Оптикалық талшықты кабельдер ұзақ қашықтықтағы байланыс жүйелерін қалай қолдайды?

Қазіргі заманғы байланыс желілері деректерді сигналдың минималды нашарлуымен үлкен арақашықтыққа жеткізу үшін алдыңғы қатарлы тарату технологияларына күшті сүйенеді. Осындай технологиялардың ішінде глобалдық байланыс инфрақұрылымының негізіне айналған оптикалық талшықты кабельдер континенттер арқылы жоғары жылдамдықты деректер беруді қамтамасыз етеді. Бұл күрделі кабельдер азғана шыны немесе пластик талшықтар арқылы ақпаратты жарық импульстері арқылы тасымалдау үшін пайдаланылады және ұзақ қашықтықтағы байланыс жүйелері үшін бұрын болмаған дәрежедегі жолақ ені мен сенімділікті ұсынады.

Оптикалық талшықты байланыс негізінде электрлік сигналдарды арнайы жасалған шыны талшықтар арқылы өтетін жарық толқындарына түрлендіру жатыр. Бұл процесс аса үлкен қашықтықтарда сигналдың бүтіндігін сақтай отырып, жарық жылдамдығымен деректерді тасымалдауға мүмкіндік береді. Дәстүрлі мыс негізіндегі тарату орталарынан өзгеше, оптикалық талшықтар минималды электромагниттік кедергіге ұшырайды және елеулі күшейту талап етілмей-ақ бірнеше мың километр бойында сигнал сапасын сақтай алады.

Оптикалық талшықты байланыстың техникалық принциптері

Жарықтың таралуы және толық ішкі шағылу

Оптикалық талшықты кабельдердің негізгі технологиясы толық ішкі шағылысу принципіне негізделген. Жарық жоғары сыну көрсеткіші бар талшықтық ядро арқылы өткенде, ол қоршаған қабықшаның материалдарынан төменгі сыну көрсеткіші бар шекарада қайта-қайта шағылады. Бұл құбылыс жарық сигналдарының жол серпілісі бойына жинақталуын қамтамасыз етеді, сөйтіп сигналдың жоғалуын болдырмауға және ұзақ қашықтықтарда деректердің бүтіндігін сақтауға мүмкіндік береді.

Оптикалық талшықтарды дәлме-дәл жасау — белгілі бір сыну көрсеткіші профилі бар өте таза шыны алу қажеттілігін қамтиды. Ядро диаметрі әдетте 8-ден 62,5 микрометрге дейін, ал қабықша шамамен 125 микрометрге жетеді. Бұл микроскопиялық дәлдік жарықтың оптималды бағытталуын қамтамасыз етеді және сигналдың әлсіреуін минимизациялайды, сондықтан ұзақ қашықтықтағы байланыс жиі сигналды қалпына келтірусіз мүмкін болады.

Толқын ұзындығын бөлу технологиясы

Жоғары оптикалық талшықты кабельдер бір шыны талшық арқылы бірнеше деректер ағымын бір уақытта жіберуге мүмкіндік беретін толқын ұзындығы бөлгіш мультиплексирлеуді қолдайды. Жарықтың әртүрлі толқын ұзындықтарын пайдалана отырып, байланыс қамтамасыз етушілер желілерінің берілу сыйымдылығын едәуір арттыра алады. Оптикалық байланыста қолданылатын жиі кездесетін толқын ұзындықтарына 850 нм, 1310 нм және 1550 нм жатады, олардың әрқайсысы белгілі бір берілу сипаттамалары мен қашықтық талаптары үшін оптимизацияланған.

Тығыз толқын ұзындығы бөлгіш мультиплексирлеу жүйелері бір оптикалық шыны талшық ішінде жүздеген дербес толқын каналдарын орналастыруға мүмкіндік береді. Бұл мүмкіндік бір шыны талшықты секундына терабитпен ақпаратты өңдей алатын үлкен деректер магистраліне айналдырады. Бұл технология қосымша физикалық инфрақұрылым салмай-ақ қызмет көрсетушілердің үнемі өсе беретін жолақтық өткізу қабілетіне деген талаптарын қанағаттандыруға мүмкіндік беру арқылы ұзақ қашықтықтағы байланысты түбегейлі өзгертті.

