Затухание в волоконных световодах

 

Ниже на рис. показаны три основных окна прозрачности, которые являются рабочими диапазонами длин волн для ВОСП.

- 820-900 нм;

- 1280-1350 нм;

- 1528-1561 нм.

Рисунок– Затухание оптического волокна в зависимости от длины волны (по­казаны три окна прозрачности, используемые для передачи)

 

К фундаментальным факторам потерь относятся потери за счет релеевского рассеяния и инфракрасного поглощения. До недавнего времени существенный вклад вносили также потери, обусловленные поглощением на примесях – в основном на примесях гидроксильной группы ОН^–. Эти потери носят резонансный характер. Дополнительные факторы потерь в оптических волокнах – это потери, вызванные микро- и макроизгибами волокна, потери, обусловленные флюктуациями диаметра сердцевины волокна (границы сердцевина-оболочка). Эти потери нередко называют кабельными.

Релеевского рассеяние обусловлено флюктуациями показателя преломления материала сердцевины вдоль и поперек оси волокна, что приводит к рассеянию света на случайных изменениях показателя преломления. Потери за счет релеевского рассеяния изменяются по закону

,

где l – длина волны, мкм; C_PP – постоянная, которая зависит от состава материала сердцевины волокна и лежит в пределах C_PP =0,7…0,9 мкм⁴×дБ/км.

В области длин волн более 1,7 – 1,8 мкм начинают проявляться потери из-за инфракрасного поглощения в кварце, вызванного резонансами атомов в кристаллической решетке SiO₂. Изменение затухания инфракрасного поглощения описывается формулой:

,

где С_ИКП и k_ИКП – постоянные коэффициенты, которые для чистого кварца составляют порядка С_ИКП=0,9 дБ/км, k_ИКП=0,8 мкм.

Поглощения на примесях связаны с резонансами материала примеси. В частности, поглощением на примеси гидроксильной группы OH^–- определяются пики потерь в областях длин волн 1383; 1240; 1130; 950; 875; 825 и 725 нм. Этот тип потерь зависит от технологии изготовления волокна.

Фундаментальные механизмы потерь определяют область минимального затухания и теоретический предел минимума потерь кварцевого волокна, который составляет около 0,15 дБ/км на длине волны 1550 нм. Однако достичь этого предела не позволяют кабельные потери из-за микро- и макроизгибов волокна, флюктуаций его геометрических характеристик.

 

Понятие оптической транспортной сети

 

Транспортная сеть связи (backhaul) – та часть сети, которая выполняет функции прозрачной транспортировки (переноса) всех видов сооб­щений от источников из одной сети доступа к получателям сообщений в другой сети доступа. Транспортная сеть включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

Транспортные сети составляют основу сетей операторов связи и представляют собой надежные и производительные оптические магистрали, пропускная способность которых достигает в настоящее время сотен гигабит в секунду.

Мультиплексор — устройство, обеспечивающее объединение нескольких независимых каналов на передаче и их разделение на приеме. Мультиплексор объединяет как электрические аналоговые, так и цифровые каналы.

Ниже на рис. представлена обобщенная схема волоконно-оптической системы передачи, в которой блоками отображены возможные виды оборудования систем передачи.

 

Рисунок – Обобщенная схема волоконно-оптической системы передачи

 

 

Диапазон работы ВОСП выбирается в области минимального затухания кварцевых оптических волокон и лежит в пределах 1260 -1675 нм. Выделяют шесть спектральных диапазонов, данные которых сведены в таблице.

Таблица

Условное обозначение	Наименование	Диапазон, нм
O	Основной (original)	1260–1360
E	Расширенный (expanded)	1360–1460
S	Коротковолновый (short)	1460–1530
C	Стандартный (conventional)	1530–1565
L	Длинноволновый (long)	1565–1625
U	Сверх-длинноволновый (ultra-long)	1625–1675

 

Сегодня на местных сетях в основном работают в диапазоне O, а на магистральных в диапазонах C и L, где можно использовать оптические усилители на легированных эрбием волокнах EDFA (erbium doped fiber amplifier). Однако в последние годы с внедрением систем «грубого» спектрального уплотнения (CWDM) и более плотного (DWDM) осваиваются все диапазоны, включая E, S и U (ниже см. плакат).

 

Рисунок – Технология волнового уплотнения каналов (WDM)

Оптический мультиплексор ввода/вывода может применяться для WDM -систем, в этом случае в многоволновой сигнал на выходе передающей системы мультиплексора (а) добавляет один или несколько сигналов на заданных длинах волн в многоволновый сигнал, после чего передает его на выход в оптический кабель. Волны, на которых переносится транзитная нагрузка, "проходят насквозь" мультиплексора ввода/вывода, при необходимости часть из них может быть выделена на промежуточных станциях (b и/или c). При идеальной обработке сигналов в оптических мультиплексорах ввода/вывода стараются избежать оптико-электрического преобразования.

