Оптический кабель и его применение в телекоммуникационных технологиях

ВОЛС (волоконно-оптические линии связи)

Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы). Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду).

Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем.

Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания. Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи.

Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём.

Преимущества ВОЛС

При грамотном проектировании будущей системы (этот этап подразумевает решение архитектурных вопросов, а также выбор подходящего оборудования и способов соединения несущих кабелей) и профессиональном монтаже применение волоконно-оптических линий обеспечивает ряд существенных преимуществ:

  • Высокую пропускную способность за счёт высокой несущей частоты. Потенциальная возможность одного оптического волокна – несколько терабит информации за 1 секунду.
  • Волоконно-оптический кабель отличается низким уровнем шума, что положительно сказывается на его пропускной способности и возможности передавать сигналы различной модуляции.
  • Пожарная безопасность (пожароустойчивость). В отличие от других систем связи, ВОЛС может использоваться безо всяких ограничений на предприятиях повышенной опасности, в частности на нефтехимических производствах, благодаря отсутствию искрообразования.
  • Благодаря малому затуханию светового сигнала оптические системы могут объединять рабочие участки на значительных расстояниях (более 100 км) без использования дополнительных ретрансляторов (усилителей).

  • Информационная безопасность. Волоконно-оптическая связь обеспечивает надёжную защиту от несанкционированного доступа и перехвата конфиденциальной информации. Такая способность оптики объясняется отсутствием излучений в радиодиапазоне, а также высокой чувствительностью к колебаниям. В случае попыток прослушки встроенная система контроля может отключить канал и предупредить о подозреваемом взломе. Именно поэтому ВОЛС активно используют современные банки, научные центры, правоохранительные организации и прочие структуры, работающие с секретной информацией.
  • Высокая надёжность и помехоустойчивость системы. Волокно, будучи диэлектрическим проводником, не чувствительно к электромагнитным излучениям, не боится окисления и влаги.
  • Экономичность. Несмотря на то, что создание оптических систем в силу своей сложности дороже, чем традиционных СКС, в общем итоге их владелец получает реальную экономическую выгоду. Оптическое волокно, которое изготавливается из кварца, стоит примерно в 2 раза дешевле медного кабеля, дополнительно при строительстве обширных систем можно сэкономить на усилителях. Если при использовании медной пары ретрансляторы нужно ставить через каждые несколько километров, то в ВОЛС это расстояние составляет не менее 100 км. При этом скорость, надёжность и долговечность традиционных СКС значительно уступают оптике.

  • Срок службы волоконно-оптических линий составляет полрядка четверти века. Через 25 лет непрерывного использования в несущей системе увеличивается затухание сигналов.
  • Если сравнивать медный и оптический кабель, то при одной и той же пропускной способности второй будет весить примерно в 4 раза меньше, а его объём даже при использовании защитных оболочек будет меньше, чем у медного, в несколько раз.
  • Перспективы. Использование волоконно-оптических линий связи позволяет легко наращивать вычислительные возможности локальных сетей благодаря установке более быстродействующего активного оборудования, причем без замены коммуникаций.

Область применения ВОЛС

Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.

К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.

Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.

Технологии соединения ВОЛС

Длина коммуникационных магистралей ВОЛС может достигать сотен километров (например, при постройке коммуникаций между городами), тогда как стандартная длина оптических волокон составляет несколько километров (в том числе потому, что работа со слишком большими длинами в некоторых случаях весьма неудобна). Таким образом, при построении трассы необходимо решить проблему сращивания отдельных световодов.

Различают два типа соединений: разъёмные и неразъёмные. В первом случае для соединения применяются оптические коннекторы (это связано с дополнительными финансовыми затратами, и, кроме того, при большом количестве промежуточных разъёмных соединений увеличиваются оптические потери).

Для неразъёмного соединения локальных участков (монтажа трасс) применяются механические соединители, клеевое сращивание и сваривание волокон. В последнем случае используют аппараты для сварки оптических волокон. Предпочтение тому или иному методу отдаётся с учётом назначения и условий применения оптики.

Наиболее распространённой является технология склеивания, для которой используется специальное оборудование и инструмент и которая включает несколько технологических операций.

В частности, перед соединением оптические кабели проходят предварительную подготовку: в местах будущих соединений удаляются защитное покрытие и лишнее волокно (подготовленный участок очищается от гидрофобного состава). Для надёжной фиксации световода в соединителе (коннекторе) используется эпоксидный клей, которым заполняется внутреннее пространство коннектора (он вводится в корпус разъёма с помощью шприца или дозатора). Для затвердевания и просушки клея применяется специальная печка, способная создать температуру 100 град. С.

После затвердевания клея излишки волокна удаляются, а наконечник коннектора шлифуется и полируется (качество скола имеет первостепенное значение). Для обеспечения высокой точности выполнение данных работ контролируется с помощью 200-кратного микроскопа. Полировка может осуществляться вручную или с помощью полированной машины.

Самое качественное соединение с минимальными потерями обеспечивает сваривание волокон. Этот метод используется при создании высокоскоростных ВОЛС. Во время сваривания происходит оплавление концов световода, для этого в качестве источника тепловой энергии могут использоваться газовая горелка, электрический заряд или лазерное излучение.

Каждый из методов имеет свои преимущества. Лазерная сварка благодаря отсутствию примесей позволяет получать самые чистые соединения. Для прочной сварки многомодовых волокон, как правило, используют газовые горелки. Наиболее распространенной является электрическая сварка, обеспечивающая высокую скорость и качество выполнения работ. Длительность плавления различных типов оптовых волокон отличается.

Для сварочных работ применяются специальный инструмент и дорогостоящее сварочное оборудование – автоматическое или полуавтоматическое. Современные сварочные аппараты позволяют контролировать качество сварки, а также проводить тестирование мест соединения на растяжение. Усовершенствованные модели оснащены программами, которые позволяют оптимизировать процесс сварки под конкретный тип оптоволокна.

После сращения место соединения защищается плотно насаживаемыми трубками, которые обеспечивают дополнительную механическую защиту.

Ещё один метод сращивания элементов оптоволокна в единую линию ВОЛС – механическое соединение. Этот способ обеспечивает меньшую чистоту соединения, чем сваривание, однако затухание сигнала в данном случае всё-таки меньше, чем при использовании оптических коннекторов.

Преимущество этого метода перед остальными состоит в том, что для проведения работ используются простые приспособления (например, монтажный столик), которые позволяют проводить работы в труднодоступных местах или внутри малогабаритных конструкций.

Механическое сращивание подразумевает использование специальных соединителей – так называемых сплайсов. Существует несколько разновидностей механических соединителей, которые представляют собой вытянутую конструкцию с каналом для входа и фиксации сращиваемых оптических волокон. Сама фиксация обеспечивается с помощью предусмотренных конструкцией защёлок. После соединения сплайсы дополнительно защищаются муфтами или коробами.

Механические соединители могут использоваться неоднократно. В частности, их применяют во время проведения ремонтных или восстановительных работ на линии.

ВОЛС: типы оптических волокон

Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. Что касается материала, различают полностью стеклянные волокна (со стеклянной сердцевиной и стеклянной оптической оболочкой), полностью пластиковые волокна (с пластиковой сердцевиной и оболочкой) и комбинированные модели (со стеклянной сердцевиной и с пластиковой оболочкой). Самую лучшую пропускную способность обеспечивают стеклянные волокна, более дешёвый пластиковый вариант используют в том случае, если требования к параметрам затухания и пропускной способности не критичны.

