Как устроены оптоволоконные сети

Автор: Михаил

01 августа 2015 10:57

Метки: Волокно интернет оптоволокно ростелеком установка

30479

А знаете ли вы, как приходит в ваш дом интернет, телефония или цифровое телевидение? Ведь технологии давно шагнули вперед и если мы раньше подключались к всемирной паутине через модемы, то сейчас для передачи данных хватит тонюсенького провода и скорости света. Это удивительно, ведь получая услуги, мы редко задумываемся, а как же это сделано?

Смотреть все фото в галерее

Недавно, благодаря Ростелеком, удалось узнать поближе о загадочной технологии PON, которая все больше завоевывает рынок цифрового телевидения, телефонии и конечно интернета. Делюсь с вами, ведь как правило, когда кто-то приходит в офис продаж Интернет-провайдера и желает подключиться по технологии PON к одной или нескольким услугам сразу, просто узнав о такой возможности из рекламы, на самом деле не имеет особого представления о том, что именно он покупает. А вы знаете об этом?

Сптриппером аккуратно надрезается и снимается вторичное покрытие, а затем первичный буфер.

0
0

Вот оно — волокно, тонкое как волосок, которое принесет в дом новейшие технологии, доступ в всемирную паутину, а также телефонную связь. Это совершенно потрясающе!

Волокно очищается с помощью спиртовой безворсовой салфетки и делают его скол на специальном приборе (да, да, ведь это стекло по сути!). После чего происходит почти ювелирная работа — надо попасть в маленькое отверстие коннектора и зафиксировать там волокно.

Одевается корпус коннектора

Вот тут вступает в ход измеритель оптической мощности и промеряется патчкорд (уровень затухания сигнала).

А вот очень интересный прибор, похожий на большой карандаш — это визуальный локатор повреждений.

Основные характеристики ММ волокон

Основные параметры ММ ОВ описаны и регламентированы в рек. G.651. Однако рек. G.651 не отражает, естественно, все разнообразие марок ММ ОВ. Значительно более информативны спецификации, приводимые в каталогах компаниями-производителями.

Параметры, перечисленные в спецификациях, как правило, достаточно понятны, однако некоторые из них нуждаются в пояснении.

Тип волокна — стандартное или градиентное ММ ОВ. Иногда градиентное ОВ обозначается как GIF;
Рабочие окна прозрачности — приведены только используемые окна: в окрестности 850 нм и 1310 нм;
Затухание, прирост затухания, полоса пропускания, хроматическая дисперсия и групповой показатель преломления даются для двух длин волн — 850 и 1310 нм, соответствующих используемым окнам прозрачности;
Широкополосность или параметр BW (band width) — имеет размерность [МГц∙км], т. е. соответствует ширине полосы, обеспечиваемой ВОЛС на длине 1 км (этот параметр иногда называют коэффициентом широкополосности, хотя правильнее говорить об относительной/нормированной полосе пропускания). Для ВОЛС длины L фактически обеспечиваемая полоса вычисляется как BW/L, т. е. она обратно пропорциональна длине линии. Этот параметр нормируется только для ММ ОВ, для которых трудно вычислить эквивалентную модовую дисперсию. Компания Corning чаще указывает гарантированное расстояние передачи гигабитного (GE) или 10-гигабитного (10GE) Ethernet, что более информативно, т. к. учитывает фактическую BW сигнала Ethernet.
Динамическая усталость — фактор сопротивления динамической усталости, определяющий способность ОВ противостоять долговременным механическим нагрузкам (чем выше n, тем больше надежность волокна).

если обнаружим повреждение — это будет видно визуально: участок будет светиться.

0
0

Смонтированный коннектор (с кабелем) монтируется в оптическую розетку, протяжную коробку или кассету от которой и будет происходить непосредственное подключение оптического терминала абонента. Можно сказать, что мы пришли к последнему шагу в достижении вожделенной системы PON в доме.

Для этого используется соединительный патч-корд с разной полировкой соединительный патч-корд используется в случае установки розетки, при установке протяжной коробки или заведении кабеля в кассету терминала кабель сразу оконцовывается коннектором с полировкой APC и более совершенный измеритель оптической мощности — универсальный тестер-смартфон на платформе Android. При помощи него можно не только производить измерения, но и демонстрировать абоненту работу услуги Wi-Fi, работу сайта и др.

