали застосовувати кабелі 50/125 «OM2» і «OM3», що пропонують швидкості 1Гбіт / с на відстанях до 500 м і 10 Гбіт / с на до 300 м.

одномодовий кабель використовується в високошвидкісних з'єднаннях (вище 10 Гбіт / с) або на довгих дистанціях (до 30 км). Для передачі аудіо та відео найбільш доцільним є застосування кабелів «OM2».
Віце-президент європейського відділення компанії Extron по маркетингу Райнер Штайль зазначає, що оптоволоконні лінії стали більш доступними, їх частіше застосовують для організації мережі всередині будинків - це веде до зростання застосування АВ-систем на основі оптичних технологій. Штайль каже: «У плані інтеграції ВОЛЗ вже сьогодні володіють декількома ключовими перевагами.
У порівнянні з аналогічною мідно-кабельної інфраструктурою оптика дозволяє використовувати одночасно і аналогові, і цифрові відеосигнали, забезпечуючи єдине системне рішення для роботи з існуючими, а також з перспективними відеоформатами.
Крім того, тому що оптика пропонує дуже високу пропускну здатність, той же кабель буде працювати з великими дозволами і в майбутньому. ВОЛЗ легко адаптується до нових стандартів і форматів, які з'являтимуться в процесі розвитку АВ-технологій ».

Іншим визнаним експертом в цій галузі є Джим Хейз, президент Американської Волоконно-Оптичної Асоціації, створеної в 1995 році, що сприяє зростанню професіоналізму в області волоконної оптики і, між іншим, що нараховує в своїх рядах понад 27000 кваліфікованих спеціалістів по встановленню та впровадженню оптичних систем. Він говорить про зростання популярності ВОЛЗ наступне: «Вигода - в швидкості інсталяції та дешевизні комплектуючих. Зростає застосування оптики в сфері телекомунікацій, особливо в системах Fiber-To-The-Home * (FTTH) з підтримкою бездротового доступу, а також в сфері безпеки (камери спостереження).
Схоже, що сегмент FTTH зростає швидше за інших ринків у всіх розвинених країнах. Тут, в США, на оптиці побудовані мережі управління дорожнім рухом, муніципальних служб (адміністрація, пожежні, поліція), навчальних закладів (школи, бібліотеки).
Зростає кількість користувачів Інтернет - і у нас швидко будуються нові центри обробки даних (ЦОД), для взаємозв'язку яких використовується оптоволокно. Адже при передачі сигналів зі швидкістю 10 Гбіт / с витрати аналогічні «мідним» лініях, але оптика споживає значно менше енергії. Довгі роки прихильники волокна і міді «билися» один з одним за пріоритет в корпоративних мережах. Даремно витрачений час!
Сьогодні зв'язок по WiFi стала настільки хорошою, що користувачі нетбуків, ноутбуків і iPhon'ов віддали перевагу мобільності. І тепер в корпоративних локальних мережах оптику використовують для комутації з точками бездротового доступу ».
Дійсно, областей застосування оптики стає все більше, в основному, через зазначених вище переваг перед міддю.
Оптика проникла в усі ключові напрямки - системи спостереження, диспетчерські та ситуаційні центри, на військові і медичні об'єкти, в зони з екстремальними умовами експлуатації. Зниження вартості обладнання дозволило використовувати оптичні технології в традиційно «мідних» областях - в конференц-залах і на стадіонах, в роздрібній торгівлі та на транспортних вузлах.
Райнер Штайль з Extron коментує: «Волоконно-оптичне обладнання широко використовується в медичних установах, наприклад, для комутації локальних відеосигналів в операційних. Оптичні сигнали не мають ніякого відношення до електрики, що ідеально в плані забезпечення безпеки пацієнтів. ВОЛЗ прекрасно підходять і для медичних навчальних закладів, де необхідно розподіляти відеосигнали з кількох операційних в кілька аудиторій, щоб студенти могли спостерігати за ходом операції «вживу».
Волоконно-оптичним технологіям віддають перевагу і військові, так як дані, що передаються важко або навіть неможливо «рахувати» ззовні.
ВОЛЗ забезпечують високу ступінь захисту конфіденційної інформації, дозволяють передавати стиснені дані типу графіки з високою роздільною здатністю і відео з точністю до пікселя.
Можливість передачі на далекі відстані робить оптику ідеально підходить для систем Digital Signage в великих торгових центрах, де довжина кабельних ліній може досягати декількох кілометрів. Якщо для кручений пари відстань обмежена 450 метрами, то для оптики і 30 км не межа ».
Що стосується використання оптоволокна в аудіовізуальних індустрії, то прогресу тут сприяють два основні чинники. По-перше, це інтенсивний розвиток IP-заснованих систем передачі аудіо- та відео, які спираються на мережі з високою пропускною спроможністю - для них ВОЛЗ підходять ідеально.
По-друге, повсюдне вимога передавати відео HD і комп'ютерні зображення HR на відстані більші, ніж 15 метрів - а це межа для передачі HDMI по міді.
Є випадки, коли відеосигнал просто неможливо «роздати» по мідному кабелю і необхідно застосувати оптоволокно - такі ситуації стимулюють розробку нової продукції. Бьyoнг Хо Пак, віце-президент з маркетингу компанії Opticis, пояснює: «Для смуги даних UXGA, 60 Гц, і 24-бітового кольору потрібно загальна швидкість 5 Гбіт / с, або 1,65 Гбіт / с на кожний колірний канал. HDTV має дещо меншу пропускну здатність. Виробники «підштовхують» ринок, а й ринок одночасно «підштовхує» гравців використовувати зображення більш високої якості. Є окремі області застосування, де потрібні дисплеї, здатні відображати 3-5 млн пікселів або 30- 36-бітову глибину кольору. У свою чергу, для цього буде потрібно швидкість передачі близько 10 Гбіт / с ».
Сьогодні багато виробників комутаційного обладнання пропонують версії відео-подовжувачів (екстендерів) для роботи з оптичними лініями. ATEN International, TRENDnet, Rextron, Gefenта інші випускають різні моделі для цілого ряду відео- і комп'ютерних форматів.
При цьому службові дані - HDCP ** і EDID *** - можуть передаватися за допомогою додаткової оптичний лінії, а в деяких випадках - за окремим мідному кабелю, що зв'язує передавач і приймач.
В результаті того, що формат HD став стандартом для ринку мовлення,на інших ринках - інсталяційному, наприклад - теж стали застосовувати захист від несанкціонованого копіювання контенту в форматах DVI і HDMI, - говорить Джим Джачетта, старший віце-президент з розробок компанії Multidyne. - За допомогою виробленого нашої компанії пристрої HDMI-ONE користувачі можуть відправити відеосигнал з DVD- або Blu-Ray плеєра на монітор або дисплей, розташований на відстані до 1000 метрів. Раніше жоден пристрій, що працює з багатомодовими лініями, не підтримувала систему захисту від копіювання HDCP ».

Ті, хто працює з ВОЛЗ, не повинні забувати і про специфічні інсталяційних проблеми - кінцевий закладенні кабелів. В цьому плані багато виробників випускають як власне роз'єми, так і монтажні набори, що включають в себе спеціалізований інструмент, а також хімічні препарати.
Тим часом, будь-який елемент ВОЛЗ, будь то подовжувач, роз'єм або місце стикування кабелів, повинен за допомогою оптичного вимірювача бути перевірений на предмет ослаблення сигналу - це необхідно для оцінки загального бюджету потужності (power budget, основний розрахунковий показник ВОЛЗ). Природно, зібрати роз'єми волоконних кабелів можна і вручну, «на коліні», але дійсно високу якість і надійність гарантується тільки при використанні готових, вироблених на заводі «розібраних» кабелів, підданих ретельному багатоступінчатому тестування.
Незважаючи на величезну пропускну здатність ВОЛЗ, у багатьох все ще залишається бажання «впихнути» в один кабель побільше інформації.
Тут розвиток йде в двох напрямках - спектрального ущільнення (optical WDM), коли в один світловод направляється кілька світлових променів з різними довжинами хвиль, а інше - сериализация / десеріалізацію даних (англ. SerDes), коли паралельний код перетвориться в послідовний і назад.
При цьому обладнання для спектрального ущільнення коштує дорого через складний проектування і застосування мініатюрних оптичних компонентів, але не збільшує швидкість передачі. Застосовувані в обладнанні SerDes високошвидкісні логічні пристрої також збільшують видаткову частину проекту.
Крім того, сьогодні випускається обладнання, що дозволяє мультиплексировать і демультіплексіровать із загального світлового потоку керуючі дані - USB або RS232 / 485. При цьому світлові потоки можна відправляти по одному кабелю в протилежних напрямках, хоча ціна виконують ці «трюки» приладів зазвичай перевищує вартість додаткового світловода для повернення даних.

Залежно від основної області застосування волоконно-оптичні кабелі поділяються на два основних види:

Кабель внутрішньої прокладки:
При монтажі ВОЛЗ в закритих приміщеннях зазвичай застосовується Волоконно-оптичний кабель з щільним буфером (для захисту від гризунів). Використовується для побудови СКС в якості магістрального або горизонтального кабелю. Підтримує передачу даних на короткі і середні відстані. Ідеально підходить для горизонтального каблирования.

Кабель зовнішньої прокладки:
Волоконно-оптичний кабель з щільним буфером, броньований сталевою стрічкою, вологостійкий. Застосовується для зовнішньої прокладки при створенні підсистеми зовнішніх магістралей і пов'язують між собою окремі будівлі. Може прокладатися в кабельні канали. Підходить для безпосереднього укладання в грунт.

