В качестве следующего достоинства укажем на малые габаритные размеры и массу оптических кабелей. Неизмеримо упрощается прокладка магистральных и зоновых линий связи. Отпадает необходимость использования тяжелой машинной техники, необходимой для земляных и строительных работ при подготовке трасс, для транспортировки и укладки тяжелых кабелей. Появляется новое качество – возможность оперативного развертывания кабельных линий с большой пропускной способностью, в том числе в труднодоступной местности, с преодолением водных и иных преград.
Отметим еще, что отсутствие явлений искрения при обрывах, коротких замыканиях, ненадежных контактах позволяет обеспечить полную безопасность использования ВОСП во взрывоопасных и пожароопасных помещениях. Кроме того, при работе персонала с действующим кабелем не возникает опасностей поражения электрическими разрядами. Можно добавить, что и для оконечной аппаратуры не возникает аварийных режимов, которые нередко наблюдаются при коротких замыканиях и обрывах в обычной аппаратуре электросвязи.
В заключение перечня положительных качеств ВОСП необходимо подчеркнуть, что волоконные световоды изготавливаются из диэлектрических материалов — кварца, многокомпонентных стекол, полимеров. На их изготовление 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 настоящее время разработана и продолжает разрабатываться широкая номенклатура волоконных световодов и оптических кабелей для ВОСП различных предназначений и структур. Для широкополосных систем дальней связи, в частности магистральных, изготавливаются кабели с одномодовыми волокнами, т.е. волокнами, в которых распространяется лишь основной тип колебаний. Здесь одновременно предъявляются и наиболее высокие требования по снижению затухания и дисперсионных искажений. Изготавливаются волокна, обеспечивающие сохранение поляризации в распространяющемся оптическом излучении. Такие кабели, предназначенные для магистральной связи, весьма сложны в изготовлении и дороги. Кроме того, их использование предусматривает работу с лазерными передатчиками, к которым также предъявляются повышенные требования в отношении спектральной чистоты излучения, высокой стабильности всех характеристик излучения и т.д.
Для систем со скоростями до 100 Мбит/с и ограниченными дальностями (порядка до 10 км) часто оказывается предпочтительным использования кабелей с относительно дешевыми и легко сопрягаемыми с оконечными устройствами многомодовыми волокнами. Здесь возможно применение в качестве источников несущих колебаний лазерных полупроводниковых диодов наиболее простого типа с многомодовым излучением и без специальных сложных систем стабилизации. Более того, во многих случаях становится оправданным использование таких источников некогерентного излучения, как светодиоды.
Наконец, для коротких связей, с дальностью приблизительно до 1 км, применяют кабельные линии с полимерными волокнами относительно большого диаметра (диаметр сердцевины световода 200 мкм и более). На первое место здесь выходят высокие технологичность и конструктивность, прочность и надежность, простота стыковки, ремонтоспособность с одновременными жертвами по показателям, обеспечивающим высокие скорости и дальность передачи. В таких кабелях относительно велики потери (20 дБ/км и более) и дисперсионные искажения.
В заключении нужно еще сказать, что в оптическом диапазоне появились особые возможности реализации многих устройств волноводной и волноводно-электронной техники в микромодульном и интегральном исполнениях. Так, наиболее употребительные типы передающих и приемных устройств уже выпускаются промышленностью в виде весьма малых по размерам оптоэлектронных модулей. Освоены и переключатели с несколькими световодными выходами и электронными управлением. Предвидится широкое освоение интегральной оптики и оптоэлектроники с выпуском различных функциональных модулей – внешних модуляторов, световодных коммутаторов, регенераторов, приёмно-предающих модулей, модулей гетеродинной обработки оптических сигналов и т.п.
При всех достоинствах оптического диапазона нельзя не учитывать и те большие трудности, которые стоят на пути его освоения. Многие элементы и узлы здесь изготавливаются с очень сложной технологией и почти на пределе технических возможностей. Достаточно принять во внимание, что допуски на геометрические размеры составляют долю длины волны, т.е. долю микрометра. В полной мере элементный базис оптического диапазона еще далеко не разработан и тем более не освоен промышленностью. Наконец, в этом диапазоне есть и некоторые принципиальные, диалектически неизбежные недостатки. Отметим наиболее существенные из них.
