Передача данных по оптоволоконным кабелям

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ СПО ПЕРЕСЛАВСКИЙ КИНОФОТОХИМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

РЕФЕРАТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ»

«ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО ОПТОВОЛОКОННЫМ КАБЕЛЯМ»

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 090108

«ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»

Выполнил: Андриянов А.С.

Группа: 30-б

Руководитель работы:

Чекин С.К.

Г. Переславль-Залесский 2010 г.



Содержание

Введение

История

Оптическое волокно и вкратце о нем

Состав оборудования оптоволоконной системы

Работа оптоволоконной системы видеонаблюдения

Защищенность оптоволоконных систем от помех и НСД

Типы модуляции в оптоволоконных системах

Усилители

Технология

Передатчики

Приемники

Разделение длины волны

Расстояние полосы пропускания

Дисперсия

Ослабление сигнала1

Диапазоны волн передачи сигналов

Регенерация

Сравнение с электрической передачей

Приложение

Заключение



Введение

Оптическое волокно используется многими телекоммуникационными компаниями, чтобы передать телефонные сигналы, интернет-коммуникацию, и сигналы кабельного телевидения. Из-за намного более низкого ослабления и вмешательства, оптическое волокно имеет большие преимущества перед существующим медным проводом на длинные расстояния и в сохранении высоких требования к передающей информации. Однако, развитие инфраструктуры в пределах городов было относительно трудным и отнимали много времени. Оптические волоконные системы были сложны и дороги при установке и в эксплуатации. Из-за этих трудностей, оптические волоконные системы в коммуникациях связи были прежде всего установлены в местах с большими расстояниями, где они используются с их обеспечением передачи полного объёма нужной информации, компенсируя увеличенную стоимость. С 2000 цены на оптические волоконно-оптические коммуникации значительно понизились. Цена за подводку волокна к дому в настоящее время стали более рентабельными, чем при применении медных кабелей в сети.

С 1990, когда рост систем волоконно-оптической связи стали коммерчески доступными, телекоммуникационная промышленность провела обширную сеть междугородних и заокеанских линий связи из оптического волокна. К 2002 г. межконтинентальная сеть связи достигла 250 000 км подводного кабеля с несущей мощность в 2.56 Tb/s.



История

В 1966 Чарльз К. Као и Джордж Хокхам предложили оптические волокна в Лабораториях STC (STL), Harlow, когда они показали, что потери 1000 децибелов/км в существующем стекле (по сравнению с 5-10 децибелами/км в коаксиальном кабеле) происходили из-за загрязнителей, которые могли потенциально быть удалены.

Оптическое волокно было успешно развито в 1970, в работе «Грануло стеклянные работы», где с низким ослаблением сигнала в средствах связи (20dB/km) и в то же самое время лазеры полупроводника GaAs были развиты так, что они были компактными и поэтому подходящим для того, чтобы передать свет через волокно оптические кабели на длинные расстояния.

После периода исследования, начинающегося с 1975, была создана первая коммерческая оптико-волокнная система связи, которая работала с длиной волны приблизительно 0.8 мкм и использовала лазеры полупроводника GaAs. Эта система первого поколения работала с небольшой величиной передачи 45 Mbps с интервалом ретрансляции до 10 км. Вскоре 22 апреля 1977, общий телефон и электронная система послали первое живое видео по телефону через волоконную оптику с разрешением в 6 Mbps в Лонг-Бич, Калифорнии. {км}

Второе поколение оптическо-волокной связи было развито для коммерческого использования в начале 1980-ых, работало с длиной волны в 1,3 мкм, и использовало лазеры полупроводника InGaAsP. Хотя эти системы были первоначально ограничены дисперсией, в 1981 волокно единственного способа было показано, чтобы очень улучшить работу системы. К 1987, эти системы управляли в скоростях передачи битов до 1.7 Gb/s с интервалом ретранслятора до 50 км.

Первый трансатлантический телефонный кабель, который использует оптическое волокно, основанный на TAT-8 Дезервайр, оптимизировал лазерную технологию увеличения сигнала. Это вошло в операцию в 1988.

Оптические волоконно-оптические системы третьего поколения, которые проводят волну в 1.55 мкм, имели потери приблизительно 0.2 децибелов/км. Они достигли этого несмотря на более ранние трудности с распространением импульса в той длине волны, используя обычные лазеры полупроводника InGaAsP. Ученые преодолели эту трудность при использовании перемещающих дисперсию волокон, разработанных, чтобы иметь минимальную дисперсию в 1.55 мкм или ограничивая лазерный спектр единственным продольным способом. Эти достижения в конечном счете позволили системам третьего поколения работать коммерчески в 2.5 Gbit/s с интервалом ретранслятора сверх 100 км.

Четвертое поколение оптических волокном систем коммуникации использовало оптическое усиление сигнала, чтобы уменьшить потребность в ретрансляторах и мультиплексировании разделения длины волны, чтобы увеличить вместимость данных. Эти два усовершенствования вызвали революцию, которая привела к удвоению вместимости системы каждые 6 месяцев, начинающей в 1992, до тех пор, пока не было достигнуто больше нормы 10 Tb/s к 2001. Недавно, скорости передачи в битах 14 Tbit/s были достигнуты по единственной 160-километровой линии, используя оптические усилители.

