Оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи — это система передачи данных через оптическое волокно с сердечником из стекла или пластика. Снаружи его покрывает оптическая оболочка, которая, отражая свет от краев внутренней части, направляет ее к центру.

Сигнал передается посредством электронного импульса, который через волоконно-оптические модемы преобразуется в световой пучок. Пройдя огромное расстояние, данные считываются и вновь преобразуются в электронный сигнал.

Почему так востребованы волоконно-оптические линии?

Волоконно-оптические сети пользуются огромной популярностью и постепенно вытеснили медные аналоги не случайно. Они могут использоваться где угодно: внутри здания или вне его, кабели для организации передачи сигнала объединяют какое угодно количество территорий, независимо от их площади и протяженности.

Медный кабель достаточно дорогой, что выглядит привлекательно в глазах любителей быстрой наживы, которые периодически вырезают их. В этом плане оптоволоконные сети совершенно неинтересны для мошенников.

Популярность волоконно-оптических линий также объясняется следующими факторами:

• Широкополостное пропускание сигнала частотой 1014 Гц — одно из главных преимуществ. Это позволяет передавать по одному волокну информационный поток со скоростью нескольких терабит в секунду, при этом даже на сверхдлинных магистралях не использовать повторители.


• Имеют малый объем и вес в сравнении с медными и другими аналогами, даже при наличии толстой защитной оболочки.


• Минимальная дисперсия и низкое затухание сигнала в волокне позволяет передавать его на расстояние более 100 км без ретранслятора.


• Выпускаются из материала, непроницаемого для волн и любых помех.


• Имеют высокие изоляционные характеристики, что позволяет связывать в единую систему устройства, заземленные на разных этажах или в разных частях здания. При этом можно не беспокоиться, что при резко возникшей разнице потенциалов в сети оборудование выйдет из строя.


• Обладают стойкостью к пожару и взрывам, что позволяет прокладывать оптоволоконную магистраль на нефтеперерабатывающих, химических и других особоопасных предприятиях.


• Оптическое волокно практически не передает излучение в диапазоне радиоволн, что обеспечивает максимальную защиту информации от посторонних лиц. Это позволяет организовать сеть где угодно: в банковских, правительственных и других учреждениях, где защита данных на первом месте.

Волоконно-оптический кабель экономичен, в 2,5 раза дешевле медных аналогов, так как изготовлен из недорогого кварца. Это тем более актуально, если учесть высокую передающую способность волокна без ретранслятора. Срок службы оптического волокна — не меньше 25 лет, кроме того, его можно использовать совместно с проводниками из меди.

Классификация волоконно-оптических кабелей и спектр их применения

Волоконно-оптические кабели бывают трех видов:

• уличные кабели(outdoor cables);


• кабели для помещений (indoor cables);


• Кабели для шнуров .

Outdoor cables общего применения незаменимы при организации подсистемы, связывающей отдельные объекты, indoor cables используются для прокладки внутри строений и объектов. Что касается кабелей для шнуров, то они нужны при горизонтальной разводке кабелей до комнаты или до рабочего места. Их также используют для изготовления шнуров, соединительных и коммутационных.

Если брать за основу условия эксплуатации, оптоволоконные кабели бывают:

• магистральные;
• монтажные;
• станционные;
• зоновые.

Станционные и монтажные легкие, компактные и короткие по длине, используются при прокладке магистрали внутри объектов и зданий. Зоновые и монтажные незаменимы при организации сети под водой, в колодцах и грунте, на опорах вдоль линий электропередач. Их строительная длина — больше 2 км, внешняя оболочка прочная, хорошо защищает сердцевину от внешних воздействий.

Вначале оптоволоконные кабели использовались исключительно в узкоспециализированных областях, для систем освещения они считались дорогостоящими и нерентабельными. Новые технологии значительно удешевили оптические волокна, что позволяет применять их где угодно: в телефонии, компьютерных сетях и магистралях общего пользования.