Зовнішній самонесущий оптоволоконний кабель:
Волоконно-оптичний кабель самонесучий, зі сталевим тросом. Застосовується для зовнішньої прокладки на великі відстані в рамках телефонних мереж. Підтримує передачу сигналів кабельного телебачення, а також передачу даних. Підходить для прокладки в кабельній каналізації та повітряної прокладки.

Переваги ВОЛЗ:

Передача інформації по ВОЛЗ має цілий ряд переваг перед передачею по мідному кабелю. Стрімке впровадження в інформаційні мережі ВОЛЗ є наслідком переваг, що випливають з особливостей поширення сигналу в оптичному волокні.
Широка смуга пропускання - обумовлена \u200b\u200bнадзвичайно високою частотою несучої 1014Гц. Це дає потенційну можливість передачі по одному оптичного волокна потоку інформації в кілька терабіт в секунду. Велика смуга пропускання - це одне з найбільш важливих переваг оптичного волокна над мідної або будь-який інший середовищем передачі інформації.
Мале загасання світлового сигналу у волокні. Випускає в даний час вітчизняними і зарубіжними виробниками промислове оптичне волокно має згасання 0,2-0,3 дБ на довжині хвилі 1,55 мкм в розрахунку на один кілометр. Мале загасання і невелика дисперсія дозволяють будувати ділянки ліній без ретрансляції протяжністю до 100 км і більше.
Низький рівень шумів у волоконно-оптичному кабелі дозволяє збільшити смугу пропускання, шляхом передачі різної модуляції сигналів з малою ібиточностью коду.
Висока перешкодозахищеність. Оскільки волокно виготовлено з діелектричного матеріалу, воно несприйнятливо до електромагнітних перешкод з боку оточуючих мідних кабельних систем і електричного обладнання, здатного індукувати електромагнітне випромінювання (лінії електропередачі, електродвигунні установки і т.д.). У багатоволоконних кабелях також не виникає проблеми перехресного впливу електромагнітного випромінювання, властивою багатопарні мідних кабелях.
Мала вага і об'єм. Волоконно-оптичні кабелі (ВОК) мають меншу вагу і об'єм в порівнянні з мідними кабелями в розрахунку на одну і ту ж пропускну здатність. Наприклад, 900-парний телефонний кабель діаметром 7,5 см, може бути замінений одним волокном з діаметром 0,1 см. Якщо волокно "одягнути" в безліч захисних оболонок і покрити сталевий стрічковою бронею, діаметр такого ВОК буде 1,5 см, що в кілька разів менше розглянутого телефонного кабелю.
Висока захищеність від несанкціонованого доступу. Оскільки ВОК практично не випромінює в радіодіапазоні, то передану по ньому інформацію важко підслухати, не порушуючи прийому-передачі. Системи моніторингу (безперервного контролю) цілісності оптичної лінії зв'язку, використовуючи властивості високої чутливості волокна, можуть миттєво відключити "зламувати" канал зв'язку і подати сигнал тривоги. Сенсорні системи, що використовують інтерференційні ефекти розповсюджуваних світлових сигналів (як за різними волокнам, так і різної поляризації) мають дуже високу чутливість до коливань, до невеликих перепадів тиску. Такі системи особливо необхідні при створенні ліній зв'язку в урядових, банківських і деяких інших спеціальних службах, що пред'являють підвищені вимоги до захисту даних.
Гальванічна розв'язка елементів мережі. Дана перевага оптичного волокна полягає в його изолирующем властивості. Волокно допомагає уникнути електричних "земельних" петель, які можуть виникати, коли два мережевих устрою неізольованою обчислювальної мережі, пов'язані мідним кабелем, мають заземлення в різних точках будівлі, наприклад на різних поверхах. При цьому може виникнути велика різниця потенціалів, що здатне зашкодити мережеве обладнання. Для волокна цієї проблеми просто немає.
Вибухо-та пожежобезпечність. Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує безпеку мережі на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.
Економічність ВОЛЗ. Волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію, широко розповсюдженого, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді. В даний час вартість волокна по відношенню до мідної парі співвідноситься як 2: 5. При цьому ВОК дозволяє передавати сигнали на значно більші відстані без ретрансляції. Кількість повторителей на протяжних лініях скорочується при використанні ВОК. При використанні солітонних систем передачі досягнуті дальності в 4000 км без регенерації (тобто тільки з використанням оптичних підсилювачів на проміжних вузлах) при швидкості передачі вище 10 Гбіт / с.
Тривалий термін експлуатації. Згодом волокно зазнає деградації. Це означає, що загасання в прокладеному кабелі поступово зростає. Однак, завдяки досконалості сучасних технологій виробництва оптичних волокон, цей процес значно уповільнений, і термін служби ВОК становить приблизно 25 років. За цей час може змінитися кілька поколінь / стандартів приймально-передавальних систем.
Віддалене електроживлення. У деяких випадках потрібно віддалене електроживлення вузла інформаційної мережі. Оптичне волокно не здатна виконувати функції силового кабелю. Однак, в цих випадках можна використовувати змішаний кабель, коли поряд з оптичними волокнами кабель оснащується мідним проводять елементом. Такий кабель широко використовується як в Росії, так і за кордоном.

Однак оптоволоконний кабель має і деякі недоліки:

Найголовніший з них - висока складність монтажу (при установці роз'ємів необхідна мікронна точність, від точності відколу скловолокна і ступеня його полірування сильно залежить загасання в роз'ємі). Для установки роз'ємів застосовують зварювання або склеювання за допомогою спеціального гелю, що має такий же коефіцієнт заломлення світла, що і скловолокно. У будь-якому випадку для цього потрібна висока кваліфікація персоналу і спеціальні інструменти. Тому найчастіше оптоволоконний кабель продається у вигляді заздалегідь нарізаних шматків різної довжини, на обох кінцях яких уже встановлені роз'єми потрібного типу. Слід пам'ятати, що неякісна установка роз'єму різко знижує допустиму довжину кабелю, яка визначається загасанням.
Також треба пам'ятати, що використання оптоволоконного кабелю вимагає спеціальних оптичних приймачів і передавачів, що перетворять світлові сигнали в електричні і назад, що часом істотно збільшує вартість мережі в цілому.
Оптоволоконні кабелі допускають розгалуження сигналів (для цього проводяться спеціальні пасивні розгалужувачі (couplers) на 2-8 каналів), але, як правило, їх використовують для передачі даних тільки в одному напрямку між одним передавачем і одним приймачем. Адже будь-яке розгалуження неминуче сильно послаблює світловий сигнал, і якщо розгалужень буде багато, то світло може просто не дійти до кінця мережі. Крім того, в розгалужувачі є і внутрішні втрати, так що сумарна потужність сигналу на виході менше вхідної потужності.
Оптоволоконний кабель менш міцний і гнучкий, ніж електричний. Типова величина допустимого радіусу вигину становить близько 10 - 20 см, при менших радіусах вигину центральне волокно може зламатися. Погано переносить кабель і механічне розтягнення, а також розчавлюють впливу.
Чутливий оптоволоконний кабель і до іонізуючих випромінювань, через які знижується прозорість скловолокна, тобто збільшується загасання сигналу. Різкі перепади температури також негативно позначаються на ньому, скловолокно може тріснути.
Застосовують оптоволоконний кабель тільки в мережах з топологією зірка і кільце. Ніяких проблем узгодження і заземлення в даному випадку не існує. Кабель забезпечує ідеальну гальванічну розв'язку комп'ютерів мережі. У майбутньому цей тип кабелю, ймовірно, витіснить електричні кабелі або, у всякому разі, сильно потіснить їх.

Перспективи розвитку ВОЛЗ:

У зв'язку із зростанням вимог, що пред'являються новими мережевими додатками, стає все більш актуальним застосування оптоволоконних технологій в структурованих кабельних системах. Які ж переваги і особливості використання оптичних технологій в горизонтальній кабельної підсистеми, а також на робочих місцях користувачів?
Проаналізувавши зміни мережевих технологій за останні 5 років, легко помітити, що мідні стандарти СКС відставали від гонки "мережевих озброєнь". Не встигнувши інсталювати СКС третьої категорії, підприємствам доводилося переходити на п'яту, зараз вже і на шосту, а не за горами використання сьомої категорії.
Очевидно, розвиток мережевих технологій не зупиниться на досягнутому: гігабіт на робоче місце незабаром стане стандартом де-факто, а згодом і де-юре, і для ЛВС (локальних обчислювальних мереж) крупного або навіть середнього підприємства 10 Гбіт / с Etnernet НЕ буде рідкістю.
Тому дуже важливо використовувати таку кабельну систему, яка дозволила б легко справлятися зі зростаючими швидкостями мережевих додатків на протязі як мінімум 10 років - саме такий мінімальний термін служби СКС визначено міжнародними стандартами.
Більш того, при зміні стандартів на протоколи ЛВСнеобходімо уникати повторної прокладки нових кабелів, яка раніше була причиною значних витрат на експлуатацію СКС і просто не припустима в майбутньому.
Тільки одне середовище передачі в СКС задовольняє даними требованіям- оптика. Оптичні кабелі використовуються в телекомунікаційних мережах вже більше 25 років, останнім часом вони також знаходять широке застосування в кабельному телебаченні і ЛВС.
У ЛВС вони в основному використовуються для побудови магістральних кабельних каналів між будівлями і в самих будівлях , забезпечуючи при цьому високу швидкість передачі даних між сегментами цих мереж. Однак розвиток сучасних мережевих технологій актуалізує використання оптоволокна як робоче середовище для підключення безпосередньо користувачів.

