Безжични оптични комуникационни канали. Томове: оптични комуникационни линии Технологии за оптични влакна

FOCL е система, базирана на предаване на данни чрез оптично влакно.

Оптичната комуникационна линия допринася за надеждно предаване на данни, има високо качество на комуникация. Системата може да работи независимо от наличието на електромагнитни смущения, а също така работи на големи разстояния без усилватели.

Този метод за предаване на информация се основава на използването на оптична технология, когато светлината е носител на информация.

Компоненти на FOCL

Оборудването на FOCL е обичайно да се разделя на активни и пасивни елементи.

Опростена схема на работата на всички компоненти е да се намери в единия край на кабела светодиод или лазерен диод, който предава сигнал.

При предаване на данни инфрачервеният диод генерира импулс според вида на сигнала. Фотокодерът в другия край на влакното приема и преобразува светлинния сигнал в електрически сигнал.

Активните компоненти на системата включват:

мултиплексор - устройство, което свързва няколко сигнала в един;
усилвател - ви позволява да увеличите мощността на предавания сигнал;
LED и лазерни диоди - източник на светлина в кабела;
фотодиод - приемник на сигнала на крайната част на влакното, преобразува получения сигнал;
модулатор - устройство за преобразуване на сигнал от електрически в оптичен.

Пасивни елементи на FOCL:

оптичен кабел - средата, през която се предава сигналът;
оптичен съединител - свързва няколко влакна;
оптичен кръст - устройство в края на кабела, което го свързва с активни елементи;
адхезии - снаждане на влакна;
съединители - устройства за изключване или свързване на кабел;
съединители - устройства за разпределяне на мощността на оптиката от няколко влакна в едно;
ключове - оборудване за преразпределение на оптични сигнали.

Конструкция на ВОЛЗ

Преди да започнете работа, свързана с изграждането на FOCL, е необходимо да се извършат редица предварителни работи, тоест да се създаде проект за FOCL.

Задачите му са да определя капацитета на бъдещите комуникационни линии; проучване на средата, през която ще работи системата; изчисляване на маса, обеми и обща цена на целия ВОЛС; създаване на защитна система за комуникационната линия; гарантиране на сигурността на предаваните данни.

Проектирането и изграждането на ВОЛС предвижда монтаж на оборудване, подготовка на среда за кабелна инсталация и закупуване на оборудване. Уреждане на получаването спецификацииза монтаж на комуникационни линии.

След извършване на горните етапи на проектиране и подготовка за работа се извършва монтаж на оборудване: полагане на кабели в земята, канализация, колектори; монтаж на модули, закрепване на куплунги, монтаж на всички активни компоненти. След монтажа необходимо оборудванесе вземат мерки за създаване на безопасни условия за кабела.

Готовият участък от комуникационната линия се тества за основни свойства.

Видове измервания

Тестването на оптична комуникационна линия се извършва чрез извършване на два вида измервания. Първият тип оценява затихването на сигнала от единия край на кабела до другия. От една страна е свързан лазер, от друга - фотодиод. Промяна в тока на данните между два компонента е показателна за загуба на влакна. Устройството, чрез което се открива затихването на сигнала, се нарича оптичен тестер.

Недостатъкът на това оборудване е невъзможността да се определи местоположението на повредата, поради което възникват загуби.

Вторият тип измервания на ВОКС е с помощта на оптичен рефлектометър. Устройството определя местоположението на дефектите в кабела, прави измервания на загубата на сигнал във всяка част на влакното. Данните се показват на екрана под формата на графики, които показват нивата на сигнала и разстоянията между различните точки на цялата система.

Оптичен бюджет

Оптичният бюджет характеризира максималното затихване в линията, което е възможно в комуникационната линия. Функционирането е възможно, ако бюджетът не е надвишен. Всички елементи на системата са разделени на такива, които създават сигнал в кабела и такива, които го намаляват, допринасяйки за затихването на потока от данни.

Елементите, генериращи сигнали, са приемо-предаватели и усилватели. Всички други елементи и оборудване създават смущения и влияят върху загубата на сигнал.

Производителите на системи посочват изчисляването на FOCL в документацията.

Работата по изчисленията се основава на отчитане на източниците на затихване във влакното, мултиплексорите, модулите, свързващите секции, наличието на разклонения. За да се изчисли оптичният бюджет на FOCL, е необходимо да имате данни за дължината на измерената секция от влакна в km, броя на връзките на оптичните панели и броя на заваръчните крепежни елементи.

За да се гарантира надеждността на цялата система, е необходимо да се вземе предвид възможността за увеличаване на загубите на сигнал поради външни фактори, независими от самата линия, както и поради стареене на оборудването.

В съвременния свят нуждата от комуникация непрекъснато нараства. Потребителите се нуждаят от все по-високи скорости на предаване, качество на комуникация и излъчвано съдържание (например качеството на цифровата телевизия). Доставчици - компании, които предоставят услуги кабелен интернет, безжичен интернет (Wi-Fi), IP-телефония, цифрова телевизия- необходимо е да се разширят възможностите на техните комуникационни линии. Можете да научите за тези и много други области на телекомуникациите на нашия уебсайт rcsz-tcc.ru.

Каналите, базирани на конвенционална усукана двойка, ограничават скоростта с голяма дължина на комуникационните линии и голямо натоварване (голям брой абонати) върху тях. Изходът беше намерен в най-модерните линии - оптични. По друг начин те се наричат още оптични комуникационни линии (FOCL). Какво е предимството на такива линии и как се постига?