Устройство линий волоконно-оптической связи

Любая система связи использует канал, по которому передается сигнал, а в качестве носителя информации выступает та или иная среда, которая передает зашифрованный сигнал.

Например, электричество в системах электросвязи, радиосигнал – в системах радиосвязи. В середине 1960х годов было обнаружено свойство света выступать в качестве носителя информационного сигнала – так началось развитие оптической связи.

Носителем информации выступает световой импульс, который передается по кабелю, состоящему из светопроводящего волокна (оптическому волноводу).

На сегодняшний день передача информации по оптическому кабелю считается самой совершенной технологией передачи данных. Она позволяет передавать сигнал на скорости до 100 Тбит/сек на огромные расстояния практически без потерь качества. При этом волоконно-оптические линии устойчивы к таким негативным факторам воздействия, как статическое электричество, блуждающие токи, химическая и электрохимическая коррозия, и позволяют обеспечивать высокую надежность и степень защиты передаваемой информации благодаря особенностям оптического сигнала.

Устройство линий волоконно-оптической связи можно описать следующим образом. Информация, зашифрованная в определенном виде (как правило, в двоичном коде), передается на источник света – мощный лазерный излучатель.

Интерпретацией двоичного кода в оптической среде является система «свет/отсутствие света».

То есть логическому «да», которое в двоичной системе шифрования представлено единицей, соответствует вспышка света, а логическому «нет» - ноль в двоичной системе – отсутствие света.

Передатчик посылает серию импульсов в двоичном коде по оптоволоконному каналу, который проложен между ним и конечной точкой (приемщиком).

Для усиления сигнала при передаче на большие расстояния в линию могут быть включены ретрансляторы и дополнительное оборудование. Принимающий порт интерпретирует и расшифровывает входящий сигнал и представляет информацию, полученную с передатчика, в необходимом для потребителя виде.

Особенности линий волоконно-оптической связи

Современное оптическое волокно изготавливается из кварца на основе двуокиси кремния. Это широко распространенный, и поэтому недорогой материал, который обеспечивает высокую скорость передачи светового потока с минимальным коэффициентом затухания. Также для изготовления оптического волокна применяются новейшие виды пластика.

Оптическое волокно устойчиво к электромагнитным и иным помехам, отличается низким удельным весом и очень длительным сроком службы. В отличие от медных и стальных кабелей, оптический кабель не окисляется, срок его службы превышает 25 лет.

Единственным недостатком оптического волокна можно назвать его хрупкость на сгибание, а также то, что в случае разрывов требуется сложный дорогостоящий ремонт.

Производство оптоволокна для волоконно-оптической связи

Производство оптоволокна на сегодняшний день является сложным и недешевым процессом и требует специализированного высокотехнологичного оборудования.

Но тенденции отрасли волоконно-оптических сетей показывают очень быстрое развитие, в том числе и технологий производства. А это значит, что создание оптоволоконных кабелей, их монтаж и ремонт становятся проще и дешевле.

Основное производство волоконно-оптических линий сосредоточено в США, так как американские производители обладают главными патентами.

Производители из США создают с компаниями из других стран совместные предприятия и заключают лицензионные соглашения, что позволяет им, с одной стороны, расширить географию производства, с другой – удешевить производство и привлечь дополнительные инвестиции.

История возникновения волоконно-оптической линии связи

Волоконно-оптическая связь является новой технологией передачи информации на значительные расстояния без потери качества сигнала.

Информация транслируется по специальному кабелю, а в качестве среды распространения выбраны колебания электромагнитного поля в инфракрасном оптическом диапазоне.

Благодаря своей колоссально пропускной способности, волоконно-оптические линии связи не имеют аналогов среди других способов передачи больших объемов информации.

Стремительное развитие информационных технологий не могли удовлетворить существующие способы связи, наше общество постепенно интегрировалось в информационное поле, что требовало новых подходов к выбору способов и методов коммуникации.

С момента изобретения первых радиостанций прошло немного времени, но требовались новаторские технологические решения, которые могли бы обеспечить не сиюминутные потребности человечества, а работали бы на перспективу.