Дәстүрлі байланыс орталарымен салыстырғандағы артықшылықтары

Сигналдың әлсіреуі және қашықтық мүмкіндіктері

Талшықты-оптикалық кабельдер дәстүрлі мыс негізіндегі тарату жүйелерімен салыстырғанда жоғары өнімділік көрсеткіштеріне ие. Сапалы оптикалық талшықтардағы төмендеу 0,2 децибел/километрге дейін төмен болуы мүмкін, бұл сигналдардың 100 шақырымнан аса қашықтыққа күшейткішсіз таралуына мүмкіндік береді. Бұл төмен шығын сипаттамасы оптикалық талшықтарды континентаралық байланыс желілері мен теңіз ішіндегі кабельдік жүйелер үшін идеалды етеді.

Дәстүрлі мыс кабельдері әлдеқайда қысқа қашықтықта сигналдың күрт нашарлауын бастан өткереді, жоғары жылдамдықты қолданымдар үшін әдетте әрбір екі-үш километр сайын сигналды қайта қалпына келтіруді талап етеді. Оптикалық талшықтардың аса қашықтықтағы үстемдігі арқылы ұзақ қашықтықтағы байланыс желілерінің инфрақұрылымының күрделілігі мен жұмыс шығындары азаяды. Сонымен қатар, электромагниттік ықпалға төзімділік ортаның жағдайына немесе электр жабдықтарына жақындығына қарамастан тұрақты сигнал сапасын қамтамасыз етеді.

Жолақтық және деректер сыйымдылығы

Талшықты-оптикалық кабельдердің жолақ өткізгіштігі қазіргі уақытта қолжетімді басқа барлық беріліс ортасынан асып түседі. Жалғыз оптикалық талшық теория жүзінде терагерц диапазонындағы жолақ өткізгіштікті қолдай алады, ал практикалық жүйелер түрғысынан гигагерц пен жүздеген гигагерц диапазонында жұмыс істейді. Бұл өте үлкен сыйымдылық бір физикалық инфрақұрылым арқылы дауысты, деректерді және бейне қызметтерді бір мезгілде беруге мүмкіндік береді.

Қазіргі заманғы оптикалық талшықты жүйелер жеке толқын ұзындығы каналдары бойынша секундына 100 гигабит және одан да жоғары деректер жылдамдығына жетеді. Толқын ұзындығының бөлу мультиплексирлеу технологияларымен біріктірілгенде, жалғыз талшықтың жинақталған сыйымдылығы секундына бірнеше терабитке жетуі мүмкін. Бұл масштабталуы оптикалық талшықтардың инфрақұрылымды толығымен ауыстыруды талап етпей-ақ болашақтағы жолақ өткізгіштіктің өсуіне сай келуін қамтамасыз етеді.

Ұзақ қашықтықты желілердегі іске асыру

Су астындағы Кабельдік Жүйелер

Бүкіләлемдік байланыс континенттерді қосатын мұхит түбінде орналасқан субмариналық оптикалық шпилек жүйелеріне кеңінен сүйенеді. Бұл арнайы кабельдер су өтуін болдырмау үшін болат сымдардан тұратын қорғау қабаттары, қашықтан қоректендіру үшін мыс өткізгіштері мен герметикалық жабылу сияқты бірнеше қорғаныш қабаттарын қамтиды. Субмариналық оптикалық кабельдер регенерация нүктелерінің арасында 10 000 шақырымға дейін созылуы мүмкін, бұл алыс континенттер арасында тікелей байланысты қамтамасыз етеді.

Субмариналық оптикалық кабельдерді орнату арнайы кабель төсеу кемелерін пайдаланатын күрделі орнату әдістерін қажет етеді. Бұл жүйелер балық аулау қызметі немесе табиғи апаттар салдарынан болуы мүмкін зиянға қарамастан, экстремалды мұхит қысымын, температураның тербелісін шыдай алуы керек. Дамыған бақылау жүйелері кабельдің жұмыс істеу сапасын үздіксіз бағалайды және байланыс сенімділігіне әсер етуі мүмкін кез-келген нашарлауды анықтайды.

Жер бетіндегі Ұзақ Магистральдық Желілер

Жер бетіндегі ұзақ қашықтықтағы желілер кабельдік каналдар, ауада және бар коммуналдық коридорлар ішінде жатқызу сияқты әртүрлі әдістермен орнатылған оптикалық талшықты кабельдерді пайдаланады. Бұл желілер үлкен қалаларды байланыстырып, аймақтар арасында жоғары сыйымдылықты деректер алмасуын қамтамасыз ете отырып, ұлттық және халықаралық байланыс инфрақұрылымының негізін құрайды.

