Волоконно-оптические системы передачи

Волоконно-оптические системы передачи

Содержание

1. Введение  ………………………………………………………………………..2

2. История развития линий связи ………………………………………………..6

3. Конструкция и характеристика оптических кабелей связи …………………8

4. Оптические волокна и особенности их изготовления ……………………...9

5. Конструкции оптических кабелей ………………………………………….11

6. Основные требования к линиям связи ………………………………………13

7. Достоинства и недостатки оптических кабелей …………………………...16

8. Направления развития и применения волоконной оптики ………….……..18

9. Вывод ………………………………………………………………………….22

10. Список литературы ………………………………………………………….23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение  

  Сегодня, как никогда ранее, регионы России нуждаются в связи, как в количественном, так и в качественном плане. Руководители регионов в первую очередь озабочены социальным аспектом этой проблемы, ведь телефон-это предмет первой необходимости. Связь влияет и на экономическое развитие региона, его инвестиционную привлекательность. Вместе с тем операторы электросвязи, тратящие массу сил и средств на поддержку дряхлеющей телефонной сети, все же изыскивают средства на развитие своих сетей, на цифровизацию, внедрение оптоволоконных и беспроводных технологий.

  В данный момент времени сложилась ситуация, когда практически все крупнейшие российские ведомства проводят масштабную модернизацию своих телекоммуникационных сетей.

  За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические системы и кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородней связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.

  Применяя волоконно-оптическую связь, резко увеличивается объем передаваемой информации по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, это объясняется тем, что волоконно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.

  Для любой системы связи важное значение имеют три фактора :

- информационная  емкость системы, выраженная в  числе каналов связи, или скорость  передачи информации, выраженная  в бит в секунду; 

- затухание,  определяющее максимальную длину  участка регенерации; 

- стойкость  к воздействию окружающей среды; 

  Важнейшим фактором в развитии оптических систем и кабелей связи явилось появление оптического квантового генератора - лазера. Слово лазер составлено из первых букв фразы Light Amplification by Emission of Radiation - усиление света с помощью индуцированного излучения. Лазерные системы работают в оптическом диапазоне волн. Если при передачи по кабелям используются частоты - мегагерцы,

а по волноводам - гигагерцы, то для лазерных систем используется видимый и инфракрасный спектр оптического диапазона волн (сотни гигагерцы).

  Направляющей системой для волоконно-оптических систем связи являются диэлектрические волноводы, или волокна, как их называют из-за малых поперечных размеров и метода получения. В то время когда был получен первый световод, затухание составляло порядка 1000 дб/км это объяснялось потерями из-за различных примесей присутствующих в волокне. В 1970 г. были созданы волоконные световоды с затуханием 20 дб/км. Сердечник этого световода был изготовлен из кварца с добавкой титана для увеличения коэффициента преломления, а оболочкой служил чистый кварц. В 1974г. затухание было снижено до 4 дб/км, а в 1979г. Получены световоды с затуханием 0,2дб/км на длине волны 1,55мкм.

  Успехи в технологии получения световодов с малыми потерями стимулировали работы по созданию волоконно-оптических линий связи.

  Волоконно-оптические линии связи по сравнению с обычными кабельными линиями имеют следующие преимущества:

- Высокая  помехоустойчивость, нечувствительность  к внешним электромагнитным полям  и практически отсутствие перекрестных  помех между отдельными волокнами,  уложенными вместе в кабель.

- Значительно  большая широкополосность.

- Малая  масса и габаритные размеры.  Что уменьшает стоимость и  время прокладки оптического  кабеля.

- Полная  электрическая изоляция между  входом и выходом системы связи,  поэтому не требуется общее  заземление передатчика и приемника.  Можно производить ремонт оптического  кабеля, не выключая оборудования.

- Отсутствие  коротких замыканий, вследствие  чего волоконные световоды могут  быть использованы для пересечения  опасных зон без боязни коротких  замыканий, являющихся причиной  пожара в зонах с горючими  и легковоспламеняющимися средами. 