Като за начало, малко история. Първият експеримент за предаване на светлинен сигнал е извършен и представен от Даниел Коладон и Жак Бабинет през 1840 г. Но първото практическа употребатехнология се появява едва през ХХ век. През 1952 г. физикът Нариндер Сингх Капани успя да проведе няколко изследвания, които доведоха до създаването на оптични влакна. Нариндер създава сноп от стъклени влакна, които представляват оптичен вълновод (вълновод - система за насочване на сигнали). Средната част на влакното има по-нисък индекс на пречупване от обвивката. В този случай сигналът ще премине напълно през ядрото и от обвивката ще се отрази обратно към ядрото. Така черупката действа като огледало. Преди изобретяването на такива влакна сигналът не достигаше до края на линията. Сега проблемът може да се счита за решен. Откриването през 1970 г. от Corning на метод за производство на оптично влакно, което не отстъпва по затихване на медния проводник за телефонен сигнал, се счита за вододел в историята на FOCL.

Оптичната комуникация има много предимства пред електрическата. Първо, широка честотна лента поради много високи честотипредаването ви позволява да прехвърляте информация със скорост от няколко Tbit / s. Второ, ниското затихване на сигнала прави възможно изграждането на магистрали до 100 или повече километра без релейни станции. Например трансатлантическата оптична магистрала е направена без нито един повторител. Трето, FOCL е устойчив на всякакви външни смущения, които могат да бъдат предизвикани от съседни радиопредаватели, други предавателни линии, дори от метеорологични условия, за разлика от други кабелни системи. Едно от най-важните предимства е защитата на информацията. Невъзможно е да се свържете с FOCL и да прихванете информация - линията ще бъде повредена и това е лесно да се поправи. защото оптичното влакно е диелектрик, вероятността от пожар от такава линия е напълно изключена, което е важно в предприятия с висок риск от пожар. И, разбира се, експлоатационният живот на FOCL е 25 години или повече.

Предавателят (генератор на информационен сигнал) в такива линии в момента най-често е лазер, включително тези, направени с помощта на интегрирана технология. Приемниците са фотодетекторни диоди. Тези устройства формират основния недостатък на FOCL - цената на активните елементи. Вторият съществен недостатък на оптичните линии е високата цена на поддръжка. Когато оптичното влакно се счупи, разходите за ремонт са много по-високи, отколкото когато медните или други линии се счупят. В същото време не се допускат прекъсвания на главните линии (точките на заваряване внасят значително затихване), така че големите секции трябва да бъдат заменени с ново влакно. Препоръчително е да ремонтирате FOCL само на къси разстояния, в рамките на област или малък град.

Оптичните технологии непрекъснато се развиват – това е технологията на бъдещето. И винаги можете да прочетете за най-модерните иновации на нашия уебсайт rcsz-tcc.ru.

оптична комуникация - комуникация изградена на базата на оптични кабели. Широко разпространено е и съкращението FOCL (фиброоптична комуникационна линия). Използва се в различни области на човешката дейност, вариращи от изчислителни системии завършвайки със структури за комуникация на големи разстояния. Днес това е най-популярният и ефективен метод за предоставяне на телекомуникационни услуги.

Оптичното влакно се състои от централен проводник на светлина (сърцевина) - стъклено влакно, заобиколено от друг слой стъкло - обвивка, която има по-нисък индекс на пречупване от сърцевината. Разпространявайки се през ядрото, светлинните лъчи не излизат извън неговите граници, отразявайки се от покриващия слой на черупката. В оптичното влакно светлинният лъч обикновено се формира от полупроводников или диоден лазер. В зависимост от разпределението на коефициента на пречупване и големината на диаметъра на сърцевината оптичното влакно се разделя на едномодово и многомодово.

Оптичните влакна (диелектрични вълноводи) имат най-високата честотна лента сред всички съществуващи средства за комуникация. Оптични кабели се използват за създаване на - оптични комуникационни линии, способни да осигурят най-висока скорост на трансфер на данни (в зависимост от вида на използваното активно оборудване, скоростта на трансфер може да бъде десетки гигабайти и дори терабайти в секунда).

Кварцовото стъкло, което е носещата среда на FOCL, освен уникалните характеристики на предаване, има още едно ценно свойство - ниски загуби и нечувствителност към електромагнитни полета. Това го отличава от конвенционалните медни кабелни системи.

Тази система за предаване на информация обикновено се използва при изграждането на работни съоръжения като външни магистрали, които обединяват различни конструкции или сгради, както и многоетажни сгради. Може да се използва и като вътрешен носител на структурна кабелна система (SCS), но пълните SCS, направени изцяло от влакна, са по-рядко срещани поради високата цена за изграждане на оптични комуникационни линии.

Използването на FOCL ви позволява да комбинирате локално работни места, да осигурявате високоскоростни интернет изтегляния едновременно на всички машини, високо качество телефонна връзкаи телевизионно приемане.

При правилно проектиране на бъдещата система (този етап включва решаване на архитектурни въпроси, както и избор на подходящо оборудване и методи за свързване на носещи кабели) и професионална инсталация, използването на оптични линии осигурява редица значителни предимства:

Висока производителност поради висока носеща честота. Потенциалът на едно оптично влакно е няколко терабита информация за 1 секунда.
Оптичният кабел има ниско ниво на шум, което има положителен ефект върху неговата честотна лентаи способността за предаване на сигнали с различни модулации.
Пожарна безопасност (пожароустойчивост). За разлика от други комуникационни системи, FOCL може да се използва без никакви ограничения в предприятия с висок риск, по-специално в нефтохимическата промишленост, поради липсата на искри.
Поради ниското затихване на светлинния сигнал, оптичните системи могат да обединяват работни зони на значителни разстояния (повече от 100 km) без използването на допълнителни повторители (усилватели).