Жергілікті оптикалық талшықты кабельдерді орнату кезінде ұзақ қашықтықтағы сигналдың әлсіреуін компенсациялау мақсатында регулярлы түрде оптикалық күшейткіштер қолданылады. Ұзақ қашықтықтағы байланыс жүйелерінде жиі қолданылатын С-диапазоны толқын ұзындығының бүкіл диапазоны бойынша күшейту қызметін көрсететін эрбийге легирленген оптикалық талшықты күшейткіштер сигналды регенерациялаудың стандартты технологиясына айналды. Бұл күшейткіштер мыңдаған шақырым қашықтық бойынша электрлік регенерациясыз үздіксіз сигнал таратуды мүмкінді етеді.

Сапа факторлары мен өнімділікті оптимизациялау

Материалдың тазалығы мен өндірістік стандарттар

Оптикалық талшықты кабельдердің жұмыс сипаттамасы оларды жасау үшін қолданылатын материалдардың тазалығына шешуші тәуелді. Миллиардтағы бөліктермен өлшенетін қоспалар деңгейіне ие ультра таза кремний диоксиді сигналдың жұтылуының минималды болуын және оптикалық талшықтардың ең жақсы жеткізу сипаттамаларын қамтамасыз етеді. Кабельдердің пайдалану қоры мен сигналдың бүтіндігін сақтау үшін өндірістік процестерде қателіктерді болдырмау мақсатында қатаң сапа бақылауын сақтау керек.

Қиын өндірістік технологияларға оптикалық талшық ішіндегі дәл сыну көрсеткіші профилін жасайтын модификацияланған химиялық булы шөгінді және сыртқы булы шөгінді әдістері жатады. Бұл процестер өндірістің барлық сериясы бойынша талшықтың геометриясы мен оптикалық қасиеттерінің біркелкі болуын қамтамасыз етеді. Өндіріс кезінде сапаны тексеру халықаралық стандарттарға сәйкестікті растау үшін астаулануды, жолақ енін, сандық апертураны және механикалық беріктікті өлшеуді қамтиды.

Жер шамырлығы мен ұзақтық

Ұзақ қашықтықтағы оптикалық шаршылар өз жұмыс істеу мерзімі бойынша экологиялық қиыншылықтарға төтеп бере алатындай берік қорғаныш құрылымдарын талап етеді. Кабельдердің конструкциясына ылғалдылыққа, температураның шекті мәндеріне және механикалық кернеуге төтеп беруге арналған буферлік түтіктер, беріктік элементтері мен сыртқы қаптамалар сияқты бірнеше қорғаныш қабаттары енгізілген. Бұл қорғаныш элементтері әртүрлі экологиялық жағдайларда сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Арнайы кабельдік конструкциялар тікелей жерлену қолданбалары, аэрациялық орнатулар және қатаң өнеркәсіптік орталар сияқты нақты экологиялық талаптарды шешеді. Күн сәулесінен бұзылуға қарсы ультракүлгінге төзімді материалдар мен жеміріп жеп жыртқыштардан қорғауға арналған қаптама жабдықтар табиғи ортадан келетін зақымдануды болдырмауға көмектеседі. Орнату ортасына негізделген тиісті кабельдік конструкцияларды таңдау жүйенің ұзақ мерзімді сенімділігі мен техникалық қызмет көрсету талаптарына маңызды әсер етеді.

Болашақ даму және жаңа технологиялар

Көп ядролы және кеңістіктік бөлу мультиплексирлеу

Оптикалық талшықты кабельдердегі жаңа технологияларға бір ғана қаптама құрылымының ішінде бірнеше тәуелсіз ядроларды біріктіретін бірнеше ядролы талшықтар жатады. Бұл кеңістіктік бөлу мультиплексирлеуіне мүмкіндік береді, нәтижесінде жеке талшықтардың беру сыйымдылығы артады. Жүйенің өнімділігін максималдандыру үшін ядролардың орналасуын оптимизациялау және көрші ядролар арасындағы өзара әсерлерді азайту бойынша зерттеулер жалғасуда.

