ВОЛС – это волоконно-оптическая линия связи, которая состоит из пассивных и активных элементов, предназначенных для передачи оптического (светового) сигнала по оптоволоконному кабелю.
Технологи и инвесторы знают о быстром развитии оптоволоконной промышленности и линий ВОЛС в течение последних нескольких лет. Некоторые сравнивают развитие ВОЛС с ростом полупроводниковой промышленности конца 60-х годов. Хотя сейчас продажи оптоволокна небольшие, становится ясно, что эта отрасль будет развиваться как никогда быстро. Развитие отрасли в частности ожидается из-за бурного развития сети Интернет, а также из-за постоянно растущего спроса на увеличение пропускной способности каналов связи. Ожидается, что в ближайшее время рост пропускной способности каналов ВОЛС также будет расти беспрецедентными темпами.
Ответом на эти требования и является сама волоконная оптика, сами ВОЛС. Медь и кабельные системы передают данные на одном канале с использованием алгоритмов разделения времени, которые делят канал на ультратонкие отрезки. Однако скорость передачи ограничивается самой средой кабеля, частота передачи ограничена. Оптическое волокно имеет частоту передачи в 100 раз больше, чем у меди или кабельного телевидения. Поэтому по оптике возможна передача сразу нескольких каналов за счет мультиплексирования, что дает практически неограниченную скорость передачи данных. Данные от многих пользователей распределяются по разным каналам в соответствие с доступными длинами волн и передаются параллельно. По прогнозам каждая полоса канала линии ВОЛС сможет передавать данные со скоростью до 40 Гбс.
Коммуникационные системы ВОЛС
С физической точки зрения волоконно-оптический канал является таким же каналом связи как и любой другой. Он содержит основные элементы: приемник, передатчик и непосредственно канал связи (оптоволокно). В передатчике сообщение преобразуется в форму, пригодную для передачи по оптическому каналу ВОЛС. В приемнике информация извлекается и преобразуется в обычную для цифровых каналов форму.
Как правило, оптические волокна в кабеле сгруппированы. Кабели могут содержать до 100 волокон. Таким образом, с помощью одного волоконно-оптическому кабелю можно организовать ВОЛС с сотнями каналов. Однако для этого понадобится большое количество коммутаторов и другого активного оборудования. Несмотря на то, что оптоволоконная система ВОЛС является более сложной, чем медь, три основных компонента линий связи остаются неизменными.
Предположим, что по линии ВОЛС передается телефонный сигнал. Аналоговый электрический сигнал от телефона преобразуется в цифровой сигнал, который направляется на оптический модулятор (мультиплексор) волоконно-оптической системы. Модулятор преобразовывает цифровые электронные сигналы в серию двоичных импульсов, и эти оптические импульсы передаются по оптическому каналу. Когда импульс достигает приемника, световой сигнал направляется на фотоприемник, который преобразует световой сигнал обратно в электрический сигнал. Далее сигнал направляется на компьютер или на преобразователь для телефона. Этот световой сигнал, как и многие другие передается по одному каналу, т.е. в луче света одной длинны волны. Это позволяет передавать по одному оптическому каналу до 50000 телефонных звонков одновременно. Возможно использовать алгоритмы уплотнения по времени. Т.к. оптоволокно позволяет передавать много разных цветов, следовательно, в одном физическом канале можно создать множество каналов передачи ВОЛС. Эта способность оптоволокна называется волновым уплотнением. Все длинны волн, используемые в оптоволокне сдвинуты в ИК спектр. Поскольку оптоволокно не передает весь спектр волн, число каналов конечно. Поэтому чем уже полоса пропускания каждого канала, тем больше самих каналов можно организовать. Как правило, интервал между каналами ВОЛС составляет около 1,6 нм. Такие системы, независимо от канала передачи, являются системами с волновым уплотнением, использующими несколько цветов в виде отдельных каналов связи.