Центр развития для пятого поколения оптических волокном коммуникаций находится на распространении диапазона длины волны, по которому может работать система WDM. Обычное окно длины волны, известное как полоса C, покрывает диапазон длин волн 1.53-1.57 мкм, и новое сухое волокно имеет окно низкой потери, обещающее расширение того диапазона к 1.30-1.65 мкм. Другие события включают понятие «optical solitons» пульсация которого сохраняет их форму, противодействуя эффектам дисперсии с нелинейными эффектами волокна при использовании пульсации определенной формы.



Оптическое волокно и вкратце о нем

При построении оптических систем ВОЛС используют многомодовое и одномодовое оптоволокно.

Оптическое волокно состоит из ядра и оболочки. Материалом ядра оптоволокна служит сверхчистое кварцевое стекло, которое и является основной средой передачи по оптоволокну. Удержание светового импульса происходит вследствие того, что коэффициент преломления материала ядра (N1) больше чем у оболочки (N2). Так происходит полное отражение светового луча внутри ядра оптоволокна.

Многомодовое оптическое волокно 50/125 nm и 62,5/125 nm позволяет передавать одновременно несколько сотен разрешенных световых мод, вводимых в оптоволокно под разными углами. Все разрешенные моды имеют разные траектории распространения и, соответственно, различное время распространения по оптическому волокну. Поэтому главный недостаток многомодового оптоволокна - большая величина модовой дисперсии, ограничивающая полосу пропускания, и соответственно, дальность передачи по волокну оптических передатчиков. Многомодовое оптоволокно используется в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) для передачи по волокну на расстояние не более 4-5 км.

Для уменьшения модовой дисперсии и сохранения высокой полосы пропуская, на практике применяют оптические волокна с градиентным профилем показателя преломления сердцевины кабеля. В отличие от стандартных многомодовых оптических волокон, имеющих постоянный профиль преломления материала ядра, такое оптоволокно имеет показатель преломления N, который плавно уменьшается от центра к оболочке.

Одномодовое оптическое волокно 9/125 nm сконструировано таким образом, что в ядре оптоволокна может распространяться только одна, основная мода. Именно поэтому такие оптические волокна имеют наилучшие характеристики, и наиболее активно используются при строительстве ВОЛС. Основные преимущества одномодовых оптических волокон - малое затухание 0,25 db/км , минимальная величина модовой дисперсии и широкая полоса пропускания.

Типы оптических волокон

В настоящее время используют два типа оптического волокна: многомодовые и одномодовые. Все современные оптические волокна, использующиеся для построения сетей передачи данных имеют одинаковый внешний диаметр равный -- 125 мкм. Для механической защиты волокна покрывают оболочкой (первичное буферное покрытие) её толщина -- 250 мкм. Для упрощения работы с многоволоконными кабелями, буферное покрытие волокон находящихся в одном кабеле окрашивают в различные цвета. Для кабелей, в которых используется большое количество волокон, оптические волокна склеиваются в плоские шлейфы (чаще всего по 8 волокон). Далее эти шлейфы укладывают параллельно в «стопки» и помещают в специальные полости внутри оболочки кабеля. Таким образом, достигается максимально плотная паковка волокон в кабель с ограниченным внешним диаметром. Оптические волокна использующиеся для кабелей предназначенных для прокладки внутри помещений и для кабелей применяемых для изготовления соединительных шнуров, обычно покрывают ещё одной оболочкой (вторичное буферное покрытие), её толщина -- 900 мкм. В многоволоконных кабелях эту оболочку так-же делают различных цветов. Многомодовые волокна

Рис.1 Распространение света через многомодовое оптическое волокно

Рис.2 многомодовое оптическое волокно - G 50/125мкм

Многомодовое волокно -- волокно с большим диаметром сердцевины по которой проходит свет. Такое название объясняется спецификой прохождения электромагнитной волны по сердечнику волокна (см. ниже). В стандартном многомодовом волокне со ступенчатым профилем преломления, лучи света распространяются по сердцевине волокна благодаря эффекту полного внутреннего отражения. При этом, лучи света встречающие границу (торец оптического волокна) под острым углом (измеренным относительно осевой линии), входя во внутрь волокна, полностью отражаются, двигаясь в сердцевине волокна. Критический угол (максимальный угол для полного внутреннего отражения) определяется средой преломления между материалами оболочки и сердцевины волокна. Лучи, которые сталкиваются с границей под углом большим, чем критический, преломляются, проходя из сердцевины в оболочку, и не передают свет, т. е. информацию вдоль волокна. Критический угол равен максимальному углу входящего в волокно излучения и зависит от величины диаметра сердцевины волокна. Высокая числовая апертура (диаметр сердцевины) вынуждают свет проходящий под различными углами, подвергаться эффекту дисперсии, при этом происходит существенное наложение лучей света в сердцевине. Большой диаметр сердцевины увеличивает дисперсию, поскольку лучи под различными углами имеют различные длины траекторий и поэтому затрачивают различное время на прохождение всей длины волокна.