Информационна сигурност. Оптична комуникация осигурява надеждна защитаот неоторизиран достъп и прихващане конфиденциална информация. Тази способност на оптиката се дължи на липсата на радиация в радиообхвата, както и на високата чувствителност към вибрации. В случай на опити за подслушване, вградената система за наблюдение може да деактивира канала и да предупреди за предполагаем хак. Ето защо FOCL се използва активно от съвременните банки, изследователски центрове, правоприлагащи организации и други структури, които работят с класифицирана информация.
Висока надеждност и шумоустойчивост на системата. Влакното, тъй като е диелектричен проводник, не е чувствително към електромагнитно излъчване, не се страхува от окисляване и влага.
Рентабилност. Въпреки факта, че създаването на оптични системи поради тяхната сложност е по-скъпо от традиционните SCS, като цяло техният собственик получава реални икономически ползи. Оптичното влакно, което е направено от кварц, струва около 2 пъти по-евтино от меден кабел; освен това, когато изграждате обширни системи, можете да спестите от усилватели. Ако при използване на медна двойка трябва да се инсталират повторители на всеки няколко километра, тогава във FOCL това разстояние е най-малко 100 km. В същото време скоростта, надеждността и издръжливостта на традиционните SCS са значително по-ниски от оптиката.

Срокът на експлоатация на оптичните линии е половин четвърт век. След 25 години непрекъсната употреба затихването на сигнала се увеличава в носещата система.
Ако сравним меден и оптичен кабел, тогава при еднаква честотна лента вторият ще тежи около 4 пъти по-малко, а обемът му, дори при използване на защитни обвивки, ще бъде няколко пъти по-малък от този на медта.
Перспективи. Използването на оптични комуникационни линии улеснява увеличаването на изчислителните възможности на локалните мрежи чрез инсталиране на по-бързо активно оборудване и без подмяна на комуникациите.

Обхват на FOCL

Както бе споменато по-горе, оптичните кабели (FOC) се използват за предаване на сигнали около (между) сгради и вътре в обекти. При изграждането на външни комуникационни магистрали се предпочитат оптичните кабели, а вътре в сградите (вътрешни подсистеми), заедно с тях, традиционните усукана двойка. По този начин FOC се разграничават за външно (външни кабели) и вътрешно (вътрешни кабели) полагане.

Свързващите кабели принадлежат към отделен тип: на закрито те се използват като свързващи кабели и хоризонтални кабелни комуникации - за оборудване на отделни работни места, а навън - за свързване на сгради.

Монтажът на оптичен кабел се извършва с помощта на специални инструменти и устройства.

Технологии за свързване на FOCL

Дължината на комуникационните опори на FOCL може да достигне стотици километри (например при изграждане на комуникации между градове), докато стандартната дължина на оптичните влакна е няколко километра (също защото работата с твърде дълги дължини в някои случаи е много неудобна). По този начин, когато се конструира маршрут, е необходимо да се реши проблемът със снаждането на отделни влакна.

Има два вида връзки: разглобяеми и монолитни. В първия случай за връзка се използват оптични съединители (това е свързано с допълнителни финансови разходи и освен това с голям брой междинни разглобяеми връзки се увеличават оптичните загуби).

За постоянно свързване на локални участъци (сглобяване на трасета) се използват механични съединители, лепилно снаждане и заваряване на влакна. В последния случай се използват сплайсери за оптични влакна. Предпочитание се дава на един или друг метод, като се вземат предвид целта и условията за използване на оптиката.

Най-разпространена е технологията на залепване, за която се използват специални съоръжения и инструменти и която включва няколко технологични операции.

По-специално, преди свързването, оптичните кабели преминават предварителна подготовка: в местата на бъдещи връзки защитното покритие и излишните влакна се отстраняват (подготвената зона се почиства от хидрофобния състав). За надеждно фиксиране на световода в конектора (конектора) се използва епоксидно лепило, което запълва вътрешното пространство на конектора (вкарва се в корпуса на конектора с помощта на спринцовка или дозатор). За втвърдяване и изсушаване на лепилото се използва специална пещ, способна да създаде температура от 100 градуса. СЪС.

След като лепилото се втвърди, излишното влакно се отстранява и върхът на конектора се шлифова и полира (качеството на цепката е от първостепенно значение). За да се осигури висока точност, изпълнението на тези работи се контролира с помощта на 200x микроскоп. Полирането може да се извърши ръчно или с полираща машина.

Най-висококачествената връзка с минимални загуби осигурява заваряване на влакна. Този метод се използва за създаване на високоскоростни FOCL. По време на заваряване краищата на световода се стопяват, за това може да се използва газова горелка като източник на топлинна енергия, електрически зарядили лазерна светлина.

Всеки от методите има своите предимства. Лазерното заваряване, поради липсата на примеси, ви позволява да получите най-чистите фуги. За трайно заваряване на многомодови влакна, като правило, се използват газови горелки. Най-разпространеното е електрическото заваряване, което осигурява висока скорост и качество на работа. Времето за топене на различните видове оптични влакна е различно.

За заваряване се използват специални инструменти и скъпо оборудване за заваряване - автоматично или полуавтоматично. Съвременните заваръчни машини ви позволяват да контролирате качеството на заваряването, както и да тествате ставите за напрежение. Усъвършенстваните модели са оборудвани с програми, които ви позволяват да оптимизирате процеса на заваряване за определен тип влакна.

След снаждане, кръстовището е защитено от плътно прилепнали тръби, които осигуряват допълнителна механична защита.

Друг метод за снаждане на фиброоптични елементи в една оптична линия е механично свързване. Този метод осигурява по-ниска чистота на връзката от заваряването, но затихването на сигнала в този случай все още е по-малко, отколкото при използване на оптични съединители.

Предимството на този метод пред останалите е, че използва прости приспособления(например монтажна маса), които ви позволяват да работите на труднодостъпни места или в малки конструкции.

Механичното снаждане включва използването на специални съединители - така наречените снаждания. Има няколко разновидности на механични съединители, които представляват удължена конструкция с канал за въвеждане и фиксиране на снадени оптични влакна. Самото фиксиране се осъществява с помощта на предвидените в дизайна ключалки. След свързване снажданията са допълнително защитени чрез съединители или кутии.

Механичните съединители могат да се използват многократно. По-специално те се използват по време на ремонтни или възстановителни работи по линията.