По типу путей, которые проходит свет в сердцевине волокна, различают одно- и многомодовые волокна (в первом случае распространяется один луч света, во втором – несколько: десятки, сотни и даже тысячи).

  • Одномодовые волокна (SM) отличаются малым диаметром сердцевины, по которой может пройти только один пучок света.

  • Многомодовые волокна (MM) отличаются большим диаметром сердцевины и могут быть со ступенчатым или градиентным профилем. В первом случае пучки света (моды) расходятся по различным траекториям и поэтому приходят к концу световода в различное время. При градиентном профиле временные задержки различных лучей практически полностью исчезают, и моды идут плавно благодаря изменению скорости распространения света по волнообразным спиралям.

Все современные ВОК (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр – 125 мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250 мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900 мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна).

Диагностика волоконно-оптических линий связи

Основным инструментом для диагностики волоконно-оптических линий связи является оптический рефлектометр. Пример работы с таким прибором смотрите в следующем видео:

Примеры оборудования

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

Телекоммуникационные кабели: Обзор ситуации. Состояние и перспективы

Для России, как страны с переходной экономикой, характерна ситуация одновременного сосуществования старой и новой технологий. В частности, в области телекоммуникационных кабелей — двух технологий — новой, к которой относятся оптические кабели, и все еще активно функционирующей — старой технологии, к которой относятся кабели связи с медными жилами.

Кабели связи с медными жилами

Рассматриваемая группа кабели с медными жилами включает в себя:

1. Кабели симметричные:

• магистральные и зоновые высокачастотные:
– для линий магистральных и зоновых сетей;
– для соединительных линий городских телефонных сетей;
– для линий в районах с высокой грозодеятельностью и электромагнитными влияниями

• телефонные городские и сельские:
– для линий городских телефонных сетей, в том числе для сетей доступа;
– для линий сельских телефонных сетей (межстанционных и абонентской связи)

• телефонные станционные и распределительные:
– для устройства кабельных вводов и вставок в воздушные линии;
– для устройства соединительных линий между АТС и АТС и МТС;
– для межстоечного и внутристоечного монтажа низкочастотного и высокочастотного оборудования объектов связи;
– для соединения и подключения линейных трактов и каналов систем передачи

• кабели СКС (LAN-кабели):
– для структурированных кабельных систем в локальных сетях передачи, в том числе компьютерных сетях.

2. Кабели сигнально-блокировочные:

– для устройств сигнализации, централизации и блокировки на сети железных дорог

3. Кабели радиочастотные:
– для сетей кабельного телевидения и видеонаблюдения;
– в антенно-фидерных устройствах радио и телевизионных приемников;
– для внутри и межблочных соединений радиоэлектронной аппаратуры ЭВМ и т.д.

Эта группа кабелей интересна тем, что она остается и на сегодняшний период востребованной для многих технических решений в области инфокоммуникаций.

Заводы-изготовители

Производством кабельной продукции, входящей в группу «Кабели с медными жилами», занимаются не только российские заводы, но и заводы стран СНГ. Перечень таких заводов, объединенных в Ассоциацию «Электрокабель» приведен в табл. 1.

Следует отметить, что объемы производства кабелей различного назначения заводами далеко не одинаковы. Так, например, в 2005 году свыше 95 % объемов производства кабелей приходилось на заводы в количестве от 4 до 11 в зависимости от типов изготовляемых кабелей. Эти заводы в табл. 1 отмечены знаком *). Ведущее же место по производству кабелей различного назначения принадлежит заводам, приведенным в табл. 2.

Общая тенденция такова — кабели связи телефонные занимают лидирующее положение по объему производства среди кабелей с медными жилами. В тоже время, начиная с 2004 года, наметилась тенденция существенного снижения объемов производства, которые составили в 2005 году — 65%, а в 2006 году — 52,7% от максимального объема производства в 2004 году.

Насколько темпы снижения объемов производства этих кабелей будут оставаться высокими, и насколько этот процесс будет длительным, в значительной мере будет зависеть от динамичного проникновения на сети доступа оптических кабелей и оптических технологий передачи, а также беспроводных технологий.

Не надо забывать, что сети доступа на медных кабелях с их масштабной кабельной инфраструктурой представляют собой наиболее дорогостоящий сегмент сети связи и требуют по затратам от оператора порядка 70 — 80% суммарных инвестиций. Надо учитывать и другое, что оператор всегда нацелен на получение прибыли и, следовательно, его отношение к внедрению новых технологий строится исключительно из экономического подхода, иначе вместо прибыли он получит убытки. Естественно, оператор будет стремиться использовать существующую «меднокабельную» инфраструктуру, поддерживая ее в исправном техническом состоянии, в то же время развивая ее на новых широкополосных технологиях до тех пор, пока она будет давать прибыль. Причем такая ситуация характерна не только для российского оператора, она характерна и для операторов других стран, имеющих развитые сети доступа на кабелях с медными жилами.

Положительная тенденция роста объемов производства кабелей для структурированных кабельных систем (кабелей СКС или LAN-кабелей) не противоречит мировой тенденции. По существу, за период с 2000 по 2006 годы объемы производства выросли почти в 24 раза, а темпы роста объемов производства за последние три года стабилизировались в среднем на уровне 35,0%.

Радиочастотные кабели в структуре объемов производства занимают второе место по объемам после кабелей связи телефонных, при среднем ежегодном объеме выпуска за 7 лет равного 68,2 тыс. км.

Достигнутые объемы производства — это не результат спроса со стороны потребителей, а скорее результат заполнения рынка радиочастотных кабелей импортными поставками, в большинстве своем, достаточно дешевыми кабелями, объемы которых в 2005 году составили в 65% всего рынка.

Дальнейшая перспектива для производителей России и стран СНГ — это снижение зависимости рынка радиочастотных кабелей от засилья импорта.

Что касается тенденций объемов производства других типов кабелей связи, то объемы их производства не значительны и направлены не на развитие, а на поддержание технического состояния сетей традиционных операторов и операторов технологических сетей, принадлежностью которых они являются. По мере вывода кабельных линий на основе этих кабелей будут сокращаться и объемы их производства.

Читайте также:  Виды кабелей LAN

Дальнейшее развитие кабелей связи с медными жилами — это повышение широкополосности, стабильности электрических характеристик, пожарной безопасности, продольной и поперечной герметичности, снижения материалоемкости, базируясь на инновационные решения.

Требования к кабелям с медными жилами регламентируются техническими условиями заводов и действующими национальными стандартами

При их использовании в сети связи общего пользования (ОП), технологических сетях связи и сетях связи специального назначения, в случае их присоединения к сети связи ОП, их технические характеристики должны отвечать требованиям Правил, утвержденными Мининформсвязи.

Подтверждение соответствия технических характеристик кабелей Правилам осуществляется посредством принятия декларации о соответствии.

Оптические кабели связи

На территории Российской Федерации производством оптических кабелей (ОК) занимаются 13 предприятий-изготовителей:
• ДЗАО «Армавирский завод связи»,
• ООО «Еврокабель 1»,
• ЗАО «Москабель-Фуджикура»,
• ЗАО «ОКС 01»,
• ООО «Оптен»,
• ЗАО «ОФС Связьстрой-1 Волоконно-Оптическая Кабельная Компания» (ЗАО «ОФС Связьстрой-1 ВОКК»),
• ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания» (ЗАО «СОКК»),
• ООО «Сарансккабель-Оптика»,
• ЗАО «Севкабель-Оптик»,
• ЗАО «Трансвок»,
• ЗАО «Электропровод»,
• ООО «Эликс-кабель»,
• ЗАО «Яуза-кабель».