Классификация промышленных типов оптических волокон

Оптическое волокно или световод — это гибкий и прозрачный (стеклянный или пластмассовый) цилиндрический стержень с поперечным сечением в форме круга. Он состоит из трех слоев: сердцевины, оболочки и покрытия.

В системах связи ОВ является основной средой для передачи сигнала. Сигнал — модулированная по интенсивности световая волна — распространяется в основном внутри сердцевины диаметром от 6 до 62,5 мкм (в зависимости от типа волокна), а точнее — по цилиндрическому волноводу, образованному сердцевиной и оболочкой, используя явление полного внутреннего отражения (ПВО) света от границы раздела «сердцевина-оболочка».

Существуют четыре основных параметра, по которым обычно проводят классификацию типов оптоволокна:

по числу распространяющихся в них типов волн или мод: многомодовые (ММ) и одномодовые (ОМ);
по профилю показателя преломления: ступенчатый, параболический (градиентный) и специальный;
по типу характеристики дисперсионного параметра D: SF (стандартное), DSF (со сдвигом нуля дисперсии), NZDSF (с ненулевой смещенной дисперсией) и ZWP (с нулевым водяным пиком);
по знаку дисперсионного параметра D: для перечисленных выше типов ОВ он положителен в области рабочих длин волн, а у DSF — волокно для компенсации дисперсии D отрицательно, это ОВ специального типа используется в модулях компенсации дисперсии DCM.

Кроме этого, существует ряд других ОВ специального типа с узко специализированным назначением.

Классификация многомодовых ОВ

ММ волокна по профилю показателя преломления делятся на:

волокна со ступенчатым (прямоугольным) профилем показателя преломления;
волокна со сглаженным (типа квадратичной параболы) профилем показателя преломления, также называемым градиентным.

Кроме того, они (условно) делятся на четыре класса в зависимости от материала ОВ:

класс А1: стекло/стекло, диаметры сердцевины/оболочки: 50/125, 62,5/125, 85/125 и 100/140 мкм;
класс А2: стекло/стекло, диаметры сердцевины/оболочки: 200/240 мкм;
класс АЗ: стекло/пластмасса, диаметры сердцевины/оболочки: 200/280 мкм;
класс А4: пластмасса/пластмасса, диаметры сердцевины/оболочки: 980/ 1000 мкм.

В телекоммуникационных системах применяются почти исключительно волокна класса А1 (практически только первые два типоразмера). Учитывая относительно большое затухание ММ волокна, оно используется при прокладке внутри объектов или на небольшие расстояния до 1–2 км. В этой связи его основным потребителем являются локальные сети, а не сети связи, ориентированные на одномодовые ОВ.

Кроме того, стандарт ISO/IEC 11801 (начиная с версии 2002 г.) определил четыре категории ММ ОВ: ОМ1, ОМ2, ОМЗ и OM4 и, соответственно, четыре класса ММ ОВ каналов, отличающихся значением широкополосности. Максимальный по этому параметру класс позволяет многомодовым ОВ обеспечить дальность передачи гигабитного Ethernet (GE) 3 км.

Классификация одномодовых ОВ

ОМ волокна обычно изготавливаются из кварцевого стекла (SiO2), имеют постоянный диаметр оболочки 125 мкм, а диаметр сердцевины составляет 7–10 мкм, однако нормируемым параметром является диаметр модового поля (8–11 мкм), который лучше характеризует потери при вводе света в ОВ и зависит от длины волны (фактически он на 10–12 % больше диаметра сердцевины). Методы измерения этого параметра определены стандартами: европейскими IEC 793-1-С9 и американскими EIA/TIA-455-164/-165/-167А.

По профилю показателя преломления

волокна со ступенчатым (прямоугольным) профилем ПП;
волокна с профилем ПП специального типа в форме трезубца, простого треугольника, сегментированного треугольника, треугольника на прямоугольном пьедестале, W-образного профиля, многоступенчатого (квадругольного) профиля и др.

Изменение профиля ПП позволяет изменить положение точки нулевой дисперсии, наклон дисперсионной кривой и значение дисперсии в конкретной области длин волн.

