18135

Развитие волоконно-оптических систем в мире и на Украине

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 1. Развитие волоконнооптических систем в мире и на Украине Основное направление в применении волоконнооптических систем это создание и эксплуатация волоконных линий связи. Необходимость развития волоконнооптических линий связи ВОЛС была определена потр

Русский

2013-07-06

724.12 KB

6 чел.

Лекция 1.

Развитие волоконно-оптических систем в мире и на Украине

Основное направление в применении волоконно-оптических систем – это создание и эксплуатация волоконных линий связи. Необходимость развития волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) была определена потребностью увеличения скорости и объемов передаваемой информации.

Основные характеристики линий передачи сигналов следующие:

  1.  широкополосность
  2.  помехозащищенность
  3.   длина ретрансляционных участков
  4.  стоимость

С 2000 г. все линии связи, вводимые в эксплуатацию, являются волоконно-оптическими. При этом расстояние между ретрансляторами равны приблизительно 100 км, а скорость передачи – 1-2 Гбит в секунду.

Современные ВОЛС охватывают 4 континента: Европу, Азию, Америку, Австралию. Связь между Европой и Азией осуществляется Транссибирской линией связи (≈20000 км). Темпы роста мирового рынка волоконно-оптических технологий опережают рост других видов техники, и составляют 40% в год. В 1988 г. завершено строительство подводной магистрали между Европой и США, потом между Европой США и Канадой через Тихий океан. Эти магистрали рассчитаны на 12000 каналов на дине волны 1,55 мкм.

Перспективными  материалами для волокон  ВОЛС являются:

  1.  теллофторид циркония  (λ=2,5 мкм, затухание – 0,01 ДБ/км).
  2.  фторид бериллия  (λ=2,1 мкм, затухание – 0,005 ДБ/км).

Таким ВОЛС позволяют одновременно передавать до 20000 телефонных каналов со скоростью 565 Мбит/с. Расчеты показывают, что данные линии связи экономичнее радиорелейных и спутниковых.

В ближайшее время ожидается переход на скорости передачи- 2,5 Гбит/с. и выше. Эти возможности не являются предельными: спектральное уплотнение и когерентный прием позволят на несколько порядков увеличить скорость передачи информации до 1,5 Тбит/с или 23 млн. каналов тональной частоты.

Ведущая организация в Украине, внедряющая ВОЛС, – это «Укртелеком». В 2003 г. на Украине был завершен процесс охвата ВОЛС всех регионов и областных центров.

Развитие ВОЛС в Украине началось в 1995 г. Первые линии связи соединили Ужгород с границей Венгрии и Словакии, а Львов - с Польшей. Протяженность  линии составляет 175 км.

Первая серьезная ВОЛС на Украине появилась в 1996 году, когда страна вошла в проект ITUR (Италия, Турция, Украина, Россия). Линия проложена в Средиземном и Черном морях по трассе «Палермо – Стамбул – Одесса – Новороссийск». Украине принадлежит подводный участок этой линии по Черному морю (250 км), который заканчивается в Одессе. Организацией прокладывания ВОЛС в Украине занимался «Укртелеком». Продолжением этой линии стал участок «Одесса – Киев». Далее проложили участок «Киев – Чернигов – Беларусь – Европа». Основная комплектация этих систем производилась фирмой Ericsson.

В настоящее время на Украине разработаны  кольцевые линии связи, которые охватывают основные регионы Украины:

  1.  Буковина
  2.  Подолье
  3.  Полесье
  4.  Десна
  5.  Уголек
  6.  Таврия
  7.  Днестр
  8.  Азов

Все прокладываемые в настоящее время внутригородские и междугородние  линии связи строятся на базе ВОЛС.

Особенности ВОЛС

Физические особенности ВОЛС:

  1.  широкополосность, которая обусловлена высокой несущей частотой электромагнитных колебаний

      [Гц]    (1.1)

Благодаря этому по оптическим линиям связи можно передавать информацию со скоростью  бит/сек или одновременно передавать 10000000 телефонных разговоров или 1000000 видеосигналов.

  1.  очень малое, по сравнению с другими линиями связи, затухание сигнала в волокне.

Лучшие образцы волокна имеют затухание 0,22 ДБ/км ( мкм). Для этих ВОЛС требуются установка участков регенерации через 100-150 км. В США разрабатывают более прозрачные световоды фтор-циркониевые. Потери в них на порядок меньше (0,02 ДБ/км), при этом расстояние между ретрансляторами может составлять 10000 км. На рис. 1.1. представлены графики зависимости ослабления сигнала в разных типах линий связи от частоты.

Рис 1.1. Графики зависимости ослабления от частоты

Технические особенности ВОЛС:

  1.  промышленно применяемые в настоящее время волокна для ВОЛС изготавливают из кварца, он недорогой и широко распространенный;
  2.  оптические волокна имеют диаметр до 100 мкм;
  3.   волокна  изготавливают из диэлектрических материалов;
  4.  ВОЛС устойчивы к электромагнитным помехам, информация, передаваемая в ВОЛС,  защищена от несанкционированного доступа;
  5.  долговечность световодов (25 лет).

Проблемы ВОЛС:

  1.  требуются высокоточные оптические разъемы (коннекторы) с малыми потерями.
  2.  для монтажа ВОЛС требуется высокопрецизионное, дорогое оборудование.

Основные элементы ВОЛС

Основным элемент ВОЛС является волокно (световод). Главными патентами на волокно для ВОЛС обладает американская фирма Corning.

Для передачи сигналов применяют многомодовые и одномодовые волокна. Многомодовые волокна в основном используются в волоконно-оптических датчиках (ВОД) и в осветительных системах. На рис. 1.2. схематически показаны типы световодов.