МОВ состоят из сердцевины и оболочки. Снаружи волокна имеют до нескольких защитных буферных покрытий (оболочек).

Структура стандартного многомодового оптического волокна G 50/125 мкм:

диаметр светопроводящего ядра 50 ± 3 мкм;

внешний диаметр оптического волокна 125 ± 2 мкм;

внешний диаметр первичной защитной оболочки 250 ± 10 мкм;

внешний диаметр вторичной защитной оболочки 900 ± 10 мкм

Многомодовые волокна со ступенчатым профилем

Первые волокна для передачи данных были многомодовыми со ступенчатым профилем показателя преломления. Для распространения света благодаря полному внутреннему отражению, необходимо иметь показатель преломления стекла сердцевины n₁, немного большим, чем показатель преломления стекла оболочки n₂. На границе раздела двух стеклянных сред должно выполняться условие: n₁ > n₂. Если показатель преломления сердцевины оптического волокна n₁ одинаков по всему поперечному сечению, то тогда говорят, что волокно имеет ступенчатый профиль. Такой волоконный световод является многомодовым. Импульс света, распространяющийся в нем, состоит из многих составляющих, направляемых в отдельных модах световода. Каждая из этих мод возбуждается на входе волокна под своим определённым углом ввода в световод и направляется по нему вдоль сердцевины, проходя с различным траекториями движения луча. Каждая мода проходит разное расстояние оптического пути и поэтому проходит всю длину световода за разное время. При этом, если мы подадим на вход световода короткий (прямоугольный) импульс света, то на выходе многомодового световода получим «размытый» по времени импульс. Эти искажения, обусловленные дисперсией времени задержки отдельных мод, называются модовой дисперсией.

Многомодовые волокна с градиентным профилем

В многомодовом оптическом волокне со ступенчатом профилем, моды распространяются по оптическим путям разной длинны и поэтому приходят к концу световода в разное время. Эта дисперсия может быть значительно уменьшена, если показатель преломления стекла сердцевины уменьшается параболически от максимальной величины n₁ у оси световода, до величины показателя преломления n₂ на поверхности границы раздела с оболочкой. Оптический волновод с таким профилем, (когда показатель преломления плавно изменяется) называется градиентным волоконным световодом. Лучи света проходят по такому волокну по волно- или винтообразным спиралям. Чем дальше отклоняется луч света от оси световода, тем сильнее он заворачивается обратно к оси. При этом, так как показатель преломления от оси к краю сердцевины уменьшается, то увеличивается скорость распространения света в среде. Благодаря этому более «длинные» оптические пути компенсируются меньшим временем прохождения. В результате различие временных задержек различных лучей почти полностью исчезает.



Состав оборудования оптоволоконной системы

Как правило, оптоволоконная система включает передатчик видеосигнала, преобразующий электрические видеосигналы в оптическое излучение, приемник видеосигнала, преобразующий оптическое излучение обратно в электрические видеосигналы и собственно оптическое волокно, соединяющее передатчик и приемник. Обладая чрезвычайно низкими потерями, оптоволоконные системы могут передавать видеосигналы на расстояния до нескольких десятков километров без использования промежуточных усилителей, намного превосходя по этому параметру коаксиальные и проводные системы передачи видеосигналов. Другой особенностью оптоволоконных систем является их высокая пропускная способность, которая обусловлена высокой частотой колебаний световых волн, распространяющихся по оптоволокну. Скорость передачи видеосигналов через оптоволоконные системы ограничивается только пропускной способностью передающего и приемного модуля системы, и может составлять более 10 миллиардов бит/с.

Оптоволоконные системы на оборудовании IFS

Работа оптоволоконной системы видеонаблюдения

Все оптоволоконные системы имеют примерно одинаковую структуру. На передающем конце оптоволоконной линии находится светодиод или лазерный диод, излучение которого модулируется по амплитуде передаваемым сигналом, поступающим от источника информации. В качестве передаваемого сигнала может выступать видеосигнал от телекамеры, сигнал управления поворотным устройством телекамеры, аудиосигнал и другие сигналы, подлежащие передаче. Прежде чем направить такой сигнал на излучающий светодиод, он предварительно модулируется в амплитудном, частотном или импульсном модуляторе. Использование в оптоволоконной системе такого модулятора в передатчике в паре с демодулятором приемника позволяет одновременно передавать по оптоволокну несколько сигналов различного типа.

При передаче световое излучение лазерного диода модулируется по яркости в такт с передаваемым сигналом модулятора. Оптическое излучение передается по оптоволоконной линии на приемный модуль, где установлен фотодиод, преобразующий модулированный по яркости свет в электрические колебания. После детектирования модулированного оптического видеосигнала он поступает на демодулятор, который разделяет принятый комбинированный сигнал на сигналы отдельных передаваемых каналов. Вид модуляции оптического сигнала и количество одновременно передаваемых по оптоволоконной линии сигналов выбирается, исходя из решения конкретных технических задач.

