Волоконна оптика. Теорія та практика
Девід Бейлі, Едвін Райт
1.2. Порівняння оптоволоконних і кабельних систем
Без сумніву, оптоволоконная технологія стане в майбутньому головним засобом передачі інформації. Вона є однією з причин масового зростання міжнародних телекомунікацій та ефекту "стиснення планети". На основі цієї технології Інтернет зміг стати тим неоціненним інформаційним засобом, яким він сьогодні є. Однак всупереч поширеній думці, це не панацея. У оптоволоконних систем все ще є безліч обмежень і перешкод, які треба подолати. Перед тим як почати обговорювати теорію оптоволоконної передачі, порівняємо традиційні і оптоволоконні кабелі і оцінимо їх переваги та недоліки.
1.2.1. Смуга пропуску
Сьогодні у оптоволоконних кабелів величезна смуга пропускання зі швидкостями передачі до 40 Гбіт / с, що діють вже сьогодні, і понад 100 Гбіт / с, що очікуються в найближчому майбутньому. Факторами, що обмежують зростання швидкостей передачі, в даний час є: по-перше, велике в порівнянні з періодами імпульсів час відповіді джерел і детекторів для високих швидкостей передачі даних; по-друге, близькість довжини хвилі світла до періоду імпульсу, що викликає проблеми диференціювання в детекторах. Методи мультиплексування декількох довжин хвиль в одному волокні (звані спектральним ущільненням (WDM, wave division multiplexing) збільшують загальну швидкість передачі по одному волокну до декількох Тбит / с.
Коаксіальні кабелі діаметром до 8 см можуть забезпечити швидкості передачі до 1 Гбіт / с на відстанях до 10 км. Обмежуючим фактором є дуже висока вартість міді.
В даний час триває важливе дослідження зі збільшення швидкості передачі через кабелі з крученими парами. Сьогодні в багатьох локальних мережах швидкості 100 Мбіт / с є цілком звичайними. Доступні також комерційні системи, що діють на швидкостях до 1 Гбіт / с. Після успішних лабораторних випробувань на швидкостях 10 Гбіт / с відповідна продукція готується до комерційного випуску. Причина такої активної діяльності в цій області криється в надлишку інфраструктури з уже. встановленими кабелями з кручений парою, що дозволяє значно заощадити на риття траншей, прокладання каналів і укладанні нових оптоволоконних кабелів. З цієї причини технологія кабелів з кручений парою в даний час успішно конкурує з оптоволоконної технологією, оскільки обидві вони мають безліч загальних додатків.
1.2.2. перешкоди
На оптоволоконні кабелі абсолютно не впливають електромагнітні перешкоди (EMI), радіочастотні перешкоди (RFI), блискавки і скачки високої напруги. Вони не страждають від проблем ємнісних або індуктивних сполучень. При правильному проектуванні на оптоволоконні кабелі не повинні впливати електромагнітні імпульси від ядерних вибухів і фонової радіації. (Ця звістка втішить більшу частину населення після ядерної війни!)
На звичайні кабелі впливають зовнішні перешкоди. Залежно від типів кабелів і ступенів їх екранування, вони в різній мірі схильні до електромагнітним і радіоперешкод через індуктивні, ємнісні і резистивні зв'язку. Системи зв'язку на основі традиційних кабелів повністю виходять з ладу під дією електромагнітних імпульсів ядерних вибухів.
Звичайні кабелі також випромінюють електромагнітні хвилі, що може призвести до перешкод в інших кабельних системах зв'язку. Обсяг випромінювання залежить від величини сигналу, що передається і якості екрану.
1.2.5. електроізоляція
Оптоволоконні кабелі забезпечують повну гальванічну розв'язку між обома кінцями кабелю. Непроводімость волокон робить кабелі нечутливими до перепадів напруги. Це усуває електромагнітні та ефірні перешкоди, які можуть бути викликані контурами заземлення, синфазними напруженнями, а також зсувами і короткими замиканнями потенціалу землі. Оптоволоконний кабель діє як довгий ізолятор. Оскільки оптичні волокна не випромінюють хвилі і не схильні до перешкод, ще одним їх перевагою є відсутність взаємного впливу кабелів (тобто впливу випромінювання одного кабелю зв'язку на інший, прокладений поруч з ним).
Традиційні кабелі, просто працюючи за своїм призначенням, надають електричне з'єднання між своїми кінцями. Отже, вони сприйнятливі до електромагнітних і радіоперешкод від контурів заземлення, синфазних напруг і зсувів потенціалу землі. Вони також схильні до проблем взаємного впливу.
1.2.4. відстані передачі
Для простих дешевих оптоволоконних систем можливі відстані між повторювачами до 5 км. Для високоякісних комерційних систем тепер без праці доступні відстані між 'повторителями до 300 км. Були розроблені системи (без використання повторювачів) на відстані до 400 км. У лабораторних умовах досягнуті відстані, близькі до 1000 км, але на ринку вони поки недоступні. Одна європейська компанія заявила, що в даний час розробляє оптоволоконний кабель, який можна прокласти вздовж земного екватора і без всяких повторителей по ньому можна буде передавать4сігнал з одного його кінця на інший! Як таке можливо? При використанні злегка радіоактивної оболонки входять фотони з низькою енергією збуджують в цій оболонці електрони, які, в свою чергу, випромінюють фотони з більшою енергією. Таким чином виникає деяка форма автоусіленія. У наступних розділах читачеві будуть роз'яснені використані терміни.
На ринку кабелів з кручений парою на швидкості передачі 4 Мбіт / с доступні відстані між повторювачами до 2,4 км. У разі коаксіальних кабелів на швидкостях менше 1 Мбіт / с між повторювачами можливі відстані до 25 км.
1.2.5. Розмір і вага
У порівнянні з усіма іншими кабелями для передачі Жданов, оптоволоконні кабелі дуже малі в діаметрі і надзвичайно легкі. Чотирьохжильний оптоволоконний кабель важить приблизно 240 кг / км, а 36-основний оптоволоконний кабель важить приблизно лише на 3 кг більше. Через своїх невеликих порівняно з традиційними кабелями з такою ж пропускною здатністю розмірів їх зазвичай простіше встановлювати в існуючих умовах, а час установки і вартість в загальному нижче, оскільки вони легкі і з ними простіше працювати.
Традиційний кабель може важити від 800 кг / км для кабелю з 36 крученими парами до 5 т / км для високоякісного коаксіальногокабелю великого діаметру.