 

Рисунок – Конфигурация сети, использующая разделение по длине волны

Рисунок – Многообразие технологий оптических транспортных сетей

Рисунок – Первичная сеть связи в РБ, РУП «Белтелеком»

Системы и сети радиосвязи. Принципы построения радиорелейных систем передачи. Функциональная схема радиорелейной станции, частотные планы радиорелейных систем передачи.

Радиосвязь - вид электросвязи, осуществляемый с помощью ра­диоволн. Под радиоволнами принято понимать электромагнитные волны, частота которых выше 30 кГц и ниже 3000 ГГц, распро­страняющиеся в среде без искусственных направляющих сред (линий).

 

Рисунок – Спектр электромагнитных колебаний

 

Система радиосвязи – совокупность технических средств, обеспечивающих образование типовых кана­лов и трактов, а также линейных трактов, по которым сигналы элек­тросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве.

 

Радиорелейные системы связи предназначены для создания наземных высокоскоростных линий и сетей связи на базе стацио­нарных наземных радиорелейных станций. Спутниковые линии связи с использованием ИСЗ (искусственных спутников земли) ретрансляторов также являются ра­диорелейными линиями связи, но ввиду их специфики рассматри­ваются как отдельный вид линий связи.

По архитектуре (структуре) построения радиорелейные сис­темы связи разделяются на следующие группы:

- радиорелейные линии (РРЛ) связи "точка-точка";

- радиорелейные сети связи;

- радиорелейные системы "последней мили" типа "точка-многоточка".

 

По условиям распространения радиосигналов радиорелейные системы связи классифицируются как (рис.):

- РРЛ прямой видимости;

- тропосферные РРЛ;

- радиорелейные системы связи с использованием ретрансля­торов на высокоподнятых платформах.

Рисунок – Радиорелейные системы связи:

а) прямой видимости; б - тропосферная; в – стратосферная

Основные формульные соотношения:

Скорость распространения электромагнитных волн в какой-либо среде равна

 

где -скорость распространения света в вакууме; ε - диэлектриче­ская и μ - магнитная проницаемость среды. Для воздуха μ ≈ ε ≈1, а скорость распространения электромагнитных волн близка к скоро­сти света в вакууме, т.е. ≈ 3 ∙10⁸ м/с.

Минимальное расстояние между двумя точками пространства, поле в котором имеет одинаковое значение, называется длиной волны. Длина волны зависит от скорости ее распространения и периода Т ЭДС, передающей это поле. Так как частота тока равна f = 1/T, то длина волны

 

Длина волны λ связана также с частотой колебания f известным соот­ношением

Радиорелейные системы связи используют диапазоны волн: дециметровый, сантиметровый, миллиметровый, реже - оптический.

 

Таблица – Распределение длин волн в РРЛ

Диапазон длин волн	Диапазон частот
Наименование	Границы	Наименование	Границы
Миллиметровые или сверхдлинные волны	10...100 км	Очень низкие частоты (ОНЧ)	3...30 кГц
Километровые или длинные волны (ДВ)	1... 10 км	Низкие частоты (НЧ)	30...300 кГц
Гектометровые или средние волны (СВ)	100... 1000 м	Средние частоты (СЧ)	300...3000 кГц
Декаметровые или короткие волны (KB)	10... 100 м	Высокие частоты (ВЧ)	3...30 МГц
Метровые или ультрако­роткие волны (УКВ)	1...10 м	Очень высокие частоты (ОВЧ)	30...300 МГц
Дециметровые волны (ДМВ)	10... 100 см	Ультравысо­кие частоты (УВЧ)	300...3000 МГц
Сантиметровые волны	1... 10 см	Сверхвысо­кие частоты (СВЧ)	3...30 ГГц
Миллиметровые волны	1... 10 мм	Крайне высокие частоты (КВЧ)	30...300 ГГц
Децимиллиметровые волны	0,1... 1 мм	Гипервысоки е частоты (ГВЧ)	300...3000 ГГц

 

РРЛ широко используются для создания магистральных линий (например, транспортировка сигналов к базовым станциям сотовой связи), а также высокоскоростных линий связи в городах, горных и труднодоступных местностях.

РРЛ являются основой полевой сети связи вооруженных сил государств. Тропосферная связь так же широко используется в военных сетях связи.