17.2.2. Связь на большие расстояния

При оценке экономической выгоды от применения оптических волокон для срязн на большие расстояния разделим многочисленные типы каналов связи на три основные категории. К первой можно отнести абонентские линии от индивидуальных абонентов до местной телефонной станции или оконечной АТС. Обычно их называют местными линиями связи. В настоящее время они представляют собой обыкновенные пары проводов, каждая из которых образует одни аналоговый телефонный канал связи. В Великобритании более 98 % местных линий связи не превышает по длине 5 км. Такие линии требуют значительных капиталовложений. Ко второй категории относятся соединительные линии связи между телефонными станциями. Особенно важны для волоконных систем соединительные линии между АТС в городах и пригородах. Данные линии называют городскими межстанционными соединительными линиями; они составляют большую часть систем, называемых сетью межстанционных соединительных линий. Эти линии организуются по многопарным или коаксиальным кабелям. По ним передаются аналоговые или цифровые сигналы. В Великобритании 50 % всех межстанционных трасс имеют длину менее 5 км, однако в столице и ее пригородах почти все такие линии имеют длину не более 10 км. Третья категория линий связи охватывает междугородные линии. Для большинства из них требуются длинные линии (до 1000 км) с высокой пропускной способностью. На этих линиях используются различные типы кабеля. Иногда вместо кабеля применяются СВЧ-радиоканалы и спутниковые каналы связи.

Ниже сравниваются только электрические и оптические кабели, используемые при цифровой передаче данных. Аппаратура временного объединения цифровых сигналов на двух нижних уровнях иерархии, показанная в табл. 1.2, работает на скорости передачи данных 1,5 и 6 Мбит/с в США и 2 и 8 Мбит/с в Европе. При этом ретрансляторы приходится устанавливать на расстоянии 1 ... 3 км друг от друга, причем обычно они размещаются на станциях, спроектированных для аналоговых систем с использованием электрических кабелей. Более высокие уровни иерархии должны реализовываться с помощью коаксиальных кабелей с установкой ретрансляторов через каждые 1 ... 2 км. Очевидно, что на более высоких уровнях иерархии необходимость увеличения

информационной пропускной способности кабеля вступает в противоречие с повышением его стоимости, а также ростом стоимости аппаратуры объединения и разделения каналов и количества ретрансляторов. Стоимость ретрансляторов растет не пропорционально увеличению скорости передачи данных, а в меньшей степени, что наряду с уменьшением стоимости цифровой аппаратуры временного объединения и разделения каналов благоприятствует максимальному использованию полосы пропускания кабеля всякий раз, когда требуется высокая информационная пропускная способность.

В данном параграфе предположим, что стоимость оптического и электрического ретрансляторов одинакова. В действительности это не так, оптические ретрансляторы в несколько раз дороже, особенно те, которые требуют использования лазера и ЛФД. Однако существует значительная вероятность того, что большая простота и меньшее количество элементов оптического ретранслятора приведут, по существу, не только к уменьшению капиталовложений, но и к повышению их надежности, а также к снижению стоимости обслуживания. Для оценки порядка величины затрат можно принять стоимость двустороннего ретранслятора с пропускной способностью 2 Мбит/с, равной приблизительно 100 ... 200 дол., а стоимость двустороннего ретранслятора с пропускной способностью 140 Мбит/с — около 5000 дол. Стоимость прокладки многожильного кабеля составляет примерно 0,05 дол. за метр (на 1 пару), а коаксиального кабеля — приблизительно 1 дол. за метр, в зависимости от поперечного сечения. Стоимость самого волокна в составе многоволоконного оптического кабеля может составлять около 1 ... 2 дол. за метр. Волокно, изготовляемое в достаточном количестве с помощью непрерывного технологического процесса, например методом двойного тигля, несомненно дешевле градиентного или одномодового волокна, которые требуют соответственно тщательного и очень точного контроля профиля показателя преломления и диаметра сердцевины. Однако основная часть стоимости кабеля приходится не на стоимость соответственно волокна, а на его изготовление. В результате многоволоконные оптические кабелн выгодно использовать в тех случаях, когда нужно обеспечить требуемую информационную пропускную способность. (Было установлено, что при достаточно большом объеме производства, скажем, 104 или 105 километров в год, себестоимость необработанного градиентного и ступенчатого волокна, полученного методом осаждения из газовой фазы, может составлять приблизительно 100 дол. за километр, а необработанное волокно, изготавливаемое методом двойного тигля, могло бы стоить приблизительно 10 дол. за километр. Это показывает, что прогноз может быть оптимистичным.)