Передатчик ВОЛС
Волоконно-оптический канал ВОЛС начинается с источника света и заканчивается фотоприемником. В качестве источника света, как правило, используется полупроводниковый лазерный диод, который образует ядро передатчика. Отдельный лазер используется для каждого цвета или канала. При производстве оптоволокна каждый лазер вживляется в волокно. Сейчас производится много типов лазеров, но все они работают либо на одной частоте, либо подстраиваются. Обычно лазер может излучать только одну длину волны, но есть и подстраиваемые лазеры, способные менять длину волны. В обоих типах лазеров важно, что частота и интенсивность или яркость на выходе остаются постоянными, чтобы не вносить шумов в передачу. Это достигается путем использования систем контроля с обратной связью, которая чувствует изменения частоты или яркости и динамически вносит необходимы корректировки в работу лазерного диода. Эти устройства обычно встраивают внутрь корпуса передатчика.
Однако т.к. стабилизируется только один лазер, то могут возникнуть помехи от работы соседних по длине волны лазеров. Поэтому каждый лазерный луч направляется в специальный оптический аттенюатор, который гарантирует равную интенсивность излучения каждого канала. Это устройство работает также как клапан в водяной системе, реагируя на общую интенсивность излучения. Существует множество реализаций оптических аттенюаторов, и на данный момент не существует единого стандарта. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. В конечном счете будет выработан единый стандарт, но сейчас применяется много способов стабилизации лазерного излучения.
Заключительной частью ВОЛС является оптический мультиплексор. Как и в случае с электронной схемой, мультиплексор направляет много сигналов от разных источников в один провод или, в данном случае, по оптическому волокну. То есть различные оптические сигналы (обычно 4, 8 или 16) объединяются в одном волокне для передачи. При этом существует несколько конкурирующих технологий волнового уплотнения.
Информационный канал ВОЛС
Вторым важным элементов ВОЛС является сам канал. В своей простейшей форме канал – это участок оптоволокна между приемником и передатчиком. Проблема в том, что оптические волокна ВОЛС ослабляют сигнал. Он рассеивается и нуждается в регенерации и повторении без потери информации. Типичный трансконтинентальный оптоволоконный канал имеет от 80 до 100 усилительный ретрансляционных станций. Есть также места, когда один или несколько каналов необходимо отделить от общего или наоборот добавить. Для выполнения этих задач ретрансляционные станции строятся непосредственно вдоль оптоволоконной линии.
Оптическая ретрансляционная станция обычно содержит несколько различных устройств, основная функция которых заключается в очистке сигнала от деградации и его усиления. Сигналы разных цветов в линиях ВОЛС передаются с разной скоростью. Это явление называется хроматической дисперсией. Если хроматическая дисперсия возникает на длинных участках, то это может приводить к помехам в работе соседних каналов и возникновению ошибок. Таким образом, каждая ретрансляционная станция ВОЛС имеет устройство, называемое компенсатором дисперсии.
Следующей задачей узла ретрансляции является усиление сигнала до уровня, необходимого для передачи сигнала дальше по оптоволокну. Это устройство называется волоконным усилителем (EDFA). EDFA делает возможным передачу оптического сигнала на большие расстояния.
Приемник ВОЛС
Сигналы линии ВОЛС, поступающие на приемник направляются на демультиплексор, который производит разделение каналов в обратном порядке. Затем сигналы преобразуются в электрические, которые может обрабатывать компьютер или телефон. Так заканчивается типичный канал ВОЛС.
Волоконно-оптические каналы используются сегодня в отечественных и международных сетях. Эти системы ВОЛС в конечном итоге получат наиболее широкое распространение, обеспечивая скорость передачи сигнала до нескольких терабайт в сек.
Волоконно-оптический канал ВОЛС начинается с источника света и заканчивается фотоприемником. В качестве источника света, как правило, используется полупроводниковый лазерный диод, который образует ядро передатчика. Отдельный лазер используется для каждого цвета или канала. При производстве оптоволокна каждый лазер вживляется в волокно. Сейчас производится много типов лазеров, но все они работают либо на одной частоте, либо подстраиваются. Обычно лазер может излучать только одну длину волны, но есть и подстраиваемые лазеры, способные менять длину волны. В обоих типах лазеров важно, что частота и интенсивность или яркость на выходе остаются постоянными, чтобы не вносить шумов в передачу. Это достигается путем использования систем контроля с обратной связью, которая чувствует изменения частоты или яркости и динамически вносит необходимы корректировки в работу лазерного диода. Эти устройства обычно встраивают внутрь корпуса передатчика.