- Потенциально  низкая стоимость. Хотя волоконные  световоды изготавливаются из  ультра чистого стекла, имеющего  примеси меньше чем несколько  частей на миллион, при массовом  производстве их стоимость не  велика. Кроме того, в производстве  световодов не используются такие  дорогостоящие металлы, как медь и свинец, запасы которых на Земле ограничены. Стоимость же электрических линий коаксиальных кабелей и волноводов постоянно увеличивается как с дефицитом меди, так и с удорожанием энергетических затрат на производство меди и алюминия.

  В мире вырос огромный прогресс в развитии волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них, выпускаются многими странами мира.

  Особое внимание у нас и за рубежом уделяется созданию и внедрению одномодовых систем передачи по оптическим кабелям, которые рассматриваются как наиболее перспективное направление развития техники связи. Достоинством одномодовых систем является возможность передачи большого потока информации на требуемые расстояния при больших длинах регенерационных участков. Уже сейчас имеются волоконно-оптические линии на большое число каналов с длиной регенерационного участка 100 .150 км. Последнее время в США ежегодно изготовляется по 1,6 млн. Км. оптических волокон, причем 80% из них - в одномодовом варианте.

  Получили широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели второго поколения, выпуск которых освоен отечественной кабельной промышленностью к ним, относятся кабели типа:

ОКК - для  городских телефонных сетей;

ОКЗ - для  внутризоновых;

ОКЛ - для  магистральных сетей связи;

  Волоконно-оптические системы передачи применяются на всех участках первичной сети ВСС для магистральной, зоновой и местной связи. Требования, которые предъявляются к таким системам передачи, отличаются числом каналов, параметрами и технико-экономическими показателями.

  На магистральной и зоновых сетях применяются цифровые волоконно-оптические системы передачи, на местных сетях для организации соединительных линий между АТС также применяются цифровые волоконно-оптические системы передачи, а на абонентском участке сети могут использоваться как аналоговые (например, для организации канала телевидения), так и цифровые системы передачи.

  Максимальная протяженность линейных трактов магистральных систем передачи составляет 12500 км. При средней длине порядка 500 км. Максимальная протяженность линейных трактов систем передачи внутризоновой первичной сети может быть не более 600 км. При средней длине 200 км. Предельная протяженность городских соединительных линий для различных систем передачи составляет 80 .100 км.

  У человека имеется пять органов чувств, но один из них особенно важен — это зрение. Глазами человек воспринимает большую часть информации об окружающем его мире в 100 раз больше, чем посредством слуха, не говоря уже об осязании, обонянии и вкусе.

  Далее человек заметил ”посторонний источник света” — солнце. Он

использовал огонь, а затем различные виды искусственных световых источников для подачи сигналов. Теперь в руках  человека был как световой источник, так и процесс модуляции света. Он фактически построил то, что сегодня  мы называем оптической линией связи  или оптической системой связи, включающей передатчик (источник), модулятор, оптическую кабельную линию и приемник (глаз). Определив в качестве модуляции  преобразование механического сигнала  в оптический, например открытие и  закрытие источника света, мы можем  наблюдать в приемнике обратный процесс — демодуляцию: преобразование оптического сигнала в сигнал другого рода для дальнейшей обработки  в приемнике.

Такая обработка может представлять собой, например, превращение 

светового образа в глазу в последовательность электрических импульсов 

нервной системы человека. Головной мозг включается в процесс обработки как последнее  звено цепи.

  Другим, очень важным параметром, используемым при передаче сообщений, является скорость модуляции. Глаз в этом отношении имеет ограничения. Он хорошо приспособлен к восприятию и анализу сложных картин окружающего мира, но не может следить за простыми колебаниями яркости, когда они следуют быстрее 16 раз в секунду.  
 
 
 
 
 

2.История развития линий связи  

  Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия была построена воздушная телеграфная линия от Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва—Хабаровск длиной 8300 км.

  Создание первых кабельных линий связано с именем русского ученого П. Л. Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских мин, использовав для этой цели созданный им изолированный проводник.

  В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный гуттаперчей. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США,

  В 1882—1884 гг. в Москве, Петрограде, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.

  Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900—1902 гг. была сделана успешная попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности (предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько раз.