Материал: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА

Однако, «голые» волокна в оптических кабелях не используются. И вот по какой причине. Для сохранения оптических свойств волокна в условиях эксплуатации необходимо защищать его поверхность от влаги и истирания во время операций намотки и изготовления ка-беля. Кроме того, голые стеклянные волокна при образовании на их поверхности микротрещин могут самопроизвольно, обрываться; это концентрацией механических напряжений на поверхности волокна. Поэтому стеклянную нить помещают внутрь защитного пла­стмассового покрытия. Чтобы не нарушить условия распространения световой волны в волокне (пластмасса это не воздух), его делают из двух слоев стекла: внутренний слой образует сердцевину волокна, а внешний слой является оболочкой. Показатель преломления оболочки ниже показателя преломления сердцевины, так что практически все световые лучи распространяются внутри сердцевины.

Сделать двухслойное волокно с различными показателями пре­ломления не так уж сложно. Когда на затравочном стержне наращи-вают слой кварцевого стекла, в нужный момент (т.е. при получении его толщины, соответствующей сердцевине волокна) в газовую смесь, подаваемую в горелку, добавляют присадки, которые изменяют пока-затель преломления следующего слоя - оболочки. Таким путем мож-но получить и волокно, состоящее из нескольких слоев с различными нолями преломления.

Оптические волокна, у которых показатель преломления меняется и (ступенькой) при переходе от сердцевины к оболочке (или к оболочкам), назвали ступенчатыми.

Обычно показатели преломления сердцевины и оболочки различа-ются не значительно. Например, если показатель преломления сердце-вины n₁ = 1.465, то показатель преломления оболочки n₂ = 1.460. Расчет по приведенной ранее формуле показывает, что в сердцевину войдут не все лучи, а только те из них, которые подходят к торцу под небольшим углом.

Рис. 7.10. Оптические волокна: многомодовое (а), градиентное (б), одномодовое (в)

Если к тому же сделать сердцевину очень тонкой, скажем 5... 10 мкм (это тоньше человеческого волоса), то по ней смо жет распространяться всего один луч, или одна мода. Весь же воло конный световод вместе с оболочкой имеет стандартный диаметр 125 мкм. Такой световод называется одномодовым (рис. 7.10, в), В него лучше направлять острый луч полупроводникового лазера (рис. 7.11), так как рассеянный поток света от светодиода ввести и тонкую сердцевину очень трудно.

На практике широко применяются также волокна с толстой серд цевиной - 50...80 мкм (внешний их диаметр оставляют неизменным 125 мкм). С такими световодами могут уже без особых сложностей «работать» недорогие и изготавливаемые в массовом количестве светодиоды. В связи с тем, что в толстую сердцевину волокна могу: войти (и будут распространяться по ней) сразу много лучей (или мод). а не один, как в одномодовом волокне, световод такой конструкции получил название многомодового (рис. 7.10, а).

У читателя может сложиться впечатление, что использовать мно гомодовое волокно гораздо выгоднее, чем одномодовое: и высокая точность изготовления сердцевины не требуется, и дорогостоящий источник света (полупроводниковый лазер) не нужен, и меньшие сложности возникают при соединении волокон друг с другом и волокна с источником (можно обойтись без специальных разъемов, изго-товленных с очень высокой точностью и потому стоящих очень дорого). Однако это не так. У многомодовых светодиодов есть один существенный недостаток, сводящий на нет все их преимущества.

Представьте себе, что по такому волокну передаются импульсы с очень высокой скоростью, например 1 Гбит/с (миллиард бит в секунду) Каждому импульсу соответствует очень короткая вспышка света длительностью 1 нс (миллиардная доля секунды - ее трудно даже себе представить! ). Так должно быть. И так было бы, если бы вдоль волокна распространялся всего один луч. Но в многомодовом волокне распространяется много лучей: один из них проходит более короткий путь вдоль оси сердцевины, а другие, которым приходится отражаться от боковой поверхности бесконечное число раз, - самый длинный путь. И это разница в пути возрастает с увеличением длины.

За счет опоздавших к «выходу на сцену» лучей световой импульс «разжимается» во времени. Сложится такая ситуация: уже давно пора передавать следующий импульс, а еще не «погасли» вспышки света от предыдущего. Чтобы этого не случилось, придется уменьшать скорость передачи до тех пор, пока вспышки света не будут четко отделены одна от другой интервалами времени.

Ограничение скорости передачи цифровой информации - вот основной недостаток многомодовых светодиодов. Предельная скорость передачи по ним - 20 Мбит/с. Зато по одномодовым световодам можно «гнать» информацию со скоростью 100 Гбит/с, т.е. в 5000 раз быстрее.

Для того чтобы реализовать достоинства многомодовых световодов и в то же время повысить скорость передачи информации по ним, ученые предложили делать световоды не ступенчатыми (т.е. не со скачкообразным изменением показателей преломления сердцевины и оболочки), а, как говорят специалисты, градиентными - с плавным ионием показателя преломления сердцевины от одного края до другого (рис. 7.10, б). Такой маневр позволяет в какой-то мере выров нять время хода различных лучей и уменьшить «размывание» (спо-циалисты говорят: дисперсию) световых импульсов. Скорость перо дачи по таким волокнам возрастает по сравнению со ступенчатыми волокнами в 100 раз, т.е. до 2 Гбит/с. При изготовлении градиентных волокон нужно следить за тем, чтобы количество присадок в газооб-разной смеси горелки, «отвечающих» за показатель преломления, при осаждении слоя сердцевины непрерывно менялось по нужному закону.