Защищенность оптоволоконных систем от помех и несанкционированного доступа

Одним из преимуществ, отличающих оптоволоконные системы, является абсолютная защищенность оптоволокна от электрических помех, наводок и полное отсутствие излучения во вне. Это объясняется тем, что в оптическом канале связи для передачи информации используется световой сигнал, никак не взаимодействующий с электромагнитными полями, а само оптоволокно является диэлектриком и по своей природе не может никак взаимодействовать с электрическими и магнитными полями. Несмотря на чрезвычайно малый диаметр, оптическое волокно может выпускаться в прочной внешней оболочке, выдерживающей большие механические нагрузки, а также гарантирующей длительную работу в сырых помещениях и агрессивных средах. Некоторые типы оптических кабелей допускают их прокладку непосредственно в земле, что резко удешевляет и ускоряет монтажные работы. Все оптоволоконные системы отличаются повышенным уровнем безопасности, так как передаваемый сигнал не излучается за пределы оптического волокна и к нему невозможно подключиться для несанкционированного перехвата.

Типы модуляции в оптоволоконных системах

Для передачи по одному оптоволокну одновременно нескольких независимых сигналов применяются методы временного и частотного уплотнения сигналов. Для этого в оптоволоконные системы наиболее часто устанавливают оптические мультиплексоры с частотным (спектральным) разделением каналов, которые объединяют несколько передаваемых сигналов в один. Каждый источник сигнала передается лучами с различными длинами волн. Эти лучи проходят по оптоволоконной линии независимо и не взаимодействуют друг с другом. Такой вид модуляции называется WDM (wavelength division multiplexing). Он повышает пропускную способность оптоволоконной системы и позволяет осуществлять одновременную двунаправленную передачу информации.

Другие виды модуляции оптического сигнала, которые используют оптоволоконные системы:

частотно модулированное частотное мультиплексирование FM-FDM (frequency-modulated frequency division multiplexing), амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой, частотное мультиплексирование AVSB-FDM (amplitude vestigial sideband modulation, Frequency division multiplexing) - обеспечивает одновременную передачу по одной оптоволоконной линии до 80 каналов.

Импульсно кодовая модуляция, частотное мультиплексирование PCM-FDM

Комбинации вышеперечисленных методов модуляции.

Для создания оптоволоконной системы видеонаблюдения АРМО-Системы предлагает широкий спектр оборудования компании IFS, включающий передатчики и приемники видеосигнала, мультиплексоры, трансиверы, повторители, разветвители и др.

Усилители

Расстояние передачи оптической волоконной системы связи было традиционно ограничено ослаблением волокном передачи сигнала и искажением информации (например, изображения. При использовании оптикоэлектронных ретрансляторов, эти проблемы были устранены. Данные ретрансляторы преобразовывают сигнал в электрический сигнал, и затем используют передатчик, чтобы послать сигнал снова в более высокой интенсивности, т.е. сигнал, равный входному. Из-за высокой сложности с мультиплексированными сигналами современного разделения длины волны (включая тот факт, что они должны были быть установлены на расстояниях каждые 20 км), стоимость этих ретрансляторов очень высока.

Альтернативный подход состоит в том, чтобы использовать оптический усилитель, который усиливает оптический сигнал непосредственно, не имея необходимость преобразовывать сигнал в электрическую область. Это достигнуто лакируя длину волокна с редко-земным минеральным покрытиями и накачивая световой сигнал лазером с более короткой длиной волны, чем сигнал коммуникаций (обычно 980 нм). Усилители в значительной степени заменили ретрансляторы в новых сооружениях.

Технология

Современные оптико-волокннные системы связи включают оптическое передающее устройство, чтобы преобразовать электрический сигнал в оптический и послать в оптическо-волокнный кабель, содержащий связки многократных оптических волокон, который разбит подземными трубопроводами и зданиями, также многократные виды усилителей, оптический приемник, чтобы возвратить сигнал как электрический. Передаваемая информация -- типично цифровая информация, произведенная компьютерами, телефонными системами и компаниями кабельного телевидения.

Передатчики

Модуль GBIC, является по существу оптическим и электрическим приемопередатчиком

Лазерный диод

Наиболее обычно-используемые оптические передатчики -- полупроводниковые устройства, испускающих свет диодов (LEDs) и лазерные диоды. Различие между LEDs и лазерными диодами - то, что LEDs производят несвязный свет, в то время как лазерные диоды производят последовательный свет. Для использования в оптических коммуникациях полупроводниково-оптические передатчики должны быть разработаны, чтобы быть компактным, эффективным, и надежным, работая в оптимальном диапазоне длины волны, и непосредственно смодулированы в высоких частотах.

В его самой простой форме, ведомое передовое p-n соединение, которое испуская свет через непосредственную эмиссию, явление, названное электролюминисцентным. Испускаемый свет является несвязным с относительно широкой спектральной ширинjq 30-60 нм. ВЕДОМАЯ передача световых лучей также неэффективна, с только приблизительно с 1 % величиной входа, или приблизительно 100 микроватт, в конечном счете преобразованных в изначальную величину, которая была соединена оптическим волокном. Однако, из-за относительно простого проекта, LEDs очень полезны для дешевых применений.