FOCL: видове оптични влакна

Оптичните влакна, използвани за изграждане на FOCL, се различават по материала на производство и по структурата на светлината. По отношение на материала се прави разлика между изцяло стъклени влакна (със стъклена сърцевина и стъклена оптична обвивка), изцяло пластмасови влакна (с пластмасова сърцевина и обвивка) и комбинирани модели (със стъклена сърцевина и с пластмасова обвивка). Най-добрата пропускателна способност се осигурява от стъклени влакна, използва се по-евтина пластмасова версия, ако изискванията за параметрите на затихване и пропускателна способност не са критични.

Оптичен екомуникационни линии (FOCL) - система, базирана на оптичен кабел, предназначена за предаване на информация в оптичния (светлинен) диапазон. В съответствие с GOST 26599-85 терминът FOCL е заменен с FOCL (оптична предавателна линия), но в ежедневната практика терминът FOCL все още се използва, така че в тази статия ще се придържаме към него.

FOCL комуникационните линии (ако са правилно изпълнени) в сравнение с всички кабелни системи се отличават с много висока надеждност, отлично качество на комуникация, широка честотна лента, много по-голяма дължина без усилване и почти 100% имунитет срещу електромагнитни смущения. Системата е базирана на оптична технология– светлината се използва като носител на информация, видът на предаваната информация (аналогов или цифров) няма значение. Работата използва главно инфрачервена светлина, предавателната среда е фибростъкло.

Обхват на FOCL

Оптичният кабел се използва за осигуряване на комуникация и предаване на информация повече от 40 години, но поради високата си цена, той стана широко използван сравнително наскоро. Развитието на технологиите направи възможно производството да стане по-икономично и цената на кабела по-достъпна, а техническите му характеристики и предимства пред други материали бързо изплащат всички направени разходи.

Понастоящем, когато комплекс от слаботокови системи се използва наведнъж в един обект ( компютърна мрежа, ACS, видеонаблюдение, аларми срещу взлом и пожар, периметрова охрана, телевизия и др.), е невъзможно да се направи без използването на FOCL. Само използването на оптичен кабел дава възможност за използване на всички тези системи едновременно, осигурявайки правилна стабилна работа и изпълнение на техните функции.

FOCL се използва все повече като основна система при разработването и монтажа, особено за многоетажни сгради, дълги сгради и при комбиниране на група обекти. Само оптичните кабели могат да осигурят необходимото количество и скорост на пренос на информация. И трите подсистеми могат да бъдат реализирани на базата на оптично влакно; в подсистемата на вътрешните магистрали оптичните кабели се използват еднакво често с кабели от усукана двойка, а в подсистемата на външните магистрали играят доминираща роля. Разграничават се оптични кабели за външно (външни кабели) и вътрешни (вътрешни кабели) полагане, както и свързващи кабели за хоризонтални комуникации, оборудване на отделни работни места и комбиниране на сгради.

Въпреки относително високата цена, използването на оптични влакна става все по-оправдано и намира все по-широко приложение.

Предимства оптични комуникационни линии (FOCL) преди традиционните "метални" медии за предаване:

Широка честотна лента;
Леко затихване на сигнала, например за 10 MHz сигнал, ще бъде 1,5 dB / km в сравнение с 30 dB / km за коаксиален кабел RG6;
Възможността за "земни контури" е изключена, тъй като оптичното влакно е диелектрик и създава електрическа (галванична) изолация между предавателния и приемащия край на линията;
Висока надеждност на оптичната среда: оптичните влакна не се окисляват, не се намокрят, не са подложени на електромагнитно въздействие
Не предизвиква смущения в съседни кабели или в други оптични кабели, тъй като носителят на сигнала е лек и остава изцяло вътре в оптичния кабел;
Фибростъклото е абсолютно нечувствително към външни сигнали и електромагнитни смущения (EMI), няма значение до кое захранване минава кабелът (110 V, 240 V, 10 000 V променлив ток) или много близо до мегаватовия предавател. Удар от мълния на разстояние 1 см от кабела няма да причини смущения и няма да повлияе на работата на системата;
Информационна сигурност - информацията се предава по оптично влакно "от точка до точка" и може да бъде подслушвана или променяна само чрез физическа намеса в преносната линия
Оптичният кабел е по-лек и по-малък - той е по-удобен и по-лесен за полагане от електрически кабел със същия диаметър;
Не е възможно да разклоните кабела, без да влошите качеството на сигнала. Всяка намеса в системата се открива незабавно в приемащия край на линията, това е особено важно за системите за сигурност и видеонаблюдение;
Пожарна и взривна безопасност при промяна на физико-химичните параметри

Цената на кабела намалява всеки ден, неговото качество и възможности започват да надделяват над разходите за изграждане на слаб ток на базата на FOCL

Няма идеални и перфектни решения, като всяка система, FOCL има своите недостатъци:

Крехкостта на фибростъклото - при силно огъване на кабела влакната могат да се счупят или да станат мътни поради появата на микропукнатини. За елиминиране и минимизиране на тези рискове се използват кабелни армиращи структури и оплетки. При инсталиране на кабела е необходимо да се спазват препоръките на производителя (където по-специално минималният допустим радиус на огъване е стандартизиран);
Сложността на връзката в случай на счупване - изисква се специален инструмент и квалификация на изпълнителя;
Усъвършенствана технология на производство, както на самото влакно, така и на компонентите на FOCL;
Сложност на преобразуването на сигнала (в интерфейсно оборудване);
Относително високата цена на оптичните крайно оборудване. Оборудването обаче е скъпо в абсолютно изражение. Съотношението цена-капацитет за FOCL е по-добро, отколкото за други системи;
Помътняване на влакното поради излагане на радиация (обаче има легирани влакна с висока радиационна устойчивост).