Российские предприятия-изготовители ОК по существу полностью формируют российский рынок ОК, практически охватывая все его ниши и это благодаря следующим факторам:
• Мощности заводов на сегодня достаточны, чтобы удовлетворить спрос потребителей в требуемых объемах ОК.
• Современные технологии производства ОК, действующие системы менеджмента и контроля качества позволяют поставлять потребителю необходимую номенклатуру ОК высокого качества.
• Установленные в 1995 г. Постановлением Правительства РФ таможенные ввозные пошлины на ОК в 15%, и ныне действующие, являются надежным «барьером» для попадания импортных ОК на российский рынок. Так объем импорта в Россию по группе «Кабели волоконно-оптические» (код ТНВЭД 85.44.70) в 2006 г. составил всего на сумму 9700 тыс. долларов США, предположительно в основном за счет закупок ОК в грозозащитном тросе (английская аббревиатура — OPGW, русская — ОКГТ). Объем импорта не имеет выраженной тенденции роста, а наоборот по сравнению с 1998 г. он снизился от 62600 тыс. долларов США до 9700 тыс. долларов США, т.е. примерно в 6,4 раза.
• Снижение упомянутым выше Постановлением Правительства РФ таможенной ввозной пошлины на оптическое волокно (ОВ) до 5 % открыло возможность (при полном отсутствии отечественного ОВ) развивать динамично российское производство ОК, рассматривая его как стратегическое направление.
• Экспорт ОК российскими изготовителями в другие страны незначительный. Так, например, в 2006 году в физической длине он составил всего около 8,4% по отношению к общему объему ОК в физической длине. По существу тенденция такова, что произведенные объемы ОК почти полностью остаются внутри страны и, как следствие, поступают на российский рынок ОК.

Устойчивая тенденция роста объемов производства ОК вот, пожалуй, характерный признак для этого последнего периода. Объемы производства ОК в 2006 г. по сравнению с 2002 г. возросли более чем в 3 раза.

Одновременно выросло и количество ОВ в ОК. Если в 2002 г. среднее количество ОВ в ОК заказываемого потребителем составило порядка 15 ОВ, то уже в 2007 г. оно выросло до 22 ОВ.

Не вдаваясь в прогнозные цифры, можно констатировать, что рост объемов производства ОК нельзя по другому рассматривать как «радужным». Действительно ОК по-прежнему нет альтернативы. Спрос на ОК со стороны потребителей вряд ли уменьшится, а скорее значительно возрастет и к этому должны быть готовы российские изготовители ОК. Часть телекоммуникационных сетей (магистральные, зоновые) еще далеки от насыщения, огромным потенциальным полем попрежнему остаются сети доступа, идет строительство новых оптических линий, особенно в этом преуспевают новые операторы, создавая растущий рынок потребления ОК.

Российский рынок ОК, составляющий порядка 3% от мирового — это далеко не предел в его развитии для такой страны как Россия, обладающей самой большой территорией и одной из крупных сетей связи, но все еще значительно уступающей другим развитым странам по телефонной плотности.

Реальность сегодня такова — производимая российскими изготовителями номенклатура ОК вполне достаточна, чтобы в природно-климатических условиях России строить линии и развивать телекоммуникационные сети, отвечающие требованиям устойчивости функционирования и безопасности Единой сети электросвязи. Однако, требуется унификация ОК российских производителей, которая прежде всего, видится в разработке комплекса стандартов типа ГОСТ Р.

Оптические кабели с многомодульным оптическим сердечником выпускаются всеми российскими предприятиями-изготовителями, максимальная заявленная емкость ОК составляет 384 ОВ.

Максимальная емкость производимых ОК с одномодульным оптическим сердечником составляет 24 ОВ (полимерная трубка) и 48 ОВ (металлическая трубка).

Российские предприятия-изготовители производят ОК наружной прокладки более 220 марок. Однако для потребителя не эта главная проблема, а скорее существует проблема, связанная с различными принципами маркообразования ОК. Как следствие этому ОК разных изготовителей имеют разные марки, хотя по назначению и конструктивному исполнению они адекватны одним и тем же условиям применения. Это относится и к условному кодовому обозначению одного и того же типа ОВ, используемых в ОК разных заводов.

Основной нормативной базой для ОК, поставляемых на российский рынок, являются Правила Мининформсвязи, ТУ заводов-изготовителей, ГОСТ Р 52226-2004. Эти НТД являются действующими, устанавливают требования и регламентируют технические параметры.

«Правила…» Мининформсвязи РФ регламентируют требования к техническим параметрам ОК, которым они должны отвечать при использовании на сетях общего пользования (ОП), технологических сетях и сетях связи специального назначения в случае их присоединения к сети связи ОП.

В основе этих требований лежит критерий обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности Единой сети электросвязи (ЕСЭ), при этом обязательно подтверждение соответствия ОК этим требованиям. Подтверждение соответствия ОК требованиям осуществляется принятием декларации о соответствии, порядок декларирования определен статьей 43 ФЗ «О связи». Основная проблема состоит в том, что не достигнута гармонизация стандартов.

По существу производители и потребители, решая при регламентации требований, в принципе, одну и ту же задачу, в то же время в своих стандартах допускают разные подходы к классификации кабелей связи, к перечню регламентируемых параметров, применяемой терминологии, к маркообразованию и системе кодового обозначения марок кабелей.

Достижение гармонизации стандартов — можно рассматривать как стратегическую задачу, в решении которой, а так же в решении других задач (инвестиционная и ценовая политика, «серый» импорт, последствия вступления в ВТО и др.) должны быть заинтересованы все участники телекоммуникационного рынка (предприятия-изготовители ОК, проектные организации, операторы, строительные организации, надзорные органы).

По материалам выступления А.С. Воронцова
на конференции, проводимой в рамках выставки CABEX-2008

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Волоконно-оптический кабель: структура, виды, применение.

Изобретенный и впервые продемонстрированный еще в XIX веке оптоволоконный кабель стал широко использоваться для передачи информации в конце прошлого столетия. Необходимость передачи данных на трансконтинентальные расстояния наземными способами, а также прокладка линий по дну морей потребовала поиска более экономичного способа.

Оптоволокно – это недорогая и эффективная альтернатива тяжелым и дорогостоящим медным аналогам. Оптическое волокно гораздо экономичнее при сооружении длинных коммуникационных магистралей. Его цена намного ниже меди, а создаваемая сеть имеет расширенные возможности и более высокую пропускную способность.

Оптоволоконный кабель не подвержен влиянию электромагнитных помех. Принцип передачи данных через ВОК основан на световом сигнале, который в отличие от колебаний электронов не может быть нарушен внешними факторами, такими как переменное магнитное поле, радиация, линии электропередачи и т.п.

Конструкция оптического кабеля

Конструкционно ВОК состоит из центрального осевого элемента, самого оптоволокна в виде множества отдельных жил (2) и защитной оболочки. Жесткое основание, как правило, изготавливается из легкого и недорогого стеклопластика, а в качестве наружного защитного слоя применяются различные полимерные или металлические материалы.