Нові стандарти і технології ВОЛЗ:

За останні роки на ринку з'явилося кілька технологій і продуктів, що дозволяють значно полегшити і здешевити використання оптоволокна в горизонтальній кабельної системі і підключення його до робочих місць користувачів.

Серед цих нових рішень перш за все хочеться виділити оптичні роз'єми з малим форм-фактором - SFFC (small-form-factor connectors), площинні лазерні діоди з вертикальним резонатором - VCSEL (vertical cavity surface-emitting lasers) і оптичне багатомодове волокна нового покоління.

Слід зазначити, що недавно затверджений тип многомодового оптичного волокна ОМ-3 володіє пропускною здатністю більше 2000 МГц / км на довжині лазерного випромінювання 850 нм. Даний тип волокна забезпечує послідовну передачу потоків даних протоколу 10 Gigabit Ethernet на відстань 300 м. Використання нових типів многомодового оптоволокна і 850-нанометрових VCSEL-лазерів забезпечує найменшу вартість реалізації 10 Gigabit Ethernet-рішень.

Розробка нових стандартів оптоволоконних роз'ємів дозволила зробити оптоволоконні системи серйозним конкурентом мідним рішенням. Традиційно оптоволоконні системи вимагали в два рази більшої кількості роз'ємів і комутаційних шнурів, ніж мідні - в телекомунікаційних пунктах була потрібна набагато більша площа для розміщення оптичного устаткування, як пасивного, так і активного.

Оптичні роз'єми з малим форм-фактором, представлені недавно цілу низку виробників, забезпечують в два рази більшу щільність портів, ніж попередні рішення, оскільки кожен такий роз'єм містить в собі відразу два оптичних волокна, а не одне, як раніше.

При цьому зменшуються розміри і оптичних пасивних елементів - кросів і т.д., і активного мережного обладнання, що дозволяє знизити в чотири рази витрати на установку (в порівнянні з традиційними оптичними рішеннями).

Слід зазначити, що американські органи стандартизації EIA і TIA в 1998 році прийняли рішення не регламентувати використання якогось певного типу оптичних роз'ємів з малим форм-фактором, що призвело до появи на ринку відразу шести типів конкуруючих рішень в даній області: MT-RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 і SCDC. Також сьогодні є і нові розробки.

Найбільш популярним мініатюрним роз'ємом є роз'єм типу MT-RJ, який має один полімерний наконечник з двома оптичними волокнами всередині. Його конструкція була спроектована консорціумом компаній на чолі з AMP Netconnect на основі розробленого в Японії многоволоконного роз'єму MT. AMP Netconnect на сьогодні представила вже більше 30 ліцензій на виробництво даного типу роз'єму MT-RJ.

Своєму успіху роз'єм MT-RJ багато в чому зобов'язаний зовнішньої конструкції, яка схожа з конструкцією 8-контактного модульного мідного роз'єму RJ-45. За останній час характеристики роз'єму MT-RJ помітно покращилися - AMP Netconnect пропонує роз'єми MT-RJ з ключами, що запобігають помилкове або несанкціоноване підключення до кабельної системі. Крім того, ряд компаній розробляє одномодові варіанти роз'єму MT-RJ.

Досить високим попитом на ринку оптичних кабельних рішень користуються роз'єми LC компанії Avaya (Http://www.avaya.com). Конструкція цього роз'єму заснована на використанні керамічного наконечника зі зменшеним до 1,25 мм діаметром і пластмасового корпусу з зовнішньої засувкою типу важеля для фіксації в гнізді сполучної розетки.

Роз'єм випускається як в симплексному, так і в дуплексному варіанті. Основною перевагою роз'єму LC є низькі середні втрати і їх середньоквадратичне відхилення, яке становить всього 0,1 дБ. Таке значення забезпечує стабільну роботу кабельної системи в цілому. Для установки вилки LC застосовуються стандартна процедура вклеювання на епоксидної смоли ле і полірування. Сьогодні роз'єми знайшли своє застосування у виробників 10 Гбіт / с-трансиверів.

Компанія Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) виробляє одночасно як роз'єми типу LC, так і MT-RJ. На її думку, індустрія СКС зробила свій вибір на користь роз'ємів MT-RJ і LC. Нещодавно компанія випустила перший одномодовий роз'єм MT-RJ та UniCam-версії роз'ємів MT-RJ і LC, особливістю яких є малий час монтажу. При цьому для установки роз'ємів типу UniCam немає необхідності використовувати епоксидний клей і поли

Вступ

Сьогодні зв'язок відіграє важливу роль в нашому світі. І якщо раніше для передачі інформації використовувалися мідні кабелі та проводи, то тепер настав час оптичних технологій і оптоволоконних кабелів. Зараз, телефонуючи по телефону на інший кінець світу (наприклад, з Росії в Америку) або ж завантажуючи з інтернету улюблену мелодію, яка лежить на сайті десь в Австралії, ми навіть не замислюємося, яким чином нам вдається це зробити. А відбувається це завдяки застосуванню оптоволоконних кабелів. Для того щоб з'єднати людей, зробити їх ближчими один до одного або ж до бажаного джерела інформації, доводиться з'єднувати континенти. В даний час обмін інформацією між континентами здійснюється головним чином через підводні оптоволоконні кабелі. В даний час волоконно-оптичні кабелі прокладені по дну Тихого і Атлантичного океанів і практично весь світ "обплутаний" мережею волоконних систем зв'язку (Laser Mag.-1993 №3; Laser Focus World.-1992 28, №12; Telecom . mag.-1993 №25; AEU: J. Asia Electron. Union.-1992 №5). Європейські країни через Атлантику пов'язані волоконними лініями зв'язку з Америкою. США, через Гавайські острови і острів Гуам - з Японією, Новою Зеландією та Австралією. Волоконно-оптична лінія зв'язку з'єднує Японію і Корею з Далеким Сходом Росії. На заході Росія пов'язана з європейськими країнами Петербург - Кінгісепп - Данія і С.-Петербург - Виборг - Фінляндія, на півдні - з азіатськими країнами Новоросійськ - Туреччина. При цьому головною рушійною силою розвитку оптоволоконних ліній зв'язку є Інтернет.

Оптоволоконні мережі безумовно є одним з найбільш перспективних напрямків в галузі зв'язку. Пропускні спроможності оптичних каналів на порядки вище, ніж у інформаційних ліній на основі мідного кабелю.

Оптичне волокно вважається найдосконалішою середовищем для передачі великих потоків інформації на великі відстані. Воно виготовлене з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію - широко поширеного і недорогого матеріалу, на відміну від міді. Оптичне волокно дуже компактне і легке, воно має діаметр всього близько 100 мкм.

Крім того оптоволокно несприйнятливо до електромагнітних полів, що знімає деякі типові проблеми мідних систем зв'язку. Оптичні мережі здатні передавати сигнал на великі відстані з меншими втратами. Не дивлячись на те, що ця технологія все ще залишається дорогої ціни на оптичні компоненти постійно падають, в той час як можливості мідних ліній наближаються до своїх граничних значень і вимагають все більше витрат на подальший розвиток цього напрямку.

Мені здається, тема волоконно-оптичних ліній зв'язку в даний час є актуальною, перспективною та цікавою для розгляду. Саме тому я вибираю її для своєї курсової роботи і вважаю, то за ВОЛЗ майбутнє.

1. Історія створення

Волоконна оптика хоч і є повсюдно використовуваним і популярним засобом забезпечення зв'язку, сама технологія проста і розроблена досить давно. Експеримент із зміною напряму світлового пучка шляхом заломлення був продемонстрований Даніелем Колладон (Daniel Colladon) і Жаком Бабінеттом (Jacques Babinet) ще в 1840 році. Практичне застосування технології знайшлося лише в ХХ столітті.

У 20-х роках минулого століття експериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) і Джоном Бердом (John Berd) була продемонстрована можливість передачі зображення через оптичні трубки.

Винахід в 1970 році фахівцями компанії Corning оптоволокна прийнято вважати переломним моментом в історії розвитку оптоволоконних технологій. Розробникам вдалося створити провідник, який здатний зберігати не менше одного відсотка потужності оптичного сигналу на відстані одного кілометра. За нинішніми мірками це досить скромне досягнення, а тоді, без малого 40 років тому, - необхідна умова для того, щоб розвивати новий вид дротового зв'язку.

Е Перші широкомасштабні експерименти пов'язані з появою стандарту FDDI. Ці мережі першого покоління працюють до цих пір.

Е Масове використання волоконної оптики, пов'язане з виробництвом дешевших комплектуючих. Темпи зростання волоконно-оптичних мереж носять вибуховий характер.

Е Зростання швидкостей передачі інформації, поява технологій хвильового ущільнення (WDM, DWDM) / Нові типи волокон.

2. Волоконно-оптичні лінії зв'язку як поняття

1 Оптичне волокно і його види

Волокно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ) - це вид системи передачі, при якому інформація передається по оптичних діелектричних хвилеводах, відомих під назвою «оптичне волокно». Так що ж це таке?

Оптичне волокно - надзвичайно тонкий скляний циліндр, званий житловий (core), покритий шаром скла (Рис.1), званого оболонкою, з іншим, ніж у жили, коефіцієнтом заломлення. Волокно характеризується діаметрами цих областей - наприклад, 50/125 означає волокно з діаметром серцевини 50 мкм і зовнішнім діаметром оболонки 125 мкм.

