Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности

Волокна

Тип оптических волокон, а также их число (которых много не бывает), являются основной характеристикой линии связи.

* Волокна типа OM1 и ОМ2 считаются устаревшими (подразумевали использование только светодиодных передатчиков), хотя до сих пор обеспечивают передачу данных до 10Гбит/с, хоть и на линиях небольшой длины;** Волокна типа OS1 имели несколько разновидностей и уже около 10 лет назад у многих производителей они соответствовали текущему OS2. В настоящее время OS1 практически не встречается; *** Производители SFP-модулей зачастую заявляют большую дальность – около 1 км; **** Производители SFP-модулей зачастую заявляют большую дальность – 10 км.

Небольшие комментарии к таблице:

• рядом со стандартом через @ указана длина волны. У оптических волокон есть так называемые “окна прозрачности” в которых затухание минимально (это – 850 нм, 1310 нм и 1550 нм, но производители волокон не стоят на месте и увеличивают их количество);
• хотя и производителей кабелей много, но волокна производит только небольшое количество фирм: самые известные это конечно Corning (да-да, именно их стекла Gorilla Glass большинство знает) и Fujikura, но стоит упомянуть и ofs, Hitachi Cable, Sumitomo Electric и Draka NK Cables;
• OM1-OM4 – это обозначения многомодовых кабелей принятых в ISO 11801 и они отличаются от тех, что приняты в стандартах IEC 60793-2-10 и TIA/EIA. Но в основном обозначения на сайтах производителей и поставщиков указываются именно согласно ISO11801;
• появился кабель типа OM5 (в ноябре 2017 г.), но он пока слабо распространен и насколько окажется “живуч” – не понятно.

Выбор типа волокна является комплексной задачей, в которой как правило два участника – “кабельщик” (СКСник) и “сетевик”, так как цена линии будет складываться из стоимости кабельной линии и SFP-модулей. Если для административных зданий обычно применяются многомодовые волокна, то на “дальние” дистанции и на территории заводов – одномод. Именно согласно подобранному типу волокон подбираются все остальные “комплектующие”.

Ну и из разряда треша: на небольших дистанциях можно использовать кабель с многомодовыми волокнами совместно одномодовыми передатчиками и коммутационными шнурами. Но так лучше не делать

Показатели скорости прохода данных по медной витой паре

Медная витая пара делиться на несколько категорий по прописной способности и маркируется буквами CAT, согласно международной системе классификации.  Медная витая пара может делиться на классы. А-высший класс (чистая медь, диаметр жилы выше стандарта категории, В-высокий (вторичная медь или медь с примесями других металлов, диаметр жилы равный свой категории), С-средний класс или CCA- Cooper Clad Aluminum, (жилы из алюминия, плакированного медью. Плакирование — это процесс соединения двух и более металлов термомеханическим и химическим способом, напыления или протягивания. D-низкий обмедненный кабель с заниженным показателем сличения жилы. Недавно были добавлены ещё несколько классов кабеля «E, «EA»,»F»,»FA». Кабель данных классов имеет высокую пропускную способность и степень защиты кабеля от внешних электромагнитных помех.

CAT1 полоса пропуска сигнала — 100 кГц. Состоит из оной витой пары применяется для передачи, голосовых сообщений по телефонной или проводной модемной связи. Скорость передачи данных до 0.5 Мбит/с.

CAT2 полоса пропуска сигнала — 1000 кГц. Состоит из двух витых пар, поменяется с телефонии, домофонии старшего поколения. Скорость передачи данных до 4Мбит/с.

CAT3 полоса пропуска сигнала — 16 МГц., и класс кабеля «С». Состоит из двух витых или 4 пар обмедненного кабеля. Используется для снижения затрат при прокладке сетей не требовательных к передаче данных, обладает поддержкой стандарта связи IEEE 802.3. Скорость передачи данных по двум витым парам 10Мбит/с. до 100 Мбит/с по четырем, до 50 метров.

CAT4 полоса пропуска сигнала — 20 МГц. Состоит из четырех витых пар медного кабеля категории В. обмедненного кабеля. Обладает поддержкой стандарта связи IEEE 802.3.  Использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4. Скорость передачи данных до 16Мбит/ по одной пате.

CAT5 полоса пропуска сигнала — 100 МГц. Состоит из четырех витых пар медного кабеля категории «D».  Используется для снижения затрат при прокладке локальных сетей не требовательных к передаче данных. Скорость передачи данных по двум витым парам 100 Мбит/с. до 1Гбит/с по четырем, до 50 метров.

CAT5e полоса пропуска сигнала — 125 МГц. Это усовершенствованный аналог, витой пары пятой категории. Скорость передачи данных по двум витым парам 100 Мбит/с. до 1Гбит/с по четырем, до 100 метров.

CAT6 полоса пропуска сигнала — 250 МГц класс «E». Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 55 метров.

CAT6a полоса пропуска сигнала -500 МГц. Класс «EA». Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 100 метров.

CAT7 полоса пропуска сигнала 600 — 700 МГц. Класс «F Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 100 метров

CAT7a полоса пропуска сигнала 1000 -1200 МГц. Класс «FA»). Скорость передачи данных до 40Гбит/с, на расстояние, до 50 метров и до 100 Гбит/с дистанцию до 15 метров.

CAT8 8 (8.1, 8.2) полоса пропуска сигнала 1600 -2000 МГц. Класс «FA» Скорость передачи данных до 40Гбит/с, на расстояние, до 100 метров и до 100 Гбит/с дистанцию до 55 метров. Достигает увеличение сечения жилы от Ø 7.7 — 8.5 mm

Дополнительную информацию читайте в разделе проводная компьютерная сеть

8.3. Исполнительная документация на законченные строительством линейные сооружения ВОЛП

Для обеспечения надежной и высококачественной эксплуатации на вновь построенные ВОЛП должна составляться достаточно подробная исполнительная документация

Важность этого вопроса подтверждается тем, что Министерством Российской Федерации по связи и информатизации разработан руководящий документ РД 45.156-2000 на состав испытательной документации на законченные строительные линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП

В соответствии с РД 45.156-2000 составляются: паспорт трассы, паспорт трассы электрический, рабочая документация.

Опись необходимых документов паспорта трассы составляется по форме табл. 13.1…13.3.

ВОЛП _________________

Таблица 13.1. Паспорт трассы. Опись документов.

В приложении 1 приведены примеры оформления основных документов паспорта трассы.

ВОЛП _________________

Таблица 13. 2. Паспорт трассы электрический. Опись документов

В приложении 2 приведены примеры оформления основных документов паспорта трассы электрического.

ВОЛП _________________

Таблица 13.3. Рабочая документация. Опись документов

В приложении 3 приведены примеры оформления основных документов рабочей документации.

Основные понятия и определения

Наиболее ответственной операцией в процессе строительства ВОЛС, предопределяющей качество и дальность связи, является

монтаж оптических волокон.

Такое соединение волокон и монтаж кабелей производятся как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий.

Монтаж подразделяется на

постоянный (сварка волокна)

и

временный (разъемные соединители).

Соединители оптических волокон, как правило, представляют собой арматуру, предназначенную для юстировки и фиксации соединяемых волокон, а также для механической защиты сростка.

Основными требованиями к соединителям являются:

• простота конструкции;
• малые переходные потери;
• устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям;
• надежность;
• Дополнительно к разъемным соединителям предъявляется требование неизменности параметров при повторной стыковке.

Потери, вносимые соединением оптических волокон в тракт передачи кабеля, делятся на

внешние

и

внутренние

.

Внешними

называются потери, связанные с особенностями метода соединения, в том числе с подготовкой концов волоконных световодов, и включающие в себя поперечное смещение сердцевины, разнесение торцов, наклон осей, угол наклона торца волокна, френелевские отражения.

Внутренними

называются потери, связанные со свойствами самого оптического волокна и обусловленные, например, вариациями диаметра сердцевины, числовой апертуры, профиля показателя преломления, нециркулярностью сердцевины, неконцентричностью сердцевины и оболочки.

12.2. Измерения при проведении АВР на ЛКС ВОЛП. Локализация места повреждения ОК

Для эффективной локализации места повреждения ОК работы выполняются в несколько этапов:

• определение поврежденного ЭКУ с использованием системы контроля ВОЛП;
• определение с НРП (ОРП) зоны повреждения ЭКУ при помощи оптического рефлектометра или САМ-ОК (при измерениях оптическим рефлектометром необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и инструкцию по эксплуатации на используемый прибор!);
• поиск места повреждения на местности при помощи трассопоисковых приборов;
• визуальное наблюдение места повреждения ОК.

При аварии на ВОЛП сменный персонал ОРП на основании данных системы управления ВОЛП определяет поврежденный ЭКУ и передает эту информацию в УПУ. Если повреждение произошло на прилегающем к ОРП участке регенерации, то сменный персонал ОРП проводит измерения с помощью оптического рефлектометра по всем свободным оптическим волокнам для определения расстояния от точки измерения до места повреждения ОК и выявления исправных ОВ на данном участке. При определении расстояния до места повреждения результаты измерений по разным ОВ могут отличаться, поэтому в качестве измеренного необходимо брать среднее значение по всем свободным ОВ. Если свободные ОВ на поврежденном ЭКУ отсутствуют, то измерения следует проводить по ОВ, используемым для передачи информации. Подключать оптический рефлектометр к ОВ, используемым для приема, не допускается, т.к. это может привести к выходу из строя оптического рефлектометра.

Если поврежден ЭКУ между НРП, то измерения проводит АВБ №1 ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) с НРП, ближайшего по отношению к месту нахождения измерителя,

При использовании систем автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей (САМ-ОК) измерения на поврежденном участке по проводит оператор центра технического обслуживания.

Используя полученные результаты, измеритель АВБ ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) определяет расстояние по волокну до места повреждения ОК от ближайшей к повреждению муфты L опт. Расстояние L опт измеряется как расстояние между маркерами 1 и 2. Маркер 1 устанавливается на расстоянии, соответствующем расстоянию от места измерения до ближайшей со стороны измерения муфты по паспорту ЭКУ с максимальной точностью. Маркер 2 устанавливается с максимальной точностью в точке повреждения. При этом необходимо учитывать данные «оптических расстояний» до муфт, содержащиеся в технической документации на поврежденный участок. Найденное расстояние от ближайшей муфты до места повреждения ОК специалист АВБ приводит в соответствие с физической длиной кабеля по формуле:

Lфиз. = L опт. /k,

где Lфиз. – физическая длина ОК от ближайшей муфты до места повреждения;

L опт. – результат измерения оптической длины ОК от ближайшей муфты до места повреждения;

k – коэффициент укорочения физической длины ОК по отношению к оптической ОК (берется из технической документации на поврежденный участок).

После определения физической длины ОК от ближайшей муфты до места повреждения специалист АВБ ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) по планшетным схемам определяет место повреждения на карте. В том случае, если точность определения места повреждения на карте по какой-либо причине (большое расстояние до места повреждения, отсутствие в технической документации оптических расстояний до муфт со стороны проведения измерений и т.п.) вызывает сомнения, то измерения повторяют с другого НРП.

После привязки точки повреждения ОК к трассе по карте представители АВБ ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) выезжают к ближайшей муфте с КИП от места, где произошло повреждение. Подключив генератор трассопоискового прибора на КИП к бронепокрову ОК, проверяют наличие сигнала генератора в 40 – 50 метрах от КИП. Затем АВБ выезжает в район повреждения, где по уровню генератора определяют с поверхности земли место повреждения ОК. Одного члена АВБ с переносной радиостанцией оставляют у КИП для контроля работы и охраны генератора, а также поддержки связи с остальной частью АВБ №1. Если место повреждения кабелеискателем не определяется (например, когда внешние покровы ОК не повреждены), то участок предполагаемого повреждения перекрывается ОКВ:

• между соседними муфтами,
• на расстоянии примерно 30 метров в каждую сторону от предполагаемого места повреждения.

Оптоволоконный передатчик

В первоначальных ВОЛС использовались большие лазеры, сегодня можно использовать различные полупроводниковые устройства. Чаще всего используются светоизлучающие диоды, светодиоды и полупроводниковые лазерные диоды.

Самым простым передающим устройством является светодиод. Его главное преимущество заключается в дешевизне. Однако у них есть ряд недостатков. Во-первых, они имеют очень низкий уровень эффективности. Только около 1% мощности поступает в оптическое волокно, а это означает, что потребуются драйверы высокой мощности для обеспечения достаточного количества света для передачи на большие расстояния.

Второй недостаток светодиода в излучении некогерентного света широкого спектра 30–60 нм. Из-за этого дисперсия в волокне ограничивает предел пропускной способности волоконного световода.

Волоконные светодиоды используются для локальных сетей, где скорость передачи данных в диапазоне 10–100 Мбит/с, а расстояние передачи несколько километров.

Оптоволоконная связь на большие расстояния с более высокими скоростями передачи данных, потребует большей производительности источника света. В этих системах используют лазеры. Хотя они более дорогие, они обладают существенными преимуществами.

Во-первых, они могут обеспечить более высокий выходной уровень;

Во-вторых, световой поток является направленным, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи света в оптоволоконный кабель. Эффективность связи с одномодовым волокном может достигать 50%.

В-третьих, лазеры имеют очень узкую спектральную полосу пропускания, то есть они производят когерентный свет. Эта узкая спектральная ширина позволяет лазерам передавать данные с гораздо большей скоростью, поскольку модальная дисперсия менее заметна.

Для очень высоких скоростей передачи данных или очень больших расстояний более эффективно использовать лазер с постоянным уровнем выходной мощности (непрерывной волной). Затем свет модулируется с помощью внешнего устройства. Использования внешних средств модуляции увеличивает максимальное расстояние между линиями связи, поскольку устраняется эффект, известный как лазерный «чирп». Этот эффект расширяет спектр светового сигнала и увеличивает хроматическую дисперсию в оптоволоконном кабеле.

Оптоволоконная связь и оптический кабель

По сути, оптоволоконный кабель состоит из сердечника, вокруг которого находится еще один слой, называемый оболочкой. Снаружи есть защитное внешнее покрытие.

Оптические кабели работают, потому что их оболочка имеет намного меньший показатель преломления, чем у сердечника. Это означает, что свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению, когда достигает границы сердцевина-оболочка. То есть отражаясь свет движется внутри сердцевины оптического волокна.

Усилители (репитеры)

Есть ограничения в расстояние передачи сигналов по оптоволоконным кабелям. Это ограничивается связаны с затуханием сигнала и искажением светового сигнала вдоль кабеля. Чтобы преодолеть эти эффекты и передавать сигналы на большие расстояния (например, между городами), используются повторители и усилители сигналов.

Часто используют фотоэлектрические повторители. Эти устройства преобразуют оптический сигнал в электрический формат, где его можно обработать, чтобы сигнал не искажался, а затем преобразовать обратно в оптический формат.

Альтернативный подход — использовать оптический усилитель (эрбиевые 1,55мкм, иттербиевые 1 мкм, тулиевые 2 и 1,47 мкм). Эти усилители напрямую усиливают оптический сигнал без необходимости преобразовывать сигнал обратно в электрический формат.

Ввиду гораздо более низкой стоимости ВОУ по сравнению с повторителями, они используются гораздо чаще.

Оптоволоконная связь и приемники

Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, необходимо преобразовать в электрический сигнал, чтобы его можно было обработать и извлечь передаваемые данные. Компонент, который лежит в основе приемника, — это детектор (фотодетектор).

Обычно это полупроводниковое устройство с pn-переходом, штыревым фотодиодом или лавинным фотодиодом. Фототранзисторы не используются, потому что они не имеют достаточного быстродействия.

После того как оптический сигнал от оптоволоконного кабеля был подан на детектор и преобразован в электрический формат, он может быть обработан для восстановления данных, которые затем могут быть переданы в конечный пункт назначения.

Внутренние потери

Внутренние потери

являются следствием соединения двух неодинаковых оптических волокон, обладающих в основном различными диаметрами и числовой апертурой.

При прямом распространении света (слева направо) потери на стыке равны нулю, при обратном направлении распространения света часть периферийных лучей переходит в оболочку оптического волокна с меньшим диаметром и теряется.

В одномодовых волоконных световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых оптических волокон.

неконцентрическое размещение сердцевины

кабеле

Также внутренние потери могут быть обусловлены

неравенством диаметров оболочек

оптического волокна. Что может сказаться при механическом соединении оптических волокон.

Внутренние потери, обусловленные:

а — неконцентричностю;

б — эллиптичностью формы сердцевин.

Внутренние потери, обусловленные неравенством диаметров оболочек

Коаксиальные кабели

Еще пятнадцать-двадцать лет назад при создании сетей в основном применялся именно коаксиальный кабель, состоящее из передающего сигнала медной или алюминиевой жилы, слоя изоляции, экранирующей оплетки из медных проводов или алюминиевой фольги и защитной внешней обмотки.
Для передачи сигнала в коаксиальном кабеле использовалась центральная жила, тогда как оплетка заземлялась, выступая в роли «электрического нуля».

Кабели делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространённые категории кабеля:

• RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;
• RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2:
• RG-58/U — сплошной центральный проводник,
• RG-58A/U — многожильный центральный проводник,
• RG-58C/U — военный кабель;
• RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);
• RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризуют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;
• RG-62 — ARCNet, 93 Ом

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий, диаметром около 0,5см, позволяет передавать данные без затухания на расстояния до 185м (в реальных сетях даже до 300м).

Для подключения кабеля к сетевым устройствам применялись специальные разъемы типа BNC.

На концах отрезков кабеля монтировались простые BNC-коннекторы. Сращивание этих отрезков производили с помощью BNC I-коннекторов, а для соединения с сетевыми адаптерами и устройствами использовались BNCT-коннекторы.

Чтобы отраженный сигнал поглощался на концах кабеля, там устанавливали BNC-терминаторы, один из которых обязательно заземлялся.
Широкое распространение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля, было вызвано двумя обстоятельствами: дешевизной (особенно для сетей на тонком коаксиальном кабеле) – расходы на кабель и коннекторы были минимальными, а больше для небольших сетей ничего и не требовалось, и простотой – достаточно было проложить магистральный кабель, установить на его концах терминаторы и подключить к нему все компьютеры, — и сеть готова.

Внешние потери

Внешние потери обуславливаются четырьмя основными причинами:

• радиальным смещением оптических волокон;
• угловым смещением;
• осевым смещением;
• качеством торцов.

Оптическое волокно в соединителе должно размещаться вдоль его центральной оси. Если центральная ось одного волокна не совпадает с такой осью другого, то неизбежно появляются потери за счет

радиального смещения

. Также, если соединение двух оптических волокон разделено небольшим зазором (осевое смещение), то оптическое волокно становится подверженным дополнительному виду потер.. Который обусловлен действием френелевского отражения, которое связано с разницей показателей преломления волокон и среды в зазоре (обычно воздуха).

Отражение на границе раздела двух сред характеризует я параметром R, который представляет собой отношение мощности отраженной волны к мощности входной волны.

Также сколы обработанных оптических волокон должны быть перпендикулярны осям волокон и параллельны друг другу при соединении. Потери, связанные с угловым рассогласованием ориентации оптических волокон относительно друг друга (

угловое смещение

), приведены на рисунке. Уровень потерь в этом случае также определяется величиной числовой апертуры NA.

Потери при угловом смещении

Что предлагаем мы?

Компания «ЭФО» является официальным дистрибьютором компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies) – одного из ведущих мировых производителей компонентов для пластикового оптического волокна. Компания выпускает пластиковый оптический кабель (симплексный и дуплексный) с величиной затухания 0,22 и 0,19 дБ/м, соединительные изделия (коннекторы, адаптеры), а также широкий ассортимент передатчиков, приемников и трансиверов для пластикового волокна. Большую часть этого сегмента продукции Avago составляют компоненты линейки Versatile Link («Универсальное соединение»), отличающиеся высокой надежностью, привлекательной стоимостью и простотой эксплуатации (рис. 5). Компоненты Versatile Link давно пользуются популярностью у разработчиков промышленных линий связи по всему миру. Кроме того, мы поставляем инструменты и расходные материалы для работы с пластиковым волокном.

Рис. 5. Компоненты семейства Versatile Link для пластикового оптического волокна: 1 — передатчики/приемники, 2 — трансивер, 3 — дуплексный патч-корд, 4 — дуплексные адаптеры (розетки)

Также мы предлагаем пластиковые кабели компаний Mitsubishi Chemical (ранее Mitsubishi Rayon) и Asahi Kasei. Эти японские компании являются одними из лидеров в сфере производства POF и предлагают широкий ассортимент пластиковых волокон различных диаметров (от 125 мкм до 3 мм) и в различных внешних оболочках, что позволяет использовать их, в частности, в экстремальных условиях. Затухание в волокнах Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei обычно составляет 0,15-0,19 дБ/м. Кроме стандартных POF волокон с одной сердцевиной эти компании разрабатывают многосердцевинные волокна, имеющие малые потери на изгибе. Кабели Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei могут применяться не только для передачи данных, но и в различных датчиках, системах освещения и передачи изображений.

В таблице ниже приводится сравнение основных параметров POF кабелей волоконом 1 мм, предлагаемых компаниями Broadcom, Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei.

________________________________________________________________

Похожие записи:

Характеристики и типы оптического волокна Как подключить оптический кабель: теория и практика Почему оптоволоконный интернет является самым лучшим вариантом интернета для дома Процесс сварки оптоволокна Что такое оптический выход на телевизоре и как подключить кабель к нему Волоконно-оптическая линия связи