Аз модалы талшықтар - беру сыйымдылығын арттыру үшін жеке талшық ядросының ішінде бірнеше кеңістіктік модаларды пайдаланатын тағы бір технологиялық жетістік. Модальды мультиплексирлеу жүйелері сигналдың сапасын сақтау үшін модальды дисперсияны басқару үшін күрделі сигналдарды өңдеу әдістерін талап етеді. Бұл технологиялар оптикалық талшықты кабельдердің сыйымдылығын болашақта да арттыру перспективасын ашады.

Қуыс Ядролы Талшық Технологиясы

Қуыс негізді оптикалық кабельдер жарықты қатты шыны емес, ауамен толтырылған өзектер арқылы жеткізу үшін фотондық кристалл құрылымдарын пайдаланады. Бұл тәсіл конвекциялық қатты өзекті талшықтармен салыстырғанда бейсызық әсерлерді азайтады және төмендеу дабыл беру кешігуін ұсынуы мүмкін. Әлі де даму сатысында болса да, қуыс өзекті технологиялар әдеттен тыс төмен дабыл кешігуін талап ететін арнайы қолданыстар үшін перспективалы болып табылады.

Қуыс өзекті талшықтарды өндіру кезіндегі қиыншылықтарға күрделі фотондық кристалды қабық үлгілерін жасау кезінде құрылымдық беріктікті сақтау жатады. Зерттеулер баршақ талшық инфрақұрылымымен механикалық сенімділік пен түйіндесу үйлесімділігіне қатысты мәселелерді шеше отырып, осы құрылымдарды іс жүзінде қолдану үшін тиімдестіруді жалғастырады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Оптикалық кабельдер дабылды күшейтусіз қандай максималды қашықтыққа дейін жеткізе алады

Жоғары сапалы бір режимді толқынды оптикалық шаршылар қолданылатын толқын ұзындығы мен қажетті сигнал сапасына байланысты 100-120 километр арақашықтыққа дейін сигналдарды күшейтпей-ақ таратуға мүмкіндік береді. Ең төменгі өшу коэффициентіне ие 1550 нм толқын ұзындығында арақашықтық одан да арта түсуі мүмкін. Алайда, практикалық жүйелер жиі сенімді деректер беру үшін оптикалық күшейткіштерді қысқа аралықтарда орнатады, бұл сигнал/дәуір қатынасын оптималды деңгейде ұстайды.

Оптикалық шаршылар ұзақ қашықтықта сигнал сапасын қалай сақтайды

Оптикалық шаршылар сигнал сапасын сәулеге толық ішкі шағылысу арқылы шаршының өзегінде сақтау, жұтылу шығындарын минимизациялау үшін ультра таза шыны материалдарын қолдану және шашырату шығындарын азайту үшін дәл шығару арқылы сақтайды. Сонымен қатар, стратегиялық интервалдарда орналасқан оптикалық күшейткіштер электрлік сигналдарға түрлендірмей-ақ сигнал күшін арттырады, осылайша берілу жолы бойынша оптикалық артықшылықтар сақталады.

Оптикалық талшықты кабельдік жүйелердің сыйымдылығын анықтайтын факторлар қандай

Оптикалық талшықты кабельдік жүйелердің сыйымдылығы толқындық бөлу мультиплексирлеу арқылы қолдау көрсетілетін толқын ұзындығы каналдарының санына, әрбір толқын ұзындығы каналы үшін деректер жылдамдығына, кабельдегі талшық ядроларының санына және қолданылатын модуляция пішімдеріне байланысты. Алдыңғы қатарлы жүйелер бұл параметрлердің барлығын оптимизациялау арқылы секундына бірнеше терабиттен астам жинақталған сыйымдылыққа жетеді.

Неліктен су асты байланыс желілері үшін оптикалық талшықты кабельдер ұсынылады

Субмариналық қолданбаларда оптикалық талшықты кабельдерге артықшылық беріледі, себебі олар электромагниттік бөгеулестен төзімді, сигналдың азаюының төмен болуына байланысты қайталайтын құрылғылардың саны аз қажет етеді, халықаралық жүктеме үшін өте үлкен жолақтық сыйымдылықты қамтамасыз етеді және теңіздің қатаң ортасына қарсы арнайы қорғанышпен жасалуы мүмкін. Мысқа қарағанда оптикалық талшықтардың жеңіл салмағы трансоқианалды кабельдік жүйелерді орнату құны мен күрделілігін азайтады.