Оптическое волокно достаточно хрупкий материал, поэтому ему необходимо внутреннее армирование (1) и надежная многослойная внешняя защита: полимерная изоляция (3), пленка с водоотталкивающим гелем (4), металлическая броня (6) и полиэтиленовая оболочка (5, 7).

Непосредственно оптоволокно состоит из прозрачной стеклянной или пластиковой сердцевины и оболочки. Внешняя часть изготавливается из того же материала, что и сердечник, но с добавлением специальных легирующих компонентов, позволяющих усилить коэффициент преломления.

В результате оптическое волокно становится проводником света видимого и инфракрасного спектра. На всем пути следования луч многократно отражается от внутренней поверхности оболочки, совершая зигзагообразное поступательное движение.

Размер сердечника влияет на скорость и многоканальность передачи данных. Оптоволоконный кабель может быть одномодовым с тонким сердечником или многомодовым с сердцевиной большего диаметра. Каждый из этих видов имеет свои преимущества и недостатки.

Многомодовые оптические кабели

Многомодовое оптоволокно позволяет одновременно пропускать большое количество мод, каждая из которых распространяется под своим углом. Однако такой тип оптического кабеля имеет характерный недостаток – возможные межмодовые дисперсии (межлучевое размытие сигнала).

Межмодовая дисперсия приводит к затуханию предаваемого сигнала, вследствие чего многомодовый оптоволоконный кабель не может быть в коммуникационных магистралях, протяженностью больше одного километра. Этот тип применяется при формировании локальных сетей небольшой протяженности, в которых важная многоканальность передачи данных.

Одномодовые оптоволоконные кабели

При передаче данных через одномодовое оптоволокно дисперсии световых потоков не может быть в принципе, поэтому посланный сигнал сохраняет свою первоначальную мощность на достаточно длительных расстояниях.

Критерии выбора оптического кабеля

Одна из наиболее важных отличительных характеристики оптоволоконных кабелей является количество волокон в них.

В компании «Технологии сетей» представлен большой ассортимент видов ВОК, среди которых вы сможете подобрать наиболее оптимальный для вашей сети кабель с необходимым количеством волокон – от одного до 288 штук. Среди наиболее популярных видов 4-, 8- и 16-волоконные оптические кабели.

При создании локальной сети и распределении связи среди конечных потребителей очень важной остается проблема «последней мили». Выбирая оптоволоконный FTTH кабель, следует обратить внимание на такие параметры, как тип волокна (одно- или многомодовый), его размер, пропускная возможность и коэффициент затухания, Немаловажной является прочность самого оптоволокна и всей конструкции кабеля, а именно:

  • гибкость и противодействие высоким нагрузкам на излом;
  • ударопрочность;
  • стойкость к давлению и другим механическим воздействиям.

Соответствующий всем основным эксплуатационным требованиям и техническим параметрам сети оптический кабель на 4-24 волокна может удовлетворить потребности в большинства систем среднего масштаба.

Среди таких распространенных коммуникационных систем – технология пассивной оптической сети PON. Ее суть заключается в создании с помощью соответствующих оптоволоконных кабелей оптической сети пассивного типа между центральным узлом OLT и удаленными абонентами ONT.

Такая сеть имеет древовидную структуру, в узлах которой размещены пассивные оптические сплиттеры (разветвители). Передача как прямого, так и обратного сигнала осуществляется с использованием одного оптического волокна, полоса которого распределяется динамическим способом между всеми абонентами.

Среди главных преимуществ такой технологии:

  • отсутствие необходимости создания активных промежуточных узлов;
  • меньшее количество приемопередающих оптических устройств в центральном узле;
  • экономия оптоволокна.

Специалисты компании «Технологии сетей» помогут вам создать оптимальную для вашего бизнеса схему коммуникационной сети. Доступные цены и широкий ассортимент продукции только проверенных производителей позволят вам точно подобрать и выгодно приобрести наиболее подходящий тип оптоволоконного кабеля, а также необходимого оборудования для создания эффективной и экономичной коммуникационной сети.

IT1305: Структурированные кабельные системы

Основной принцип стандартизованной кабельной инфраструктуры состоит в ее предсказуемости. Значительная целостность сети и ее надежность могут быть достигнуты путем использования кабельной системы, основанной на стандартах. Уже много было сказано о значимости создания структурированной кабельной системы, которая соответствует описанным стандартам относительно медных систем. Система, основанная на стандартах, также очень важна и в оптоволоконных сетях. Производители сетевого оборудования полагаются на кабельные стандарты TIA и рабочие стандарты IEEE, в числе прочих, в областях совместимости и параметров производительности изготовленных продуктов. Проектировщик кабельной системы и системный администратор также полагаются на эти стандарты.

Если ваша кабельная система спроектирована и установлена в соответствии со стандартами, то вы можете быть уверенными, что закупленное оборудование будет правильно работать в указанных пределах своих возможностей.

На самом деле существуют два типа стандартов, которые совместно работают над тем, чтобы обеспечить производительность в сети на должном уровне. Комитеты TIA внимательно изучают существующие и планируемые инновации в локальных сетях в ходе создания новых кабельных стандартов. Подобным же образом комитеты IEEE изучают существующие и планируемые кабельные стандарты, а также возможности создания сетевых технологий, которые могли бы использовать широко распространенные кабельные системы.

Изначально сетевые технологии, которые планировались к использованию, поддерживали скромные параметры производительности, т.е. сети с шириной полосы пропускания в 10 – 20 МГц. Однако скорости быстро росли и теперь уже существуют стандарты, поддерживающие значения в 100, 250 и даже 600 МГц. По мере развития кабельных стандартов возможности строить высокоскоростные сети на основе кабельных систем также развивались. Оптоволоконные кабельные системы являются важным разделом всей кабельной технологии и предоставляют множество возможностей сетевому специалисту.

Хотя оптоволоконные кабели имеют значительное преимущество над медными во множестве систем, они все равно должны соответствовать стандартам установки и функционирования. От коннектора до самого волокна -все внутри оптического соединения должно соответствовать определенной системе и используемому оборудованию.

По этой причине мы опишем два вида оптоволоконных кабельных стандартов, которые используются в современном мире. Данные стандарты представляют собой структурированную кабельную систему и централизованную кабельную систему.

Структурированная оптическая кабельная система – стандарты TIA

Испытанным методом волоконного подключения является структурированная кабельная система, концепция которой описана в TIA-568-C. Как вы помните, данный стандарт позволяет использовать одномодовое и многомодовое волокло, хотя более ранняя версия стандарта (-А) активно приветствовала использование многомодового кабеля в горизонтальной структуре и одномодового в магистральной.

Многомодовые волокна и низкоскоростная светодиодная оптика традиционно были менее дороги по сравнению с одномодовыми волокнами и лазерной оптикой. В результате, большая часть оптических кабелей была установлена вместе в соответствии со стандартами структурированных кабельных систем и представляла собой многомодовые кабели.

Многомодовые кабели в структурированной системе работают одинаково хорошо для Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Это является серьезным достижением, если задуматься на эту тему. Частично причиной высокой скорости является 90 м ограничение на протяженность горизонтального кабеля в структурированной кабельной системе. Данное ограничение продиктовано параметрами затухания и переходных помех в кабелях витой пары при частоте в 100 МГц. Сторонники волокна могут поблагодарить медный кабель категории 5е за такие относительно короткие дистанции, а также долговечность многомодового волокна. Теперь многомодовые кабели стандартизируются на расстояния 55 и 100 м для использования их в 10 Gigabit Ethernet.