Теоретические разработки ученых и первые эксперименты доказали, что возможность трансляции информационного потока с использованием света существенно эффективнее, чем передача сигнала посредством радиоволн в различных диапазонах.

Первые рабочие разработки были предложены в 1966 году – ученые показали кабель из обыкновенного стекла, в надежде, что он станет заменой коаксиальному проводу. Первый волоконно-оптический кабель связи имел очень большой коэффициент затухания, что было неприемлемым.

Исследования продолжались, но оставалось две основных проблемы – что использовать в качестве носителя сигнала и каким должен быть источник света для максимально эффективной передачи большого объема информации с минимальными потерями. Решение нашлось только в 70-х годах прошлого века, когда были изобретены новые лазеры и появились новые материалы в качестве основы для кабеля.

За последующие неполные полвека строительство волоконно-оптических линий связи пережило настоящий бум:

• в 1988 году была завершена прокладка первой масштабной линии связи между Японией и США;


• в 2003 году впервые была достигнута скорость передачи сигнала около 11 Тбит/сек;


• в 2009 году испытания в области скоростной передачи данных преодолели новый рубеж – ученым удалось транслировать поток 15.5 Тбит/сек без потери скорости на расстояние около 7000 км.

Исследования продолжаются, во всем мире происходит прокладка волоконно-оптических линий связи, которые позволяют передавать большие объемы информации на значительные расстояния. Этот метод вошел в основу скоростного доступа к сети Интернет, существенно обогнав по ключевым параметрам другие популярные способы подключения.

Особенности проектирования и монтажа волоконно-оптической связи

Проектирование волоконно-оптических линий связи является сложным и трудоемким процессом, который должен учитывать целый ряд особенностей, начиная от технической возможности проведения трассы и заканчивая количеством основного и вспомогательного оборудования, которое будет соединено в рамках сети.

Процесс проектирования и разработки линии связи можно разделить на несколько стадий:

• определение технической возможности установки;


• выбор типа кабеля и его длины;


• проведение технических расчетов на предмет выявления величины коэффициента затухания сигнала, и других важных показателей;


• выбор необходимой аппаратуры и вспомогательных средств для обеспечения бесперебойной работы сети и соответствия стандартам передачи информации;


• проектирование и прокладка трассы. Монтаж волоконно-оптических линий связи может производиться двумя способами – навесным (кабель прокладывается по воздуху на уже существующих либо новых технических опорах) или подземным (для этого необходимо проделать специальные земельные работы). Выбор способа прокладки трассы зависит от климатического пояса, атмосферных условий (степень промерзания почвы, солнечная или ветровая активность), рельефа местности и других факторов;


• подготовка необходимой технической документации с указанием количества точек подключения, различные разветвления и общая трассировка (так называемая скелетная схема);


• перечень конкретных технических и аппаратных средств, задействованных в создании работоспособной линии связи (стационарные терминалы, усилители, трансиверы, муфты ответвления и другое оборудование);


• согласование проекта с заказчиком и проведение монтажных работ.

Одна из главных особенностей установки заключается в том, что волоконно-оптический канал связи в рамках проекта может достигать нескольких десятков километров, тогда как стандартная длина провода существенно меньше. Это предусматривает наличие соединений в рамках одной линии связи между сегментами кабеля.

Соединить два сегмента провода можно несколькими способами:

• разъемное соединение (при помощи оптических коннекторов). У этого способа есть одно преимущество – работы происходят достаточно быстро и не требуют специального оборудования. Главный недостаток заключается в том, что это существенно удорожает стоимость линии связи и способствует увеличению потерь сигнала при использовании большого количества соединительных элементов;


• неразъемный способ. Здесь существует несколько вариантов, среди которых склеивание и сварка волоконно-оптических линий связи. Эти процессы довольно трудоемкие и требуют специального оборудования и практических навыков, но итогом является практически полное отсутствие потерь скорости передачи и монолитное соединение кабелей.

Волоконно-оптические линии связи, используемое оборудование для которых соответствует мировым стандартам, способны служить на протяжении полувека без видимой потери качества сигнала.

