ДОКЛАД ПОНЯТИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ КЛАССИФИКАЦИЯ ОСП

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

КАФЕДРА РАДИОУПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ

ДОКЛАД

НА ТЕМУ:

ПОНЯТИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ. КЛАССИФИКАЦИЯ ОСП. ДОСТОИНСТВА ОСП. НЕДОСТАТКИ ОСП. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВОСП.

ВЫПОЛНИЛ:

Дружелюбный сосед Человек Паук

ПРОВЕРИЛ:

ЛИСНИЧУК А.А.

РЯЗАНЬ, 2018

СОДЕРЖАНИЕ ПОНЯТИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ……………………………..2

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСП…………………………………………………………...3

ДОСТОИНСТВА ОСП…………………………………………...…………………..5

НЕДОСТАТКИ ОСП…………………………………………………………………5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….5

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ…………………………………………………………....8

Оптическая связь — способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического диапазона.

Основным направлением развития телекоммуникационных сис­тем является широкое применение волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), под которыми понимается совокупность актив­ных и пассивных устройств, предназначенных для передачисо­общений на расстояния по оптическим волокнам (ОВ) с помощью оптических волн и сигналов. Другими словами, ВОСП - это сово­купность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку и передачуоптиче­ских сигналов. Физической средой распространения оптических сигналов являются волоконно-оптические или, просто,оптические кабели и создаваемые на их основе волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Совокупность ВОСП и ВОЛС образует волоконно-оптическую линию передачи (ВОЛП). Без широкого использования ВОЛС невозможно развитие телекоммуникационных технологий в области телефонной и телеграфной связи, кабельного телевиде­ния и факсимильной связи, передачи данных, создания единой цифровой сети с интеграцией служб - СЦИО (Integrated Services Digital Network - ISDN), внедрения на телекоммуникационных сетях технологии асинхронного способа передачи (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и построения транспортных сетей на основе синхрон­ной цифровой иерархии - СЦИ (Synchronous Digital Hierarchy -SDH). Область применения ВОСП не ограничивается передачей любых видов сообщений практически на любые расстояния с наи­высшими скоростями, а имеет более широкий спектр, от бортовых систем (самолетов, кораблей и др.) до локальных и глобальных волоконно- оптических телекоммуникационных сетей. Внедрение таких систем предопределяет развитие не только классических телекоммуникационных систем и сетей, но и радиоэлектроники, атомной энергетики, космоса, машиностроения, судостроения и т. д.

В ВОСП передача сообщений осуществляется посредством световых волн от 0,1 мкм до 1 мм. Диапазоны длин волн (или частот), в пределах которых обеспечиваются наилучшие условия распространения световых волн по оптическому волокну, называ­ются его окнами прозрачности.

В настоящее время для построения ВОСП используются длины волн от 0,8 мкм до 1,65 мкм (в дальнейшем предполагается освое­ние и более длинных волн - 2,4 и 2,6 мкм), называемые инфракрас­ным излучением (просто светом) или оптическим излучением (ОИ).

Световые сигналы издавна использовались для передачи сооб­щений, но первая попытка использовать их для передачи речевых сигналов, была осуществлена в 1882 г. американским изобретате­лем А. Г. Беллом. «В одном из заседаний американского общества ученых Белл демонстрировал новый прибор, который он назвал фотофоном, на том основании, что аппарат этот служил для пере­дачи звуков при помощи светового луча, причем нет надобности оба корреспондирующие пункта соединять проволокою, как при дейст­вии телефонами, а необходимо одно только условие, чтобы луч света из передающего пункта мог беспрепятственно достигнуть принимающей стороны».

Структурная схема.

Структурная схема включает в себя:

• 1. Источник оптического излучения.

• 2. Средства модуляции оптического излучения передаваемым сигналом.

• 3. Среду, в которой распространяется оптическое излучение.

• 4. Фотоприемник, который преобразует принятый оптический сигнал в электрический.

• 5. Электронные устройства усиления и обработки сигнала, служащие для восстановления исходного сигнала и представления его в виде, удобном для использования.

Классификация.

В зависимости от применяемого каналообразующего оборудования делятся на:

• аналоговые оптические системы передачи (АОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе анало­говых методов модуляции параметров гармонической несущей частоты (амплитудная, частотная, фазовая модуляции и их комби­нации) или параметров периодической последовательности им­пульсов (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазоимпульсная модуляции и их комбинации);

• цифровые волоконно-оптические системы передачи (ЦВОСП), если каналообразующее оборудование строится на основе импульсно-кодовой модуляции, дельта - модуляции и их разновидно­стей; самое широкое применение находят ЦВОСП.

