Широкополосный доступ в Интернет. Оптоволоконная связь. Типовое решение (стр. 1 из 3)

Широкополо́сный или высо́коскоростно́й до́ступ в Интерне́т означает доступ в Интернет с большой скоростью, в противоположность коммутируемому доступу с использованием модема и телефонной сети общего пользования. По данным Advanced Communications & Media, число абонентов широкополосного доступа в Интернет в России в 2009 году достигло 11,3 млн человек, в том числе в Москве — 2,9 млн, Петербурге — 1,05 млн.^[2]

По данным, министра связи и массовых коммуникаций РФ Игоря Щеголева, на конец 2009 г. проникновение широкополосного Интернета (ШПД) составило 26 %: «В пересчете на домохозяйства это означает примерно 14 млн домохозяйств». Одним из достижений за последние годы глава Минкомсвязи назвал тот факт, что широкополосный интернет все больше выходит за границы Центрального региона РФ: в 2009 году рост был в основном за счет распространения данного вида доступа во Всемирную сеть на территории Поволжья и Урала.

Для предоставления широкополосного доступа в Интернет могут использоваться множество различных носителей и технологий передачи данных. К ним относятся кабельная связь, усовершенствованный телефонный сервис под названием «цифровая абонентская линия» (Digital Subscriber Line, DSL), спутниковая связь, фиксированный беспроводный доступ и другие. Несмотря на то, что многие (хотя и не все) учреждения и коммерческие организации уже имеют широкополосный доступ в Интернет, до сих пор не решена проблема предоставления широкополосного доступа на отрезке линии связи, ведущем непосредственно в дома пользователей (так называемая «последняя миля»).

Одной технологией широкополосного доступа в Интернет является оптико-волоконная сеть с доведением оптического кабеля до пользователя (Fiber To The Home, FTTH). Оптико-волоконный кабель, уже используемый коммерческими организациями для создания линий высокоскоростной связи для передачи речи и данных на большие расстояния, имеет громадную пропускную способность, превышающую один гигабит в секунду (1000 Мбит/с). Главным препятствием для широкого развертывания FTTH является высокая стоимость подвода оптико-волоконной линии к домам пользователей. Некоторые предприятия коммунального обслуживания также рассматривают возможность предоставления широкополосного доступа в Интернет по оптико-волоконным линиям, проложенным по уже существующим кабелепроводам, или уже предлагают такую услугу. Кроме того, некоторые компании изучают целесообразность передачи данных по линиям электроснабжения, которые проложены практически во все дома. Эта технология обещает громадные скорости передачи информации, однако для ее внедрения потребуется решить ряд серьезных технических проблем.

1. Волоко́нно-опти́ческая связь

Волоко́нно-опти́ческая связь — вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду. Малое затухание света в оптическом волокне обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и не доступна для несанкционированного использования — перехватить сигнал, передаваемый по оптическому кабелю невозможно.

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов — сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Показатель преломления сердцевины несколько больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая многократные переотражения на границе сердцевина-оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её.

Волоконно-оптическая связь находит всё более широкое применение во всех областях — от компьютеров и бортовых космических,самолётных и корабельных систем, до систем передачи информации на большие расстояния, например, в настоящее время успешно используется волоконно-оптическая линия связи Западная Европа — Япония, большая часть которой проходит по территории России. Кроме того, увеличивается суммарная протяжённость подводных волоконно-оптических линий связи между континентами.

Волокно в каждый дом (англ. Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) — термин, используемый телекоммуникационными провайдерами, для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего:

- высокоскоростной доступ в Интернет;

- услуги телефонной связи;

- услуги телевизионного приёма.

Стоимость использования волоконно-оптической технологии уменьшается, что делает данную услугу конкурентоспособной по сравнению с традиционными услугами.

2. История оптоволокна

В 1966 году Као и Хокман из STC Laboratory (STL) представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км (в то время как затухание в коаксиальном кабеле составляло всего 5-10 дБ/км) из-за примесей, которые в них содержались и которые в принципе можно было удалить.

Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических систем передачи данных: источник света и носитель сигнала. Первая разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая — с появлением высококачественных оптических кабелей в 1970 году. Это была разработка Corning Glass Works. Затухание в таких кабелях составляло около 20 дБ/км, что было вполне приемлемым для передачи сигнала в телекоммуникационных системах. В то же время, были разработаны достаточно компактные полупроводниковые GaAs-лазеры.

После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, оперировавшая светом с длиной волны 0,8мкм и использовавшая полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (AsGa). Битрейт систем первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями — 10 км.

22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с.

Второе поколение волоконно-оптических систем было разработано для коммерческого использования в начале 1980-х. Они оперировали светом с длиной волны 1,3 мкм от InGaAsP-лазеров. Однако такие системы всё ещё были ограниченны из-за рассеивания, возникающего в канале. Однако уже в 1987 году эти системы работали на скорости до 1,7 Гбит/с при расстоянии между повторителями 50 км.

Первый трансатлантический телефонный оптический кабель — ТАТ-8 — был введён в эксплуатацию в 1988 году. В его основе лежала оптимизированная технология Desurvire усиления лазера.

ТАТ-8 разрабатывался как первый подводный волоконно-оптический кабель между Соединёнными Штатами и Европой.

Разработка систем волнового мультиплексирования позволила в несколько раз увеличить скорость передачи данных по одному волокну и к 2003 году при применении технологии спектрального уплотнения была достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с). В 2009 году лаборатории Белла посредством мультиплексирования 155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать сигнал со скоростью 15,5 Тбит/с на расстояние 7000 километров.

3. Волоко́нно-опти́ческая ли́ния переда́чи

Волоко́нно-опти́ческая ли́ния переда́чи (ВОЛП) — волоконно-оптическая система, состоящая из пассивных и активных элементов, предназначенная для передачи информации в оптическом (как правило — ближнем инфракрасном) диапазоне.

3.1. Элементы ВОЛП

Активные компоненты

Мультиплексор/Демультиплексор — широкий класс устройств, предназначенных для объединения и разделения информационных каналов. Мультиплексоры и демультиплексоры могут работать как во временно́й, так и в частотной областях, могут быть электрическими и оптическими (для систем со спектральным уплотнением).

Регенератор — устройство, осуществляющее восстановление формы оптического импульса, который, распространяясь по волокну, претерпевает искажения. Регенераторы могут быть как чисто оптическими, так и электрическими, которые преобразуют оптический сигнал в электрический, восстанавливают его, а затем снова преобразуют в оптический.

Усилитель — устройство, усиливающее мощность сигнала. Усилители также могут быть оптическими и электрическими, осуществляющими оптико-электронное и электронно-оптическое преобразование сигнала.

Лазер — источник монохромного когерентного оптического излучения. В системах с прямой модуляцией, которые являются наиболее распространёнными, лазер одновременно является и модулятором, непосредственно преобразующим электрический сигнал в оптический.

Модулятор — устройство, модулирующее оптическую несущую по закону информационного электрического сигнала. В большинстве систем эту функцию выполняет лазер, однако в системах с непрямой модуляцией для этого используются отдельные устройства.

Фотоприёмник (фотодиод) — устройство, осуществляющее опто-электронное преобразование сигнала.

Пассивные компоненты