Коммуникации LEDs обычно сделаны от фосфида арсенида галлия (GaAsP) или арсенида галлия (GaAs). Поскольку GaAsP LEDs работают с более длинной длиной волны, чем GaAs LEDs (1.3 микрометра против 0.81-0.87 микрометров), их спектр продукции более широк величиной приблизительно в 1.7. Большая ширина спектра LEDs вызывает более высокую дисперсию волокна, значительно ограничивая их продукт расстояния нормы в битах (общая мера полноценности). LEDs являются подходящими прежде всего для заявлений локальной сети со скоростями передачи битов 10-100 Mbit/s и расстояний передачи нескольких километров. LEDs были также развиты, что использует несколько квантовых колодцев, чтобы испустить свет в различных длинах волны по широкому спектру, и используется в настоящее время для локальной области сети WDM.

Лазер полупроводника испускает свет через стимулируемую эмиссию, а не непосредственную эмиссию, которая приводит к высокой выходной мощности (~100 мВт) в том числе и другие преимущества, связанные с природой последовательного света. Продукция лазера относительно направлена, позволяя высокую эффективность взаимодействия (~50 %) в оптических волокнах единственного способа. Узкая спектральная ширина также позволяет высокие скорости передачи битов,так как это уменьшает эффект цветной дисперсии. Кроме того, лазеры полупроводника могут быть смодулированы непосредственно в области высоких частот из-за короткого времени рекомбинации.

Лазерные диоды часто непосредственно модулируются, которая является легкой продукцией и управляется потоком, примененным непосредственно на устройстве. За очень высокие нормы данных, т.е. очень длинных расстояний связи, лазерным источником может управлять непрерывная волна и свет, смодулированный внешним устройством, типа модулятора electroabsorption или интерферометром Zehnder. Внешняя модуляция увеличивает расстояние связи, устраняя лазерный шум, который расширяет сигнал (уменьшает часту колебаний), смодулированных лазерных лучей, увеличивая тем самым цветную дисперсию луча в волокне.

Приёмники

Главный компонент оптического приемника - фотодатчик, который преобразовывает свет в электричество, используя фотоэлектрический эффект. Фотодатчик - типично фотодиод на основе полупроводника. Несколько типов фотодиодов включают p-n фотодиоды, фотодиоды «булавки», и фотодиоды «лавины». Металл металического полупроводника (MSM фотодатчики) также используется из-за их пригодности для интеграции кругооборота в мультиплексорах разделения длины волны и регенераторах.

Оптически-электрические конвертеры -- обычно вместе с transimpedance усилителем и ограничивающим усилителем, чтобы произвести цифровой сигнал из поступающего электрическго сигнала (накопление электронов в пикселях) от поступающего оптического сигнала (электромагнитное излучение), который может быть уменьшен и искажен, проходя через канал. Далее происходит обработка сигнала -- восстановление его првоначальной формы от управляемых данных, выполненный замкнутой фазовой петлёй, может также быть применено прежде, чем данные переданы.

Оптическое волокно

Оптическое волокно TOSLINK телеграфирует с ясным жакетом

Оптическое волокно (световод) -- стеклянное или пластмассовое волокно, которое несет свет по его длине.

Нити из оптически прозрачного материала используются для передачи информации световыми импульсами, с использованием эффекта полного внутреннего отражения.

Оптические волокна используются в сетях передачи данных вместо металлических проводов, т.к. сигналы проходят по ним с меньшим количеством потерь и что важно, совершенно не подвержены действию внешних электромагнитных излучений.

Разделение длины волны

Разделение длины волны мультиплексирующее (РДМ) -- практика умножения полезной мощности оптического волокна, добавляя новые каналы, когда каждый канал работает на новой длине волны света. Это выполнякт мультиплексатор разделения длины волны в передающем оборудовании и демультиплексатор (по существу спектрометр) в оборудовании образования таких сигналов. Выстраиваемые трения волновода обычно используются для мультиплексирования и demultiplexing в РДМ. Используя технологию РДМ, теперь коммерчески доступная полоса пропускания сигнала волокном может быть разделена на целых 160 каналов^[4] и поддерживать объединенную скорость передачи битов в диапазон terabits в секунду.

Расстояние полосы пропускания

Поскольку эффект увеличений дисперсии зависит от длины волокна, система передачи сигнала волокнм часто характеризуется ее изделием в зависимости от расстояния полосы пропускания, часто то выражалось в единицах MHzГ-км. Ценность продукта заключается в сочетании характеристик работы системы -- полос пропускания и расстояния, что по отдельности не рассматривается. Например, общее многорежимное волокно с продуктом расстояния полосы пропускания 500 MHzГ-км могло нести сигнал в 500 МГц на длине 1 км или сигнала в 1000 МГц на 0.5 км (что не приемлимо).

Через комбинацию авансов в управлении дисперсией, мультиплексирования разделения длины волны и применения оптических усилителей современные оптические волокна могут нести информацию в пределах 14 Terabits после всех применений новшеств более, чем на 160 километров волокна [4]. Инженеры всегда смотрят на текущие ограничения, чтобы улучшить оптико-волокную связь и исследуют несколько в настоящее несколько ограничений упрощения передач сигнала.