В зависимости от способа модуляции оптического излу­чения подразделяются на:

• оптические системы передачи с модуляцией интен­сивности оптического излучения и соответствующей его демодуля­ции, называемые иногда прямой модуляцией и широко приме­няемой в большинстве ЦВОСП;

• оптические системы передачи с аналоговыми мето­дами модуляции оптического излучения (оптической несущей): амплитудной, фазовой, частотной модуляциями и их комбинациями.

В зависимости от способа приема или демодуляции оп­тического сигнала подразделяются на:

• оптические системы передачи с прямой демодуляци­ей или непосредственным приемом, при котором происходит непосредственное преобразование интенсивности оптического излуче­ния в электрический сигнал, напряжение или ток которого одно­значно отражают изменение интенсивности оптического сигнала;

• когерентные волоконно-оптические системы передачи, в кото­рых применяется гетеродинное или гомодинное преобразование частоты независимо от вида модуляции (синхронная или несин­хронная) оптического излучения, осуществляемое на промежуточ­ной частоте.

По назначению и дальности передачи ВОСП подразделяются на:

• магистральные ВОСП, предназначенные для передачи сообщений на тысячи километров и соединяющих между собой центры республик, краев, областей, крупные промышленные и научные центры и др.;

• зоновые ВОСП, предназначенные для организации связи в административных пределах республик, краев, областей и протяженностью до 600 км;

• ВОСП для местных сетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях;

• ВОСП для распределения информации, обеспечивающие связь между вычислительными машинами, организацию локальных компьютерных сетей и сетей кабельного телевидения.

По методам уплотнения оптического волокна, в основе которых лежит процесс мультиплексирования ВОСП подразделяются на:

• ВОСП со спектральным уплотнением или мультиплексированием с разделением длин волн, при котором по одному ОВ одновременно передается несколько спектрально разнесенных оптических несущих, каждая из которых модулируется многоканальный сигналом, сформированным соответствующим каналообразующим оборудованием;

• ВОСП с частотным или гетеродинным уплотнением, при котором в системах передачи исходным многоканальным сигналам различных источников в линейных трактах отводятся определенные полосы частот;

• цифровые ВОСП с временным уплотнением (с временным мультиплексированием), при котором несколько информационных или компонентных потоков объединяются в один, и для передачи каждого компонентного потока по одному ОВ отводится свой временной интервал.

Достоинства: -широкая полоса пропускания – обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей – около 10¹⁴Гц, которая обеспечивает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания – одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или другой средой передачи информации.

  -малые значения коэффициентов затухания (в несколько десятков раз меньше, чем в кабелях с металлическими жилами) и их независимость от частоты передаваемого сигнала.   -высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, а также от действия помех от других средств связи;    -отсутствие излучения во внешнюю среду, что практически исключает взаимное мешающее влияние между отдельными световодами и возможность несанкционированного доступа передаваемой информации;    -малая металлоемкость линии передачи и отсутствие в ней дефицитных цветных металлов;    -прекрасные малогабаритные показатели: 1км световода имеет массу порядка 40г, тогда как коаксиальная медная трубка такой же длины, выполняющая аналогичные функции, весит несколько сот килограммов;    -большая строительная длина кабеля, что обусловливает уменьшение количества промежуточных муфт и, соответственно, увеличивает надежность сети связи;    -стоимость оптического кабеля имеет стойкую тенденцию к снижению, тогда как стоимость электрических кабелей связи постоянно растет. 

Недостатки: -волоконные световоды подвержены влиянию радиации, которая вызывает увеличение затухания колебаний; 

-за счет водородной коррозии в оптических волокнах появляются микротрещины, которые вызывают увеличение затухания и могут привести к разрушению световодов;   

-работа с волоконно – оптической техникой предъявляет повышенные требования к квалификации персонала и требует наличия более сложного и дорогого технологического оборудования. 

-относительная хрупкость оптического волокна. При сильном изгибании кабеля возможна поломка волокон или их замутнение из-за возникновения микротрещин, поэтому при прокладке кабеля необходимо использовать рекомендации производителя оптического кабеля (где, в частности, нормируется минимально допустимый радиус изгиба).