По характеристике дисперсии

Профили ПП определяют не только уровень и характер изменения дисперсии, но и тип одномодового ОВ. Как правило, выделяют 3 типа профилей: для ОВ без сдвига дисперсии, со сдвигом нуля дисперсии в третье окно прозрачности (вблизи 1550 нм) и с выравниванием дисперсии (в определенном диапазоне третьего окна прозрачности, т. е. также вблизи 1550 нм). В соответствии с этим ОМ волокно делят на:

стандартное одномодовое волокно, или ОВ с несмещенной дисперсией (SF — стандартное ОВ, SSF или SSMF — стандартное одномодовое ОВ;
ОМ ОВ со смещенной точкой нулевой дисперсии (DSF — называется «ОВ со смещенной дисперсией»), позиция «D» дисперсии смещается в точку 1550 нм;
ОМ ОВ с ненулевой дисперсией в точке, где у DSF расположен «0» дисперсии, но с «0» дисперсии, смещенным в область 3-го окна (NZDSF — называется «ОВ с ненулевой смещенной дисперсией»), оно имеет небольшую и медленно растущую дисперсию в диапазоне рабочих длин волн оптических усилителей EDFA.

Классификация специальных типов волокон

В связи с развитием систем с WDM и оптических усилителей (ОУ), а также ряда специальных применений появились специальные типы оптических волокон:

кварцевое оптоволокно для компенсации дисперсии — DCF (Dispersion Compensation Fiber) — ОВ, используемое в специальных модулях компенсации дисперсии — МКД или DCM (Dispersion Compensation Module);
кварцевое ОВ, легированное эрбием — EDF (Erbium Dropped Fiber) — ОВ, используемое в оптических усилителях типа EDFA (Erbium Dropped Fiber Amplifier, эрбиевый оптический усилитель);
кварцевое ОВ, легированное неодимом — NDF (Neodim Dropped Fiber) — ОВ, используемое в ОУ типа NDFA (Neodim Dropped Fiber Amplifier, неодимовый оптический усилитель);
волокно, сохраняющее (состояние) поляризации — PMF (Polarization Maintaining Fiber) — ОВ, используемое в целом ряде волоконных датчиков, требующих сохранения состояния поляризации;
кварцевое оптическое волокно для УФ спектра (например ОВ, используемое в диапазоне 190–250 нм для различных применений);
брэгговское волокно — кварцевое ОВ с большой площадью поперечного сечения сердцевины (с диаметром сердцевины 300–800 мкм для создания световых потоков большой яркости и мощности, используемых при измерении и для транспортировки лазерных пучков большой мощности);
фотонно-кристаллическое волокно — ОВ на основе технологии фотонных кристаллов — ФКВ или PCF (Photonic Crystal Fiber) — новое фотонно-кристаллическое волокно, применяемое для создания соединительных шнуров лазерного и оптического усилительного оборудования.

Ниже рассмотрены основные типы и характеристики современных оптических волокон, выпускаемых (как для целей магистральной связи, так и специальных ОВ) компаниями-производителями Corning, Fujikura и Sumitomo — наиболее широко представленными на российском рынке.

Волокно, используемое производителями кабельной продукции, может свободно выбираться потребителями для обеспечения своих конкретных нужд на стадии оформлении заказа. Для удобства потребителя сведения о параметрах ОВ и рекомендуемые стандартами ITU-T значения обычно представляются в виде таблиц. Эти таблицы можно найти в описаниях стандартов, а также в спецификациях производителей волокна.

Подписывайтесь на канал ВОЛС.Эксперт

Показываем, как правильно выполнять монтаж оптических муфт и кроссов, разбираем частые ошибки, даем полезные советы специалистам.

YouTube

Устройство оптоволоконной линии

По ВОЛС передается световой сигнал, создаваемый светодиодом или лазером. В передающем устройстве формируется электрический сигнал. Конечному прибору также нужен сигнал в виде электрических импульсов. Поэтому потребуется дважды преобразовать исходные данные. Упрощенная схема оптоволоконной линии показана на рисунке.

Сигнал от передающего устройства преобразовывается в световые импульсы и передается по оптической линии. Мощность излучателей на передающей стороне имеет ограничения, поэтому на линиях большой протяженности через определенные промежутки ставятся устройства, компенсирующие затухание – оптические усилители, регенераторы или повторители. На приемной стороне стоит другой преобразователь, который трансформирует оптический сигнал в электрический.

Одномодовые ОВ, регламентированные стандартами ITU-T

Основные параметры ОМ ОВ описаны и регламентированы в рек. ITU-T G.650, G.652–657, которые используются в основном для ссылок в официальных документах на тип волокна. В них, однако, приводятся основные (чаще всего предельные) характеристики ОВ соответствующих категорий (типов).

ITU-T (МСЭ-Т) регламентируют шесть типов ОМ ОВ, а именно:

G.652 (тип SF — Standard Fiber) — стандартное, наиболее широко используемое ОМ ОВ с положением «0» дисперсии на длине волны 1310 нм; сегодня существуют четыре его модификации: G.652.A, G.652.B, G.652.C и G.652.D;
G.653 (тип DSF — Dispersion Shifted Fiber) — ОМ ОВ со сдвигом «0» дисперсии на длину волны 1550 нм; основное ОМ ОВ, используемое в системах SDH, использующих одну несущую; сегодня существуют две его модификации: G.653.А и G.653.В;
G.654 (тип CSF — Cut-off Shifted Fiber) — ОМ ОВ со сдвигом длины волны отсечки с 1260 на 1530 нм для увеличения диаметра модового поля (до 13,7 мкм максимум), т. е. площади поперечного сечения сердцевины; на практике используется редко, сегодня существуют четыре его модификации: G.654.A, G.654.B, G.654.C и G.654.E;
G.655 (тип NZDSF — Non-Zero Dispersion Shifted Fiber) — ОМ ОВ со сдвигом «0» дисперсии в 3-е окно (1550 нм), но за пределы области 1530–1565 нм, где его дисперсия мала по величине и наклону; ОВ изготавливаются с симметричными положительными и отрицательными дисперсионными характеристиками, для использования схем с управляемой дисперсией; длина волны отсечки у них сдвинута с 1260 на 1450 нм; широко применяется в системах WDM, использующих несколько несущих в одном ОВ; сегодня существуют 5 его модификаций: G.655.A, G.655.B, G.655.C, G.655.D и G.655.Е;
G.656 (тип NDFWT — Non-zero Dispersion Fiber for Wideband Transport) — ОВ, формально похожий на ОВ типа G.655, но имеющий малую по величине и наклону дисперсию в более широком диапазоне длин волн — 1460–1625 нм; предназначен для широкополосных транспортных сетей WDM и DWDM;
G.657 (тип — Bending Loss Insensitive Fiber) — ОВ, формально похожий на стандартное ОВ типа G.652.D, но предназначенный для сетей доступа и локальных сетей с горизонтальной подсистемой, связывающей несколько зданий; его основная особенность — существенно сниженные потери при макроизгибах и уменьшенный допустимый радиус изгиба (до 7,5 мм минимум), облегчающие прокладку внутриобъектовых и локальных сетей; кроме того, данный тип ОВ имеет более жесткие механические допуски; сегодня существуют две его модификации: G.657.А и G.657.В.

Каталоги оптического волокна позволяет проектировщикам ВОЛС ориентироваться в типе и параметрах одномодовых ОВ, на которые производители ссылаются чаще всего по названию стандарта.