Дисперсия

Для современного стеклянного оптического волокна, максимальное расстояние передачи ограничено не прямым материальным поглощением, а несколькими типами дисперсии, или распространениями оптического импульса, поскольку дисперсии распространяются по волокну. Дисперсия в оптических волокнах вызвана разнообразием факторов. Связанная с использованием различных видов передачи сигнала, дисперсия вызванная различными осевыми скоростями различных поперечных способов распространения волн, ограничивает работу многофункционального волокна. Поскольку волокно единственного способа (однофункциональное) поддерживает только один поперечный способ, поэтому распространение волны с использованием различных видов транспорта исключает дисперсию.

В единственном способе работы волокна прежде всего она ограничена цветной дисперсией (так называемая дисперсия скоростей группы), которая происходит потому, что преломление стекла изменяется немного в зависимости от длины волны света и свет от реальных оптических передатчиков обязательно имеет спектральную ширину отличную от нуля (из-за модуляции). Дисперсия способа поляризации, другой источник ограничения, происходит, потому что, хотя волокно единственного способа может выдержать только один поперечный способ, это может нести этот способ с двумя способами различной поляризацией и небольшие дефициты или искажения в волокне могут изменить скорости распространения для этих двух поляризаций. Это явление называют двупреломлением волокна и может противодействоваться поддерживающим поляризацию оптическим волокном. Дисперсия ограничивает полосу пропускания волокна, потому что распространившийся оптический импульс ограничивает возможность прхождения сигнала в режиме импульс может следовать друг за другом в волокне и все еще быть различимым в приемнике.

Немного дисперсии, особенно цветной дисперсии, может быть удалено компенсатором дисперсии. Это работает при использовании особенно в заданных длинах волокон, которые имеют противоположную дисперсию к вызванной волокном передаче, что обостряет импульс, который может быть правильно расшифрован электроникой.



Ослабление сигнала

Ослабление передающего сигнала волокном, которое требует использования систем его увеличения, вызвано комбинацией поглощения материалами, рассеиванием Рэлея, рассеивание Mie и в конечном слае потерей связи. Хотя поглощение материалами для чистого кварца -- приблизительно = 0.03 децибела/км (современное волокно имеет ослабление приблизительно 0.3 децибела/км), но примеси в оригинальных оптических волокнах вызвали ослабление сигнала приблизительно в 1000 децибелов/км. Другие формы ослабления вызваны физическими приложения сил к волокну, микроскопическими колебаниями плотности и несовершенными методами соединений.

Диапазоны волн передачи сигналов

Каждый из факторов, который вносит свой вклад в ослабление передачи сигнала оптическим волокном и дисперсию, зависит от оптической длины волны, однако существуют полосы длин волн, где эти эффекты являются самыми слабыми, делая эти полосы или окна самыми благоприятными для передачи. Эти окна были стандартизированы, и текущие определенные полосы - следующее:

Полоса	Описание	Длины волн
О полоса	oригинал	1260 to 1360 нм
E полоса	расширенный	1360 to 1460 нм
S полоса	короткие длины волны	1460 to 1530 нм
C полоса	обычные ("окно эрбия")	1530 to 1565 нм
L полоса	длинные волны	1565 to 1625 нм
U полоса	ультрадлинные волны	1625 to 1675 нм

Обратите внимание, что этот набор показывает, что текущая технология сумела соединить вторые и третьи окна первоначально, окна же были непересекающимися.

Исторически, первый используемоый диапазон дли волн был от 800 до 900 нм; однако высокие потери в этом диапазоне и в силу этого данный диаазон длин волн главным образом используется для связи на коротком расстоянии. Второе окно -- приблизительно 1300 нм, и имеет намного более низкие потери. Область имеет нулевую дисперсию. Третье окно - в целом в 1500нм и наиболее широко используется. Эта область имеет самые низкие потери ослабления сигнала и, следовательно, это достигает самого большого диапазона. Тем не менее это имеет небольшую дисперсию и используются компенсаторы дисперсии для удаления причин потерь.

Регенерация

Когда линия связи должна охватить большее расстояние на которое способна существующая оптическая волоконная технология, сигнал должен быть восстановлен в промежуточных пунктах в при помощи ретрансляторов. Ретрансляторы добавляют существенную стоимость в системе связи, и таким образом проектировщики системы пытаются минимизировать их использование.

Недавние достижения в волокне и оптической технологии коммуникаций связи уменьшили деградацию сигнала и в настоящее время регенерация (восстановление) оптического сигнала необходима на расстояниях сотен километров. Это очень уменьшило стоимость оптической организации сети, особенно по подводным промежуткам, где стоимость и надежность ретрансляторов -- один из ключевых факторов, определяющих работу целой кабельной системы. Главные достижения, вносящие свой вклад в эти усовершенствования работы -- управление дисперсией, которое стремится уравновесить эффекты дисперсии против нелинейности; и применяемые солитоны, которые используют нелинейные эффекты в волокне, чтобы позволить распространение без дисперсии по длинным кабелям, покрывающих большие расстояния.