Рис.1 Структура оптоволокна

Світло поширюється по серцевині волокна за рахунок послідовних повних внутрішніх відображень на межі поділу між серцевиною і оболонкою; його поведінка багато в чому схоже на те, як якщо б він потрапив в трубу, стінки якої покриті дзеркальним шаром. Однак на відміну від звичайного дзеркала, відображення в якому досить неефективно, повне внутрішнє віддзеркалення по суті близький до ідеального - в цьому полягає їх корінна відмінність, що дозволяє світлу поширюватися уздовж волокна на великі відстані з мінімальними втратами.

Волокно, виготовлене таким чином ((Рис.2) а)), називається волокном зі ступінчастим профілем показника заломлення і багатомодовим, оскільки для поширення променя світла існує багато можливих шляхів, або мод.

Це безліч мод призводить до дисперсії (розширенню) імпульсу, оскільки кожна мода проходить в волокні різний шлях, а тому різні моди мають різну затримку передачі, проходячи від одного кінця волокна до іншого. Результат цього явище - обмеження максимальної частоти, яку можна ефективно передавати при даній довжині волокна - збільшення або частоти, або довжини волокна понад граничних значень по суті призводить до злиття наступних один за одним імпульсів, через що їх стає неможливо розрізнити. Для типового многомодового волокна ця межа дорівнює приблизно 15 МГц км, що означає, що відеосигнал з смугою, наприклад, 5 МГц може бути переданий на максимальну відстань в 3 км (5 МГц х 3 км \u003d 15 МГц км). Спроба передати сигнал на бóльшее відстань приведе до прогресуючої втрати високих частот.

Рис.2 Типи оптичного волокна

Для багатьох застосувань ця цифра неприпустимо велика, і йшов пошук конструкції волокна з більш широкою смугою пропускання. Один із шляхів - зменшення діаметра волокна до вельми малих значень (8-9 мкм), так що стає можливою тільки одна мода. Одномодові, як їх називають, волокна ((Рис.2) b)) вельми ефективно знижують дисперсію, і результуюча смуга - у багато ГГц км - робить їх ідеальними для телефонних і телеграфних мереж загального користування (НІГ) і кабельного мереж телебачення. На жаль, волокно настільки малого діаметра вимагає застосування потужного, прецизионно поєднаного, а тому порівняно дорогого випромінювача на лазерному діоді, що знижує їх привабливість для багатьох застосувань, пов'язаних малої протяжністю проектованої лінії.

В ідеалі потрібно волокно з пропускною здатністю того ж порядку, що і одномодового волокна, але з діаметром, як у многомодового, щоб було можливим застосування недорогих передавачів на світлодіодах. До деякої міри цим вимогам задовольняє багатомодове волокно з градієнтним зміною показника заломлення ((Рис.2) с)). Воно нагадує багатомодове волокно зі східчастою зміною показника заломлення, про який говорилося вище, але показник заломлення його серцевини неоднорідний - він плавно змінюється від максимального значення в центрі до менших значень на периферії. Це призводить до двох наслідків. Перше - світло поширюється по злегка згинають шляху, і друге, і більш важливе - відмінності в затримці поширення різних мод мінімальні. Це пов'язано з тим, що високі моди, що входять в волокно під більшим кутом і проходять більший шлях, насправді починають поширюватися з більшою швидкістю в міру того, як вони віддаляються від центру в зону, де показник заломлення зменшується, і в основному рухаються швидше , ніж моди нижчих порядків, що залишаються поблизу осі в волокна, в області високого показника заломлення. Збільшення швидкості якраз компенсує більший прохідний шлях.

Багатомодові волокна з градієнтним показником заломлення не є ідеальними, але тим не менше вони демонструють досить непогані значення смуги. Тому в більшості ліній малої та середньої протяжності вибір такого типу волокон виявляється кращим. На практиці це означає, що смуга пропускання лише зрідка виявляється параметром, який слід брати до уваги.

Однак для загасання це не так. Оптичний сигнал загасає у всіх волокнах, зі швидкістю, яка залежить від довжини хвилі передавачем джерелом світла (Рис.3). Як згадувалося раніше, існує три довжини хвилі, на яких загасання оптичного волокна зазвичай мінімально, - 850, 1310 і 1550 нм. Вони відомі як вікна прозорості. Для багатомодових систем вікно на довжині хвилі в 850 нм - перше і найбільш часто використовується (найменша ціна). На цій довжині хвилі градиентное багатомодове волокно хорошої якості показує загасання близько 3 дБ / км, що робить можливою реалізацію зв'язку в замкнутій ТВ системі на відстанях понад 3 км.

Рис.3 Залежність загасання від довжини хвилі

На довжині хвилі 1310 нм те ж саме волокно показує ще менше загасання - 0,7 дБ / км, дозволяючи тим самим пропорційно збільшити дальність зв'язку до приблизно 12 км. 1310 нм - це також перше робоче вікно для одномодових оптоволоконних систем, загасання при цьому становить близько 0,5 дБ / км, що в поєднанні з передавачами на лазерних діодів дозволяє створювати лінії зв'язку довжиною понад 50 км. Друге вікно прозорості - 1550 нм - використовується для створення ще більш довгих ліній зв'язку (загасання волокна менше 0,2 дБ / км).

2 Класифікація ВОК

Оптоволоконний кабель відомий вже довгий час, його підтримували навіть ранні стандарти Ethernet для пропускної здатності 10 Мбіт / с. Перший з них отримав назву FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link), а наступний - 10BaseF.

На сьогодні в світі кілька десятків фірм, які виробляють оптичні кабелі різного призначення. Найбільш відомі з них: AT & T, General Cable Company (США); Siecor (ФРН); BICC Cable (Великобританія); Les cables de Lion (Франція); Nokia (Фінляндія); NTT, Sumitomo (Японія), Pirelli (Італія).

Визначальними параметрами при виробництві ВОК є умови експлуатації і пропускна здатність лінії зв'язку. За умовами експлуатації кабелі підрозділяють на дві основні групи (Рис.4)

Внутрішньооб'єктові призначені для прокладки всередині будівель і споруд. Вони компактні, легкі і, як правило, мають невелику будівельну довжину.

Магістральні призначені для прокладки в колодязях кабельних комунікацій, в грунті, на опорах вздовж ЛЕП, під водою. Ці кабелі мають захист від зовнішніх впливів і будівельну довжину більше двох кілометрів.

Для забезпечення великої пропускної здатності лінії зв'язку виробляються ВОК, містять мало (до 8) одномодових волокон з малим загасанням, а кабелі для розподільних мереж можуть містити до 144 волокон як одномодових, так і багатомодових, залежно від відстаней між сегментами мережі.

Рис.4 Класифікація ВОК

3 Переваги і недоліки волоконно-оптичної передачі сигналів

3.1 Переваги ВОЛЗ

Для багатьох застосувань волоконна оптика виявляється переважно в силу цілого ряду переваг.

Низькі втрати при передачі. Волоконно-оптичні кабелі з малими втратами дозволяють передавати сигнали зображення на великі відстані без використання маршрутних підсилювачів або репитеров. Це особливо зручно для схем передачі на далекі відстані - наприклад, системи спостереження за автострадами або залізницею, де нерідкі безрепітерние ділянки по 20 км.

Широкосмугова передача сигналу. Широка смуга передачі оптичного волокна дозволяє одночасно передавати по одному волоконно-оптичному кабелю високоякісне відео, звук і цифрові дані.

Несприйнятливість до перешкод і наведень. Повна нечутливість оптоволоконного кабелю до зовнішніх електричних перешкод і наведень забезпечує стійку роботу систем навіть у тих випадках, коли монтажники не приділили достатньо уваги розташуванню прилеглих мереж живлення і т. П.

Електрична ізоляція. Відсутність електропровідності для оптоволоконного кабелю означає, що йдуть проблеми, пов'язані зі змінами потенціалу землі, характерні, наприклад, для електростанцій або залізниць. Це ж їх властивість усуває небезпеку пошкодження обладнання, викликаного кидками струму від блискавок і т. П.

Легкі і компактні кабелі. Вкрай малі розміри оптичних волокон і оптоволоконних кабелів дозволяють вдихнути друге життя в битком набиті кабельні канали. Наприклад, один коаксіальний кабель займає стільки ж місця, скільки і 24 оптичних кабелю, кожен з яких імовірно може одночасно передавати 64 відеоканалу і 128 аудіо- або відеосигналів.

Неустаревающей лінія зв'язку. Простий заміною кінцевого обладнання, а не самих кабелів, волоконно-оптичні мережі можна модернізувати для передачі більшого обсягу інформації. З іншого боку, частина або навіть всю мережу можна використовувати для зовсім інший завдання, наприклад, об'єднання в одному кабелі локальної обчислювальної мережі і замкнутої ТВ системи.

Вибухо-та пожежобезпечність. Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує безпеку мережі на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.

Економічність ВОЛЗ. Волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію, широко розповсюдженого, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді.

Тривалий термін експлуатації. Згодом волокно зазнає деградації. Це означає, що загасання в прокладеному кабелі поступово зростає. Однак, завдяки досконалості сучасних технологій виробництва оптичних волокон, цей процес значно уповільнений, і термін служби ВОК становить приблизно 25 років. За цей час може змінитися кілька поколінь / стандартів приймально-передавальних систем.