Итак, мы познакомились с различными типами оптических волокон Но волокна не применяются отдельно. Их объединяют в оптические кабели. По внешнему виду они очень походят на электрические и мо-гут содержать от нескольких десятков до нескольких сотен волокон.

Оптические кабели ни в чем не уступают электрическим! Их можно прокладывать в земле и под водой, подвешивать на опорах, протяги-вать в кабельных канализациях. Они легко изгибаются - световоды но ломаются даже тогда, когда радиус изгиба очень мал, меньше 1 см, они прочны на разрыв - само волокно из-за его однородности оказа-лось крепче стальной струны того же диаметра, да и в кабель вводятся специальные упрочняющие (армирующие) элементы; хорошо за-щищены от влаги и сырости - иначе бы стекло помутнело и изменило свои оптические свойства. Оптические кабели во многом превосходят электрические! Они имеют большую пропускную способность. При одинаковой пропускной способности они в 5-6 раз тоньше и в 10 pan легче электрических. Оптическим кабелям не страшны удары молний, их не разъедает коррозия; на них не влияют ни радиостанции, ни метрополитен; в них не рождаются взаимные помехи. А сколько де-фицитной меди экономят эти кабели! Между тем запасы кварцевого стекла в природе практически не ограничены. Без риска ошибиться предречем: за ними будущее.

Сейчас оптические кабели переживают свой «младенческий воз раст», но чуть ли не каждый день они находят себе новые примене-ния: связывают между собой города и континенты, соединяют АТС разных районов города, приходят в квартиры жителей.

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция городских (междугородных) медных кабелей связи?

2. Какие типы радиолиний вы знаете?

3. Как получают оптическое волокно?

4. Какие существуют типы оптических волокон?

5. Каким образом цифровой сигнал вводится в оптическое волокно?

6. В чем преимущества оптических кабелей по сравнению с медными?

Список литературы

1. Крук Б.И., Попов Г.Н. ...И мир загадочный за занавесом цифр: Цифровая связь. -2-е изд., испр. - Новосибирск: ЦЭРИС, 2001. - 264 с.

2. Белоруссов Н.И. Электрические кабели, шнуры и провода. Справочник. - М.: Энер-гоатомиздат, 1988.-536с.

3. Семенов А.Б. и др. Структурированные кабельные системы. - М.: Компьютер Пресс, 1999.-421 с.

4. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: ЭКО-Трендз, 1998. -266 с.

5. Скляров O.K. Современные волоконно-оптические системы передачи. - М.: СОЛОН-Р. 2001.-237 с.

Глава 8. Транспортные сети

8.1. Предпосылки создания транспортных сетей

В XXI в. мировое сообщество вступило в новую эру своего развития, названную глобальным информационным обществом (ГИО). Отличи тельной чертой ГИО является то, что в нем знания и информация при обретают роль внешних производственных факторов, становятся мл териальной основой существования общества.

Формируются целые отрасли, специализирующиеся на исполь-зовании высоких технологий, к которым в первую очередь относятся производство «информационных продуктов» (в том числе программ-ных) и эффективное их распределение в среде инфокоммуникаций.

Другой характерной особенностью ГИО является колоссальный рост объема телекоммуникационных услуг. Так, оборот услуг только по телефонным абонентам, теле- и радиослушателям составлявлляет свыше 800 млрд. долларов в год, а вместе с рынком инфокоммуника-ционных услуг (Интернет, локальные компьютерные сети, сети под-вижной связи и т.д.) достиг 1,5 трлн. долларов и продолжает расши-ряться. В мировой телекоммуникационной сети ежегодно устанавли-вается телекоммуникационное оборудование на сумму 200 млрд. долларов [1].

По существу мировое сообщество сейчас переживает третью ре-волюцию. Если в первой - сельскохозяйственной - главным деист-вующим лицом был землевладелец и главным ресурсом - земля, во второй - индустриальной - собственник капитала и главным ресур-сом - капитал, то в третьей - информационной - господствующей со-циальной группой становится собственник информации, а главным ресурсом - знания, информация.

Для эффективной передачи и распределения всех упомянутых выше видов информации в структуре ГИО создана и непрерывно раз-вивается Всемирная сеть связи (World wide communication network), представляющая из себя совокупность всех взаимосвязанных нацио-нальных сетей связи на земном шаре. Технической же основой любой современной сети связи являются информационные транспортные сети, предназначенные для высококачественной и безаварийной (бесперебойной) передачи (транспортировки) информации в виде стандартных или нормализованных цифровых потоков от производи­теля к потребителю.

8.2. Системы передачи для транспортной сети

Технической основой построения транспортных сетей являются телекоммуникационные системы передачи синхронной цифровой ие-рархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). Их внедрение на сетях началось в 80-е годы XX в. Принципиальным отличием систем SDH от ранее существовавших цифровых систем передачи считается что они не являются «производителями» информации, предназначены только для высокоэффективной передачи и распределения цифровых потоков формируемых как в традиционных структурах стандартной плезиохронной цифровой иерархии (Plesio-chronous Digital Hierarchy - PDH), так и в новых телекоммуникацион-ных технологиях - ATM, B-ISDN и т.д. Все указанные выше цифровые потоки «транспортируются» в системах SDH в виде информационных , названных виртуальными контейнерами (Virtual Container -VC). В структурах VC по транспортной сети переносится исходная цифровая информация, дополненная определенным количеством служебных информационных каналов, названных трактовыми заго-ловками (Path Overheard - РОН). В общем случае дополнительные каналы, предназначены для эффективного управления транспортной сетью и выполняют функции передачи оперативной, административ-ной и обслуживающей информации (Operation, Administration, Mainte-nance, OAM). Это обеспечивает высокие функциональные возможно-сти и высокую надежность сети связи.