Монтажът на FOCL системи изисква изпълнителят да има подходящо ниво на квалификация, тъй като терминирането на кабела се извършва със специални инструменти, с особена прецизност и умение, за разлика от други преносни среди. Настройките за маршрутизиране и превключване на сигнали изискват специална квалификация и умения, така че в тази област не трябва да спестявате и да се страхувате да надплащате на професионалисти, премахването на неизправности в системата и последствията от неправилна инсталация на кабела ще струва повече.

Принципът на работа на оптичния кабел.

Самата идея за предаване на информация с помощта на светлина, да не говорим физически принципработата на повечето жители не е съвсем ясна. Няма да навлизаме дълбоко в тази тема, но ще се опитаме да обясним основния механизъм на оптичните влакна и да оправдаем такава висока производителност.

Концепцията за оптични влакна се основава на основните закони за отражение и пречупване на светлината. Благодарение на дизайна си фибростъклото може да задържи светлинните лъчи вътре във влакното и да им попречи да "преминават през стени", когато предават сигнал на много километри. Освен това не е тайна, че скоростта на светлината е по-висока.

Оптичните влакна се основават на ефекта на пречупване при максималния ъгъл на падане, когато има пълно отражение. Това явление възниква, когато лъч светлина напусне плътна среда и навлезе в по-малко плътна среда под определен ъгъл. Например, представете си абсолютно неподвижна водна шир. Наблюдателят гледа изпод водата и променя ъгъла на гледане. В определен момент ъгълът на гледане става такъв, че наблюдателят няма да може да види обекти, които са над повърхността на водата. Този ъгъл се нарича ъгъл на пълно отражение. Под този ъгъл наблюдателят ще види само обекти, които са под вода, ще изглежда, че гледате в огледало.

Вътрешната сърцевина на FOCL кабела има по-висок индекс на пречупване от обвивката и се получава ефектът на пълно отражение. Поради тази причина лъч светлина, преминаващ през вътрешното ядро, не може да излезе извън неговите граници.

Има няколко вида оптични кабели:

При стъпаловиден профил - типичен, най-евтин вариант, разпределението на светлината става на "стъпки", докато входният импулс се деформира поради различната дължина на траекториите на светлинните лъчи
С плавен профил "многомодов" - светлинните лъчи се разпространяват с приблизително еднаква скорост на "вълни", дължината на техните пътища е балансирана, това подобрява характеристиките на импулса;
Едномодовото стъклено влакно е най-скъпият вариант, той ви позволява да разтягате лъчите в права линия, характеристиките на предаване на инерцията стават почти перфектни.

Оптичният кабел все още е по-скъп от другите материали, полагането и завършването му е по-трудно, изисква квалифицирани изпълнители, но бъдещето на преноса на информация несъмнено е в развитието на тези технологии и този процес е необратим.

FOCL се състои от активни и пасивни компоненти. В предавателния край на оптичния кабел има светодиод или лазерен диод, тяхното излъчване се модулира от предаващия сигнал. По отношение на видеонаблюдението това ще бъде видеосигнал за предаване цифрови сигналилогиката е запазена. При предаване инфрачервеният диод се модулира в яркост и импулси според вариациите на сигнала. За приемане и преобразуване на оптичен сигнал в електрически, в приемния край обикновено се намира фотодетектор.

Активните компоненти включват мултиплексори, регенератори, усилватели, лазери, фотодиоди и модулатори.

Мултиплексор– комбинира няколко сигнала в един, така че един оптичен кабел може да се използва за едновременно предаване на няколко сигнала в реално време. Тези устройства са незаменими в системи с недостатъчен или ограничен брой кабели.

Има няколко вида мултиплексори, те се различават по своите технически спецификации, функции и приложения:

спектрално разделяне (WDM) - най-простото и евтино устройство, предава оптични сигнали по един кабел от един или повече източници, работещи на различни дължини на вълната;
честотна модулация и честотно мултиплексиране (FM-FDM) - устройства, доста имунизирани срещу шум и изкривяване, с добри характеристики и схеми със средна сложност, имат 4,8 и 16 канала, са оптимални за видеонаблюдение.
Амплитудна модулация с частично потисната странична лента (AVSB-FDM) - с висококачествена оптоелектроника, могат да предават до 80 канала, оптимални са за абонатна телевизия, но скъпи за видеонаблюдение;
Импулсно кодова модулация (PCM - FDM) - скъпо устройство, изцяло цифрово, използвано за разпространение на цифрово видео и видеонаблюдение;

На практика често се използват комбинации от тези методи. Регенератор - устройство, което възстановява формата на оптичен импулс, който, разпространявайки се през влакното, претърпява изкривяване. Регенераторите могат да бъдат както чисто оптични, така и електрически, които преобразуват оптичния сигнал в електрически, възстановяват го и след това го преобразуват обратно в оптичен.

Усилвател- усилва мощността на сигнала до необходимото ниво на напрежение, може да бъде оптичен и електрически, извършва оптико-електронно и електро-оптично преобразуване на сигнала.

Светодиоди и лазери- източник на монохромно кохерентно оптично лъчение (светлина за кабел). За системи с директна модулация, той едновременно изпълнява функциите на модулатор, който преобразува електрически сигнал в оптичен.

Фотодетектор(Фотодиод) - устройство, което приема сигнал в другия край на оптичен кабел и извършва оптоелектронно преобразуване на сигнала.

Модулатор- устройство, което модулира оптична вълна, която носи информация според закона на електрическия сигнал. В повечето системи тази функция се изпълнява от лазер, но в системи с индиректна модулация за това се използват отделни устройства.

Пасивните FOCL компоненти включват:

Оптичен кабел – действа като среда за предаване на сигнал. Външната обвивка на кабела може да бъде изработена от различни материали: PVC, полиетилен, полипропилен, тефлон и други материали. Оптичният кабел може да бъде брониран различни видовеи специфични защитни слоеве (например малки стъклени игли за защита срещу гризачи). Дизайнът може да бъде:

Оптичен съединител- устройство, използвано за свързване на два или повече оптични кабела.

