ВОЛС — волоконно-оптическая линия связи¶
ВОЛС (волоконно-оптическая линия связи) — линия передачи информации, в которой в качестве среды передачи используются тонкие нити из оптического стекла или пластика (оптические волокна), а сигнал передаётся в виде модулированного светового излучения. ВОЛС является основой современных магистральных и абонентских телекоммуникационных сетей, обеспечивая пропускную способность, значительно превосходящую медные и коаксиальные линии.
¶Принцип работы
Передача сигнала в оптическом волокне основана на явлениях полного внутреннего отражения и преломления света. Световой импульс, создаваемый источником излучения (лазером или светодиодом), вводится в сердцевину волокна и распространяется вдоль него, многократно отражаясь от границы с более плотной средой — оболочкой. На приёмном конце оптический приёмник (фотодиод) преобразует световой сигнал обратно в электрический.
Ключевые физические характеристики оптического волокна:
- Затухание — ослабление сигнала на пути распространения, измеряется в дБ/км. В современных волокнах на длине волны 1550 нм затухание составляет около 0,2 дБ/км, что позволяет передавать сигнал на десятки и сотни километров без промежуточного усиления.
- Дисперсия — временно́е растяжение импульсов, ограничивающее скорость и дальность передачи.
- Пропускная способность — теоретически может достигать десятков Тбит/с на одно волокно.
¶Виды оптических волокон
По числу мод распространения света оптические волокна делятся на два основных типа:
| Тип | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Многомодовое (MMF) | Большая сердцевина (50–62,5 мкм), распространяется множество мод света, затухание выше | Локальные сети, длина линий до 2–3 км |
| Одномодовое (SMF) | Малая сердцевина (8–10 мкм), распространяется одна основная мода, низкое затухание | Магистральные сети, дальние расстояния |
По типу оболочки и применению различают также волокна со стандартным профилем (G.652), волокна с нулевой дисперсией в зоне 1550 нм (G.653), волокна с суженным модовым полем (G.655) и другие стандарты МСЭ.
¶Устройство линии
Волоконно-оптическая линия связи включает:
- Источник излучения — лазерный диод (лазер) или светодиод (LED), преобразующий электрический сигнал в световые импульсы.
- Оптическое волокно — среда передачи, сваренная из отрезков длиной до нескольких километров в единую линию.
- Приёмник — фотодиод или фототранзистор, преобразующий световой сигнал обратно в электрический.
- Усилители и регенераторы — оптические усилители (erbium-doped fiber amplifier, EDFA) компенсируют затухание на протяжённых участках без преобразования сигнала в электрический вид.
- Муфты, кроссовые шкафы, сварные муфты — элементы соединения и коммутации волокон.
Кабель, в котором размещены оптические волокна, имеет многослойную конструкцию: буферное покрытие, армирующие элементы (стекловолокно, кевлар), водозащитный слой и наружную оболочку. Число волокон в одном кабеле может достигать нескольких тысяч.
¶Преимущества и ограничения
К достоинствам ВОЛС относятся:
- очень высокая пропускная способность и дальность связи без промежуточных усилителей;
- электрическая изоляция — волокно не проводит ток, не подвержено электромагнитным помехам и грозовым разрядам;
- малый вес и габариты кабеля по сравнению с медным;
- отсутствие кроссовой помехи между парами волокон;
- относительная защищённость от перехвата сигнала.
Ограничения связаны со сложностью и стоимостью сварки и монтажа волокон, хрупкостью стекла при изгибе (минимальный радиус изгиба), необходимостью специализированного оборудования для измерений и ремонта, а также с затратами на подключение абонентов (FTTx-сценарии).
¶Применение
ВОЛС применяются в следующих областях:
- Магистральные телекоммуникационные сети — междугородние и международные линии, включая трансокеанские кабели.
- Доступ к сети Интернет — технологии FTTH (Fiber To The Home), FTTC (Fiber To The Cabinet) и другие абонентские сценарии.
- Локальные сети — корпоративные сети, дата-центры, сети промышленных предприятий.
- Телевидение и радиовещание — распределение сигнала CATV.
- Специализированные применения — сенсорные линии, медицинское оборудование, системы безопасности, передача синхросигналов.
¶История
Идея передачи информации светом по стеклянному волокну была предложена ещё в XIX веке, однако практическое воплощение стало возможным после создания низкозатухающих волокон. В 1966 году физики Чарльз Као и Джордж Хохэм (Charles Kao, George Hockham) теоретически обосновали возможность передачи света на большие расстояния по чистому стеклу, за что Као в 2009 году был удостоен Нобелевской премии по физике. Первые коммерческие ВОЛС были развёрнуты в начале 1970-х годов, а массовое внедрение началось в 1980-е годы.
В России оптические линии связи активно развиваются с 1990-х годов. Крупнейшие операторы (Ростелеком и другие) построили протяжённые магистральные оптические магистрали, охватывающие территорию страны, включая проекты по подключению отдалённых населённых пунктов.
¶См. также
- Оптическое волокно
- Оптический усилитель
- FTTH
- Трансокеанский кабель
¶Источники
- ГОСТ Р 52023-2003. Сеть оптическая волоконная. Термины и определения.
- МСЭ-T G.650-G.657 — стандарты на оптические волокна и кабели.
- Капранов М. В. «Основы построения сетей связи на оптических волокнах».
- Kao C. K., Hockham G. A. «Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies», Proceedings of the IEE, 1966.