Повышение несущей частоты на несколько порядков по сравнению с радиотехническим диапазоном приводит к очень большим трудностям в решении задач стабилизации частот и синхронизации генераторного оборудования. При небольших относительных уходах частоты оптического сигнала их абсолютные значения оказываются намного больше ширины спектра, обусловленной модуляцией. Ясно, что при этом ограничиваются возможности и эффективность полосовой фильтрации, соответственно ухудшается отношение сигнала-шум.
Нестабильность частот, а также эффекты, связанные с многомодовостью оптических сигналов, приводят к относительно большим дисперсионным искажениям, ограничивающим качество и дальность передачи. Указанные эффекты препятствуют использованию когерентных способов обработки сигналов. Даже обычное в радиотехнических системах гетеродинирование наталкивается здесь на необходимость весьма сложных технических решений.
Кроме того, большие трудности возникают при их использовании из-за опасности возникновения микроизгибов, микротрещин. Существуют свои проблемы осуществления надежных соединений между отрезками (строительными длинами) кабельных магистралей.
Линейный тракт ВОСП может быть организован несколькими способами. Различают следующие принципы построения ВОСП: двухволоконный однополосный однокабельный или классический, одноволоконный однополосный однокабельный, одноволоконный многополосный однокабельный или со спектральным уплотнением.
Для модуляции оптической несущей информационным сигналом используют частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризационную (ПМ) модуляции по интенсивности (МИ) и др.
В подавляющем большинстве используется модуляция по интенсивности оптического излучения. Широкое применение МИ объясняется тем, что этот вид модуляции в широком диапазоне частот выполняется для используемых в оптических передатчиках полупроводниковых источников излучения (светодиодов, лазерных диодов) простыми техническими средствами. Для управления интенсивностью излучения полупроводникового источника достаточно изменять ток инжекции (ток накачки) в соответствии с модулирующим сигналом. Это легко обеспечивается электронной схемой возбуждения в виде усилителя тока. Модуляция интенсивности оптического излучения приводит и к простым решениям обратного преобразования оптического сигнала в электрический. Действительно, фотодетектор, входящий в состав фотоприемника, является квадратичным прибором, выходной ток которого пропорционален квадрату амплитуды оптического поля, т.е. мощность падающего на фоточувствительную поверхность оптического сигнала. Следовательно, подавая модулированный по интенсивности оптический сигнал непосредственно на фотодетектор, можно очень просто преобразовать его в электрический с сохранением в идеальном случае формы модулирующего сигнала.
Рассмотренный выше принцип приема оптического сигнала относится к методу прямого фотодектирования (некогерентный прием, энергетический прием). Другим методом приема является метод фотосмещения (когерентный прием, гетеродинный и гомодинный прием и т.д.).
Гетеродинный прием реализуется значительно сложнее метода прямого детектирования и требует совмещения волнового фронта поля гетеродинного излучения с волновым фронтом поля сигнала. В результате фотодтектирование суммарного поля выделяется сигнал промежуточной (разностной) частоты, амплитуда, частота и фаза которого соответствуют указанным параметрам принимаемого оптического сигнала.
Гомодинный прием отличается от гетеродинного тем, что частоты излучения гетеродина, и передатчика совпадают. Он дает дополнительное улучшение отношения сигнала-шум до 3 Дб, но его практическая реализация еще более затруднена в связи с необходимостью фазовой автоподстройкой частоты лазерного гетеродина.
В настоящее время в качестве оконечной аппаратуры в ВОСП, как правило, используется ЦСП, т.е. ВОСП строятся как цифровые. Это объясняется существенным преимуществом ЦСП по сравнению с аналогами: высокая помехоустойчивость, малая зависимость качества передачи от длины линейного тракта, высокие технико-экономические показатели и др. Аналоговые системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) пока не применяются на ВОЛС из-за сравнительно высокой нелинейности источников оптического излучения и технической сложности обеспечения требуемой для аналоговой передачи помехозащищенности. Тем не менее, исследования в области аналоговой ВОСП показывает их перспективность в ряде областей (оптическое кабельное телевидение, телеметрия, системы оперативной и служебной связи).
| Перейти к предыдущей части | Перейти к содержанию |
