Лекция №1 введение. Системы оптической связи, основные определения, история развития, принципы строения и классификация

1.2. Системы оптической связи.

Оптическая связь (ОС) - это вид связи, в которой информация передаётся в виде световых лучей по оптическому волокну или по открытому пространству, т.е. по земной атмосфере или космосу. Если информация передаётся по волокну, то система называется системой волоконно-оптической связи (ВОС), если передаётся по открытому пространству - системой открытой оптической связи (ООС).
К настоящему времени основным направлением ОС является система ВОС. Это связано с тем, что к данному моменту разработаны и производятся волноводы – оптические волокна с наилучшими передающими характеристиками.

Достоинства, недостатки и области применения волоконно-оптических систем и связи. Передача информации по линиям ВОСС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Из-за этих достоинств ВОСС широко применяются не только для организации телефонной связи, но и для передачи сигналов телевидения, радиовещания, вычислительной техники, на транспортных средствах и в других областях.

Ниже перечислены эти достоинства ВОСС:
Широкая полоса пропускания. Это обусловлено чрезвычайно высокой частотой несущей 10¹⁴ - 10¹⁵ Гц, что даёт потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания – это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
Малое затухание светового сигнала в оптическом волокне.
Оптическое волокно, выпускаемое в настоящее время, имеет затухание 0,2-0,3 дБ/км на длине 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют передачу оптических сигналов по линиям ВОС без ретрансляции на 100 км и более расстояния.
Высокий уровень помехозащищённости. Поскольку оптическое волокно изготовлено из диэлектрических материалов – кварца, многокомпонентных стёкол, полимеров, которые невосприимчивы к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способных индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.) оно обладает высокой помехозащищенностью. К этому следует добавить, что в многоволоконных кабелях не возникают проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущие многопарным медным кабелям.
Благодаря этому достоинству оптический кабель можно использовать на промышленных предприятиях, в центрах управления, на транспортных средствах – самолётах и кораблях, так как в таких относительно небольших пространствах приходится размещать и энергетические установки, и системы автоматики и телеуправления, и разветвленную сеть связи с многочисленными абонентскими устройствами. В таком случае возникают электромагнитные и взаимные помехи, к которым оптический кабель невосприимчив.
Малый вес, объём и размер. Волоконно-оптические кабели имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно имеет множество защитных оболочек и покрыт стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.
Это достоинство оптического кабеля упрощает строительство линейного тракта с оптическим кабелем. Использование оптического волокна на самолётах, вертолётах и на других транспортных средствах это очень важный выигрыш волоконно-оптической связи. Например: на самолётах специально оборудованных для выполнения задач сбора информации и управления, удаётся уменьшить массу соединительных кабелей более чем на 1т.
Защищённость от несанкционированного доступа. Поскольку волоконно-оптические кабели вообще не излучают в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема–передачи. Система мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, может мгновенно отключить подслушиваемый канал и подать сигнал тревоги. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных. Ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну.
Пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптического волокна повышается безопасность сети на зданиях повышенного риска взрыва и пожара, на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях.
Экономическая эффективность. Оптическое волокно изготавливается из кварца. Основу его составляет двуокись кремния SiO₂, широко распространенный в природе. Значит, для изготовления волоконно-оптического кабеля не расходуются дефицитные цветные металлы. В современных условиях, когда уже сказывается ограниченность мировых запасов меди и свинца, переход на недефицитное сырье становится важнейшим фактором для будущего развития техники кабельной связи. В итоге стоимость оптического кабеля по отношению к медным кабелям уменьшиться.
Волоконно-оптический кабель позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния, без ретрансляции. Использование оптического кабеля на протяжённых линиях приведет к сокращению количества ретрансляторов. Это также уменьшает стоимость.
Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. То есть затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен и увеличен их срок эксплуатации. Срок службы ВОК составляет примерно 25 лет.
Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла сети связи. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако в этих случаях можно использовать смешанный кабель, который наряду с оптическими волокнами оснащается медным проводящим элементом. Такие кабели широко используются во многих странах.
Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, системы ВОС имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения:

• 
  дороговизна элементной базы. Цена оптических передатчиков и приемников высокая. Особенно цена лазерных передатчиков довольно высокая и ограничен срок их службы. Также изготовление пассивных оптических устройств (мультиплексоров, коммутаторов, аттенюаторов и др.) приводит к большим затратам;
  
• 
  сложность монтажа и обслуживания линий ВОС. По сравнению с электрическими кабельными системами строительство, техническая эксплуатация, работы по измерению и монтажу оптических кабельных систем сложны и требуют очень высокую квалификацию обслуживаемого персонала;
  
• 
  необходимость специальной защиты волокна. Чтобы на микротрещинах не затухали сигналы надо защитить волокно от перегрузок и изгибов. С целью повышения надежности оптического волокна нужно организовать специальную защиту, при изготовлении волокна покрываются специальным лаком на основе эпоксиакрилата. Кроме этого кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями.
  

Это все увеличивает стоимость волоконно – оптического кабеля. Эти недостатки частично или полностью будут уменьшены при дальнейшем развитии технологии изготовления ВОС.