Ключевые аспекты технического обслуживания ВОЛС

Техническое обслуживание волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) – это целый комплекс различных мероприятий, которые направлены на поддержание стабильно работоспособности всех элементов системы. Сюда входят профилактические и ремонтные мероприятия, которые проводятся с различной периодичностью.

Регулярное обслуживание волоконно-оптической линии связи предусматривает проведение следующих мероприятий:

• визуальный осмотр целостности линии связи без подъема на техническую опору (при воздушном способе монтажа). Регламент проведения не реже, чем раз в полгода;


• выборочная проверка состояния кабелей в зажимах с поднятием на технологическую опору – в течение первого года эксплуатации регулярность проверки каждые 6 месяцев, в дальнейшем – по мере необходимости;


• произвольные осмотры всей сети или отдельных ее участков (работы проводятся специалистами) – ежегодно;


• измерение коэффициента затухания в сети и сравнение с изначальными показателями – два раза в год или в случае заметного снижения качества приема и передачи информации;


• контроль обледенения оптического кабеля – в зависимости от конкретных климатических условий;


• проверка соединительных муфт и заземления опор – ежегодно.

При обнаружении неполадок необходимо вызвать специалистов, которые обнаружат причину, установят конкретное место поломки (обрыв или повреждение кабеля, неисправность в аппаратной части системы и прочее) и устранят ее.

Проведение регулярных регламентных и ремонтных работ является гарантией того, что волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) будет находиться в работоспособном состоянии на протяжении всего срока службы.

Особенности и основные преимущества ВОЛС

Волоконно-оптические системы связи в настоящее время получили широкое распространение по всему миру, постепенно вытесняя другие проводные способы передачи данных благодаря своим особенностям и уникальным характеристикам.

Давайте более подробно рассмотрим некоторые ключевые моменты, чтобы понимать, в чем преимущество волоконно-оптической связи:

• пропускная способность. Это одна из основных характеристик, которая важна для линии связи. Потенциал одного канала позволяет выйти на объем в несколько терабит за секунду;


• универсальность. По оптическому кабелю можно передавать сигналы различной модуляции;


• минимальный коэффициент затухания. Благодаря этому качеству, длина участка сети без использования дополнительных ретрансляторов или усилителей может достигать до 100 километров;


• безопасность данных. К волоконно-оптической линии практически невозможно подключится злоумышленнику – в случае физического нарушения целостности канала сигнал перестанет проходить сквозь кабель, а надежное кодирование убережет от перехвата информации при помощи программных средств. Дополнительно система безопасности предупредит о попытке проникновения и взлома. Именно благодаря такой особенности, оптические кабели используют различные организации (правоохранительные органы, банки, исследовательские компании), которые работают с секретными данными;


• пожарная безопасность. Благодаря своему строению и используемым материалам, оптико-волоконные кабели не поддерживают горение и не приводят к образованию искры. Это позволяет использовать их на химических, нефтеперерабатывающих и других предприятиях с повышенным уровнем пожарной опасности;


• экономическая выгода. Несмотря на то, что стоимость прокладывания линии довольно высокая, она все равно будет дешевле и качественнее, чем традиционное соединение с использованием медного кабеля. Дополнительно стоит учесть минимальные расходы на усилители сигнала, особенно, если речь идет о больших участках магистралей. Для сравнения, ретрансляторы при стандартном подключении должны устанавливаться каждые 5-7 километров, а при использовании оптико-волоконного кабеля – каждые 100 километров;


• надежность и долговечность. При использовании соединения в стандартных климатических условиях, срок службы кабеля и соединительного оборудования будет примерно в два раза больше, чем при эксплуатации медного кабеля.

Благодаря этим преимуществам линии связи на основе оптико-волоконных соединений пользуются большой популярностью в наше время по всему миру.

Больше о волоконно-оптических линиях связи и их особенностях проектирования можно узнать на ежегодной выставке «Связь».

Оптико волоконная связь
Воздушные линии