Как вы можете видеть на рис. 85, магистральные кабели исходят из одной распределительной точки типа основного кросс-коммутатора (МС) к телекоммуникационным помещениям, расположенным в здании. В каждом телекоммуникационном помещении оптический концентратор или коммутатор передает сигнал сети к индивидуальным горизонтальным кабелям, каждый на свою рабочую станцию. Многопользовательский адаптер телекоммуникационной розетки (MUTOA) может быть помещен на горизонтальный кабель, проложенный между телекоммуникационным помещением и переходником на рабочем месте (WOA). Как уже описывалось в ранее, офисные кабельные стандарты допускают использование оптоволоконного многопользовательского адаптера телекоммуникационной розетки.

Читайте также:  Монтаж сип-кабеля от столба к дому

Строго говоря, кабель от многопользовательского адаптера телекоммуникационной розетки до рабочей станции должен быть кабелем пользователя, подключаемым напрямую в рабочую станцию.

Однако проектировщик может использовать переходник для защиты более длинного кабеля, который идет обратно к многопользовательскому адаптеру телекоммуникационной розетки. Это недопустимо в случае с медными кабелями, в основном потому, что каждое подключение и соединение кабелей добавляет большое количество проблем в плане переходных помех. При надежном оптическом соединении добавится только незначительное количество децибелов затухания, а дополнительные переходные помехи на переходнике будут незначительны. Более того, потенциальное повреждение дуплексного оптоволоконного кабеля более вероятно, чем в случае с использованием медного кабеля, поэтому будет утомительно и дорого заменять поврежденный кабель пользователя до самого многопользовательского адаптера телекоммуникационной розетки.

Рис. 85 Типичный вид оптической структурированной кабельной системы

Централизованная кабельная система – стандарты TSB-72 и TIA-568-C

Волоконная оптика может поддерживать дальние расстояния, на которые не способны медные кабели. Усвоив этот момент, вполне возможно сделать так, чтобы волоконный кабель шел от центрального помещения с оборудованием или МС напрямую к рабочему месту. Данная топология отображена на рис. 86. В данном случае структурированный поход не имеет смысла в случае с оптическими соединениями и заменяется централизованной кабельной системой.

Централизованная волоконно-оптическая система имеет два преимущества. Стоимость каждого кабеля ниже, так как система ликвидирует использование как минимум двух коннекторов на каждом кабеле, а также соответствующие расходы на подключение, и расходы на коммутационные панели в Каждом телекоммуникационном помещении. Более того, в этом случае может быть использован централизованный оптический концентратор, что также понизит стоимость (и улучшит производительность), что было бы маловероятно в случае с использованием концентратора в каждом телекоммуникационном помещении. Централизованный концентратор также упрощает управление и администрирование.

Централизованная кабельная система была впервые описана в стандарте TSB-72 «Centralized Optical Fiber Cabling Guidelines» (Руководства пo централизованным волоконно-оптическим кабельным системам). Данный телекоммуникационный бюллетень был добавлен к TIA/EIA-568-A для описания параметров централизованной оптической кабельной системы. Части -В и -С стандарта включают в себя именно эту информацию.

Рис. 86 Типичный вид централизованной волоконной системы

В реальности при централизованной кабельной системе кабели проходят через существующие телекоммуникационные помещения, даже если в них нет соединений кабеля или коммутационного оборудования. Причина такого использования состоит в том, что в телекоммуникационных помещениях часто расположены междуэтажные порты, которые физически подключаются к МС или другой точке концентрации. Более того, если используется полностью волоконно-оптическая система, то многокабельные трубки могут быть протянуты к телекоммуникационному помещению, где они будут расходиться на индивидуальные трубки, направляемые к каждому рабочему месту.

В альтернативе многоволоконные кабели со свободным буфером могут достигать каждого телекоммуникационного помещения и распадаться на от дельные волокна для рабочих мест. Данный метод позволяет избежать дополнительных проблем, высокой стоимости и потерь на уровне коммутацонных панелей.

В оптических кабелях, в отличие от медных, допускаются сростки, так как они добавляют лишь незначительное затухание сигнала на пути его прохождения. Метод использования сростков в телекоммуникационном помещении может быть использован в полностью оптических системах, а также и гибридных, которые используют кабели со свободным буфером в телекоммуникационных помещениях и полноценные волоконные трубки на рабочих местах.

Как и в структурированной системе, вы можете использовать концентрацию в многопользовательских розетках (MUTOA) в офисах. Как уже было сказано, все оптические системы являются полносвязными, а не кросс-коммутационными. С практической точки зрения важно, где происходит взаимное соединение, поэтому в централизованных волоконно-оптических системах это соединение обеспечивается MUTOA.

Централизованная волоконная система является очень разумным вариантом прокладки оптического кабеля. Нужно быть предельно аккуратным в том плане, что полная длина кабеля должна быть в пределах рабочих параметров сетевой технологии, которую вы будете использовать. Например, длина определенных оптических кабелей может быть ограничена 220 м для Gigabit Ethernet, поэтому нужно придерживаться данных ограничений. Однако, если использовать некоторые многомодовые кабели, вы можете воспользоваться двумя новыми стандартами, а именно 100BaseSR и 100BaseLX4, которые поддерживают 10 Gigabit Ethernet на 300 м. С одномодовым кабелем использование стандарта 100BaseLR возможно на расстоянии до 10 км.

Если централизованная волоконная система и имеет какие-либо ограничения, то это возможность увеличения пропускной способности в будущем. Помните, что нынешние виды оптического кабеля для горизонтального применения способны поддерживать гигабитную скорость по причине малого ограничения длины горизонтального кабеля структурированной кабельной системы. Более новые совместимые с лазерами многомодовые и одномодовые кабели все еще слишком избыточны на 90 м для гигабитных скоростей, но их может едва хватить на 10 Гб. В какой-то мере вы сможете обеспечить будущее, проложив оптические кабели централизованной системы через телекоммуникационное помещение. Впоследствии, если вы хотите, чтобы более короткие кабели поддерживали будущую технологию, то можете обрезать оптические кабели в телекоммуникационном помещении, поместить там же свое концентрационное оборудование и подключить кабели к нему.

Стандартные оптоволоконные сетевые соединения

Волокно используется в различных сетевых соединениях. Рассмотрим в таблицу 11.5 для описания различных вариантов эффективного использования оптоволоконных кабельных систем.

* Расстояние для многомодового оптоволоконного кабеля зависит от размера сердцевины/оболочки и рабочей длины волны.

Таблица 11.5 Оптоволоконные сетевые стандарты

СтандартСкоростьКабельРасстояние
10BaseFL10 Мбит/сМногомодовый2000 м
100BaseFX100 Мбит/сМногомодовый400 м
100BaseSX100 Мбит/сМногомодовый300 м
ATM/OC-3155 Мбит/сОдномодовыйНеизвестно
АТМ/ОС-12622 Мбит/сОдномодовыйНеизвестно
1000BaseSX1 Гбит/сМногомодовый220-550 м*
1000BaseLX1 Гбит/сМногомодовый/ одномоовый400-550 м*5 км
1000BaseSLX1 Гбит/сОдномодовый10 км

Используемое вами сетевое оборудование в структурированной оптоволоконной системе должно быть совместимо с используемыми волоконными кабелями для нормального функционирования. Вам могут понадобиться простые кабели-адаптеры или переходники для разных коннекторов, один конец которых будет подходить к сетевому оборудованию или рабочей станции, а второй – к розетке или коммутационной панели. Более того, нужно будет выбрать подходящую технологию, в частности одномодовый или многомодовый кабель, медный или оптический. Что же делать в такой ситуации и чему отдать предпочтение?