Оптичен кръст- устройство, предназначено за терминиране на оптичен кабел и свързване на активно оборудване към него.

шипове– предназначени за постоянно или полупостоянно снаждане на влакна;

Съединители– за повторно включване или изключване на кабела;

Кранове- устройства, които разпределят оптичната мощност на няколко влакна в едно;

Превключватели– устройства, преразпределящи оптични сигнали под ръчно или електронно управление

Монтаж на оптични комуникационни линии, неговите характеристики и процедура.

Фибростъклото е много здрав, но чуплив материал, въпреки че благодарение на защитната си обвивка може да се борави почти като с електричество. Въпреки това, когато инсталирате кабела, изискванията на производителя за:

„Максимален опън“ и „Максимална сила на скъсване“, изразени в нютони (около 1000 N или 1kN). При оптичния кабел основното напрежение пада върху носещата конструкция (подсилена пластмаса, стомана, кевлар или комбинация от двете). Всеки тип конструкция има свои индивидуални характеристики и степен на защита, ако напрежението надвиши предписаното ниво, тогава влакното може да се повреди.
"Минимален радиус на огъване" - направете завои по-плавни, избягвайте остри завои.
"Механична якост", изразява се в N / m (нютони / метри) - защита на кабела от физическо напрежение (може да бъде настъпен или дори прегазен от превозни средства. Трябва да бъдете изключително внимателни и да обезопасите особено кръстовищата и връзките , натоварването се увеличава значително поради малката площ на контакт.

Оптичният кабел обикновено се доставя навит върху дървени барабани със здрав пластмасов защитен слой или дървени дъски около обиколката. Външните слоеве на кабела са най-уязвими, следователно по време на монтажа е необходимо да запомните теглото на барабана, да го предпазите от удари, падания и да вземете мерки за безопасност при съхранение. Най-добре е барабаните да се съхраняват хоризонтално, но ако лежат вертикално, тогава ръбовете им (джантите) трябва да са в контакт.

Процедурата и характеристиките на инсталиране на оптичен кабел:

Преди монтажа е необходимо да се проверят кабелните барабани за повреди, вдлъбнатини, драскотини. В случай на подозрение е по-добре незабавно да оставите кабела настрана за по-нататъшно подробно проучване или отхвърляне. Късите парчета (по-малко от 2 км) могат да бъдат проверени за непрекъснатост на влакната с всяко фенерче. Оптичният кабел за инфрачервено предаване предава обикновена светлина също толкова добре.
След това проучете маршрута за потенциални проблеми (остри ъгли, запушени кабелни канали и т.н.), ако има такива, направете промени в маршрута, за да минимизирате рисковете.
Разпределете кабела по маршрута по такъв начин, че точките на свързване и свързване на усилватели да са на достъпни места, но защитени от неблагоприятни фактори. Важно е да се остави достатъчно количество кабел в точките на бъдещите връзки. Оголените краища на кабела трябва да бъдат защитени с водоустойчиви капачки. Тръбите се използват за минимизиране на напрежението при огъване и щетите от преминаващия трафик. В двата края на кабелната линия се оставя част от кабела, чиято дължина зависи от планираната конфигурация).
При подземно полагане на кабела той е допълнително защитен от повреда в точки на локално натоварване, като контакт с разнороден материал за засипка, неравности на изкопа. За да направите това, кабелът в изкопа се полага върху слой пясък 50-150 cm и се покрива със същия слой пясък 50-150 cm отгоре. Трябва да се отбележи, че повреда на кабела може да възникне както незабавно, така и по време на работа (вече след засипването на кабела), например, от постоянен натиск, неотстранен камък може постепенно да избута кабела. Работата по диагностициране и намиране и отстраняване на нарушения на вече заровен кабел ще струва много повече от точността и спазването на предпазните мерки при инсталиране. Дълбочината на изкопа зависи от вида на почвата и очакваното натоварване на повърхността. В твърда скала дълбочината ще бъде 30 см, в мека скала или под пътя 1 м. Препоръчителната дълбочина е 40-60 см, с дебелина на пясъчното легло от 10 до 30 см.
Най-често се използва полагане на кабел в изкоп или в тава директно от барабана. При монтиране на много дълги линии, барабанът се поставя върху превозното средство, докато машината напредва, кабелът се полага на мястото му, докато не трябва да бързате, темпото и редът на развиване на барабана се регулира ръчно.
При полагане на кабела в таблата най-важното е да не надвишавате критичния радиус на огъване и механично натоварване. Кабелът трябва да бъде положен в една равнина, не създавайте точки на концентрирани натоварвания, избягвайте остри ъгли по трасето, натиск и пресичане с други кабели и маршрути, не огъвайте кабела.
Издърпването на оптичен кабел през кабелни канали е подобно на издърпването на обикновен кабел, но не трябва да използвате прекомерно физическо усилие и да нарушавате спецификациите на производителя. Когато използвате затягащи скоби, не забравяйте, че товарът не трябва да пада върху външната обвивка на кабела, а върху носещата конструкция. За намаляване на триенето могат да се използват гранули от талк или полистирол, други смазочни материали трябва да се консултират с производителя.
В случаите, когато кабелът вече е терминиран, трябва да се обърне специално внимание при монтажа на кабела, за да не се повредят конекторите, да не се замърсят и да не се подлагат на прекомерно напрежение в зоната на свързване.
След полагане на кабела в таблата, той се фиксира с найлонови връзки, не трябва да се плъзга или провисва. Ако условията на повърхността не позволяват използването на специални кабелни крепежни елементи, използването на скоби е допустимо, но с изключително внимание, за да не се повреди кабелът. Препоръчва се използването на скоби с пластмасов защитен слой, за всеки кабел трябва да се използва отделна скоба и в никакъв случай да не се дърпат няколко кабела заедно. По-добре е да оставите малко хлабина между крайните точки на закрепването на кабела и да не поставяте кабела под напрежение, в противен случай той няма да реагира добре на температурни колебания и вибрации.
Ако влакното все още е повредено по време на монтажа, маркирайте зоната и оставете достатъчно кабел за по-късно снаждане.