Рис. 1.2. Типы световодов

Оба типа световодов характеризуются:

  1.  затуханием (ДБ/км)
  2.  дисперсией

Затухание определяется потерями на поглощение и рассеяние в световоде, которые зависят от длины волны. Спектральная характеристика пропускания кварцевых световодов  показана на рис. 1.3.

Рис.1.3. Спектральная зависимость пропускания

волоконно-оптических световодов

 

У кварцевых световодов имеются 3 окна прозрачности:

  1.  0,8-0,9 мкм
  2.  1,1-1,35 мкм
  3.  1,5-1,85 мкм

Дисперсия – параметр световода, характеризующий изменение во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Она приводит к уменьшению и искажению оптических импульсов. На рисунке 1.4. показана зависимость групповой задержки и хроматической дисперсии кварцевых световодов от длины волны.

Рис. 1.4. Зависимость групповой задержки и хроматической

дисперсии от длины волны

Известно три вида дисперсии световода:

  1.  межмодовая;
  2.  материальная;
  3.  волноводная.

Наиболее опасной является межмодовая дисперсия, обусловленная тем, что время распространения мод в световоде разное. В связи с этим многомодовые световоды в длинных ВОЛС не применяются.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления световода от длины волны.

Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри одной моды и характеризуются зависимостью скорости распространения моды от длины волны.

В одномодовых кварцевых световодах на длине волны 1,3 мкм волноводная и материальная дисперсии компенсируют друг друга. Поэтому наибольшая пропускная способность кварцевых световодов наблюдается на этой длине волны.

Важным элементом ВОЛС является волоконно-оптический кабель включающий несколько световодов.

Различают  кабели:

  1.  монтажные;
  2.  станционные (внутри зданий);
  3.  магистральные;
  4.  зоновые;

Первые два типа кабелей применяются для прокладки внутри зданий и сооружений. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки  кабельных коммуникаций в колодце, грунте, на опорах ЛЭП, под водой. Кабели могут включать от 8 до 144 волоконных элементов.

Основные фирмы производители  кабелей:

  1.  Genegal Cable Company (США);
  2.  Siеcor (ФРГ);
  3.  Sumimoto (Япония);
  4.  Nokia (Финляндия);
  5.  Pirelli (Италия).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11347. Строение и свойства металлов. Аллотропия (полиморфизм). Анизотропия. Кристаллизация. Дендрит, зерно. Строение стального слитка. Ликвация 496.72 KB
  Лекция 1. Введение. Строение и свойства металлов. Аллотропия полиморфизм. Анизотропия. Кристаллизация. Дендрит зерно. Строение стального слитка. Ликвация. Строение и свойства металлов. Все вещества в зависимости от температуры и давления могут находиться в тр
11348. Основы теории сплавов. Типы сплавов (твердые растворы, сплавы-смеси, сплавы- химические соединения. Диаграммы состояния сплавов, принцип их построения 158.57 KB
  Лекция 2 Основы теории сплавов. Типы сплавов твердые растворы сплавысмеси сплавы химические соединения. Диаграммы состояния сплавов принцип их построения. Сплавы важные вещества получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких элементов периодическ...
11349. ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ЦЕМЕНТИТ). Компоненты, фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов 95.23 KB
  Лекция 3 ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОД ЦЕМЕНТИТ. Компоненты фазы и структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. Железоуглеродистые сплавы стали и чугуны являются основными наиболее распространенными среди материалов используемых в различных отраслях
11350. Критические точки сталей. Классификация и свойства углеродистых сталей 48.28 KB
  Лекция 4 Критические точки сталей. Классификация и свойства углеродистых сталей. Большинство технологических операций термическая обработка обработка давлением и др. проводят в твердом состоянии. Ниже рассматриваются превращения протекающие в сталях при охла
11351. Классификация и свойства чугунов 137.79 KB
  Лекция 5 Классификация и свойства чугунов Чугунами называются железоуглеродистые сплавы содержащие более 214 углерода и согласно диаграммы железоцементит затвердевают с образованием эвтектики. Благодаря хорошим литейным свойствам достаточной прочности износо...
11352. Термическая обработка сталей 98.15 KB
  Лекция 6 Термическая обработка сталей. Термической обработкой называется технологический процесс включающий нагрев стали до определенной температуры выдержку при этой температуре и охлаждение с необходимой скоростью. Целью термической обработки является получе...
11353. Термическая обработка. Превращения при непрерывном охлаждении аустенита. Превращения при отпуске 65.7 KB
  Лекция 7 Термическая обработка. Превращения при непрерывном охлаждении аустенита. Превращения при отпуске. Превращение переохлажденного аустенита можно осуществить в изотермических условиях т.е. при постоянной температуре и при непрерывном охлаждении. Изотермиче...
11354. Операции термической обработки стали. Отжиг стали. Виды отжига. Нормализация. Виды и способы закалки стали. Виды отпуска 78.93 KB
  Лекция 8 Операции термической обработки стали. Отжиг стали. Виды отжига. Нормализация. Виды и способы закалки стали. Виды отпуска. Операции термической обработки стали. Термическая обработка самый распространенный в современной технике способ изменения свойст
11355. Основы легирования стали. Классификация и маркировка легированных сталей 125.63 KB
  Лекция 9. Основы легирования стали. Классификация и маркировка легированных сталей. Назначение легирования В данной лекции рассматриваются примеси вводимые в стали в определенных концентрациях с целью изменения их внутреннего строения и свойств. Такие примеси ...