Сравнение с электрической передачей

Мобильное оптическое волокно соединяет лабораторию, используемую, чтобы получить доступ и соединить подземные кабели

Подземное оптическое волокно соединяет вложение, открытое для соединения

Выбор между оптическим волокном и электрическим (или медь) при передаче сигнала определяется видом передаваемой энергии и является специфическим.

В области связи оптическое волокно вообще выбирается для систем, требующих более высокой полосы пропускания или охватывающих более длинные расстояния, чем электрическое телеграфирование. Главные выгоды волокна -- его исключительно низкая потеря, позволяющая покрыть длинные расстояния между усилителями или ретрансляторами; и ее неотъемлемо высокая пропускная способность данных, таких, что тысячи электрических связей были бы обязаны заменять единственный высокопропускаемый кабель из оптического волокна в возможности пропускания огромной полосы волн. Другая выгода волокон та, что даже когда работают друг рядом с другом на длинных расстояниях, волокно изолировано и по своей физике работы не способно создавать помехи соседнему кабелю. Волокно может быть установлено в областях с высоким электромагнитным излучениями , (со сторонам сервисных линий, несущих власть линий, и следов железной дороги). Все они диэлектрические кабели в случаях действия молнии при этом не нарушая функционирования.

Для сравнения, в то время как единственная линия системы кабелей из медных проводов в пределах более, чем нескольких километров, требуют действующих ретрансляторов сигнала для удовлетворительной работы; что весьма обычно для оптических систем пробежаться через 100 километров (60 миль), без активной или пассивной обработки. Кабели волокна единственного способа обычно доступны в 12-ти километровых длинах, минимизируя число соединений, требуемые для длинного кабеля, которым управляют. Многорежимное волокно доступно в длинах до 4 км, хотя индустриальные стандарты применяют с длиной в 2 км, дающие высокие гарантии в безаварийной связи.

На коротких расстояниях и относительно низких требованиях числа полос пропускания, электрическая передача часто предпочитается из-за:

· Уменьшенной материальной стоимости, где не требуются большие количества;

· Низкой стоимость передатчиков и приемников;

· Способности нести электроэнергию так же как сигналы (в особенно-разработанных кабелях);

· Непринужденность операционных преобразователей в способе прокладки линий;

Оптические волокна более трудоёмки и дороги при соединениях. В более энергоёмких оптических условиях оптические волокна восприимчивы к плавкому предохранителю волокна, которых немного и что слишком большая вероятность с дефицитом волокна, который может разрушаться несколько метров в секунду. Установка движения по кругу обнаружения плавкого предохранителя волокна в передатчике может нарушить кругооборот и минимизировать повреждение.

Из-за этих выгод электрической передачи, оптическая коммуникация не обычна в короткой коробка-к-коробке, объединительной плате, или заявлениях чип-к-чипу; однако, оптические системы в тех вариантах сравнений демонстрировались успешно в лаборатории.

В определенных ситуациях волокно может использоваться даже для короткого расстояния или низких заявлений полосы пропускания, из-за других важных особенностей:

· Неприкосновенность к электромагнитному вмешательству, включая ядерный электромагнитный пульс (хотя волокно может быть повреждено альфой и бета радиацией).

· Высокого электрического сопротивления, делая это закрытым, чтобы использовать близкое оборудование высокого напряжения или между областями с различными земными потенциалами.

· Легкого веса, например, в самолете.

· Не огнеопасно или взрывоопасно в случаях газовой окружающей среды.

· Не подвергается электромагнитному излучению и трудоёмкое при обнаружение, не подавая и не воспринимая сигналов в окружающей среде, обладая высокой безопасностью.

· Намного меньший размер кабеля, где ограничена зона продолжения, в случаях организации сети связи существующего здания, где можно сверлить меньшие каналы и может быть использовано в существующих кабельных трубочках и подносах.

Оптические кабельные волокна могут быть установлены в зданиях с тем же самым оборудованием, которое используется, чтобы установить медные и коаксиальные кабели, с некоторыми модификациями из-за небольшого размера и ограниченной напряженности напряжения и радиуса изгиба оптических кабелей. Оптические кабели могут типично устанавливаться в системах труб в промежутках 6000 метров или больше в зависимости от условия трубопровода и инсталяционной системы. Более длинные кабели могут быть намотаны в промежуточном пункте и тянуться дальше в системе трубопровода по мере необходимости.



