Волоконно-оптические телефоны

Принципиальная схема типичного волоконно-оптического переговорного устройства

Технические параметры волоконно-оптических телефонов

Волоконно-оптические линии имеют большую протяженность, поэтому к средствам связи, задействуемым во время их прокладки и обслуживания, предюявляются повышенные требования. Как на стадии строительства линий, так и при проведении ремонтно-восстановительных мероприятий в первую очередь необходимо обеспечить голосовую связь между конечными пунктами линии и бригадами, работающими на отдельных ее участках. О применении средств традиционной телефонии в этом случае не может быть и речи, да и возможности радиотелефонной связи оказываются весьма ограниченными, поскольку оптические линии нередко проходят вне зон радиоохвата. Указанные обстоятельства делают особенно актуальным использование самого оптического кабеля в качестве среды передачи.

Оконечные устройства, обеспечивающие в таких случаях двустороннюю связь, получили название волоконно-оптических телефонов. Среди технических параметров, которыми должны обладать устройства данной категории, прежде всего следует упомянуть большой динамический диапазон, позволяющий организовать голосовую связь по оптическому кабелю на значительных расстояниях. Необходимо, чтобы дальность связи превышала характерные расстояния между соседними усилителями оптических сигналов, устанавливаемыми на линии, т.е. составляла не менее 100–150 км. Кроме того, волоконно-оптические телефоны должны быть изначально ориентированы на работу в полевых условиях, в частности иметь автономные источники питания и малые габариты. Наконец, не последнюю роль играет возможность быстрого налаживания связи и подключения к линии без разрыва волокна.

Волоконно-оптические телефоны поставляются в виде комплектов. Каждый из них состоит из двух переговорных устройств, включающих в себя модули генерации и приема оптического сигнала, а кроме того, телефонной гарнитуры, аккумуляторных батарей и сумки для переноски.

Оптический сигнал от полупроводникового лазерного источника вводится в одно плечо волоконного ответвителя, а другое его плечо стыкуется с приемником. Выход ответвителя подключается к оптической линии через разюемное соединение, как правило – выполненное в стандарте FC, хотя иногда применяется и безразрывный способ (например, при помощи волоконно-оптического ответвителя-прищепки).

Использование в переговорном устройстве полупроводниковых и волоконных компонентов делает его компактным, легким, экономичным и надежным. Наличие мощных одномодовых полупроводниковых лазерных источников и высокочувствительных приемников позволяет довести динамический диапазон до 50 дБ, так что дальность связи на рабочей длине волны 1550 нм достигает 200 км. При типичных длинах регенерационного участка (100 км) этого значения вполне достаточно.

Борьба за динамический диапазон

Главное преимущество установки ответвителя заключается в возможности наладить дуплексную связь по одному волокну. Однако это решение уменьшает динамический диапазон: он оказывается ограниченным сверху величиной обратных отражений сигнала на стыке прибора с магистральной линией. Физические контакты, обычно применяемые на таких линиях для стыковки разюемов, обеспечивают уровень обратных отражений не более -30 дБ. Этого динамического диапазона явно недостаточно для организации связи по магистральным линиям. Его увеличения добиваются с помощью аппаратных средств, которые, преимущественно, используют метод, основанный на принципе тангенты, спектральный метод и схему временного разделения каналов.

Основная идея спектрального метода сводится к тому, что для организации полнодуплексной связи в переговорных устройствах одного телефона применяются источники с разными рабочими длинами волн (обычно 1550 и 1300 нм). Зависимость коэффициента деления ответвителя от длины волны позволяет значительно уменьшить влияние на приемник сигнала от источника того же переговорного устройства и надежно регистрировать сигналы, поступающие от телефона, который расположен на другом конце соединения.

Преимущества спектрального метода очевидны: поддержка дуплексного режима передачи по одному волокну и независимость от метода модуляции оптического сигнала. Между тем «введение в оборот» второй длины волны имеет и негативные последствия. Как известно, уровень потерь при н» = 1300 нм больше, чем при н» = 1550 нм, что уменьшает максимально возможную дальность связи. Кроме того, использование двух длин волн требует чрезвычайно точной настройки оптических характеристик приемных и передающих устройств, а это означает, что практически всегда на противоположных концах соединения должны устанавливаться волоконно-оптические телефоны из одного комплекта.

В устройствах, использующих принцип тангенты, реализован совершенно иной подход к расширению динамического диапазона: прием сигнала попросту прекращается на время передачи, и наоборот. Другими словами, при поступлении сигнала с линии оператор нажатием кнопки «выводит из игры» источник собственного телефона.

Сильные стороны такого решения – в обеспечении очень большого динамического диапазона (поскольку отсутствуют проблемы, обусловленные отражением передаваемого сигнала), а также возможность работать при высоком уровне внешних акустических помех. К тому же телефоны из разных комплектов полностью взаимозаменяемы. К слабым сторонам можно отнести отсутствие синхронизации между приборами, установленными на противоположных концах соединения, а также то, что принцип тангенты, по сути дела, подразумевает полудуплексный режим передачи.

Метод временного разделения каналов применяется в цифровых телефонах. Принцип их действия очевиден уже из самого названия метода: источники двух телефонов, между которыми осуществляется связь, должны работать в противофазе. Преимущество временного разделения по сравнению со спектральным состоит в возможности использования источников, которые работают на одной длине волны в области наибольшей прозрачности оптического волокна (1550 нм). Платой за эти преимущества является высокая стоимость телефонов.

Оцифровывать или нет?

Оперативная голосовая связь по волоконно-оптическим линиям организуется на тех же принципах, что и постоянная телефонная связь. Всю совокупность устройств, используемых для этой цели, можно разбить на две большие группы – цифровые и аналоговые. Те и другие обнаруживают свои достоинства и недостатки, которые следует принимать во внимание при выборе продукта.

В цифровых телефонах принцип модуляции оптического сигнала полностью аналогичен тому, который используется для передачи данных. Применение цифровых технологий обеспечивает высокое качество связи и возможность интеграции телефонов в цифровые системы передачи данных, но сопряжено со значительным энергопотреблением и высокой стоимостью комплектующих. Еще более существенным недостатком цифровых телефонов (с точки зрения их эксплуатации) является прекращение связи сразу после выхода параметров сигнала за границы динамического диапазона.

В аналоговых моделях обычно применяется частотный метод модуляции передаваемого сигнала. Очень узкая полоса частот (3 кГц вместо 64 кГц, задействуемых при цифровой передаче) позволяет использовать более чувствительный фотоприемник, а значит, повысить динамический диапазон. Более того, отсутствие строгих пороговых ограничений на параметры сигнала означает, что аналоговые телефоны можно применять даже за пределами указанного в техническом паспорте динамического диапазона, правда, при снижении качества связи. Себестоимость отдельных компонентов аналоговых телефонов сравнительно невысока, что обуславливает меньшую цену готовых устройств. Хочется отметить также возможность применения в аналоговых переговорных устройствах систем шумопонижения, основанных на принципе тангенты.

Модели

Некоторые технические параметры волоконно-оптических телефонов, в которых реализованы разные виды модуляции оптического сигнала и разные методы уменьшения негативного влияния обратных отражений, суммированы в таблице. Сравнив характеристики представленных в ней моделей, можно увидеть, что наибольшую дальность передачи имеет телефон ПТ4000 компании «Перспективные Технологии Плюс». Переговорное устройство этого продукта использует аналоговый метод передачи; источники излучения работают на длине волны 1550 нм, что обеспечивает минимальные потери мощности сигнала в волокне. Отражения сигнала на стыке телефона с оптической линией устраняются на основе принципа автоматической тангенты: в момент поступления акустического сигнала с микрофона фотоприемник передающего прибора отключается автоматически.

Данная модель поддерживает уверенную связь на расстояниях не менее 150 км, минимальное отношение сигнал/шум при этом оказывается равным 20 (или 40 дБ). Благодаря применению аналоговой передачи аппарат ПТ4000 может задействоваться для организации соединений протяженностью до 200 км, хотя с ростом длины соединения уровень голосового сигнала постепенно снижается до уровня собственных шумов прибора. Все модели ПТ 4000 взаимозаменяемы и могут использоваться для дуплексной голосовой связи в разных комбинациях. Из числа сильных сторон этих изделий отметим еще поддержку как дуплексного, так и полудуплексного режимов передачи, малое напряжение питания и значительное время автономной работы без замены батарей.

При необходимости установить связь в зоне высоких акустических помех рекомендуется использовать модификацию телефона ПТ4000, в которой реализован традиционный принцип тангенты. В этом случае на приборе устанавливается кнопка для приема сигнала с линии.

Менее традиционный вариант применения этих телефонов – идентификация активных волокон в оптическом кабеле. На одном из концов линии телефон ПТ4000 последовательно подключается к разным волокнам кабеля, а зуммер вызова служит тестовым сигналом, который регистрируется на другом конце тестером, индикатором активных приборов или другим телефоном.

Модели Wilcom FT-108 компании Wilcom и FTS 3 фирмы EXFO используют цифровой метод модуляции и, как следствие, имеют меньшую дальность голосовой связи (либо меньший динамический диапазон при той же дальности) и большее энергопотребление. Отметим еще аналоговый телефон PHOTOM 450 японской корпорации Ando, который использует спектральный метод борьбы с обратными отражениями сигнала (рабочие длины волн – 1300 и 1500 нм). В результате динамический диапазон этого телефона был доведен до 55 дБ, зато по дальности связи он несколько уступает ПТ4000 – неизбежная плата за использование второй рабочей длины волны.

* * *

В настоящее время волоконно-оптические телефоны широко применяются не только при монтаже магистральных линий, но и при эксплуатации уже действующих сетей. Среди пользователей этих устройств – сотрудники компаний-операторов междугородной и международной связи, служб сигнализации и автоматизации железных дорог, бригады, работающие на транспортных магистралях трубопроводов. Так, модель ПТ4000 уже не первый год используется в монтажных бригадах, обслуживающих волоконно-оптическую линию связи Москва – Петербург, которая проложена на опорах контактной сети железной дороги. В условиях высокого уровня электромагнитных помех и большой дальности связи применение волоконно-оптических телефонов позволяет повысить темпы проведения ремонтно-восстановительных мероприятий и сократить сроки аварийных перерывов в работе линии.

ОБ АВТОРАХ