3.2 Недоліки ВОЛЗ

Висока складність монтажу. Висока кваліфікація персоналу і спеціальні інструменти. Тому найчастіше оптоволоконний кабель продається у вигляді заздалегідь нарізаних шматків різної довжини, на обох кінцях яких уже встановлені роз'єми потрібного типу. Використання оптоволоконного кабелю вимагає спеціальних оптичних приймачів і передавачів, що перетворять світлові сигнали в електричні і назад.

Оптоволоконний кабель менш міцний і гнучкий, ніж електричний. Типова величина допустимого радіусу вигину становить близько 10 - 20 см, при менших радіусах вигину центральне волокно може зламатися.

Оптоволоконний кабель чутливий до іонізуючих випромінювань, через які знижується прозорість скловолокна, тобто збільшується загасання сигналу.

3. Електронні компоненти ВОЛЗ. Принцип передачі інформації

У найбільш загальному вигляді принцип передачі інформації в волокно-оптичних системах зв'язку можна пояснити за допомогою (Рис.5).

Рис.5 Принцип передачі інформації в волокно-оптичних системах зв'язку

1 Передавачі для волоконної оптики

Найбільш важливим компонентом волоконно-оптичного передавача є джерело світла (зазвичай напівпровідниковий лазер або світлодіод (Рис.6)). Обидва служать одній і тій же меті - створення мікроскопічного світлового пучка, який можна з високим коефіцієнтом корисної дії ввести в волокно і з високою частотою модулювати (змінювати за інтенсивністю). Лазери забезпечують більшу інтенсивність пучка, ніж світлодіоди, і допускають більш високу частоту модуляції; тому вони часто використовуються для широкосмугових ліній великої протяжності, наприклад, телекомунікації або кабельне телебачення. З іншого боку, світлодіоди - більш дешеві і більш стійкі прилади, до того ж цілком підходящі для більшості систем невеликої або середньої протяжності.

Рис.6 Способи введення оптичного випромінювання в оптоволокно

Крім функціонального призначення (т. Е. Який сигнал він повинен передавати), волоконно-оптичний передавач характеризується ще двома важливими параметрами, що визначають його властивості. Один - це його вихідна потужність (інтенсивність) оптичного випромінювання. Другий - довжина хвилі (або колір) випускається світла. Зазвичай це 850, 1310 або 1550 нм, значення, вибрані з умови збігу з т. Зв. "Вікнами прозорості" в характеристиці пропускання матеріалу оптичного волокна.

3.2 Приймачі для волоконної оптики

Приймачі волоконної оптики вирішують життєво важливе завдання - детектування надзвичайно слабкого оптичного випромінювання, що випускається з кінця волокна, і посилення отриманого електричного сигналу до необхідного рівня з мінімальними спотвореннями і шумами. Мінімальний рівень випромінювання, що потребується приймача для того, щоб забезпечити прийнятну якість вихідного сигналу, називається чутливістю; різниця між чутливістю приймача і вихідною потужністю передавача визначає максимально допустимі втрати в системі в дБ. Для більшості замкнутих ТВ систем спостереження зі світлодіодним передавачем типовий є цифра в 10-15 дБ. В ідеалі приймач повинен нормально працювати при зміні вхідного сигналу в широких межах, оскільки зазвичай неможливо заздалегідь точно передбачити, якою буде ступінь загасання в лінії зв'язку (т. Е. Довжина лінії, число стиків і т. П.). У багатьох простих конструкціях приймачів для досягнення необхідного рівня вихідного сигналу використовується ручне регулювання посилення, вироблена при монтажі системи. Це небажано, оскільки неминучі зміни у величині загасання лінії, викликані старінням або зміною температури і т. П., Що диктує необхідність періодично підлаштовувати посилення. У всіх волоконно-оптичних приймачах застосовується автоматичне регулювання посилення, яка відстежує середній рівень вхідного оптичного сигналу відповідно змінює коефіцієнт посилення приймача. Ні при монтажі, ні в процесі експлуатації ручного регулювання не потрібно.

оптичний волокно зв'язок кабель

4. Області застосування ВОЛЗ

Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ) дозволяють передавати аналогові і цифрові сигнали на далекі відстані. Вони також використовуються на малих, більш керованих відстанях, наприклад, всередині будівель. Зростає кількість користувачів Інтернет - і у нас швидко будуються нові центри обробки даних (ЦОД), для взаємозв'язку яких використовується оптоволокно. Адже при передачі сигналів зі швидкістю 10 Гбіт / с витрати аналогічні «мідним» лініях, але оптика споживає значно менше енергії. Довгі роки прихильники волокна і міді «билися» один з одним за пріоритет в корпоративних мережах. Даремно витрачений час!

Дійсно, областей застосування оптики стає все більше, в основному, через зазначених вище переваг перед міддю. Волоконно-оптичне обладнання широко використовується в медичних установах, наприклад, для комутації локальних відеосигналів в операційних. Оптичні сигнали не мають ніякого відношення до електрики, що ідеально в плані забезпечення безпеки пацієнтів.

Волоконно-оптичним технологіям віддають перевагу і військові, так як дані, що передаються важко або навіть неможливо вважати ззовні. ВОЛЗ забезпечують високу ступінь захисту конфіденційної інформації, дозволяють передавати стиснені дані типу графіки з високою роздільною здатністю і відео з точністю до пікселя. Оптика проникла в усі ключові напрямки - системи спостереження, диспетчерські та ситуаційні центри в зони з екстремальними умовами експлуатації.

Зниження вартості обладнання дозволило використовувати оптичні технології в традиційно мідних областях - на великих промислових підприємствах для організації автоматизованих систем управління технологічним процесом (АСУ ТП), в енергетиці, в системах безпеки і відеоспостереження. Можливість передачі великого потоку інформації на далекі відстані робить оптику ідеально підходить і затребуваною практично у всіх галузях промисловості, де довжина кабельних ліній може досягати декількох кілометрів. Якщо для кручений пари відстань обмежена 450 метрами, то для оптики і 30 км не межа.

Як приклад використання ВОЛЗ хочу привести опис замкнутої системи безпеки відеоспостереження на типовий електростанції. Особливо актуальною і затребуваною ця тема стала останнім часом, після прийняття Урядом РФ постанови про протидії тероризму і переліку життєво важливих об'єктів, які підлягають захисту.

5. Оптоволоконні ТВ системи спостереження

Процес розробки системи, як правило, включає дві складові:

Вибір відповідних активних компонентів передавального тракту, заснований на необхідної функції (або функції), тип і кількість наявних або запропонованих волокон і максимальної дальності передачі.

Конструкції пасивної інфраструктури оптоволоконного кабелю, в тому числі типи і технічні характеристики магістрального кабелю, сполучні коробки, панелі для нарощування кабелів (fibre patch panels).

1 Компоненти тракту передачі відеоспостереження

Перш за все - які компоненти насправді потрібні, щоб задовольнити технічним характеристикам системи?

Системи з фіксованими камерами - такі системи надзвичайно прості і зазвичай складаються з мініатюрного волоконно-оптичного передавача і або модульного, або що монтується в стійці приймача. Передавач часто має розміри, досить малі для того, щоб змонтувати його безпосередньо в корпусі камери, і забезпечується коаксіальним байонетним роз'ємом, оптичним з'єднувачем 'ST' і клемами для підключення низьковольтного джерела живлення (як правило, 12 В постійного або змінного струму). Система спостереження типовий електростанції складається з декількох десятків таких камер, сигнали з яких передаються на центральний пост управління, і в цьому випадку приймачі монтуються в стійку на стандартну 19-дюймову карту формату 3U із загальним блоком живлення.

Системи на керованих камерах з поворотними пристроях - такі системи складніші, так як є потреба у додатковому канал для передачі сигналів управління камерою. Взагалі кажучи, існує два типи системи дистанційного керування такими камерами - вимагають односпрямованої передачі сигналів дистанційного керування (від центрального поста до камер) і вимагають двобічної передачі. Системи з двобічної передачею стають все більш популярними, так як вони дозволяють отримувати від кожної камери підтвердження прийому кожного керуючого сигналу, а тому забезпечують більшу точність і надійність управління. У межах кожної з цих груп існує широкий спектр вимог на інтерфейс, в тому числі RS232, RS422 і RS485. Інші системи не використовують цифровий інтерфейс, але передають дані як послідовність звукових сигналів по аналоговому каналу, подібно сигналам двухчастотного тонального набору в телефонії.

Рис.6 Передача сигналів дистанційного керування поворотним пристроєм по одному волокну

Всі ці системи можуть працювати і з волоконно-оптичними кабелями при використанні відповідного обладнання. При нормальних обставинах одночасна передача оптичних сигналів по одному волокну в протилежних напрямках небажана, так як через розсіяного відображення в волокні виникають взаємні перешкоди. У замкнутих ТВ системах цей ефект створює на зображенні перешкоди щоразу, коли задіяно управління камерою.

Для досягнення двобічної передачі по одному волокну, що не створює взаємних перешкод, необхідно, щоб передавачі на різних кінцях волокна працювали на різних довжинах хвиль, наприклад, на 850 нм і на 1300 нм, відповідно (Рис.6). До кожного кінця волокна приєднується ответвитель на мультиплексоре з розділенням довжин хвиль (WDM - wavelength division multiplexer), який забезпечує, що кожен приймач отримує від знаходиться на протилежному кінці волокна передавача світло тільки з потрібною довжиною хвилі (наприклад, 850 нм). Небажані відображення від передавача на ближньому кінці виявляються в "неправильному" діапазоні (т. Е. 1300 нм) і відповідно відсікаються.

