В рубрику "Решения корпоративного класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Всовременном мире очень остро стоит вопрос о передаче информации на большие расстояния. Одним из самых надежных видов транспорта данных считается оптоволокно. Наряду с другими распространенными сегодня средствами передачи информации (например, космическая связь и беспроводные системы наземной связи) оптоволоконный кабель в меньшей степени зависит от атмосферных явлений и погодных условий. Кроме того, эксплуатация кабельной продукции в тяжелых климатических условиях сильно упрощена, что очень актуально для Российской Федерации. Постараемся описать критерии выбора оптоволокна непосредственно для протяженных сетей передачи данных (ВОСПД).
In the present-day world the pointed issue is an information transmission over long distances. One of the most reliable forms of digital communications is optical fiber. Along with other popular means of communication (eg, satellite communication systems and wireless terrestrial communications) fiber optic cable is less dependent on atmospheric and weather conditions. In addition, the operation of cable products in harsh climatic conditions has been greatly simplified, which is very important for the Russian Federation. We will try to describe the criteria for selecting optical fiber directly to the extended networks (FOTS).
Для начала рассмотрим теоретические аспекты световодов и волн оптического диапазона, а также причины, ограничивающие скорость и объем передаваемых данных.
Волны, используемые для оптической связи, лежат в невидимом для человеческого глаза диапазоне от 800 до 1675 нм. Существует много физических сред, в которых возможно применение данного диапазона (волоконные световоды из стекла, полупроводники, пластмассы). При этом передача излучения в какой бы то ни было среде отличается от передачи его в идеальных условиях (то есть в вакууме). Другими словами, на пути передаваемых волн стоит ряд препятствий, связанных со свойствами вещества, и показатель преломления среды вне вакуума всегда будет больше единицы.
Ключевые слова:Помимо этого, происходит частичное поглощение передаваемого оптического излучения. Это обусловлено квантовыми переходами между различными молекулярными уровнями вещества. Например, в стекле (SiO2) пик поглощения приходиться на 9200 нм, казалось бы, что данный диапазон лежит вне нужных для передачи длин, но "хвост" поглощения приходится на 800 и 1600 нм. Более того, в стекле немалую роль играют примеси гидроксидов переходных металлов (железа, никеля, меди и пр.), которые приводят к нелинейности характеристики затухания (см. рис. 1).
Еще одно препятствие на пути передачи данных – рассеяние оптического излучения. Оно происходит из-за неравномерности распределения вещества и его примесей, по размеру сопоставимых с длиной волны. Кроме того, на увеличение рассеивания влияют изгибы волноводов.
Для правильного выбора параметров волокна также важно понимать, откуда берутся конкретные длины волн для передачи информации и "накачки усилителей". Характеристика затухания стекловолокна из-за поглощения и рассеивания имеет характер "окон прозрачности" (то есть ограниченные частотные шаги, рекомендованные для систем передачи, см. рис. 2 и табл. 1), которые привели к стандартизации диапазонов волн в оптоволоконных системах.
На рис. 2 изображены диапазоны обычного стекловолокна, без каких-либо примесей, с "водяным пиком". Кабели с такими волокнами чаще всего встречаются в строительстве домовых, небольших городских сетей. Также отмечу, что отечественные производители весьма преуспели в качестве производства данных волокон и кабелей различного назначения.
В табл. 1 приведены диапазоны для улучшенных волокон без так называемого водяного пика (разделяет "окна прозрачности" в полосе пропускания одномодовых световодов в диапазонах 1300 и 1550 нм) и примесных поглощений, что в значительной мере расширяет физические возможности передачи различного рода данных по подобным волокнам на дальние расстояния. Именно они представляют наибольший интерес для протяженных ВОСПД.
Все физические характеристики и зависимости, рассмотренные выше, влияют на классификацию волокон. Проще говоря, для основных технических параметров волокна существуют определенные стандарты. Классификация (стандартизация) оптоволокна в первую очередь служит ориентиром для разработчиков активного и пассивного оборудования в сфере оптоволоконной передачи, а также для проектировщиков ВОСПД. Без существования таких стандартов было бы очень затруднительно, к примеру, производить или согласовывать работу оборудования разных производителей. Разработкой стандартов и рекомендаций занимаются такие организации, как ISO/IEC (Международная стандартизирующая организация/Международная электротехническая комиссия) и ITU-T (сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи, МСЭ-Т). В соответствии с рекомендациями ITU-T (МСЭ-Т) для цифровых систем и сред передачи данных используется несколько основных классов оптических волокон, они указаны в табл. 2.
Немного отвлекаясь от основной темы, хочу остановиться отдельно на технологии передачи данных, актуальной для протяженных ВОСПД на сегодняшний день. Речь идет о технологии WDM (Wavelength-Division Multiplexing, спектральное уплотнение каналов, или мультиплексирование по длине волны). Данная технология позволяет использовать "окна прозрачности" не для одной волны, а для большого количества волн с различным шагом. Проще говоря, она позволяет запускать от 2 до 64 каналов по одному световоду, что очень важно для протяженных линий связи, так как осуществляется возможность передачи большого количества данных на высокой скорости на необходимом участке.
Существует несколько видов WDM-систем – это CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing – редкое мультиплексирование с разделением по длине волны), DWDM (Dense WDM – плотное мультиплексирование с разделением по длине волны) и HDWDM (High Dense WDM – сверхплотное мультиплексирование по длине волны). Их основное отличие заключается в шагах между волнами: для CWDM – не менее 20 нм, для DWDM – не менее 10 нм, и для HDWDM – 5 нм и менее.
По стоимости оборудование CWDM значительно ниже, чем DWDM. Но и возможности у "редко мультиплексированных" систем значительно ниже как в объеме передаваемых данных, так и в дальности передачи. Таким образом, привлекательнее всего для протяженных ВОСПД выглядит именно DWDM-система.
Технология DWDM обеспечивает:
Исходя из технических потребностей, продиктованных расстоянием, скоростью и технологией передачи данных, наиболее подходящими для ВОСПД, на мой взгляд, являются волокна марок NZDS (Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber, волокно с ненулевой смещенной дисперсией), TrueWave (RS) и Leaf, соответствующее МСЭ-Т G.655.
На данный момент производство волокон этих марок налажено и развивается у таких компаний, как Corning Glass, Lucent Technologies и Fujikura. К сожалению, в России пока данные волокна не производятся, однако можно использовать кабель отечественного производства, в котором за основу взято волокно одного из вышеперечисленных производителей.
Конечно, для протяженных ВОСПД подходят не только волокна стандарта G.655 по классификации ITU-T. Например, мировой (лабораторный) рекорд по дальности однопролетной линии на скорости 100 Гбит/с с применением технологии DWDM был поставлен отечественной компанией "Т8" на волокне фирмы Corning Glass SMF-28 ULL (ITU-T G.652(!)) и составил 501,3 км.
Поэтому при выборе волокна стоит руководствоваться в первую очередь техническими спецификациями оборудования передачи данных, поскольку главная задача волокна заключается в обеспечении передачи данных с минимальными потерями и искажениями.
Современные технологии в производстве оптических волокон постоянно развиваются, проводятся серьезные и дорогостоящие исследования в данной области, что, в свою очередь, приводит к усовершенствованию существующих типов волокон, "узкоспециализированным" волокнам и волокнам широкой сферы применения. К сожалению, объем данной статьи не позволит описать все аспекты и все типы волокон, которых великое множество.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #4, 2013
Посещений: 18502
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Решения корпоративного класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