По принцип полагането на оптичен кабел не се различава много от инсталирането на конвенционален кабел. Ако следвате всички препоръки, които посочихме, тогава няма да има проблеми по време на инсталиране и работа и вашата система ще работи дълго време, ефективно и надеждно.

Пример за типично решение за полагане на FOCL линия

Задачата е да се организира система за ВОЛС между две отделни сгради на производствената сграда и административната сграда. Разстоянието между сградите е 500м.

Разчет за монтаж на системата FOCL

№ п / стр	Име на оборудване, материали, работи	Мерна единица от i	Кол	Цена за брой.	Сума, в рубли
аз	Оборудване на системата FOCL, включително:				25 783
1.1.	Кръстосана оптична стена (SHKON) 8 порта	НАСТОЛЕН КОМПЮТЪР.	2	2600	5200
1.2.	Медиен конвертор 10/100-Base-T / 100Base-FX, Tx/Rx: 1310/1550nm	НАСТОЛЕН КОМПЮТЪР.	2	2655	5310
1.3.	Оптично свързване	НАСТОЛЕН КОМПЮТЪР.	3	3420	10260
1.4.	Разпределителна кутия 600х400	НАСТОЛЕН КОМПЮТЪР.	2	2507	5013
II.	Кабелни трасета и материали на системата FOCL, включително:				25 000
2.1.	Оптичен кабел с външен кабел 6kN, централен модул, 4 влакна, мономодов G.652.	м.	200	41	8200
2.2.	Оптичен кабел с вътрешен поддържащ кабел, централно устройство, 4 влакна, едномодов G.652.	м.	300	36	10800
2.3.	други Консумативи(съединители, самонарезни винтове, дюбели, изолационна лента, крепежни елементи и др.)	комплект	1	6000	6000
III.	ОБЩА РАЗХОД ЗА ОБОРУДВАНЕ И МАТЕРИАЛИ (позиция I+ позиция II)				50 783
IV.	*Транспортни и снабдителни разходи, 10% стр.III**				5078
v.	Монтаж на оборудване и комутационни работи, включително:				111 160
5.1.	Монтаж на банер	единици	4	8000	32000
5.2.	Окабеляване	м.	500	75	37500
5.3.	Сглобяване и заваряване на конектори	единици	32	880	28160
5.4.	Монтаж на комутационна апаратура	единици	9	1500	13500
VI.	ОБЩО ПО ОЦЕНКАТА (позиция III + позиция IV + позиция V)				167 021

Разяснения и коментари:

Общата дължина на маршрута е 500 м, включваща:
- от оградата до производствената и административната сграда е по 100 м (общо 200 м);
- покрай оградата между сградите 300м.
Инсталирането на кабели се извършва по открит начин, включително:
- от сгради до ограда (200 м) по въздух (констрикция) с материали, специализирани за полагане на оптични линии;
- между сградите (300 м) по протежение на ограда от стоманобетонни плочи, кабелът е фиксиран в средата на оградното платно с метални скоби.
За организирането на FOCL се използва специализиран самоносещ (вграден кабел) брониран кабел.

В момента като оптични комуникационни линии се използват:

а) оптични комуникационни линии (FOCL);

б) оптични комуникационни линии, използващи лазерен "пистолет";

в) оптични комуникационни линии, използващи инфрачервени излъчватели и приемници;

г) оптични комуникационни линии, използващи органосилициево оптично влакно.

Блоковата схема на оптична комуникационна линия е показана на фигура 4.2.

Фиг.4.2. Структурна схема на FOCL.

Електрическият сигнал се подава към предавателя - трансивъра, който преобразува електрическия сигнал в светлинен импулс, който се подава през оптичния конектор към оптичния кабел. В точката на приемане оптичният кабел се свързва с приемника - трансивър, който преобразува светлинния лъч в електрически сигнал с помощта на оптичен конектор.

В зависимост от предназначението на FOCL, неговата дължина, качеството на използваните компоненти структурна схемаможе да се промени. При значителни разстояния между точките на предаване и приемане се въвежда повторител - усилвател на сигнала. При малка дължина на оптичния кабел (ако строителната дължина на оптичния кабел е достатъчна) не е необходимо заваряване на кабела. Конструктивната дължина се разбира като дължината на едно парче кабел, доставена от производителя.

Оптичните комуникационни линии имат следните предимства:

1. Висока шумоустойчивост от външни електромагнитни смущения и от междуканални взаимни смущения.

2. Широк диапазон от работни честоти позволява информацията да се предава по такава комуникационна линия със скорост 10 12 bit/s = Tbit/s.

3. Защита от неоторизиран достъп: FOCL почти не излъчва радиация в околното пространство и е практически невъзможно да се произвеждат отводи за оптична енергия без да се разруши кабела. И всяко въздействие върху влакното може да бъде записано чрез наблюдение (непрекъснат контрол) на целостта на линията.

4. Възможност за скрито предаване на информация.

5. Потенциално ниска цена поради замяната на скъпите цветни метали (мед) с материали с неограничени суровини (силициев диоксид).

6. Автоматично се осигурява галванична изолация на линейни сегменти.

Оптичната технология обаче има и своите недостатъци:

1. Висока цена на оборудването.

2. Необходимо е скъпо технологично оборудване, както при монтажа, така и при експлоатацията. При скъсване на оптичен кабел цената на възстановяването му е много по-висока, отколкото за възстановяване на меден кабел.

3. Относително ниска издръжливост. Живот + запазване на свойствата му в определени допустими граници - оптичен кабел 25 години. Трябва да се отбележи, че в Москва все още работят телефонни линии, положени в началото на века (виж Hard & Soft, 1998, N11).

4. Оптичните кабели не са устойчиви на радиация.