Додаткові можливості - хоча вибір фіксованої камери або камери на поворотному пристрої задовольняє вимогам здебільшого замкнутих ТВ систем спостереження, існує ряд систем, в яких потрібні додаткові можливості, наприклад, передача аудіоінформації - для загального оповіщення, допоміжних повідомлень споживачеві або зв'язок з інтеркому з віддаленим постом . З іншого боку, частиною інтегрованої охоронної системи можуть бути контакти датчиків, що спрацьовують при пожежі або появі сторонніх. Всі ці сигнали можна передавати по оптоволокну - або за тим же, що використовується мережею, або по іншому.

2 Мультиплексування відеосигналів

На одному одномодовом оптоволокне можливо мультиплексування до 64 відео і до 128 аудіосигналів або сигналів цифрових даних, або трохи меншого числа - на многомодовом. У цьому контексті під мультиплексированием мається на увазі одночасна передача повноекранних відеосигналів в реальному часі, а не малокадрового або поліекрана відображення, до чого частіше відноситься даний термін.

Здатність передавати багато сигналів і додаткову інформацію з кількох оптичних волокнах - дуже цінна, особливо для замкнутих ТВ систем спостереження з великою протяжністю, наприклад, для автомагістралей або залізниць, де мінімізація числа оптоволоконних кабелів часто життєво важлива. Для інших застосувань, з меншою протяжністю і сильно розкиданими камерами, переваги не так очевидні, і тут в першу чергу слід розглянути використання окремої волоконної лінії для кожного відеосигналу. Вибір того, мультиплексировать чи ні, досить складний, і його необхідно робити тільки після розгляду всіх моментів, в тому числі топології системи, загальних витрат і, не в останню чергу, стійкість до пошкоджень мережі.

3 Інфраструктура кабельної мережі

Після того, як визначені вимоги до тракту передачі, виконується розробка інфраструктури кабельної оптоволоконної мережі, в яку входять не тільки самі кабелі, але і всі допоміжні компоненти - з'єднувальні коробки, панелі для нарощування кабелів, обвідні кабелі.

Перше завдання - підтвердити правильність вибору числа і типу оптичних волокон, певного на етапі вибору компонентів тракту. Якщо система не відрізняється великою протяжністю (т. Е. Не довше приблизно 10 км) і не передбачає мультиплексной передачі відеосигналу то, швидше за все, оптимальним вибором буде багатомодове волокно 50/125 мкм або 62,5 / 125 мкм з градієнтним показником заломлення. Традиційно для замкнутих ТВ систем вибирається волокно 50/125 мкм, а для локальних обчислювальних мереж - 62,5 / 125 мкм. У всякому разі, кожне з них підходить для кожної з цих завдань, і взагалі, в більшості країн для обох цілей застосовується волокно 62,5 / 125 мкм.

Число потрібних волокон можна визначити виходячи з кількості і відносного розташування камер і з того, чи використовується односпрямоване або двунаправленное дистанційне керування або мультиплексування. Оскільки трубах. Кабелі, призначені для прокладки в зовнішніх каналах, зазвичай мають вологозахист або з алюмінієвої стрічки (сухі порожнисті труби), або з водовідштовхувального наповнювача (кабелі з гелевим наповнювачем). Кабель для протипожежної безпеки.

Багато замкнуті ТВ системи малої протяжності мають конфігурацію зірки, де від кожної камери до поста управління прокладений одну ділянку кабелю. Для таких систем оптимальна конструкція кабелю буде містити два волокна - відповідно для передачі відеосигналу і дистанційного керування. Така конфігурація забезпечує стовідсотковий запас по місткості кабелю, так як при необхідності і відео, і сигнали дистанційного керування можуть бути передані по одному і тому ж волокна. Більш розгалужені мережі можуть виграти від використання "зворотного деревовидної топології" (inverted branch & tree topology) (Рис.7). У таких мережах від кожної камери двожильний оптоволоконний кабель веде до місцевого "концентратора", де вони з'єднуються в єдиний багатожильний кабель. Сам же концентратор не сильно складніше звичайної всепогодної сполучної коробки і часто може бути об'єднаний з корпусом обладнання однієї з камер.

Приріст вартості при додаванні оптоволоконних ліній в уже існуючий кабель незначний, особливо в порівнянні з вартістю пов'язаних з цим суспільних робіт, слід серйозно підійти до можливості установки кабелів з запасом по ємності.

Волоконно-оптичні кабелі траншейного заглиблення може містити арматуру зі сталевого дроту. В ідеалі всі кабелі повинні виготовлятися з пламеостанавлівающіх матеріалів з низьким димовиделеніе, щоб задовольняти місцевим правилам, призначені для прокладки в зовнішній кабельної каналізації або безпосередньо в траншеях, зазвичай мають конструкцію порожнистої труби, що містить від 2 до 24 волокон в одній або декількох

Рис.7 Деревовидна топологія волоконно-оптичної мережі

На посту управління вхідний волоконно-оптичний кабель зазвичай приходить в блок сполучення, змонтований в 19 "стійку, при цьому кожне волокно має свій індивідуальний 'ST'-коннектор. Для остаточного сполучення з приймачем використовуються короткі перехідні кабелі підвищеної жорсткості з відповідними' ST'- коннекторами на кожному кінці. Для виконання всіх монтажних робіт не потрібно ніякого особливого мистецтва, крім розумного розуміння необхідності обережного поводження з оптичним волокном (наприклад, не можна згинати волокно з радіусом менше 10 діаметрів волокна) і вимог загальної гігієни (т. е. чистоти).

4
Бюджет оптичних втрат

Може здатися дивним, що підрахунок бюджету оптичних втрат відбувається на такому пізньому етапі процесу розробки, однак насправді скільки-небудь точний його розрахунок можливий тільки після того, як інфраструктура кабельної мережі повністю визначена. Мета розрахунку - визначити втрати для найгіршого шляху проходження сигналу (зазвичай найдовшого) і переконатися, що вибране для тракту передачі обладнання з розумним запасом вписується в отримані межі.

Розрахунок досить простий і складається в звичайному підсумовуванні втрат в децибелах всіх компонентів тракту, в тому числі загасання в кабелі (дБ / км х довжину в км) плюс обидва коннектора і втрати на стиках. Найбільша складність - просто-напросто витягти необхідні цифри втрат з документації виробника.

Залежно від отриманого результату може знадобитися переоцінка обраного для тракту передачі обладнання, щоб забезпечити прийнятні втрати. Наприклад, може виявитися необхідним замовити обладнання з поліпшеними оптичними параметрами, а якщо такого не знайдеться - слід розглянути питання про перехід на вікно прозорості з більшою довжиною хвилі, де втрати менше.

5 Тестування системи і введення її в експлуатацію

Більшість фахівців з установки волоконно-оптичних мереж надають результати оптичних випробувань для введеної в експлуатацію оптоволоконної мережі. Як мінімум, вони повинні включати результати вимірювань по наскрізний передачі потужності оптичного випромінювання для кожної оптоволоконної лінії - це еквівалентно перевірці цілісності для звичайної мережі на мідних кабелях з мультиплексорами електричних сигналів. Ці результати представляються як величина втрат лінії в дБ, і їх можна безпосередньо порівняти з технічними даними на вбрання для тракту передачі обладнання. Зазвичай вважається нормальним мати мінімальний запас за величиною втрат (обіцяні параметри обладнання мінус виміряна величина) в 3 дБ на неминучі процеси старіння, що відбуваються в оптоволоконних лініях, особливо в передавачах.

висновок

Найчастіше у фахівців існує думка, що оптоволоконні рішення значно дорожче мідних. У заключній частині моєї роботи мені хотілося б підвести підсумок сказаного раніше і спробувати все таки з'ясувати, так це чи ні, порівнявши оптичні рішення компанії 3M Volution з типовою екранованої системою 6-ї категорії, яка має найбільш близькими багатомодовою оптиці

В орієнтовний розрахунок вартості типової системи була включена ціна порту 24-портової комутаційної панелі (в розрахунку на одного абонента), абонентських і комутаційних шнурів, абонентського модуля, а також вартість горизонтального кабелю за 100 метрів (див. Таблицю 1).

Таблиця 1 Розрахунок вартості абонентського порту СКС для «міді» 6й категорії і оптики

Цей простий розрахунок показав, що вартість оптоволоконного рішення всього на 35% більше, ніж рішення для кручений пари 6-ї категорії, так що чутки про величезну дорожнечі оптики дещо перебільшені. Причому вартість основних оптичних компонентів на сьогодні порівнянна або навіть нижче, ніж для екранованих систем 6-ї категорії, але, на жаль, готові оптичні комутаційні і абонентські шнури поки що в кілька разів дорожче мідних аналогів. Однак якщо з яких-небудь причин протяжність абонентських каналів в горизонтальній підсистемі перевищує 100 м, оптиці просто немає альтернативи.

У той же час низьке значення загасання оптичного волокна і "імунітет" до різних електромагнітним наведенням робить його ідеальним рішенням для сьогоднішніх і майбутніх кабельних систем.

Структуровані кабельні системи, які використовують оптоволокно як для магістральних, так і для горизонтальних кабельних каналів, дають споживачам ряд серйозних переваг: більш гнучка структура, менша займана площа в будівлі, висока безпека і краща керованість.