Оптика до рабочего места

Основной лозунг волоконной кабельной индустрии в настоящее время – это проведение оптического кабеля к рабочему месту. В годы становления сетей это позволяло обеспечить почти неограниченную пропускную способность каждому пользователю (точнее, рабочей станции пользователя, так как у самого пользователя вряд ли есть какая-либо пропускная способность).

Наиболее популярным вариантом такого оптического кабеля был ОС-3 на 155 Мбит/с Данное соединение предлагалось в первую очередь, так как возможности 10BaseF не считались высокоскоростными, а скорость передачи данных в 10 Мбит/с легко поддерживалась устаревшим кабелем категории 3. Была другая практическая проблема с ОС-3, которая касалась использования ATM, который был редким для локальных сетей протоколом и не поддерживался в большинстве случаев ни производителями программного обеспечения, ни производителями аппаратных компонентов. Технология FDDI также предоставляла возможность проводки до рабочего места, но по цене, равной или даже превышавшей стоимость оборудования, которое подключалось с ее помощью.

Возможности 10BaseFX и любой из технологий 1000BaseF Gigabit Ethernet на данный момент позволяют создавать очень устойчивые оптические соединения до рабочего места. Конечно же, не всем пользователям в наши дни нужна скорость в гигабит, но сетевым администраторам (и начальству) она просто необходима. Интерфейсами оборудования являются оптические порты концентраторов/коммутаторов и сетевые адаптеры рабочих станций, серверов и маршрутизаторов. Все эти компоненты в настоящее время имеют оптические интерфейсы Стоимость интерфейсов является вопросом спроса и предложения. Оптика на светоизлучающих диодах, используемая в 100BaseFX, относительно недорогая. Постепенно становятся более доступными и сетевые карты, и концентраторы, цена которых сравнима с наиболее совершенными медными конкурентами.

По мере развития возможностей медных кабелей меняется и Gigabit Ethernet. И хотя стоимость оптических и медных кабелей для интерфейсов Gigabit Ethernet почти одинакова, вполне вероятно, что стоимость медных кабелей в ближайшее время сильно понизится. Несмотря на то что новые лазерные диоды VCSCEL, которые используются в волоконных кабелях для Gigabit Ethernet, значительно дешевле, чем более старые технологии, их стоимость еще значительно превышает стоимость медных приемопередатчиков.

Эффективность и стоимость централизованной оптоволоконной кабельной системы является компенсирующим фактором при выборе использования волоконных кабелей на рабочем столе. В больших системах экономия при использовании централизованной оптоволоконной системы по сравнению со структурированной кабельной системой с медным кабелем может быть решающим фактором для выбора данной технологии. Более того, существуют и другие преимущества типа иммунитета к помехам, безопасности и “Удущих технологий, требующих высокой пропускной способности, которые Полностью склоняют выбор в сторону оптического кабеля.

преобразование сигналов между медными и оптическими кабелями

Почти невозможно полностью избежать использования медных интерфейсов. Многие виды оборудования типа принтеров и маршрутизаторов имеют только медные интерфейсы. Может возникнуть необходимость использовать коммутаторы/концентраторы с обоими видами соединений. Рабочие станции и серверы обычно подключюется через оптические кабели, а несовместимое оборудование подключается к коммутатору/концентратору с помощью соответствующего медного интерфейса.

В случаях когда метод преобразования сигналов в концентраторе становится непрактичным, вы можете использовать переходник с медного кабеля на оптический. Существует несколько вариантов такого преобразования. В 10 Мбит/с Ethernet вы можете преобразовать оптический сигнал для AUI, коаксиального кабеля или 10Base-T соединения. Вариант AUI удобен, Так как данный интерфейс имеет источник энергии для приемопередатчика, который может быть использован для питания переходника. Во всех других случаях вы можете использовать настенные трансформаторы и кабели питания для переходника.

Особое внимание следует уделить виду оптоволоконного интерфейса на вашем переходнике. Оптоволоконный интерфейс 100 Мбит/с на данный момент существует в варианте либо FX, либо SX, длины волн у которых совершенно различны. Более того, существуют и варианты 10BaseFL и -FB, хотя последний является относительно редким. Оптические интерфейсы Gigabit Ethernet также существуют в различных вариантах в плане длины волн и количества мод, поэтому при выборе обратите внимание на требования вашего оборудования и/или оптических кабелей.

Помимо преобразователей электрического сигнала в оптический существуют и исключительно оптические переходники (рис. 87). По причине наличия одинаковых соединителей ничего не останавливает вас физически от образования соединений между одномодовыми и многомодовыми волоконными кабелями. Соединение приведет к сильным потерям сигнала, если оптический переход будет идти от многомодового к одномодовому. До сих пор существует проблема неожиданной потери при переходе с одномодового кабеля на многомодовый, но она незначительна. Переход с толстой сердцевины волокна диаметром в 50 мкм на тонкую одномодовую сердцевину в 4-8 мкм обязательно приведет к потерям света, если только вы не будете использовать лазерный источник, который случайно расположит луч света в центре сердцевины многомодового кабеля.

Рис. 87 Оптоволоконный модовый преобразователь

Модовые преобразователи обычно располагают пару приемопередатчиков с большой полосой пропускания друг рядом с другом в коробке. Один набор оптики является одномодовым, а второй – многомодовым. Между интерфейсами находится соответствующая электроника для повторения сигнала к противоположному интерфейсу. По этой причине вы можете представить себе, что оптические модовые преобразователи будут в несколько раз дороже, чем обычные преобразователи оптического сигнала в электрический.

Применение и возможности оптоволоконного кабеля

Рубрика: 2. Электроника, радиотехника и связь

Дата публикации: 13.03.2015

Статья просмотрена: 2745 раз

Библиографическое описание:

Зильгараева А. К., Круговых Т. В., Ненашев Е. А. Применение и возможности оптоволоконного кабеля [Текст] // Актуальные вопросы технических наук: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь: Зебра, 2015. — С. 49-52. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/125/7554/ (дата обращения: 26.02.2020).

Рассмотрены различные виды оптоволоконного кабеля, характеристики и свойства кабелей, их воздействие на передачу информации.

Various types of fiber optic cables, the characteristics and properties of wires and cables, their impact on the transmission of information.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1–10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Рис. 1. Структура оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них — высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.

Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:

– многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

– одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.

Рис. 2. Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон: слева вверху — одномодовое волокно; слева внизу — многомодовое ступенчатое волокно; справа — градиентное волокно с параболическим профилем

Основные различия между этими типами связаны с разным режимам прохождения световых лучей в кабеле. В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Кабель первого вида имеет плотный буфер, стальную бронированную ленту, устойчив к влаге. Применяется при создании подсистем для прокладки внешних магистралей и для объединения нескольких зданий. Обычно его прокладывают в кабель-канале.

Рис. 2. Пучок оптических волокон

Принцип, по которому работает оптическое волокно и почему по нему распространяется свет, очень прост. Как многие знают, свет распространяется только по прямой линии, и он не может изменять направление самостоятельно. Следовательно, чтобы свет распространялся по кругу его нужно несколько раз отразить. На этом, и основан принцип работы оптоволокна. В нём свет многократно переотражается, так как показатель преломления сердцевины немного больше, чем у поверхности оптоволокна.

В современном мире оптоволоконные кабели соединяют не только дома страны, но и целые континенты.

Садясь сегодня за компьютер и выходя в интернет, не многие пользователи задумываются о том, почему сегодня сеть стала такой качественной и быстрой. Хотя, всего десять лет назад ситуация была куда более плачевной и доступ к сегодняшним скоростям имели в основном крупные информационные компании и пользователи, живущие в технологически развитых городах. В современном мире хороший интернет уже не является чем-то необычным, а скорее является необходимостью, которая открывает всем пользователям более широкие возможности коммуникации с окружающим их миром. Говоря о деформациях, можно привести такой пример, оптическое волокно можно изгибать произвольным образом, даже в кольцо и свет будет без особых проблем проходить по нему, не теряя своих физических характеристик. Хотя, если требуется передать информацию на более дальние расстояния и в других диапазонах длин электромагнитных волн (инфракрасный свет), тогда применяются другие материалы: халькогенидное стекло, флуоро-алюминат и флуоро-цирконат. Более современные кабели изготавливаются из полимерных материалов, они так и называются оптические волокна из пластика. Все эти материалы имеют схожий со стеклом показатель преломления, что позволяет использовать их в оптоволоконных кабелях, соединяющие целые континенты.

1. Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004 г.

2. Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006 г.

3. Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001г. Новосибирск, Издательский дом «Вояж»

Волоконная оптика в компьютерных и сетевых технологиях.

Волоконная оптика в компьютерных и сетевых технологиях.

Волоконная оптика используется как коммуникационная среда, соединяющая электронные устройства. Волоконно-оптическая связь может быть организована между компьютером и его периферийными уст­ройствами, между двумя телефонными станциями или между станком и его контроллером на автоматизированном заводе. Применение волоконной оптики связано с преобразованием электрического сигнала в световой и обратно, стоимость волоконной оптики достаточно высока, но преимущества волоконной оптики определяемые уникальными характеристиками оптоволокна делают его наиболее подходя­щей передающей средой во множестве различных областей техники. Эти уникальные характеристики оптоволокна органично согласовываются, позволяя передавать данные с высокой скоростью на большие дистанции и с небольшим числом ошибок. Оптоволоконные линии обеспечивают:

– широкую полосу пропускания линии;

– нечувствительность линий к электромагнитным помехам;

– малый вес и малый размер;

– безопасность и секретность.

Важность каждого из этих достоинств зависит от конкретного приме­нения оптоволоконных линий. В одном случае широкая полоса пропускания и низкие потери являются самыми ценными характеристиками. В других случаях важна безопасность и секретность передачи данных, которые легко обеспечиваются при использовании волоконной оптики.

Потребности общества в передаче все больших и больших объемов информации электронным способом постоянно увеличиваются. Увеличение поло­сы пропускания передающей среды и частоты несущей потенци­ально увеличивают возможности передачи информации. Радиочастоты используемые для передачи выросли на пять порядков, от примерно 100 КГц до приблизительно 10 ГГц, но частоты свето­вого сигнала на несколько порядков превосходят максимально-возможные частоты ра­диоволн. Изобретение лазера, в котором свет используется в качестве несущей сразу увеличило потенциальный диапазон на четыре поряд­ка — до 100 000 ГГц (или 100 терагерц, ТГц). Теорети­чески волоконная оптика может работать в диапазоне до 1 ТГц, однако практически используемый в настоящее время диапазон частот еще достаточно далек от этих предельных значений. При­меняемая сегодня полоса пропускания волоконной оптики превосходит аналогичный параметр медного кабеля. Коммуникационные возмож­ности волоконной оптики только начинают развиваться, в то время как воз­можности медного кабеля достигли своего верхнего предела.

Телефонные компании при модернизации оборудования все чаще используют циф­ровую связь. Более широкая полоса пропускания оптических систем обеспечивает большее количество звуковых каналов, приходящихся на одну линию и более высокую скорость передачи битов. В таблице 1 представлены для сравнения характеристики коаксиальных и оптических кабе­лей. Возмож­ности волоконной оптики представлены для сетей типа Sonet (волоконно-оптический телекоммуникационный стандарт, предусматривающий скорости передачи данных до 10 Гбайт/c) или синхронной оптической сети.

К достоинствам волоконной оптики относится широкая полоса пропуска­ния, значительно перекрывающая полосу пропускания, необходимую для передачи звуковых сигналов, что обеспечивает передачу телевизионного сиг­нала или организацию телеконференций, для которых требуется информа­ционная емкость в 100 раз большая, чем для цифрового кодирования звуковых сигналов. Полоса пропускания волоконной оптики допускает мультиплексирование различных сигналов, например звуковых, видео или передачу данных. Волоконно-оптические линии связи на­чинают применяться в коммерческих и бытовых системах, а не только для передач данных на большие расстояния.

Опто-волоконная линия с возможностью передачи информации со скоростью 10 Гб/сек за время в одну секунду обеспечивает поддержку 130 000 звуковых каналов, 16 телевизионных каналов высокого разрешения (HDTV) или 100 ка­налов HDTV (канал HDTV использует более широкую частотную полосу, чем обыч­ные телевизионные каналы)при условии использовании методов сжатия информации.

Ширина полосы пропускания связана со скоростью передачи информа­ции, а потери (затухание) определяют расстояние, на которое может переда­ваться сигнал. Уменьшение амплитуды называется затуханием. По мере того как сигнал перемещается по передающей линии, его амплитуда уменьшается. В медном кабеле затухание увеличивается с ростом частоты модуляции и чем больше частота сигнала, тем больше потери. Потери в коаксиальном кабеле и витой паре увеличиваются с частотой, а в оптическом кабеле зату­хание не зависит частоты и остается постоянным в широком диапазоне частот (до очень высоких частот).

Затухание остается постоянным и в области очень высоких частот не связано с дополни­тельным затуханием света в оптоволокне. Поте­ри здесь связаны с потерей информации, а не с потерей оптической мощности (информация кодируется в виде вариации оптической мощности, а при очень высоких частотах потеря информации связана именно с искаже­нием сигнала, приводящим к потере мощности).

Таким образом влияние потерь, возникающих в системе, зависит от частоты сигнала. Система, хорошо работающая на оп­ределенной скорости передачи информации, может быть непригодной для работы в другом частотном диапазоне. Необходимость работы системы в различных скоростных режимах усложняет ее устройство (кон­струкция высокочастотной системы гораздо сложнее, чем низкочастотной системы). В волоконно-оптических системах потери постоянны на всех скоростях передачи во всем допустимом стандартом частотном диапазоне.

Затухание сигнала в линиях приводит к необходимости установки повтори­телей в промежуточных точках передающей линии. В медном кабеле рассто­яние между повторителями уменьшается по мере увеличения рабочей скорости. В оптическом волокне расстояние между повто­рителями увеличивается по мере роста скорости, поскольку высокие скорос­ти передачи данных требуют использования волокна с меньшим затуханием.

Первая трансатлантическая волоконно-оптическая телефонная линия на основе одной пары волокон, ус­тановленная компанией AT&T в 1988 году, одновременно поддерживала до 37 000 одновременных звуковых каналов в обоих направлениях., а расстояние между повторителями достигало 35 км. Трансатлантическая линия на коаксиальном кабеле под­держивала около 4000 каналов и требовала установки повторителей через каждые 10 км. Теоретически существует возможность создания волоконно-оптической системы, передающей 200 Мб/сек на расстояния от 80 до 100 км без повторителей.