Основата на FOCL са оптични кабели, направени от отделни световоди - оптични влакна.

Предаването на оптична енергия през оптично влакно се осигурява от ефекта на пълно вътрешно отражение. Оптичното влакно е двуслоен цилиндричен световод (фиг. 4.3.)

Фиг.4.3. Разпространение на радиация и промяна и промяна на индекса на пречупване в оптично влакно

Материалът на вътрешното ядро има показател на пречупване n 1, а материалът на външния слой n 2, докато n 1 >n 2, т.е. материалът на вътрешната сърцевина е оптически по-плътен от материала на обвивката. За лъчение, навлизащо в цилиндъра под малки ъгли по отношение на оста на цилиндъра, условието за пълно вътрешно отражение е изпълнено: когато лъчението пада на границата с обвивката, цялата енергия на лъчението се отразява в сърцевината на влакното. Същото се случва с всички последващи отражения; в резултат на това радиацията се разпространява по оста на влакното, без да излиза през обвивката. Максималният ъгъл на отклонение от оста, при който все още има пълно вътрешно отражение, се определя от израза A 0 = sin y 0 =.

Стойността на A 0 се нарича числова апертура на влакното и се взема предвид при съпоставяне на влакното с излъчвателя. Радиацията, падаща на края под ъгли y>y 0 (лъчи извън апертурата), не само се отразява, но и се пречупва при взаимодействие с обвивката; част от оптичната енергия напуска влакното. В крайна сметка, след множество срещи с границата между сърцевината и обвивката, такова лъчение се разпръсква напълно от влакното.

Лъчението се разпространява по дължината на влакното, дори ако намаляването на индекса на пречупване от центъра към ръба не става стъпаловидно, а постепенно. В такива световоди лъчите, влизащи в края, се пречупват и фокусират близо до централната линия (виж фиг. 4.4).

Фиг.4.4. Разпространение на радиация и промяна на индекса на пречупване в селфи камера.

Всяка дължина на такъв светлинен водач действа като късофокусна леща, причинявайки ефект на самофокусиране.

Тези светлинни водачи се наричат селфита (самостоятелно - аз, фокус - фокус).

Индустрията на много страни е усвоила производството на широка гама от продукти и компоненти на FOCL. Трябва да се отбележи, че производството на оптични влакна е съсредоточено основно в САЩ. Има два вида оптични влакна, използвани за предаване на сигнали: едномодови и многомодови. В едномодовото влакно сърцевината на световода има диаметър 8-10 µm. В многомодовото влакно диаметърът на сърцевината на световода е 50-60 µm.

Оптичното влакно се характеризира с два важни параметъра: затихване и дисперсия.

Затихването се определя количествено по формулата

Pin е мощността на входния оптичен сигнал;

Pout е мощността на изходния оптичен сигнал;

l е дължината на влакното.

Единицата за затихване е децибел на километър (dB/km).

Затихването се определя от загубите, дължащи се на поглъщане и разсейване на радиацията в оптичното влакно. Загубата на поглъщане зависи от честотата на материала, а загубата на разсейване зависи от нехомогенността на неговите индекси на пречупване. Затихването зависи и от дължината на вълната на лъчението, въведено в оптичното влакно. Понастоящем предаването на сигнал по влакна се извършва в три диапазона: 0,85 µm, 1,3 µm, 1,55 µm, тъй като именно в тези диапазони кварцът има повишена прозрачност. Оптичното влакно се характеризира с много ниско затихване. Най-добрите образци на руско влакно имат затихване от 0,22 dB/km при дължина на вълната 1,55 µm, което прави възможно изграждането на комуникационни линии с дължина до 100 km без регенерация на сигнала. Оптичното влакно, произведено от Sumitoto (Япония), има затихване от 0,154 dB/km при дължина на вълната 1,55 μm. Има съобщения за разработването на така наречените флуороцирконатни влакна със затихване около 0,02 dB/km, които ще осигурят скорост на предаване от около 1 Gbit/s с регенератори над 4600 km.

Дисперсия, т.е. зависимост на скоростта на разпространение на сигнала от дължината на вълната на излъчване, - др най-важният параметъроптично влакно. Тъй като светодиодът или лазерът излъчват определен спектър от дължини на вълните при предаване на информация, дисперсията води до разширяване на импулсите при разпространение по влакното и по този начин генерира изкривяване на сигнала. При оценката на дисперсията се използва терминът "широчина на честотната лента" - реципрочната стойност на разширението на импулса при преминаване на разстояние от 1 km по оптичното влакно.

Ширината на честотната лента се измерва в мегахерца на километър (MHz * km). Дисперсията налага ограничения върху обхвата на предаване и горната стойност на честотата на предаваните сигнали.

Размерът на затихването и дисперсията се различават за различни видовеоптични влакна.

Едномодовите влакна имат най-доброто представянезатихване и честотна лента. Едномодовите източници на излъчване (диодни лазери, работещи с дължина на вълната 1,55 μm) обаче са няколко пъти по-скъпи от многомодовите (светодиод, работещ с дължина на вълната 0,85 μm). Снаждането на едномодови влакна, монтирането на оптични конектори в краищата на едномодовите кабели е по-скъпо. Въпреки това, честотната лента на многомодовите влакна достига 1000 MHz * km, което е приемливо само за локални комуникационни мрежи.

За свързване на приемника и предавателя се използва оптичен кабел (FOC), в който оптичните влакна са допълнени с елементи, които повишават еластичността и здравината на кабела.

Основните показатели на FOC са условията на работа и производителността.

Корелация на коригиращата способност на кода с кодовото разстояние

Степента на разлика между всеки две кодови комбинации се характеризира с разстояние между тях според Хемингили просто кодово разстояние.

Разстояние на Хеминг дизразено чрез броя на позициите, в които кодовите комбинации се различават една от друга.

Пример 1. Намерете разстоянието на Хеминг d между кодови комбинации 10101011 и 11111011.