Застосування оптичного волокна на робочих місцях дозволить в майбутньому з мінімальними витратами перейти на нові мережеві протоколи, такі як Gigabit і 10 Gigabit Ethernet. Це можливо завдяки ряду останніх досягнень в області оптоволоконних технологій: багатомодове оптоволокно з поліпшеними оптичними характеристиками і пропускною здатністю; оптичні роз'єми з малим форм-фактором, які вимагають меншої площі і меншої кількості витрат при монтажі; площинні лазерні діоди з вертикальним резонатором забезпечують передачу даних на велику відстань з низькими витратами.

Широкий набір рішень для побудови оптичних кабельних систем забезпечує плавний, економічно виправданий перехід з мідних на повністю оптичні структуровані кабельні системи.

Список використаної літератури

1. Гук М. Апаратні засоби локальних мереж / М. Гук - СПб: Видавництво "Пітер", 2000.-572с.

Рішення для операторів зв'язку і телекомунікації

Енергетика. Електротехніка. Зв'язок.

оптичні кабелі

Родина О.В. Волоконно-оптичні лінії зв'язку / О.В. Родина - М .: Гаряча лінія, 2009.-400c.

УВАГА: всі компоненти СКС і ВОЛЗ, комутаційні і електротехнічні пристрої поставляються тільки в рамках мережевих проектів, ми не займаємося дистрибуцією обладнання.

Мережі на основі кабелю типу "Вита пара"
оптоволоконні мережі

ІЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВІС пропонує послуги з проектування, монтажу та сервісної підтримки корпоративних комунікацій, побудованих на основі ВОЛЗ. Унікальна пропозиція компанії - в комплексному підході до створення корпоративних телекомунікаційних та інформаційних систем. Крім прокладки оптики, ми ефективно реалізуємо створення офісних АТС і call-центрів (в тому числі на базі VOIP), а також створення центрів обробки даних і СГД.

ІЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВІС має партнерські відносини з провідними розробниками рішень по створенню структурованих кабельних систем. Компанія володіє повним пакетом діючих ліцензій, що дозволяє здійснювати весь комплекс робіт по мережевий інтеграції на різногалузевих об'єктах.

Фахівці компанії здійснюють повний цикл проекту з побудови або модернізації мережевої інфраструктури замовника, побудови ВОЛЗ і СКС - починаючи від аудиту до запуску системи і її подальшого технічного обслуговування.

У той час як можливості мідних кабельних ліній наближаються до своїх граничних значень і потрібні все більших витрат на подальший розвиток цього напрямку, перспективи використання ВОЛЗ стають все економічніше і ефективніше. Сьогодні ВОЛЗ, безумовно, є одним з найбільш перспективних напрямків в галузі зв'язку. Пропускні спроможності оптичних каналів на порядки вище, ніж у інформаційних ліній на основі мідного кабелю. Крім того волоконно-оптичні лінії зв'язку несприйнятливі до електромагнітних полів, що знімає деякі типові проблеми мідних систем зв'язку.

Основні поняття і області застосування ВОЛЗ

Волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ) - це вид системи передачі, при якому інформація передається по оптичних діелектричних хвилеводах, відомим під назвою "оптичне волокно".

ВОЛЗ - це інформаційна мережа, сполучними елементами між вузлами якої є волоконно-оптичні лінії зв'язку. Технології ВОЛЗ крім питань волоконної оптики охоплюють також питання, що стосуються електронного передавального обладнання, його стандартизації, протоколів передачі, питання топології мережі та загальні питання побудови мереж.

ВОЛЗ в основному використовуються при побудові об'єктів, в яких монтаж СКС повинен об'єднати багатоповерховий будинок або будівля великої протяжності, а також при об'єднанні територіально-розрізнених будівель.

Структурна схема ВОЛЗ, яка застосовується для створення підсистеми зовнішніх магістралей, зображена на малюнку.

Області застосування і класифікація волоконно-оптичних кабелів (ВОК)

Волоконно-оптичні кабелі, що застосовуються при проектуванні і монтажі СКС, призначені для передачі оптичних сигналів усередині будівель і між ними. На їх основі можуть бути реалізовані всі три підсистеми СКС, хоча в горизонталь

ної підсистемі волоконна оптика поки знаходить обмежене застосування для забезпечення функціонування ЛВС. У підсистемі внутрішніх магістралей оптичні кабелі застосовуються однаково часто з кабелями з кручених пар, а в підсистемі зовнішніх магістралей вони відіграють домінуючу роль.

Залежно від основної області застосування волоконно-оптичні кабелі поділяються на три основних види:

кабелі зовнішньої прокладки (outdoor cables);
кабелі внутрішньої прокладки (indoor cables);
кабелі для шнурів.

Кабелі зовнішньої прокладки використовуються при створенні підсистеми зовнішніх магістралей і пов'язують між собою окремі будівлі. Основною областю використання кабелів внутрішньої прокладки є організація внутрішньої магістралі будівлі, тоді як кабелі для шнурів призначені в основному для виготовлення сполучних і комутаційних шнурів, а також для виконання горизонтальної розводки при реалізації проектів класу «fiber to the desk» (волокно до робочого місця) і «fiber to the room» (волокно до кімнати). Загальну класифікацію оптичних кабелів СКС можна представити у вигляді як показано на малюнку.

переваги ВОЛЗ

Передача інформації по ВОЛЗ має цілий ряд переваг перед передачею по мідному кабелю. Стрімке впровадження в інформаційні мережі ВОЛЗ є наслідком переваг, що випливають з особливостей поширення сигналу в оптичному волокні.

Широка смуга пропускання - обумовлена \u200b\u200bнадзвичайно високою частотою несучої 1014Гц. Це дає потенційну можливість передачі по одному оптичного волокна потоку інформації в кілька терабіт в секунду. Велика смуга пропускання - це одне з найбільш важливих переваг оптичного волокна над мідної або будь-який інший середовищем передачі інформації.

Мале загасання світлового сигналу у волокні. Випускає в даний час вітчизняними і зарубіжними виробниками промислове оптичне волокно має згасання 0,2-0,3 дБ на довжині хвилі 1,55 мкм в розрахунку на один кілометр. Мале загасання і невелика дисперсія дозволяють будувати ділянки ліній без ретрансляції протяжністю до 100 км і більше.

Низький рівень шумів у волоконно-оптичному кабелі дозволяє збільшити смугу пропускання, шляхом передачі різної модуляції сигналів з малою ібиточностью коду.

Висока перешкодозахищеність. Оскільки волокно виготовлено з діелектричного матеріалу, воно несприйнятливо до електромагнітних перешкод з боку оточуючих мідних кабельних систем і електричного обладнання, здатного індукувати електромагнітне випромінювання (лінії електропередачі, електродвигунні установки і т.д.). У багатоволоконних кабелях також не виникає проблеми перехресного впливу електромагнітного випромінювання, властивою багатопарні мідних кабелях.

Мала вага і об'єм. Волоконно-оптичні кабелі (ВОК) мають меншу вагу і об'єм в порівнянні з мідними кабелями в розрахунку на одну і ту ж пропускну здатність. Наприклад, 900-парний телефонний кабель діаметром 7,5 см, може бути замінений одним волокном з діаметром 0,1 см. Якщо волокно "одягнути" в безліч захисних оболонок і покрити сталевий стрічковою бронею, діаметр такого ВОК буде 1,5 см, що в кілька разів менше розглянутого телефонного кабелю.

Висока захищеність від несанкціонованого доступу. Оскільки ВОК практично не випромінює в радіодіапазоні, то передану по ньому інформацію важко підслухати, не порушуючи прийому-передачі. Системи моніторингу (безперервного контролю) цілісності оптичної лінії зв'язку, використовуючи властивості високої чутливості волокна, можуть миттєво відключити "зламувати" канал зв'язку і подати сигнал тривоги. Сенсорні системи, що використовують інтерференційні ефекти розповсюджуваних світлових сигналів (як за різними волокнам, так і різної поляризації) мають дуже високу чутливість до коливань, до невеликих перепадів тиску. Такі системи особливо необхідні при створенні ліній зв'язку в урядових, банківських і деяких інших спеціальних службах, що пред'являють підвищені вимоги до захисту даних.

Гальванічна розв'язка елементів мережі. Дана перевага оптичного волокна полягає в його изолирующем властивості. Волокно допомагає уникнути електричних "земельних" петель, які можуть виникати, коли два мережевих устрою неізольованою обчислювальної мережі, пов'язані мідним кабелем, мають заземлення в різних точках будівлі, наприклад на різних поверхах. При цьому може виникнути велика різниця потенціалів, що здатне зашкодити мережеве обладнання. Для волокна цієї проблеми просто немає.

Вибухо-та пожежобезпечність. Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує безпеку мережі на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.

Економічність ВОК. Волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію, широко розповсюдженого, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді. В даний час вартість волокна по відношенню до мідної парі співвідноситься як 2: 5. При цьому ВОК дозволяє передавати сигнали на значно більші відстані без ретрансляції. Кількість повторителей на протяжних лініях скорочується при використанні ВОК. При використанні солітонних систем передачі досягнуті дальності в 4000 км без регенерації (тобто тільки з використанням оптичних підсилювачів на проміжних вузлах) при швидкості передачі вище 10 Гбіт / с.

Тривалий термін експлуатації. Згодом волокно зазнає деградації. Це означає, що загасання в прокладеному кабелі поступово зростає. Однак, завдяки досконалості сучасних технологій виробництва оптичних волокон, цей процес значно уповільнений, і термін служби ВОК становить приблизно 25 років. За цей час може змінитися кілька поколінь / стандартів приймально-передавальних систем.