Такого рода анализ затрат всегда сложен. Тем не менее очевидно, что наибольшую экономическую выгоду можно получить, применяя оптическое волокно в составе телефонной системы с высокой информационной пропускной способностью, т. е. при скоростях передачи данных а не Это вытекает из

относительной дешевизны пары медных проводов. Если добавить стоимость ретранслятора, то стоимость двусторонней двухпроводной линии связи будет примерно 200 дол. за километр (на I пару) и даже самое дешевое волокно в линиях без ретранслятора, в которых используются простейшие передатчики и приемники (светодиоды и р-i-n-фотодиоды) не только не будут конкурентоспособными с ней, но затраты могут даже существенно увеличиться. Очевидно, что на более высоких уровнях иерархии дополнительные затраты на волокно по сравнению с коаксиальным кабелем будут более чем компенсированы за счет экономии на ретрансляторах. Коаксиальные линии связи требуют установки ретрансляторов через каждые 1 ... 2 км, а волоконно-оптические только через 10 ... 20 км. Экономия выражается в затратах не только на капиталовложения, но и на монтаж и обслуживание. Она возрастает еще больше, если полностью исключить ретрансляторы с источниками питания. Кроме того, не требуется металлических проводов для подачи питания и можно применять полностью неметаллический кабель. Это принесет дополнительную прибыль за счет отсутствия электрической изоляции и электромагнитных помех, а также влияний контура заземления. Сильно упрощенное сопоставление по стоимости приведено в табл. 17.1.

Очень тщательный сопоставительный анализ затрат, осуществленный фирмой British Telecom, подтвердил приведенную выше оценку. Считается, что волокна имеют очевидные преимущества перед коаксиальными кабелями на более высоких уровнях иерархии систем связи. Ожидается большое увеличение темпа монтажа цифровых линий на высших уровнях иерархии в сети соединительных линий и межстанци онных соединений Великобритании, начиная с 1985 г. Они должны быть согласованными с волоконно-оптическими системами связи. Заказы на коаксиальные кабели постепенно сокращаются. Проблема заключается в том, что на высших уровнях иерархии систем связи требуется гораздо меньше волокна, чем на иижннх. Если сконцентрироваться исключительно на этом, будет трудно создать массовое производство оптического волокна такого объема, который требуется для реализации экономических преимуществ крупносерийною производства. Поэтому на ВОЛС применяются различные системы передачи с пропускной способностью 2,8, 34 Мбит/с и выше. Усилия British Telecom направлены на создание систем с пропускной способностью 140 Мбит/с для междугородных линий и 8 Мбит/с для межстанционных. Существенной особенностью существующих линий связи является наличие силовых фидерных станций, располагаемых на расстоянии до 30 км друг от друга. Следовательно, важной задачей разработки второго поколения волоконно-оптических систем связи, работающих на длинах волн 1,3 или 1,55 мкм, яляется установка ретрасляторов на расстоянии 30 км с информационной пропускной способностью

В США фирма Bell System прогнозирует большую потребность в межучрежденческих каналах связи, работающих на третьем уровне иерархии систем передачи с информационной пропускной

способностью Ее усилия направлены на решение одной из главных задач — разработку ВОСП без ретрансляторов. Требуемое произведение информационной пропускной способности на расстояние для таких ВОЛС можно получить, используя волоконно-оптические системы связи первого поколения (градиентное волокно с источниками излучения на GaAs, работающими на длине волны а их пропускная способность достаточно высока, чтобы доказать свое преимущество над электрическими линиями связи.

Подводная связь на большие расстояния требует использования волоконно-оптических систем связи второго поколения с предельными характеристиками. Она может быть реализована с помощью кабелей

Таблица 17.1. (см. скан) Сравнительная стоимость электрических и оптических цифровых лииий связи

различного типа, однако одним из самых привлекательных является волоконно-оптический трансатлантический кабель. В подводных линиях связи необходимо располагать ретрансляторы по возможности на самом большом расстоянии друг от друга и обеспечить при этом ее максимальную информационную пропускную способность. Но наиболее важным требованием является надежность всей системы связи в целом. С помощью самых современных трансатлантических кабелей организуют объединенные каналы передачи данных, содержащие до 4400 или 5500 аналоговых телефонных каналов. При использовании цифровой передачи данных требуется два электрических кабеля, по одному на каждое направление передачи, и в настоящее время стоимость одной цифровой системы подводной связи в 3 раза больше по сравнению с аналоговой. В то же время двух- или четырехволоконный оптический кабель, обеспечивающий скорость передачи данных 274 или имеет приблизительно эквивалентную информационную пропускную способность, В аналоговых электрических каналах с такой пропускной способностью ретрансляторы устанавливаются через каждые Если расстояние между ними можно увеличить до Или более за счет использования длинноволновых оптических систем, то это приведет к большой экономической выгоде. Вообще говоря, транс атлантические кабельные линии конкурируют со спутниковыми каналами связи. В настоящее время в расчете на один канал кабельная линия дешевле приблизительно в 3 раза. Кроме того, преимущество кабельных линий еще и в том, что обе соединяемые страны сохраняют полный контроль над данной линией связи.