Волоконно-оптические системы обеспечивают широкую полосу пропуска­ния с низкими потерями, что приводит к их широкому использованию в теле­фонной индустрии.

Оптоволокно в отличие от медных кабелей не излучает и не восприни­мает электромагнитные волны. Медный проводник подоб­ен антенне, которая излучает и принимает электромагнитную энергию. Одна часть электронного устройства может создавать электромагнитные помехи, влияющие на работу других частей устройства.

Высокая концентрация электронных уст­ройств, часто не позволяет нормально работать оборудованию(электронный кассовый аппарат интерферирует с передачей сигнала на частоте 113 МГц, игровые видеоавтоматы мешают работе радио­связи в диапазоне 42 МГц, персональные компьютеры излучают и мешают приему те­левизионных программ на значительном расстоянии, средневолновые ра­диопередачи влияют на показания датчиков утечки газонасосных станций, радары аэропорта искажают записи в компьютер­ном банке данных и т. д).

Электромагнитные наводки загрязняют окружающую среду и могут быть даже смертельно опасными. Европейские агентства стандартов предложили рекомендации, лимитирующие уровень электромагнитных на­водок, обусловленных работой компьютеров. Кабели, соединяющие оборудование, часто являются одним из главных источ­ников электромагнитных излучений. Они также восприимчивы и к приему внешних сигна­лов, являющихся помехами от других устройств

Оптические волокна не излучают и не воспринимают электро­магнитные волны, они являются идеальной средой. Некоторые производства использует волоконную оптику только по этой причине. Например, при вклю­чении и выключении мощных электромоторов возникают сильные электромагнитные наводки, которые отрицательно влияют на работу сигнальных линий технологического оборудования. Использование оптического волокна вместо медного кабеля позволяет избежать данной проблемы.

Медные сигнальные кабели нельзя прокладывать вблизи от высоковольтных линий без специальной защиты, по­скольку наводки от высоковольтной линии будут искажать передачу сигнала. Волоконно-оптические линии могут быть проложены совместно с высоко­вольтными, наводки от вы­соковольтных линий на них не влияют, световые сиг­налы не искажаются. Цифровая передача требует передачи сигнала без ошибок, а всплеск электромагнитной наводки может стать причиной ошибок в элек­тронных системах передач данных. Оптические волокна открывают новые возможности для передачи сигналов на большие расстояния без искажений.

Волоконно-оптический кабель той же информационной емкости, что и медный весит значительно меньше медного (одножильный волоконно-оптический кабель весит в 9 раз меньше коаксиального). Вес кабелей связи крайне важен в отраслях самолетостроения, автомобилестроения и др.

Одно оптическое волокно может заменить несколько медных проводников. Емкость волоконно-оптического кабеля существенно превосходит емкость ко­аксиального, несмотря на то, что его диаметр почти в 10 раз меньше.

Малый размер оптоволоконного кабеля делает его незаменимым для использования в самолетах, подводных лодках, где использование каждого квадратного дюйма является критическим. Применение волоконно-оптического ка­беля обусловлено не только экономией места, но также невозможнос­тью применения его медного аналога. Волоконная оптика позволяет эффективно использовать ограниченное пространство.

Толстый медный кабель, занимающий большой объем в городском подземном кабельном канале, может быть с успехом заменен тонким оптическим кабелем, при этом останется место для прокладки новых кабелей в будущем.

Оптоволокно является диэлектриком и не проводит ток. Его использование безопасно с точки зрения искро- и пожаробезопасности. Волок­но не притягивает молнии. Волоконно-оптический кабель может также ис­пользоваться в опасных местах и средах , в которых из соображений безопасности вообще нельзя применять электрические кабели (например, волокно можно проложить прямо через бензобак автомобиля).

Подсоединение к проводу, перехват радиоволн, излучаемых работающим оборудованием или кабелем – вот варианты перехвата секретной информации. Государство и бизне­смены каждый год затрачивают большие средства на защиту своих секре­тов и шифрование передаваемых сообщений.

Оптическое волокно является сверхбезопасной средой для передачи инфор­мации. Оно не излучает волны, которые могут быть получены близкорасполо­женной антенной. Подсоединиться к оптоволокну крайне тяжело поэтому Правительство и деловые круги рассматривают оптическое волокно как ин­формационную среду, обеспечивающую надежную защиту передаваемой секретной информации.

Оптическое волокно при передаче ин­формации телефонных разговоров или компьютерных данных играет ту же роль, что и медный про­вод, но по волокну переносится свет, а не электрический сигнал. Средой переносящей ин­формацию является оптическое волокно (тонкая стеклянная или пластиковая нить). В связи с этим появляется множество преимуществ, что позволяет использовать оптическое волокно как несущую среду в различных областях техники — от телефонии до компьютеров и систем автоматизации.

Рис.1. Элементы волоконно-оптической линии.

Волоконно-оптическая система представляет собой линию, связывающую две электрические цепи. На рис. 1 представлены основные элементы волоконно-оптической линии:

Передатчик состоит из схем устройства управления и источника оптического сигнала (светоизлучающий или лазерный диод), который преобразует электрический сигнал в световой. Управ­ляющее устройство преобразует входной сигнал в вид , необходимой для управления источником.

Вояоконно-оптический кабель состоит из оптоволокна и защитных оболочек и является средой, по которой распространяется све­товой сигнал.

Приемник предназначен для приема светового сигнала и его преобразования в электрический сигнал. Приемник состоит из детектора, непосредственно выполняющий функ­цию преобразования сигналов, и выходного устройства, которое формирует и усиливает электрический сигнал.

Коннекторы (соединители) используются для подключения волокон к источнику, детектору и для соединения волокон между собой.

В состав более сложных линий и коммуникационных сетей входят и другие элементы, такие как разветвители, мультиплексоры и распре­делительные устройства, но в любой волоконно-оптической линии обязательно используются передатчик, волокно, приемник и соединители.

Волоконная оптика позволяет передавать информацию с сущест­венно более высокими скоростями по сравнению с медными кабелями и имеет гораздо более приемлемую стоимость и меньше ограничений, чем другие технологии. Возможности волоконной оптики только начинают реализо­вываться. Уже сейчас волоконно-оптические линии превосходят по своим характеристикам аналоги, основанные на медном кабеле и микроволновой технологии, возможности которых имеют меньший потенциал развития, чем начинающая развиваться волоконно-оптическая технология. Во­локонная оптика обещает стать неотъемлемой частью информационной рево­люции, и частью всемирной кабельной сети.

Волоконная оптика будет влиять на жизнь каждого человека: соединение электронного оборудования в офисе с оборудованием в других офисах; трансляция переговоров через громадные расстояния; рас­пространение по кабелю телевизионного изображения; безопасное соединение электронных блоков в автомобиле; управ­ление производственными процессами в промышленности. Волоконная оптика является новой технологией, только начинающей свое развитие, но уже доказана необходимость ее применения как среды передачи для различных прикладных задач, а характеристики волоконной оптики позволят в будущем существенно расширить область ее применения.

Читайте также:  Выгодная покупка кабельно-проводниковой продукции – Щучинский «Автопровод»
Ссылка на основную публикацию