Віддалене електроживлення. У деяких випадках потрібно віддалене електроживлення вузла інформаційної мережі. Оптичне волокно не здатна виконувати функції силового кабелю. Однак, в цих випадках можна використовувати змішаний кабель, коли поряд з оптичними волокнами кабель оснащується мідним проводять елементом. Такий кабель широко використовується як в Росії, так і за кордоном.

Оптико-волоконний зв'язок з кожним днем \u200b\u200bнабирає стрімку популярність. І, варто відзначити, зовсім не дарма. В її основі використовується спеціальне волокно. Цей підхід дозволяє досягти відмінних показників для передачі інформації на далекі відстані. Застосування подібних кабелів цілком виправдано. Експлуатація оптико-волоконних елементів має масу переваг.

До основних переваг оптико-волоконних елементів відносяться:

довговічність;

міцність;

надійність;

стійкість до механічних і зовнішніх впливів;

широкополосность;

мінімальна ціна;

невелика вага;

компактні габарити;

стійкість до перешкод електромагнітних хвиль.

Даний список можна продовжувати дуже довго, тому що оптичне волокно є дійсно найдосконалішою середовищем для передачі інформації.

Існує два типи: одномодове і багатомодове. Обидва мають найбільш важливими критеріями: дисперсією і загасанням. Само по собі волокно включає серцевину і оболонку. Примітно, що вони відрізняються між собою показником заломлення.

Що стосується поширення ЕМВ в волокні, то одномодовое має діаметр световодной жили порядку 8-10 мкм. Цей показник можна порівняти з довжиною хвилі. У многомодовом діаметр дорівнює 50-60 мкм, що робить можливим поширення великої кількості променів.

Історія і особливості оптико-волоконного зв'язку

Оптико-волоконний зв'язок - популярний і затребуваний спосіб передачі інформації.

Незважаючи на те, що дана технологія застосовується на сучасному ринку відносно недавно, її принцип бере свої витоки з 1840 року, коли Даніел Колладон і Жак Бабінетт продемонстрували свій експеримент. Даний принцип полягав у тому, що зміна напрямку світлового пучка здійснювалася за допомогою заломлення.

Однак метод активно почав використовуватися в даній області вже в 20 столітті.

Такий тип зв'язку має масу переваг, а саме:

мале загасання сигналу;

наявність захисту від стороннього доступу;

виконання функцій діелектрика;

тривалий термін служби і т.д.

За рахунок того, що показник загасання сигналу відносно малий, є можливість спорудити систему до 100 км і більше. У свою чергу широкополосность волокна дозволяє передавати інформації за такою лінії з величезною швидкістю. Зазвичай вона може варіюватися до 1 Тбіт за секунду. Незважаючи на те, що вартість зварювання і окремих елементів системи є високою, спорудження такого типу зв'язку цілком виправдано. Його застосування - гарантія якісного сигналу без перешкод і спотворень.

Ще переваги волоконно-оптичного зв'язку

Волоконно-оптична зв'язок широко використовується для передачі інформації. Волоконно-оптична зв'язок має низку унікальних характеристик, які і обумовлюють її популярність.

Такий вид зв'язку з'явився ще в 1840 році після демонстрації експерименту зі зміною світлового пучка за допомогою заломлення. Однак цей тип активно почав використовуватися тільки останнім часом.

Їх існує величезна кількість. Це безпосередньо:

Широкополосность. За допомогою застосування такого волокна можна передати інформацію на великій швидкості. Вона варіюється в межах до 1 Тбіт за секунду. Цей показник обумовлений вкрай високою частотою несучої.

Доступна вартість. Такі волокна мають прийнятну ціну, що і дозволяє використовувати їх для багатьох цілей.

Мале загасання сигналу. Цей критерій дає можливість споруджувати лінії зв'язку значної довжини. Вона може варіюватися до 100 км і вище.

Тривалий період служби. Такий тип ліній, як показує практика, може відмінною функціонувати не менше чверті століття.

Стійкість до перешкод. Це запобігає зниженню якості сигналу та його спотворення.

Наявність захисту від несанкціонованого стороннього доступу. Інформацію, яка передається через такий тип зв'язку, практично немає можливості перехопити без руйнування основного кабелю.

Безпека. Оптичне волокно - той же діелектрик. Тому воно значно підвищує пожежо і вибухонебезпечність всієї системи. Це особливо актуально на підприємствах, які функціонують в умовах підвищеного ризику.

Це основні переваги таких ліній. За рахунок цього досягаються високі показники і відмінну якість сигналу, що передається.

Що входить в волоконно-оптичну зв'язок?

Волоконно-оптичні лінії являють собою цілу систему, в яку входить ряд пристроїв.

До основних з них слід віднести наступні апарати:

приймач;

передавач;

передпідсилювач;

мікросхема, призначена для синхронізації і відновлення інформації;

блок преобразовательного коду в паралельний і сам перетворювач;

лазерний формувач;

кабель.

На сьогоднішній день існує два типи волокна. Це одномодовое і многомодововое. Уже з їх назви стає відомий принцип роботи.

Якщо в першому поширюється тільки один промінь, то в другому - багато. Це обумовлено безпосередньо показником заломлення. У одномодовом волокні він дорівнює довжині світлової хвилі, а в багатомодовим дещо більше.

Варто зазначити, що для обох типів характерні два найбільш важливих показника: дисперсія і згасання.

Технічне обслуговування волоконно-оптичних ліній зв'язку

Волоконно-оптичні лінії зв'язку користуються великою популярністю. це обумовлено безпосередньо їх можливостями і характеристиками.

Технічне обслуговування волоконно-оптичних ліній зв'язку має проводитися регулярно, щоб уникнути різних помилок, спотворень в переданих сигналах і поломок.

Примітно, що такого роду операції слід довіряти тільки професійним майстрам. Це гарантує повне виключення неточностей. До того ж, подібні операції дозволяють значним чином продовжити термін служби як окремих елементів, так і всієї системи.

Передача інформації в усі часи є актуальною. Щоб ретрансляція здійснювалася максимально якісно, \u200b\u200bслід підібрати потужні і продуктивні пристрої. Перш ніж запустити апаратуру, її необхідно налаштувати відповідно до необхідними параметрами.

На сьогоднішній день для подібних систем актуально застосування волоконно-оптичних ліній зв'язку. Застосування таких елементів має масу переваг.

Подібна система складається з активних і пасивних об'єктів, а також оптоволоконних кабелів, які функціонують, як правило, в інфрачервоному діапазоні. Переважно - ближньому.

Саме оптичне волокно на сьогоднішній день є найбільш досконалою середовищем, що служить для передачі інформації.

Серед маси його достоїнств слід виділити найважливіші. це:

доступна ціна;
широкополосность;
компактність;
легкість;
мале загасання сигналу в волокні;
стійкість до електромагнітних завад.

Для систем передачі інформації останній критерій має найбільш важливе значення. Таким чином, сигнал надходить без спотворень по всій трасі його поширення.

Але такі елементи не позбавлені і недоліків. В першу чергу - необхідність потужних активної апаратури при створенні всієї системи.

Другий недолік полягає в тому, що монтаж оптичного волокна здійснюється тільки за допомогою застосування прецизійного оснащення. Таке обладнання має досить високу вартість.

Ще одним мінусом є великі витрати на виправлення поломок. Однак, у порівнянні з величезною кількістю переваг і функціональними характеристиками, ці недоліки йдуть на другий план і є зовсім незначними.

Слід також зазначити, що таке волокно може застосовуватися в двох різновидах: одномодової і багатомодовою. Це назва обумовлена \u200b\u200bбезпосередньо варіаціями поширення випромінювання в ньому.

Компанії, що здійснюють технічне обслуговування волоконно-оптичних ліній зв'язку на виставці

Російський комплекс міжнародного рівня ЦВК «Експоцентр» традиційно є організатором величезної кількості галузевих і тематичних заходів. Одне з них - виставка «Зв'язок».

Для експонентів надається відмінна можливість в рамках проведення проекту відвідати ділову програму, набратися досвіду, познайомитися з інноваціями в цій області і вивчити сучасний стан індустрії.

Виставка структурована по салонах, що представляє значну зручність для учасників. Одним з напрямків є і технічне обслуговування волоконно-оптичних ліній зв'язку. Тут представники даного сегмента можуть вивчити основні принципи і методи, що дозволяє поліпшити ситуацію.

Приклади волоконно-оптичного зв'язку та її переваги на виставці

Мало тільки знати в чому переваги волоконно-оптичного зв'язку. Важливо вміти їх правильно застосовувати на практиці, що забезпечить високу якість сигналу, що передається. Саме з цією метою і проводяться тематичні та галузеві заходи.

Одним з них є виставка «Зв'язок», Яка традиційно збирає під одним дахом міжнародного комплексу ЦВК «Експоцентр» провідних діячів і представників галузі.

Проведення заходу в рамках інтернаціонального масштабу значно впливає на розвиток індустрії в цілому.

Міжнародна виставка «Зв'язок» вже який рік привертає до себе увагу представників даної індустрії.

Виставка має величезне значення, так як сприяє:

розвитку всієї галузі на міжнародному рівні;

виведення нових товарів на світовий ринок;

впровадження інновацій у виробництво;

обміну досвідом та знаннями;

підвищення конкурентної спроможності;

вивчення основних напрямків ринку.

Щорічно в стінах ЦВК «Експоцентр» збираються провідні діячі та представники сегмента, щоб продемонструвати існуючі напрацювання та досягнення. Тут можна відвідати різні конференції та симпозіуми, де обговорюються найважливіші напрямки, зокрема і оптико-волоконний зв'язок.

Читайте інші наші статті: