Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи

ВВЕДЕНИЕ

Современные телекоммуникационные системы и сети представляют сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными параметрами качества. Основу телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим кабелям и радиолиниям, предназначенные для формирования типовых каналов и трактов.

Основным направлением развития телекоммуникационных систем является широкое применение волоконно-оптических систем передачи. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) - это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку и передачу оптических сигналов. Физической средой распространения оптических сигналов являются волоконно-оптические или, просто, оптические кабели и создаваемые на их основе волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Совокупность ВОСП и ВОЛС образует волоконно-оптическую линию передачи (ВОЛП). Без широкого использования ВОЛС невозможно развитие телекоммуникационных технологий в области телефонной и телеграфной связи, кабельного телевидения и факсимильной связи, передачи данных, создания единой цифровой сети с интеграцией служб - СЦИО (Integrated Services Digital Network - ISDN), внедрения на телекоммуникационных сетях технологии асинхронного способа передачи (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и построения транспортных сетей на основе синхронной цифровой иерархии - СЦИ (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наивысшими скоростями, а имеет более широкий спектр, от бортовых систем (самолетов, кораблей и др.) до локальных и глобальных волоконно-оптических телекоммуникационных сетей. В ВОСП передача сообщений осуществляется посредством световых волн от 0,1 мкм до 1 мм. Диапазоны длин волн (или частот), в пределах которых обеспечиваются наилучшие условия распространения световых волн по оптическому волокну, называются его окнами прозрачности.

 

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

В настоящее время на многих ВОЛС общего пользования используются скорости передачи до 622 Мбит/с, но все большее применение получают ВОСП на скорости передачи 2,5 Гбит/с и выше. По таким ВОЛС можно организовать от 7680 до 100 000 каналов тональной частоты (КТЧ) или основных цифровых каналов (ОЦК) с пропускной способностью 64 кбит/с. В настоящее время разработаны ВОСП на скорости до 40 Гбит/с.

Эти возможности не являются предельными: спектральное уплотнение (СУ) и когерентный прием позволят на несколько порядков увеличить суммарную скорость передачи информации по ВОЛС. Если обратиться к третьему окну прозрачности ОВ шириной 140 мкм на длине волны 1,55 мкм, то в нем можно разместить до 630 спектральных каналов (СК) при разносе частот между ними 24 ГГц и скорости передачи 2,4 Гбит/с в каждом. Это соответствует примерно суммарной скорости 1,5 Тбит/с или 23 млн КТЧ или ОЦК.

Для описания параметров оптических кабелей и компонент ВОСП используется как частота, так и длина волны оптического излучения. Поэтому полезно знать соотношения между этими переменными, что особенно важно при описании полос пропускания в терминах отклонений длины волны или частоты.

Связь между длиной волны и частотой оптического сигнала определяются соотношением

,

где - длина волны оптического излучения в среде распространения;
- частота сигнала; с - скорость света в среде распространения.

Скорость света при распространении его через оптически прозрачный материал, в свою очередь, связана с его показателем преломления следующим образом:

,

здесь - скорость света, равная 300 000 000 м/с; n - показатель преломления среды распространения оптического сигнала.

Очевидно, что длина волны оптического сигнала изменяется с изменением показателя преломления среды

,

где - называется длиной волны в свободном пространстве, т.е. длиной волны, которая будет измерена в вакууме.

Очень часто особое значение приобретает разница между длинами волн или разница частот . Важно знать, как можно преобразовать эти две переменные, как они между собой связаны:

или

.

Эти уравнения весьма полезны, так как часто возникает необходимость преобразования данных параметров из одних единиц измерения в другие.