Основные характеристики ОМ волокон

Тип волокна — один из 6 типов, описанных выше. Для ОМ ОВ с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) знак «+» означает, что дисперсионный параметр D положителен, знак «–» — что он отрицателен, этот знак важен для систем, использующих управление дисперсией, в том числе и с помощью DCM — модулей компенсации дисперсии. Кроме этих типов ОВ, производители предлагают ОВ типа ZWPF (Zero Water Peak Fiber) — волокно с нулевым водяным пиком, разработанные для систем CWDM, которое может работать в полосе от 1270 до 1625 нм.
Рабочие окна прозрачности — кроме обозначений окон указывается и более точный интервал, например 1530–1565 нм, если ОВ оптимизировано для работы именно в нем. Сначала под окнами понимались узкие области минимумов кривой поглощения света в ОВ в окрестности: 850 нм (1), 1310 нм (2) и 1550 нм (3). Сегодня 2-е окно — это область 1270–1325 нм, 3-е окно — 1528–1565 нм, 4-е окно — 1565–1625 нм, 5-е окно — 1325–1450 нм. Например, волокно AllWave компании OFS (и другие ОВ типа ZWP) может работать в четырех окнах: 2–5.
Затухание дается как для фиксированных длин волн — 1310, 1383 нм (водяной пик затухания, вызванный гидроксильной группой OH), 1550 нм, так и в диапазонах внутри окон, что важно для прикидки возможности использования ОВ в системах WDM. Как правило, приводятся два значения (через разделительную черту): первое соответствует максимально возможной величине, второе — фактически наблюдаемой на практике (на него можно ориентироваться с большой долей вероятности).
Прирост затухания приводится (при использовании в широком диапазоне температур) для двух диапазонов температур (–60 – 55 °С) или (–60 — 85 °С) через разделительную черту, если дано одно из них, то знак «–» означает отсутствие данных для другого диапазона. Аналогичный прирост может быть и от других факторов, например, при эксплуатации ОК в водной среде или от чрезмерно малого радиуса кривизны при частых изгибах ОВ и др.
Длина волны отсечки — минимальная длина волны, при которой ОВ поддерживает распространение только одной моды излучения. Приводятся (через разделительную черту) оба значения: для сердцевины и кабеля в целом или одно из них (знак «–» означает отсутствие данных). Первое значение обычно выше второго, которое определяется в результате измерений и служит практическим ориентиром длины волны отсечки. Если кабель используется для передачи несущих с длинами волн ниже длины волны отсечки, то ОВ фактически становится многомодовым, а возникающие дополнительные моды могут привести к существенному увеличению дисперсии.
Длина волны нулевой дисперсии приведена по стандарту либо оценена на основании других данных. Вместе с наклоном при нулевой дисперсии она дает возможность грубо оценить значение дисперсии для конкретной длины волны, используя интерполяционные формулы.
Область ненулевой дисперсии приводится для ОМ ОВ, оптимизированного для работы с системами WDM в указанной области. Знание ее важно при оценке влияния так называемого четырёхволнового смешения (относящегося к нелинейным эффектам) на эти системы.
Изменение дисперсионного параметра D, в З окне приводится для ОМ ОВ с ненулевой дисперсией и соответствует границам указанного окна. Знание D важно для расчета накопленной дисперсии на длине пролета (span) — участка передачи, перекрываемого одним оптическим усилителем. Ограничения на нее приводятся в спецификациях на системы WDM в рамках параметра, называемого конфигурацией системы, например, 4х33, 5х30, где первая цифра — число пролетов на одну секцию, а вторая — бюджет ОУ на пролет в дБ.
Дисперсия PMD для протяженной линии — этот параметр дает статистическое значение PMD в кабеле. Данный параметр используется для более достоверной оценки накопленной (на длине секции) дисперсии PMD для высокоскоростных систем связи (10 Гбит/с и выше).
Эффективная площадь светового поля — этот параметр вводится, как эквивалент площади сердцевины для систем DWDM. В них используются лазерные источники высокой интенсивности, что ведет к росту нелинейных эффектов. Для снижения плотности оптической мощности необходимо увеличивать эффективную площадь светового поля, что делается за счет оптимизации профиля показателя преломления (ПП). Например, в волокне LEAF (компании Corning) эта площадь повышена настолько, что дает прирост допустимой мощности источника излучения на 2 дБ (используемый профиль ПП — трезубец).
Вид профиля показателя преломления — кроме прямоугольного профиля ПП, в волокнах типа NZDSF для формирования относительно плоской дисперсионной характеристики (с малой величиной дисперсии) используются специальные профили ПП. Наиболее широко используемые из них — трезубец и треугольник на пьедестале (ꓥ-профиль), формируемые при использовании нескольких оболочек с разным значением ПП.
Радиус собственной кривизны волокна — параметр, влияющий на смещение центра волокна при укладке его для сварки в V-образную канавку (чем меньше радиус, тем больше смещение).

Ряд других параметров — механических, точностных и температурных — обычно отражен в меньшей степени.