-сложность соединения в случае разрыва.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Какие диапазоны длин волн применяются в системах передачи атмосферной и волоконно-оптической связи?

Наибольшее применение для оптической связи имеет диапазон, который называется ближней инфракрасной зоной (л=1,6 - 0,8 мкм; f=). Его использование обусловлено двумя факторами: по шкале энергий этот диапазон соответствует ширине запрещённой зоны ряда п\проводников; этот диапазон отличается наибольшей прозрачностью в таких средах распространения волн как стекловолокно и воздушная атмосфера.

Чем отличается распространение света в стекловолокне от распространения в атмосфере?

Распространение света в атмосфере сопровождается 2-мя существенными для оптической линии связи процессами: флуктуациями принимаемого сигнала из-за рефракции излучения на турбулентных неоднородностях воздуха и аэрозольными рассеянием и поглощением на частицах дождя, тумана, снега, промышленных выбросах, пыли. Поглощение света в атмосфере зависит от содержания в ней водяных паров и углекислого газа вдоль пути распространения световой волны, концентрация которых зависит от влажности воздуха и высоты.

Распространение света в волоконных световодах связано с законами оптики (отражения, преломления) и обусловлено процессами образования мод, т.е. определёнными типами колебаний.

Какие материалы применяют для изготовления источников и приёмников оптического излучения?

На изготовление излучателей идут прямозонные материалы. А для изготовления приёмников и волноводов оптического излучения применяют непрямозонные материалы.

В прямозонных материалах процессы переходов электронов проходят с минимальной задержкой и имеют высокую квантовую эффективность. В непрямозонных материалах эти процессы заторможены или вообще не происходят. Типичными прямозонными материалами являются GaAs, InAs, ZnS, GdS, а непрямозонными - Si, Ge, GaP, SiC. Эти материалы - полупроводники.

Что представляет собой линейный тракт ВОСП?

Оптический конвертор - выполняет главные функции в преобразовании электросигналов в оптические на передаче и оптических в электрические на приёме.

Оптический усилитель - может входить в состав линейного тракта, а может и не входить. Он позволяет увеличить мощность одноволнового или многоволнового сигнала на передающей стороне или повысить чувствительность приёмника.

Промежуточные станции - представлены различными устройствами, которые служат для регенерации, ретрансляции оптических сигналов.

Физическая среда - это может быть как атмосфера, так и оптический кабель.

Какие виды мультиплексирования применяются в оптических системах передачи?

В оптических системах передачи основное применение получили цифровые мультиплексоры, т.к. образуемые ими групповые сигналы представлены в двоичном коде, который придаёт высокую помехоустойчивость передаваемой информации.

Широкое распространение получили цифровые мультиплексоры технологий:

PDH- плезиохронной цифровой иерархии;

SDH - синхронной цифровой иерархии;

ATM - асинхронный режим передачи.

В основе беспроводных оптических систем лежат технологии организации высокоскоростных каналов связи посредством инфракрасного излучения, которые делают возможной передачу данных (текстовые, звуковые, графические данные) между объектами через атмосферное пространство, предоставляя оптическое соединение без использования стекловолокна.

Лазерная связь двух объектов осуществляется только посредством соединения типа «точка-точка». Технология основывается на передаче данных модулированным излучением в инфракрасной части спектра через атмосферу. Передатчиком служит мощный полупроводниковый лазерный диод. Информация поступает в приемопередающий модуль, в котором кодируется различными помехоустойчивыми кодами, модулируются оптическим лазерным излучателем и фокусируется оптической системой передатчика в узкий коллимированный лазерный луч и передается в атмосферу.

На принимающей стороне оптическая система фокусирует оптический сигнал на высокочувствительный фотодиод (или лавинный фотодиод), который преобразует оптический пучок в электрический сигнал. При этом чем выше частота (до 1,5 ГГц), тем больше объём передаваемой информации. Далее сигнал демодулируется и преобразуется в сигналы выходного интерфейса.

Длина волны в большинстве реализованных систем варьируется в пределах 700—950 нм или 1550 нм, в зависимости от применяемого лазерного диода.

Ключевой принцип АОЛС основан на компромиссе: чем большую продолжительность простоев вследствие неблагоприятных погодных условий (туманов) допускает заказчик, тем протяженнее будет канал связи.

Список источников:

1. http://sci.alnam.ru

2. http://siblec.ru

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Волоконно-оптическая_связь

4. http://straus-com.ru/catalog/page195

5. http://laser-portal.ru/content_568