Приложение

Фото	Описание	Параметры
Композитное видео (CV) и аудио
	611T - передатчик композитного видео сигнала по оптоволоконной линии, работающий в паре с приемником 611R. Система из этих устройств позволяет передавать сигнал быстрее и на более удаленное расстояние (до 5 км), чем по коаксиальному кабелю. Также преимуществом является полная развязка по «земле» между приемником и источником сигнала.	Произв.: Kramer Серия: Tools Артикул: KR0001372 Цена*: 9760 руб.
	611R - приемник композитного видео сигнала, передаваемого по оптоволоконной линии, работающий в паре с передатчиком 611T. Система из этих устройств позволяет передавать сигнал быстрее и на более удаленное расстояние (до 5 км.), чем по коаксиальному кабелю. Преимуществом является гальваническая развязка по «земле».	Произв.: Kramer Серия: Tools Артикул: KR0002811 Цена*: 9760 руб.
	3440-B1S - передатчик композитного видео сигнала и четырех каналов аудио по оптоволокну. Прибор выполнен в компактном корпусе и обладает высокой степенью надежности. Позволяет без помех и затуханий передать сигналы от источников до приемников AV сигналов отстоящих на расстоянии до 750 метров.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001800 Цена*: 27580 руб.
	3441-B1S - приемник композитного видео сигнала и четырех каналов аудио передаваемых по оптоволоконной линии. Прибор выполнен в компактном корпусе и обладает высокой степенью надежности. Позволяет без помех и затуханий передать сигналы от источников до приемников AV сигналов отстоящих на расстоянии до 750 метров.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001801 Цена*: 28500
Компонентное видео (YUV, RGsB, RGBS) и аудио
	7070-B1S - передатчик компонентного видео YUV сигнала и аудио по оптоволокну. Компактный передатчик сигналов по оптоволокну использует для передачи видео и аудио сигналов одну оптоволоконную линию. Позволяет соединить источник AV сигналов с приемниками, отстоящими на расстоянии до 750 метров. Обладает высокой степенью надежности.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001802 Цена*: 56981 руб.
	7071-B1S - приемник компонентного видео YUV сигнала и аудио, передаваемых по оптоволокну. Позволяет без помех и затуханий передать сигналы YUV и аудио высокого качества от источников до приемников отстоящих на расстоянии до 750 метров. Обладает высокой степенью надежности, что делает возможным его использование в инсталляциях любой сложности.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001803 Цена*: 56981 руб.
Компонентное видео (RGBHV) и аудио
	7220-B7S - передатчик сигнала RGBHV и стерео аудио сигнала по оптоволокну. Позволяет без помех и затуханий передать сигналы высокого качества 1366x768 (до WXGA) от источников до приемников отстоящих на расстоянии до 750 метров. Прибор обладает высокой степенью надежности, что делает возможным его использование в инсталляциях любой сложности.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001804 Цена*: 48200 руб.
	7221-B7S - приемник сигнала RGBHV и стерео аудио сигнала передаваемых по оптоволокну. Позволяет без помех и затуханий передать сигналы высокого качества 1366x768 (до WXGA) от источников до приемников отстоящих на расстоянии до 750 метров. Прибор обладает высокой степенью надежности, что делает возможным его использование в инсталляциях любой сложности.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001805 Цена*: 48200 руб.
	7223-B7S - приемник сигнала RGBHV и стерео аудио сигнала передаваемых по оптоволокну. Прибор позволяет не только принять аудио-видео сигналы, но и распределить их на четыре дисплея. Позволяет без помех и затуханий передать сигналы высокого качества 1366x768 (до WXGA) от источников до приемников отстоящих на расстоянии до 750 метров.	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001806 Цена*: 57000 руб.
	7225-B7S - приемник сигнала RGBHV и стерео аудио, повторитель сигналов передаваемых по оптоволокну. Компактный приемник сигналов RGBHV и аналогового стерео аудио по оптоволокну, позволяет не только принять RGBHV и аудио сигнал из оптоволоконной линии, но и передать сигнал по оптоволокну на следующий приемник (функция каскадирования).	Произв.: Commspecial Артикул: CM0001807 Цена*: 83400 руб.
DVI (активные кабели)
	M1-1POI - активный кабель DVI (вилка-вилка) с гибридной структурой, включающей в себя четыре многомодовых оптоволокна для передачи графических данных TMDS и медные проводники для сервисных сигналов DDC 2B, HDCP. Миниатюрные оптические передающий и принимающий модули встроены в корпуса разъемов и запитываются от питания в интерфейсе.	Произв.: Opticis Длина, м: Цена*, руб: 10 15000 15 17000 20 20000 30 26600 40 31501 50 37400 70 49480 100 68000
	M1-1POE - активный кабель DVI (вилка-вилка) с гибридной структурой, включающей в себя четыре многомодовых оптоволокна для передачи графических данных TMDS и медные проводники для сервисных сигналов DDC 2B, HDCP. Миниатюрные оптические передающий и принимающий модули встроены в корпуса разъемов и запитываются либо от питания в интерфейсе, либо от внешнего блока питания.	Произв.: Opticis Длина, м: Цена*, руб: 10 14500 15 17000 20 20000 30 26600 40 31501 50 37400 70 49480 100 68000



Заключение

Оператор получает возможность предоставлять абонентам и стандартные базовые услуги (стандартные аналоговые ТВ-каналы), и такие кажущиеся очевидными и необходимыми сервисы, как платное аналоговое и цифровое телевидение, телефонная связь, доступ в Интернет. В этом случае оптоволокно прокладывается до группы домов, а далее до абонентов идет разводка коаксиальным кабелем. Сопрягаются эти части при помощи оптического распределительного узла.

Оптоволоконные сети, безусловно, являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуют все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления.