Максимальная пропускная способность оптоволоконного кабеля. Практическое руководство по волоконно-оптическим технологиям

Скорость доступа по оптоволоконным линиям теоретически почти неограниченна, а практически скорость канала передачи данных бывает 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит/с, это скорость на конечном участке, то есть та скорость, с какой собственно и поступают данные к пользователю и от него.

В 2012 году началась эксплуатация трансатлантического подводного канала передачи нового поколения длинной 6000 километров. Его пропускная способность достигла 100 Гбит/с, что намного выше скорости спутниковой связи. Сегодня подводные оптоволоконные кабели разветвляются прямо на дне океана, обеспечивая потребителя самым высокоскоростным Интернет соединением.

Ученые Министерства обороны Британии разработали специальные очки, которые позволяют солдатам не спать в течение 36 часов. Встроенные оптические микро волокна проецируют яркий белый свет идентичный спектру солнечного света вокруг сетчатки глаза, что «приводит в заблуждение» мозг.

Самая высокоскоростная линия связи в мире длинной около 450 км проложена во Франции и соединяет Лион и Париж. Она произведена на основе технологии «фотонной системы» и позволяет осуществлять передачу данных с рекордной скоростью 400 Гбайт/с и объемом трафика 17,6 терабит в секунду.

Ученые работают над технологией создания оптоволоконных нитей толщиной всего лишь в два нанометра. Для этого они используют паутину крошечного паучка Stegodyphuspacificus. Паучья нить опускается в раствор ортосиликататетраэтила, высушивается и обжигается при температуре 420°С. При этом паутина выгорает, а сама трубка сжимается и становится тоньше в пять раз.

Специфика нашей компании в применении современных технологий ВОЛС. Мы обладаем всеми необходимыми для этого ресурсами и оборудованием. Звоните операторам нашей компании по телефону 8-800-775-58-45 (для жителей Тулы и области) и 8 800 7755845 (звонок по России бесплатный) прямо сейчас и мы поможем Вам провести сверхскоростной интернет на основе волоконно-оптических систем, спроектировать и

Состоит оптоволокно из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В оптоволокне световой луч обычно формируется полупроводниковым или диодным лазером. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое и многомодовое.

Рынок оптоволоконной продукции в России

История

Волоконная оптика хоть и является повсеместно используемым и популярным средством обеспечения связи, сама технология проста и разработана достаточно давно. Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления был продемонстрирован Даниелем Колладоном (Daniel Colladon) и Жаком Бабинеттом (Jacques Babinet) еще в 1840 году. Спустя несколько лет Джон Тиндалл (John Tyndall) использовал этот эксперимент на своих публичных лекциях в Лондоне, и уже в 1870 году выпустил труд, посвященный природе света. Практическое применение технологии нашлось лишь в ХХ веке. В 20-х годах прошлого столетия экспериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) и Джоном Бердом (John Berd) была продемонстрирована возможность передачи изображения через оптические трубки.

Этот принцип использовался Генрихом Ламмом (Heinrich Lamm) для медицинского обследования пациентов. Только в 1952 году индийский физик Нариндер Сингх Капани (Narinder Singh Kapany) провел серию собственных экспериментов, которые и привели к изобретению оптоволокна. Фактически им был создан тот самый жгут из стеклянных нитей, причем оболочка и сердцевина были сделаны из волокон с разными показателями преломления. Оболочка фактически служила зеркалом, а сердцевина была более прозрачной – так удалось решить проблему быстрого рассеивания. Если ранее луч не доходил да конца оптической нити, и невозможно было использовать такое средство передачи на длительных расстояниях, то теперь проблема была решена. Нариндер Капани к 1956 году усовершенствовал технологию. Связка гибких стеклянных прутов передавала изображение практически без потерь и искажений.

Изобретение в 1970 году специалистами компании Corning оптоволокна, позволившего без ретрансляторов продублировать на то же расстояние систему передачи данных телефонного сигнала по медному проводу, принято считать переломным моментом в истории развития оптоволоконных технологий.

Разработчикам удалось создать проводник, который способен сохранять не менее одного процента мощности оптического сигнала на расстоянии одного километра. По нынешним меркам это достаточно скромное достижение, а тогда, без малого 40 лет назад, — необходимое условие для того, чтобы развивать новый вид проводной связи.

Первоначально оптоволокно было многофазным, то есть могло передавать сразу сотни световых фаз. Причём повышенный диаметр сердцевины волокна позволял использовать недорогие оптические передатчики и коннекторы. Значительно позже стали применять волокно большей производительности, по которому можно было транслировать в оптической среде лишь одну фазу. С внедрением однофазного волокна целостность сигнала могла сохраняться на большем расстоянии, что способствовало передаче немалых объёмов информации.

Самым востребованным сегодня является однофазное волокно с нулевым смещением длины волны. Начиная с 1983 года оно занимает ведущее положение среди продуктов оптоволоконной индустрии, доказав свою работоспособность на десятках миллионов километров.

Преимущества оптоволоконного типа связи

• Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей. Это означает, что по оптоволоконной линии можно передавать информацию со скоростью порядка 1 Тбит/с;
• Очень малое затухание светового сигнала в волокне, что позволяет строить волоконно-оптические линии связи длиной до 100 км и более без регенерации сигналов;
• Устойчивость к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем, электрического оборудования (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.) и погодных условий;
• Защита от несанкционированного доступа. Информацию, передающуюся по волоконно-оптическим линиям связи, практически нельзя перехватить неразрушающим кабель способом;
• Электробезопасность. Являясь, по сути, диэлектриком, оптическое волокно повышает взрыво- и пожаробезопасность сети, что особенно актуально на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска;
• Долговечность ВОЛС — срок службы волоконно-оптических линий связи составляет не менее 25 лет.

Недостатки оптоволоконного типа связи

• Относительно высокая стоимость активных элементов линии, преобразующих электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы;
• Относительно высокая стоимость сварки оптического волокна. Для этого требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление ВОЛС выше, чем при работе с медными кабелями.

Элементы волоконно-оптической линии

• Оптический приёмник

Оптические приёмники обнаруживают сигналы, передаваемые по волоконно-оптическому кабелю и преобразовывают его в электрические сигналы, которые затем усиливают и далее восстанавливают их форму, а также синхросигналы. В зависимости от скорости передачи и системной специфики устройства, поток данных может быть преобразован из последовательного вида в параллельный.

• Оптический передатчик

Оптический передатчик в волоконно-оптической системе преобразовывает электрическую последовательность данных, поставляемых компонентами системы, в оптический поток данных. Передатчик состоит из параллельно-последовательного преобразователя с синтезатором синхроимпульсов (который зависит от системной установки и скорости передачи информации в битах), драйвера и источника оптического сигнала. Для оптических систем передачи могут быть использованы различные оптические источники. Например, светоизлучающие диоды часто используются в дешёвых локальных сетях для связи на малое расстояние. Однако, широкая спектральная полоса пропускания и невозможность работы в длинах волны второй и третьей оптических окон, не позволяет использовать светодиод в системах телесвязи.

• Предусилитель

Усилитель преобразовывает асимметричный ток от фотодиодного датчика в асимметричное напряжение, которое усиливается и преобразуется в дифференциальный сигнал.

• Микросхема cинхронизации и восстановления данных

Эта микросхема должна восстанавливать синхросигналы от полученного потока данных и их тактирование. Схема фазовой автоподстройки частоты, необходимая для восстановления синхроимпульсов, также полностью интегрирована в микросхему синхронизации и не требует внешних контрольных синхроимпульсов.

• Блок преобразования последовательного кода в параллельный

• Параллельно-последовательный преобразователь

• Лазерный формирователь

Основной его задачей является подача тока смещения и модулирующего тока для прямого модулирования лазерного диода.

• Оптический кабель , состоящий из оптических волокон, находящихся под общей защитной оболочкой.

Одномодовое волокно

При достаточно малом диаметре волокна и соответствующей длине волны через световод будет распространяться единственный луч. Вообще сам факт подбора диаметра сердечника под одномодовый режим распространения сигнала говорит о частности каждого отдельного варианта конструкции световода. То есть под одномодовостью следует понимать характеристики волокна относительно конкретной частоты используемой волны. Распространение лишь одного луча позволяет избавиться от межмодовой дисперсии, в связи с чем одномодовые световоды на порядки производительнее. На данный момент применяется сердечник с внешним диаметром около 8 мкм. Как и в случае с многомодовыми световодами, используется и ступенчатая, и градиентная плотность распределения материала.

Второй вариант более производительный. Одномодовая технология более тонкая, дорогая и применяется в настоящее время в телекоммуникациях. Оптическое волокно используется в волоконно-оптических линиях связи, которые превосходят электронные средства связи тем, что позволяют без потерь с высокой скоростью транслировать цифровые данные на огромные расстояния. Оптоволоконные линии могут как образовывать новую сеть, так и служить для объединения уже существующих сетей — участков магистралей оптических волокон, объединенных физически на уровне световода, либо логически — на уровне протоколов передачи данных. Скорость передачи данных по ВОЛС может измеряться сотнями гигабит в секунду. Уже сейчас дорабатывается стандарт, позволяющий передавать данные со скоростью 100 Гбит/c, а стандарт 10 Гбит Ethernet используется в современных телекоммуникационных структурах уже несколько лет.

Многомодовое волокно

В многомодовом ОВ может распространяться одновременно большое число мод – лучей, введенных в световод под разными углами. Многомодовое ОВ обладает относительно большим диаметром сердцевины (стандартные значения 50 и 62,5 мкм) и, соответственно, большой числовой апертурой. Больший диаметр сердцевины многомодового волокна упрощает ввод оптического излучения в волокно, а более мягкие требования к допустимым отклонениям для многомодового волокна позволяют уменьшить стоимость оптических приемо-передатчиков. Таким образом, многомодовое волокно преобладает в локальных и домашних сетях небольшой протяженности.

Основным недостатком многомодового ОВ является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь. Для уменьшения влияния этого явления было разработано многомодовое волокно с градиентным показателем преломления, благодаря чему моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их оптических путей, а, следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше. Однако насколько не были бы сбалансированы градиентные многомодовые волокна, их пропускная способность не сравнится с одномодовыми технологиями.

Волоконно-оптические приёмопередатчики

Чтобы передать данные через оптические каналы, сигналы должны быть преобразованы из электрического вида в оптический, переданы по линии связи и затем в приёмнике преобразованы обратно в электрический вид. Эти преобразования происходят в устройстве приёмопередатчика, который содержит электронные блоки наряду с оптическими компонентами.

Широко используемый в технике передач мультиплексор с разделением времени позволяет увеличить скорость передачи до 10 Гб/сек. Современные быстродействующие волоконно-оптические системы предлагают следующие стандарты скорости передач.

Стандарт SONET	Стандарт SDH	Скорость передачи
OC 1	—	51,84 Мб/сек
OC 3	STM 1	155,52 Мб/сек
OC 12	STM 4	622,08 Мб/сек
OC 48	STM 16	2,4883 Гб/сек
OC 192	STM 64	9,9533 Гб/сек

Новые методы мультиплексного разделения длины волны или спектральное уплотнение дают возможность увеличить плотность передачи данных. Для этого многочисленные мультиплексные потоки информации посылаются по одному оптоволоконному каналу с использованием передачи каждого потока на разных длинах волны. Электронные компоненты в WDM-приемнике и передатчике отличаются по сравнению с теми, которые используются в системе с временным разделением.

Применение линий оптоволоконной связи

Оптоволокно активно применяется для построения городских, региональных и федеральных сетей связи, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Это связано с быстротой, надёжностью и высокой пропускной способностью волоконных сетей. Также посредством применения оптоволоконных каналов существуют кабельное телевидение, удалённое видеонаблюдение, видеоконференции и видеотрансляции, телеметрические и другие информационные системы. В перспективе в оптоволоконных сетях предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические.

В журнале Nature Photonics опубликовано описание новой технология передачи данных по оптоволокну на скорости до 26 Тбит/с вместо нынешних максимальных 1,6 Тбит/с.

Группа немецких инженеров под руководством профессора Вольфганга Фройде (Wolfgang Freude) из университета Карлсруэ применила в оптоволокне технику OFDM (ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием), которая широко используется в беспроводной связи (802.11 и LTE), цифровом телевидении (DVB-T) и ADSL.

В оптоволокне использовать OFDM сложнее, ведь тут нужно разделить на поднесущие световой поток. Раньше единственным способом сделать это было использование отдельного лазера для каждой поднесущей.

Сравнение разных видов мультиплексирования

Для вещания на каждой частоте используется отдельный лазер и отдельный приёмник, так что в одном оптоволоконном канале одновременно могут передавать сигнал сотни лазеров. По словам профессора Фройде, общая пропускная способность канала ограничена только количеством лазеров. «Уже был проведён эксперимент и продемонстрирована скорость 100 терабит/с», — сказал он в интервью BBC. Но для этого пришлось использовать около 500 лазеров, что само по себе очень дорого.

Фройде с коллегами разработали технологию передачи по оптоволокну более 300 поднесущих разного цвета одним-единственным лазером, который работает короткими импульсами. Здесь проявляется интересный феномен под названием оптический частотный гребень . Каждый маленький импульс «размазывается» по частотам и времени, так что приёмник сигнала с помощью хорошего тайминга теоретически может обработать каждую частоту по отдельности.

После нескольких лет работы немецким исследователям всё-таки удалось найти правильный тайминг, подобрать подходящие материалы и осуществить на практике обработку каждой поднесущей с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Преобразование Фурье — операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты при разложении исходной функции на элементарные составляющие — гармонические колебания с разными частотами.

БПФ идеально подходит для разложения света по поднесущим. Оказалось, что из обычного импульса можно извлечь в совокупности около 350 цветов (частот), и каждый из них используется в качестве отдельной поднесущей, как и в традиционной технике OFDM. В прошлом году Фройде с коллегами провели эксперимент и на практике показали скорость 10,8 терабит/с , а сейчас ещё больше усовершенствовали точность распознавания частот.

По словам Фройде, разработанная им технология тайминга и БПФ вполне может быть реализована в микросхеме и найти коммерческое применение.

Оптические технологии передачи данных стали прорывом в области телекоммуникаций и сетей передачи данных, требующих высокой скорости передачи. За последние несколько лет исследования привели к появлению систем, которые способны передавать данные на скорости 10 Гб/с и выше. Одним из основных преимуществ оптического кабеля является его способность передавать высокоскоростные оптические сигналы на большие расстояния. Эта статья посвящена оптическому кабелю, принципам, на которых он работает, а также основным блокам систем передачи данных по оптоволокну.

Волоконно-оптические технологии просто используют свет для передачи данных. Использование оптического кабеля началось примерно с 1970 года, когда удалось снизить издержки на производство оптического кабеля и связанных с этим затрат.

Использование оптического кабеля

Волоконно-оптические кабели используются в широком спектре приложений: начиная от медицинского зондирования, заканчивая высокоскоростными сетями передачи оборонных данных. Передача данных осуществляется с помощью оптических передатчиков, передающих высокоскоростные сигналы специальным оптическим приемникам. При этом происходит преобразование цифровых сигналов в оптические и наоборот. Скорость передачи данных по оптическому кабелю достигает 10 Гб/с.

На сегодняшний день существует два типа оптического кабеля: одномодовый (SM) и многомодовый (MM). В последнее время все чаще слышны заявления о том, что многомодовый является более перспективным, обеспечивая более чем стократное превосходство по производительности относительно одномодового оптического кабеля.

Самое активное использование оптического кабеля происходит в телекоммуникационной отрасли. Изначально телефонные компании использовали оптический кабель для передачи больших объемов голосового трафика между центральными телефонными станциями. С 1980-х годов телефонные компании приступили к развертыванию оптических сетей повсеместно.

Пропускная способность оптического кабеля является его наиболее важной и значимой характеристикой. Чем больше полоса пропускания, тем выше скорость передачи и тем больше трафик. Медь имеет весьма ограниченную полосу пропускания и серьезные ограничения на длину кабеля, что делает медную пару менее приемлемой для передачи высокоскоростных сигналов на большие расстояния.

Использование оптического кабеля дает следующие преимущества:

• Высокая полоса пропускания для передачи голоса или видеоизображения.
• Оптические волокна могут нести в тысячи раз больше информации, чем медная проволока. Например, всего одна прядь волокна может передавать все телефонные разговоры Америки в час пик.
• Оптический кабель легче чем медь примерно в 10 раз.
• Низкие потери. Чем выше частота сигнала, тем больше потерь в медной паре. Потери сигнала в оптическом кабеле одинаковы на всех частотах, за исключением сверхвысоких частот.
• Надежность — оптический кабель более надежен и имеет большее время жизни, чем медный кабель.
• Защищенность — оптические волокна не излучают электромагнитных полей, нечувствительны к помехам.

Физический механизм передачи оптических сигналов

В современном приложении оптические кабели подразделяются на многомодовые (MM) и одномодовые (SM), однако и те и другие базируются на одних и тех же принципах. Передача сигнала по оптическому кабелю возможна благодаря явлению, которое называется полным внутренним отражением. Благодаря этому возможна передача оптического сигнала на высокой скорости на большие расстояния.

Одномодовый оптический кабель или многомодовый?

SM и MM кабели различаются по своим размерам, что в свою очередь, влияет на проходящий по оптоволокну сигнал. SM кабели используют толщину основного волокна от 8 до 10 микрон, что позволяет передавать только одну длину волны. MM кабели, напротив, используют более толстое основное волокно примерно 50-60 микрон, что позволяет передавать несколько длин волн одновременно. В SM кабелях меньше величина затухания, что дает возможность использовать их на больших расстояниях. MM кабель позволяет передавать больше данных. Т.о. MM кабель обычно используется на небольших расстояниях, там где необходимо передавать данные с большой скоростью, например в системах хранилищ данных.

Строительные блоки волоконно-оптических систем

Типичная схема оптоволоконной системы состоит из передатчика, оптического кабеля и приемника. Передатчик преобразовывает цифровые электрические сигналы в оптические, которые дальше передаются по оптическому кабелю, обеспечивая высокую скорость передачи и независимость от электромагнитных помех.
Оптический кабель состоит из оптического волокна и двух разъемах на концах, обычно ST, SC, или FC, в зависимости от конфигурации приемника и передатчика.

Оптическое волокно состоит из центрального волокна толщиной несколько микрон, оболочки, которая обеспечивает полное оптическое отражение сигнала и внешней оплетки, которая обеспечивает защиту и идентификацию оптического кабеля.

Таким образом, строительство и эксплуатация волоконно-оптических систем является аппаратно-ориентированной на передачу сигнала на большие расстояния. Зачастую задача именно так и ставится: с помощью оптического кабеля передать с низким затуханием высокоскоростной сигнал на большое расстояние с приемлемым уровнем финансовых затрат.

Конструкция оптического кабеля

состоит из нескольких элементов. Оптический кабель состоит из нескольких элементов: из сердцевины, облицовки и внешнего покрытия. В основе оптического кабеля лежит сердцевина, по которой происходит передача световых сигналов. В основе сердцевины лежит кремний и германий. Оболочка, окружающая сердцевину оптического кабеля состоит из кремния и имеет коэффициент преломления несколько ниже центральной сердцевины. Показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в материале. Скорость света в вакууме равна 300 000 000 метров в секунду. Чем выше показатель преломления, тем ниже скорость света в материале. Например, коэффициент преломления света в чистом воздухе равен 1, что означает скорость света в воздухе 300 000 км/c. Коэффициент преломления в стекле 1,5, что означает скорость света в стекле 200 000 км/c.

Несколько слоев буферных обшивок защищают центральную жилу. Защита служит для уменьшения физических нагрузок на кабель, таких как растяжение, изгиб и т.п. Наружная оплетка защищает от внешних воздействий, таких как экологические (температура, влажность, агрессивная среда).

Для соединения оптического кабеля наиболее часто используется SC коннекторы. SC коннектор обеспечивает наибольшую плотность упаковки. Системные администраторы должны учитывать особенности оптического кабеля и активного оборудования для выбора соответствующего типа коннектора.

Типы оптического кабеля

Одномодовый оптический кабель имеет очень маленькую сердцевину как правило 8-10 микрон, что позволяет передавать световые сигналы без устройств повторения на расстояния до 80 км, в зависимости от типа оборудования. SC оптический кабель обладает огромным информационным потенциалом из-за того, что имеет практически неограниченную пропускную способность.

Многомодовый может передавать несколько световых волн, он имеет более толстую сердцевину размером около 50 или 62,5 микрон. Из-за дисперсии многомодовый оптический кабель имеет большее затухание.

Оптика

Любая оптическая система состоит из трех компонентов: передатчика, среднего (волокно кабеля) и приемника. Передатчик преобразует электрические сигналы в свет и направляет его по волокну. Приемник получает световой сигнал и преобразует его в электрический
сигнал. Существуют два вида передатчиков: лазерного диод либо светодиод.

Выходная мощность передатчика указывает на количество энергии, излучаемой в определенный квант времени. Чем выше мощность, тем больше расстояние передачи сигнала. Передатчик имеет возможность изменять скорость передачи для удовлетворения потребности в пропускной способности системы. Диапазон длин волн, излучаемых источником сигнала находится в спектральной ширине.

Приемопередатчики отличаются чувствительностью к состоянию окружающей среды. Лазерный диод требует стабильного напряжения и температуры. Светодиоды являются менее чувствительны к колебаниям окружающей среды. Лазерные диоды являются более дорогостоящими. Светодиодные оптические источники имеют меньшее время жизни, но их легче устанавливать и они более экономичные.

Заключение

Несмотря на то, что развитие использования оптического кабеля началось в телекоммуникационной среде, сегодня это уже обычное дело. Многие компании и промышленные предприятия воспользовались оптоволоконными системами для увеличения производительности своих . Один из вопросов, с которым сталкиваются некоторые предприятия заключается в том, чтобы подключить к оптоволоконной системе имеющееся оборудование и инфраструктуру без дорогих обновлений. Используя медиаконвертеры, позволяющие соединять обычные сетевые каналы на базе медной витой пары и оптоволокна, возможно подключить практически любое сетевое оборудование. Медиаконвертеры предназначены для облегчения перехода на использование оптического кабеля, сводя к минимуму затраты на устранение возникающих проблем.

Внимание! Копирование и перепечатка информации с этого сайта запрещены без письменного согласия администрации.

Максимальная пропускная способность оптоволокна. Волоконно-оптические линии связи (волс)

За последние 30 лет, пропускная способность оптического волокна была значительно увеличена. Рост пропускной способности передачи на волокно даже значительно быстрее, чем, например, увеличение емкости электронных чипов памяти, или в увеличение вычислительной мощности микропроцессоров.

Пропускная способность волокна зависит от длины волокна. Чем длиннее волокно, тем больше пагубных эффектов, таких как межмодовая или хроматическая дисперсия, и, следовательно, тем ниже достижимая скорость передачи.

Для коротких дистанций, в несколько сотен метров или меньше (например, в сети хранения данных), часто более удобно использовать многомодовые волокна, так как они дешевле для установки (например, из-за их большой площади сердцевины волокна, они легче сращиваются). В зависимости от технологии передачи и длины волокна, они достигают скорости передачи данных от нескольких сотен Мбит / с и ~ 10 Гбит / с.

Одномодовое волокно обычно используется для больших расстояний, в несколько километров и более. В текущих коммерческих системах телекоммуникации обычно скорость передачи 2,5 или 10 Гбит / с на канал передачи данных на расстояние десяти километров и более. В будущем системы могут использовать более высокие скорости передачи данных в канале, 40 или даже 160 Гбит / с, но в настоящее время требуемая общая мощность обычно получается путем передачи многими каналами с немного разными длинами волн через волокна; это называется спектральным уплотнением (WDM). Общая скорость передачи данных может быть несколько терабит в секунду, достаточной для передачи многих миллионов телефонных каналов одновременно. Даже этот потенциал не достигает на сегодняшний день физический предел оптического волокна. Кроме того, отметим, что волоконно-оптический кабель может содержать несколько слоев.

В заключение не стоит беспокоится, что технические ограничения к оптическим волокнам в передаче данных могут стать серьезными в обозримом будущем. Напротив, тот факт, что возможности передачи данных может развиваться быстрее, чем, например, хранения данных и вычислительные мощности, вдохновило некоторых людей, чтобы предсказать, что любые ограничения передачи скоро устареют, и большие вычисления и хранения объектов в высокой емкости сети передачи данных будет широко использоваться, аналогично тому, как она стала общей для использования электрических мощности от многих электростанциях в больших энергосистемах. Такое развитие событий может быть более строго ограничено программным обеспечением и безопасности, чем ограничение передачи данных.

Создание технологии передачи сигнала с помощью света, проходящему по стержням из кварцевого стекла, можно считать величайшим открытием ХХ века. Это произошло в 1934 году, когда в Америке был получен патент на оптическую телефонную линию.

С тех пор развитие волоконно-оптических линий связи стало приоритетным направлением в создании проводных систем передачи данных на большие расстояния с высокой скоростью и структурированных кабельных систем.

Что тормозит пропускную способность оптоволокна

• пропускная способность оптоволокна позволяет уже сегодня передавать данные до 10Гбит/сек
• слабое затухание сигнала дает возможность передачи информации на большие расстояния без усилителей
• невосприимчивость к перекрестным электромагнитным влияниям
• информационная безопасность

Еще 20 лет назад мы наслаждались интернетом через телефонные сети и модемы со скоростью 10 Кбит/сек. Но время диктует свои требования, поэтому сегодняшние достижения и возможности оптических линий связи нельзя считать удовлетворительными.

Решение новых задач по обработке данных требует запаса производительности сети. Повышение скорости передачи по оптоволокну связано с использованием дополнительного активного оборудования.

К проблемным факторам, которые тормозят дальнейшее развитие оптических сетей, можно отнести:

• затухание сигнала из-за рассеивания и поглощения фотонов света
• использование нескольких частот пропускания уменьшает скорость передачи
• искажение сигнала за счет многократного преломления

На сегодняшний день одним из недостатков оптических линий связи является дорогостоящее активное оборудование. Поэтому решение задачи лежит в другой плоскости.

Будущее оптоволоконных сетей

Вместе с технологиями оптического мультиплексирования и усовершенствования приемопередающего оборудования продолжаются работы по созданию нового волокна. В 2014 году ученые Датского Технического университета установили мировой рекорд — максимальная скорость передачи данных по оптоволокну составила 43Тбит/с.

Они использовали новый вид оптического волокна, разработанное японской компанией. Сигнал передавался по волокну, имеющему 7 сердцевин от одного лазерного источника. Пока что это лабораторные исследование, которые не внедрены в эксплуатацию. Однако, новые разработки и достижения обязательно приведут к увеличению пропускной способности и снижению затрат на постройку ВОЛП.

Среди интернет-пользователей не утихают споры о том, какой кабель лучше использовать для выхода во всемирную сеть: оптоволокно или витую пару. Сторонники применения оптоволоконного кабеля говорят о его надежности, скорости и стабильности. Так ли это на самом деле?

Существует два вида кабеля, с помощью которых провайдеры выполняют подключение интернета и телевидения: оптоволоконный кабель и витая пара. Абоненты Baza.net подключены именно с помощью витой пары.

Конструкция данного кабеля довольно проста. Она представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Такой кабель можно разместить в квартире, как вам удобно. Например, под плинтусом. А устранение повреждений витой пары не займет большого количества времени.

С волоконно-оптическим кабелем совсем другая ситуация. Внутри него находится много элементов: стеклянные волокна, пластиковые трубки, трос из стеклопластика. Его нельзя так же свободно сгибать, иначе кабель может переломиться и в результате сигнал пропадет. Чтобы устранить повреждение в оптоволокне, необходимо будет вызывать специалиста с дорогостоящим оборудованием.

Кроме того, ремонт и замена оптоволокна может «влететь в копеечку».

На конце каждого кабеля находится коннектор. У витой пары это пластиковый наконечник, похожий на тот, что вставляется в стационарный телефон. Важно отметить, что этот коннектор универсален и подойдет практически к любой сетевой плате. Вы можете вставить его в ноутбук, Wi-Fi-роутер или в игровую консоль.

У оптоволокна другой коннектор, для которого необходимо будет приобрести специальный оптический терминал. Удовольствие не из дешевых, да и модельный ряд ограничен всего несколькими вариантами.

Конечно, максимально возможная скорость передачи данных через оптоволокно выше, чем через витую пару. Но стоит отметить, что вы навряд ли почувствуете эту разницу в скорости. Дело в том, что каждое устройство, будь то W-Fi-роутер, домашний компьютер или ТВ-приставка, имеет свой сетевой адаптер. Если ваше устройство было выпущено несколько лет назад, то его максимальная пропускная способность составляет только 100 Мбит/c, в то время как в новых устройствах она по умолчанию позволяет разогнаться до 1 Гбит/с. В таком случае, даже если вы провели оптоволокно, но выходите в интернет со старой модели ноутбука, вы не сможете получите скорость выше, чем 100 Мбит/с.

Мы решили проверить, какая максимальная скорость необходима рядовому пользователю для комфортного времяпрепровождения в интернете.

В качестве теста мы просматривали видео на Youtube в максимально высоком качестве, запускали онлайн-игры, слушали музыку из сети и скачивали файлы с различных ресурсов. Несмотря на то, что в офисе скорость интернета достигает 1 Гбит/с, ни одна из этих задач не потребовала больше, чем 72 Мбит/с.

Если говорить откровенно, то использование оптоволокна в квартире не нужно никому. Да и пользователи сами не знают, зачем им нужна такая скорость.

Специалисты со всего заявляют, что оптоволоконная сеть останется невостребованной еще минимум десяток лет. В данный момент практически не существует интернет-ресурсов, для которых вам нужна скорость выше 70-100 Мбит/с. Даже если в будущем и появятся страницы, с которыми не справится витая пара, мы сможем в минимальные сроки заменить оборудование на более актуальное и будем предоставлять доступ через волоконно-оптический кабель.

На самом деле вы и так выходите в интернет через оптоволоконный кабель.

Как провайдер, мы проводим оптоволокно до каждого многоквартирного дома, а уже дальше выполняем подключение интернета в каждую отдельную квартиру посредством витой пары.

Проведя ряд исследований, мы пришли к выводу, что стабильность передачи данных с помощью обоих типов кабеля абсолютно идентична и никаким образом не зависит от их пропускной способности.

Так что же выбрать?

Вывод напрашивается сам. Витая пара дешевле и доступнее, чем оптоволоконный кабель, который не имеет преимуществ в использовании для обычного пользователя. Уважаемые друзья, тщательно выбирайте провайдера и всегда вспоминайте данную статью перед тем, как отдать предпочтение тому или иному способу подключения интернета.

Без сомнения, оптоволоконная технология станет в будущем главным средством передачи информации. Она является одной из причин массового роста международных телекоммуникаций и эффекта «сжатия планеты». На основе этой технологии Интернет смог стать тем неоценимым информационным средством, каким он сегодня является. Однако вопреки распространенному мнению, это не панацея. У оптоволоконных систем все еще есть множество ограничений и препятствий, которые надо преодолеть. Перед тем как начать обсуждать теорию оптоволоконной передачи, сравним традиционные и оптоволоконные кабели и оценим их достоинства и недостатки.

1.

2.1. Полоса пропускания

Оптоволокно

Сегодня у оптоволоконных кабелей огромная полоса пропускания со скоростями передачи до 40 Гбит/с, действующими уже сегодня, и свыше 100 Гбит/с, ожидающимися в ближайшем будущем. Факторами, ограничивающими рост скоростей передачи, в настоящее время являются: во-первых, большое по сравнению с периодами импульсов время ответа источников и детекторов для высоких скоростей передачи данных; во-вторых, близость длины волны света к периоду импульса, вызывающая проблемы дифференцирования в детекторах. Методы мультиплексирования нескольких длин волн в одном волокне (называемые спектральным уплотнением (WDM, wave division multiplexing) увеличивают общую скорость передачи по одному волокну до нескольких Тбит/с.

Следующее сравнение позволит почувствовать, что это означает в терминах передачи информации: при оптоволоконной связи на скорости примерно 1 Гбит/с можно одновременно передавать свыше 30 ООО сжатых телефонных разговоров. При связи на скорости 30 Гбит/с можно одновременно передавать до 1 миллиона телефонных разговоров по единственному стеклянному волокну!

Кабели

Коаксиальные кабели диаметром до 8 см могут обеспечить скорости передачи до 1 Гбит/с на расстояниях до 10 км. Ограничивающим фактором является очень высокая стоимость меди.

В настоящее время продолжается важное исследование по увеличению скорости передачи через кабели с витыми парами. Сегодня во многих локальных сетях скорости 100 Мбит/с являются вполне обычными. Доступны также коммерческие системы, действующие на скоростях до 1 Гбит/с. После успешных лабораторных испытаний на скоростях 10 Гбит/с соответствующая продукция готовится к коммерческому выпуску. Причина такой активной деятельности в этой области кроется в избытке инфраструктуры с уже, установленными кабелями с витой парой, что позволяет значительно сэкономить на рытье траншей, прокладке каналов и укладке новых оптоволоконных кабелей. По этой причине технология кабелей с витой парой в настоящее время успешно конкурирует с оптоволоконной технологией, поскольку обе они имеют множество общих приложений.

1.2.2. Помехи

Оптоволокно

На оптоволоконные кабели совершенно не воздействуют электромагнитные помехи (EMI), радиочастотные помехи (RFI), молнии и скачки высокого напряжения. Они не страдают от проблем емкостных или индуктивных сопряжений. При правильном проектировании на оптоволоконные кабели не должны воздействовать электромагнитные импульсы от ядерных взрывов и фоновой радиации. (Это известие утешит большую часть населения после ядерной войны!)

В дополнение к этому факту оптоволоконные кабели не создают никаких электромагнитных или радиочастотных помех. Это свойство очень ценно для производства вычислений, обработки видео- и аудиоинформации, где все более важным для возросшего качества воспроизведения и записи становится окружение с низким шумом.

Кабели

На обычные кабели влияют внешние помехи. В зависимости от типов кабелей и степеней их экранирования, они в разной степени подвержены электромагнитным и радиопомехам через индуктивные, емкостные и резистивные связи. Системы связи на основе традиционных кабелей полностью выходят из строя под действием электромагнитных импульсов ядерных взрывов.

Обычные кабели также излучают электромагнитные волны, что может вызвать помехи в других кабельных системах связи. Объем излучения зависит от величины передаваемого сигнала и качества экрана.

1.2.5. Электроизоляция

Оптоволокно

Оптоволоконные кабели обеспечивают полную гальваническую развязку между обоими концами кабеля. Непроводимость волокон делает кабели нечувствительными к скачкам напряжения. Это устраняет электромагнитные и эфирные помехи, которые могут быть вызваны контурами заземления, синфазными напряжениями, а также смещениями и короткими замыканиями потенциала земли. Оптоволоконный кабель действует как длинный изолятор. Поскольку оптические волокна не излучают волны и не подвержены помехам, еще одним их преимуществом является отсутствие взаимного влияния кабелей (то есть воздействия излучения одного кабеля связи на другой, проложенный рядом с ним).

Кабели

Традиционные кабели, просто работая по своему предназначению, предоставляют электрическое соединение между своими концами. Следовательно, они восприимчивы к электромагнитным и эфирным помехам от контуров заземления, синфазных напряжений и смещений потенциала земли. Они также подвержены проблемам взаимного влияния.

1.2.4. Расстояния передачи

Оптоволокно

Для простых дешевых оптоволоконных систем возможны расстояния между повторителями до 5 км. Для высококачественных коммерческих систем теперь без труда доступны расстояния между «повторителями до 300 км. Были разработаны системы (без использования повторителей) на расстояния до 400 км. В лабораторных условиях достигнуты расстояния, близкие к 1000 км, но на рынке они пока недоступны. Одна европейская компания заявила, что в настоящее время разрабатывает оптоволоконный кабель, который можно проложить вдоль земного экватора и без всяких повторителей по нему можно будет передавать4сигнал с одного его конца на другой! Как такое возможно? При использовании слегка радиоактивной оболочки входящие фотоны с низкой энергией возбуждают в этой оболочке электроны, которые, в свою очередь, излучают фотоны с большей энергией. Таким образом возникает некоторая форма автоусиления. В следующих главах читателю будут разъяснены использованные термины.

Кабели

На рынке кабелей с витой парой на скорости передачи 4 Мбит/с доступны расстояния между повторителями до 2,4 км. В случае коаксиальных кабелей на скоростях менее 1 Мбит/с между повторителями возможны расстояния до 25 км.

1.2.5. Размер и вес

Оптоволокно

По сравнению со всеми другими кабелями для передачи жданных, оптоволоконные кабели очень малы в диаметре и чрезвычайно легки. Четырехжильный оптоволоконный кабель весит примерно 240 кг/км, а 36-основный оптоволоконный кабель весит примерно лишь на 3 кг больше. Из-за своих небольших по сравнению с традиционными кабелями с такой же пропускной способностью размеров их обычно проще устанавливать в существующих условиях, а время установки и стоимость в общем ниже, поскольку они легки и с ними проще работать.

Кабели

Традиционный кабель может весить от 800 кг/км для кабеля с 36 витыми парами до 5 т/км для высококачественного коаксиального кабеля большого диаметра.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) давно занимают одну из лидирующих позиций на рынке телекоммуникаций. Имея ряд преимуществ перед другими способами передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель, беспроводная связь…), ВОЛС широко используются в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности, высокопроизводительных вычислительных системах и во многих других областях.

Передача информации в ВОЛС осуществляется по оптическому волокну (optical fiber). Для того чтобы грамотно подойти к вопросу использования ВОЛС, важно хорошо понимать, что из себя представляет оптическое волокно как среда передачи данных, каковы его основные свойства и характеристики, какие бывают разновидности оптических волокон. Именно этим базовым вопросам теории волоконно-оптической связи и посвящена данная статья.

Структура оптического волокна

Оптическое волокно (оптоволокно) — это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже — видимый (380-760 нм). Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция оптического волокна

Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%). Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса. Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.

Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными модами оптического излучения. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.

Основные характеристики оптического волокна

Способность оптического волокна передавать информационный сигнал описывается при помощи ряда геометрических и оптических параметров и характеристик, из которых наиболее важными являются затухание и дисперсия .

1. Геометрические параметры.

Помимо соотношения диаметров сердцевины и оболочки, большое значение для процесса передачи сигнала имеют и другие геометрические параметры оптоволокна, например:

• некруглость (эллиптичность) сердцевины и оболочки, определяемая как разность максимального и минимального диаметров сердцевины (оболочки), деленная на номинальный радиус, выражается в процентах;
• неконцентричность сердцевины и оболочки — расстояние между центрами сердцевины и оболочки (рис. 3).

Рис 3. Некруглость и неконцентричность сердцевины и оболочки

Геометрические параметры стандартизированы для разных типов оптического волокна. Благодаря совершенствованию технологии производства значения некруглости и неконцентричности удается свести к минимуму, так что влияние неточности геометрии оптоволокна на его оптические свойства оказывается несущественным.

(NA) — это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 4). Этот параметр определяет количество мод, распространяющихся в оптическом волокне. Также величина числовой апертуры влияет на точность, с которой должна производиться стыковка оптических волокон друг с другом и с другими компонентами линии.

Рис 4. Числовая апертура

3. Профиль показателя преломления.

Профиль показателя преломления — это зависимость показателя преломления сердцевины от ее поперечного радиуса. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках поперечного сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым . Среди других профилей наибольшее распространение получил градиентный профиль, при котором показатель преломления плавно увеличивается от оболочки к оси (рис. 5). Помимо этих двух основных, встречаются и более сложные профили.

Рис. 5. Профили показателя преломления

4. Затухание (потери).

Затухание — это уменьшение мощности оптического излучения по мере распространения по оптическому волокну (измеряется в дБ/км). Затухание возникает вследствие различных физических процессов, происходящих в материале, из которого изготавливается оптоволокно. Основными механизмами возникновения потерь в оптическом волокне являются поглощение и рассеяние.

а) Поглощение . В результате взаимодействия оптического излучения с частицами (атомами, ионами…) материала сердцевины часть оптической мощности выделяется в виде тепла. Различают собственное поглощение , связанное со свойствами самого материала, и примесное поглощение , возникающее из-за взаимодействия световой волны с различными включениями, содержащимися в материале сердцевины (гидроксильные группы OH — , ионы металлов…).

б) Рассеяние света, то есть отклонение от исходной траектории распространения, происходит на различных неоднородностях показателя преломления, геометрические размеры которых меньше или сравнимы с длиной волны излучения. Такие неоднородности являются следствием как наличия дефектов структуры волокна (рассеяние Ми ), так и свойствами аморфного (некристаллического) вещества, из которого изготавливается волокно (рэлеевское рассеяние ). Рэлеевское рассеяние является фундаментальным свойством материала и определяет нижний предел затухания оптического волокна. Существуют и другие виды рассеяния (Бриллюэна-Мандельштама, Рамана) , которые проявляются при уровнях мощности излучения, превышающих те, которые обычно используются в телекоммуникациях.

Величина коэффициента затухания имеют сложную зависимость от длины волны излучения. Пример такой спектральной зависимости приведен на рис. 6. Область длин волн с низким затуханием называется окном прозрачности оптического волокна. Таких окон может быть несколько, и именно на этих длинах волн обычно осуществляется передача информационного сигнала.

Рис. 6. Спектральная зависимость коэффициента затухания

Потери мощности в волокне обуславливаются также различными внешними факторами. Так, механические воздействия (изгибы, растяжения, поперечные нагрузки) могут приводить к нарушению условия полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки и выходу части излучения из сердцевины. Определенное влияние на величину затухания оказывают условия окружающей среды (температура, влажность, радиационный фон…).

Поскольку приемник оптического излучения имеет некоторый порог чувствительности (минимальную мощность, которую должен иметь сигнал для корректного приема данных), затухание служит ограничивающим фактором для дальности передачи информации по оптическому волокну.

5.Дисперсионные свойства.

Помимо расстояния, на которое передается излучение по оптическому волокну, важным параметром является скорость передачи информации. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени. При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени (то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий). Это явление носит название межсимвольной интерференции (англ. ISI — InterSymbol Interference, см. рис. 7). Приемник обработает полученный сигнал с ошибками.

Рис. 7. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2> L1.

Уширение импульса, или дисперсия , обуславливается зависимостью фазовой скорости распространения света от длины волны излучения, а также другими механизмами (табл. 1).

Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне.

Название	Краткое описание	Параметр
1. Хроматическая дисперсия	Любой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью.	Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм*км). Может быть положительным (спектральные составляющие с большей длиной волны двигаются быстрее) и отрицательным (наоборот). Существует длина волны с нулевой дисперсией.
а) Материальная хроматическая дисперсия	Связана со свойствами материала (зависимость показателя преломления от длины волны излучения)
б) Волноводная хроматическая дисперсия	Связана с наличием волноводной структуры (профиль показателя преломления)
2. Межмодовая дисперсия	Моды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка во времени их распространения.	Ширина полосы пропускания ( bandwidth), МГц*км . Эта величина определяет максимальную частоту следования импульсов, при которой не происходит межсимвольной интерференции (сигнал передается без существенных искажений). Пропускная способность канала (Мбит/с) может численно отличаться от ширины полосы пропускания (МГц*км) в зависимости от способа кодирования информации.
3. Поляризационная модовая дисперсия, PMD	Мода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие (поляризационные моды), которые могут распространяться с различными скоростями.	Коэффициент PMD, пс/√км . Временная задержка из-за PMD, нормируемая на 1 км.

Таким образом, дисперсия в оптическом волокне отрицательно сказывается как на дальности, так и на скорости передачи информации.

Разновидности и классификация оптических волокон

Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.

Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.

1. Материал . Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
2. Количество распространяющихся мод . В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).

Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно

На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:

1. (POF).
2. (HCS).

Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.

Производство оптических волокон

Процесс изготовления оптического волокна крайне сложен и требует большой точности. Технологический процесс проходит в два этапа: 1) создание заготовки, представляющей собой стержень из выбранного материала со сформированным профилем показателя преломления, и 2) вытягивание волокна в вытяжной башне, сопровождающееся покрытием защитной оболочкой. Существует большое количество различных технологий создания заготовки оптического волокна, разработка и совершенствование которых происходит постоянно.

Практическое использование оптического волокна в качестве среды передачи информации невозможно без дополнительного упрочнения и защиты. Волоконно-оптическим кабелем называется конструкция, включающая в себя одно или множество оптических волокон, а также различные защитные покрытия, несущие и упрочняющие элементы, влагозащитные материалы. По причине большого разнообразия областей применения оптоволокна производители выпускают огромное количество самых разных волоконно-оптических кабелей, отличающихся конструкцией, размерами, используемыми материалами и стоимостью (рис. 9).

Рис.9. Волоконно-оптические кабели

описание, типы, диапазон оптической связи серии G. Назначения и характеристики одномодовых оптических волокон серии G.65х

Объемная статья, описывающая все типы и разновидности одномодовых оптических волокон, с параметрами в соответствии с ITU-T Recom. G.65x, графиками и рекомендациями по применению.

Леонид Погрелый (Энергосвязь), Юрий Никитченко (DEPS)

Вот уже более двух десятилетий оптические кабели (ОК) активно используются на сетях связи различных типов. Основными элементами конструкции ОК, обеспечивающими передачу информации, являются оптические волокна. В настоящее время, как правило, в локальных сетях используются чаще многомодовые волокна, более технологичные при монтаже и имеющие приемлемую широкополосность. В телекоммуникационных сетях различных типов практически везде используются оптические кабели с одномодовыми оптическими волокнами (ООВ), которые представляют собой самую широкополосную систему в мире при современном уровне развития техники.

Поскольку ООВ применяются в сетях с самыми различными требования по дальности и объему передаваемой информации, то, соответственно они подразделяются на несколько различных типов, определенных соответствующими стандартами, которые в последние годы подразделились каждый еще и на несколько видов. Это связано, в первую очередь, с совершенствованием технологий и потребностью как можно более точно соответствовать потребностям применяемых на сетях решений.

Типы одномодовых оптических волокон

Все основные типы ООВ, их параметры и характеристики описаны в двух группах стандартов. Во-первых, в стандартах Международной Электротехнической Комиссии (IEC) серии IEC 60793-1, а также в Рекомендациях Сектора Стандартизации Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (ITU-T) серии G.65х. Мы не будем рассматривать положения первой группы стандартов, т.к. ООВ рассматриваются там в большей степени как электротехнические изделия, в то время как в документах ITU-T прослеживается отношение к ООВ как к направляющей системе для передачи информации. К таким документам в частности относятся семь Рекомендаций ITU-T:

G.652	Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля
G. 653	Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной дисперсией
G.654	Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля со смещенной длиной волны отсечки
G.655	Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля с ненулевой смещенной дисперсией
G.656	Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля с ненулевой дисперсией для широкополосных транспортных сетей
G.657	Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля, не чувствительного к потерям на макроизгибах, для использования в сетях доступа

Каждая Рекомендация описывает определенный тип ООВ, физический смысл его параметров и технические требования к ним, с учетом подразделения на отдельные виды.  
В данной статье рассматриваются все стандартизированные типы и виды ООВ, проводится сравнительный анализ их некоторых характеристик рассматриваются вопросы оптимального выбора волокон для конкретного применения.

Напомним, что геометрические параметры ООВ, а особенно допуски на них в значительной степени характеризуют сложности и возможные потери при монтаже оптического кабеля. Коэффициент затуханияопределяет длину регенерационного (усилительного) участка, особенно для систем со скоростью передачи до 2,5 Гбит/с. Хроматическая дисперсия ограничивает скорость передачи либо длину регенерационного участка (особенно для высокоскоростных систем). Длина волны отсечки характеризует электродинамический режим в волокне и, в зависимости от выбранной длины волны, потери на изгибах. И, наконец, поляризационная дисперсия ограничивает максимальную дальность линии без использования регенераторов, особенно для систем со скоростью передачи до 2,5 Гбит/с.
Результатом анализа по указанным параметрам являются рекомендации по возможности использования ООВ на телекоммуникационных сетях различных типов.

Также для всех типов ООВ приводятся спектральные характеристики основных параметров (коэффициента затухания и коэффициента хроматической дисперсии) для наглядности выбора рабочего диапазона длин волн. 
В табл. 1 приведены диапазоны, используемые для передачи сигналов по одномодовым оптическим волокнам в соответствии с Рекомендациями ITU-T серии G.

Таблица 1. Диапазоны оптической связи

O	1260…1360 нм	Основной (Original)
E	1360…1460 нм	Расширенный (Extended)
S	1460…1530 нм	Коротковолновый (Short wavelength)
C	1530. ..1565 нм	Стандартный (Conventional)
L	1565…1625 нм	Длинноволновый (Long wavelegth)
U	1625…1675 нм	Сверхдлинноволновый (Ultra-long wavelength)

В данной статье мы также считаем целесообразным привести значения большинства технических требований прямо из Рекомендаций ITU-T, поскольку получить доступ к ним в Украине заинтересованным лицам довольно затруднительно.
Для удобства восприятия мы будем называть ООВ только по номерам Рекомендаций ITU-T.

На все случаи жизни (волокна G.652)

Стандартные одномодовые волокна (ОВ) со ступенчатым профилем показателя преломления появились на рынке телекоммуникаций в начале 1980-х годов как реальная альтернатива многомодовым волокнам при построении волоконно-оптических линий дальней связи. Конструктивное уменьшение диаметра сердцевины с 50 мкм до 8–10 мкм при передаче на длинах волн 1310 нм и выше, позволяло обеспечить одномодовый режим передачи.

В этом случае в ОВ полностью отсутствует самая большая составляющая дисперсии — модовая дисперсия, что увеличивает реальную полосу пропускания более чем на порядок (коэффициент хроматической дисперсии составлял примерно 20 пс/(нм∙км)). Таким образом, впервые по волокну заработали системы передачи со скоростями 100 Мбит/с и выше на межстанционных городских сетях и междугородных линиях. К тому же переход на длины волн оптических несущих 1310 нм и 1550 нм позволял значительно уменьшить затухание в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и увеличить длины регенерационных участков до 40–50 км. В 1988 г. ITU-T впервые стандартизировал этот тип ОВ — Рекомендация G.652 вошла в так называемую «Синюю книгу».

Дальнейшее активное применение одномодовых ОВ в 1990-х годах определила относительная простота технологии их производства, а соответственно и относительно небольшая стоимость, а также активное построение транспортных сетей связи в мире. Коэффициент затухания у большинства производителей был уменьшен до 0,2–0,25 дБ/км. В последнее время одномодовые волокна стали использоваться на длине волны 1550 нм для организации систем со спектральным уплотнением (WDM) при небольшом количестве несущих (т.к. хроматическая дисперсия достаточно велика). Развитие таких систем заставило задуматься о возможности использования диапазона Е (1360–1460 нм), который был недоступен из-за пика поглощения на ионах гидроксильной группы (1383 нм). В результате после совершенствования технологии дегидратации появились одномодовые волокна с так называемым «сглаженным водным пиком» (LWP, Low Water Peak) (пунктирная линия на рис. 1). Достаточно удачным моментом, является то, что для ООВ этого типа длина волны отсечки (пунктирная линия λс на рис. 1)) находится рядом с основной рабочей длиной волны 1310 нм. В этом случае волокна меньше чувствительны к потерям из-за изгибов и других деформаций.

 

Рис. 1. Спектральные зависимости коэффициента затухания и коэффициента хроматической дисперсии ООВ типа G.652

Потребность в интегрированной передаче пользователям голосовых сообщений, видеосигналов и данных обусловило развитие оптических технологий на сетях доступа. Здесь одномодовые волокна из-за своей низкой стоимости и широкополосности нашли применение в пассивных оптических сетях (PON) и других технологиях применениях.

Большая пропускная способность систем на одномодовых волокнах связана с их применением использованием в локальных сетях для организации Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet. А для кампусным линий (соединения между зданиями) это наиболее удачный тип среды передачи т.к. здесь широкополосность сочетается с малым затуханием.

Таким образом, стандартные одномодовые волокна (G.652) находят самое широкое применение на сетях связи самых различных типов из-за своей технологичности, невысокой стоимости, пригодности для работы во всех спектральных диапазонах, как системами спектрального уплотнения так и без них.

Последняя редакция Рекомендации G.652 (2005 г.) содержит параметры и характеристики четырех типов одномодовых ОВ, несколько отличающихся по свойствам и, соответственно, по предназначению (табл. 2). В частности волокна типов G.652C и G.652D как раз имеют «сглаженный водный пик».

Современные одномодовые ОВ имеют обычно коэффициент хроматической дисперсии порядка 2–3,5 пс/(нм∙км) на длине волны 1310 нм и 17–18 пс/(нм∙км) на длине волны 1310 нм, а также коэффициент затухания соответственно 0,32–0,38 дБ/км (1310 нм) и 0,17–0,25 дБ/км (1550 нм).

Таблица 2. Параметры (характеристики) ООВ типа G.652

Параметр (характеристика)	Тип волокна, в соответствии с Рекомендациями ITU-T
	G.652A	G.652B	G.652C	G.652D
Диаметр модового пятна, нм (на длине волны 1310 нм)	8,6. ..9,5 ± 0,6	8,6…9,5 ± 0,6	8,6…9,5 ± 0,6	8,6…9,5 ± 0,6
Диаметр оболочки, мкм	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1
Максимальный эксцентриситет сердцевины/оболочки, мкм	0,6	0,6	0,6	0,6
Максимальная некруглость оболочки, %	1,0	1,0	1,0	1,0
Максимальная длина волны среза ОВ в кабеле, мкм	1260	1260	1260	1260
Максимальные потери на макроизгибе (100 витков радиусом 30 мм), дБ, на длине волны: 1550 нм; 1625 нм	0,1 –	– 0,1	– 0,1	– 0,1
Минимальное проверочное напряжение на разрыв, ГПа	0,69	0,69	0,69	0,69
<p >Длина волны нулевой дисперсии, мкм	1300–1324	1300–1324	1300–1324	1300–1324
Наклон хроматической дисперсии вблизи нулевого значения, пс/(нм2 × км)	0,092	0,092	0,092	0,092
Максимальный коэффициент затухания, дБ/км, в диапазоне длин волн: 1310 нм; 1310 . .. 1625 нм; 1383 нм; 1550 нм; 1625 нм	0,5 – – 0,4 –	0,4 – – 0,35 0,4	– 0,4 0,4 0,3 0,4	– 0,4 0,4 0,3 0,4
Максимальный коэффициент PMD, пс/км1/2	0,50	0,20	0,50	0,20

Отличие в применении волокон G.652 различных видов рассмотрено ниже.

Волокна G.652A находят сейчас самое широкое применение. Они предназначены для работы в составе ОК на транспортных сетях связи для поддержки систем передачи SDH до STM-16 (2,5 Гбит/с), ограниченно STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных соединений. Кроме того, благодаря невысокой стоимости, они активно используются при построении оптических сетей доступа, например PON при скорости передачи до 2,5 Гбит/с, а также в локальных сетях для поддержки Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet для внутренних и кампусных (до 40 км) линий.

Волокна G.652B имеют меньший коэффициент затухания и коэффициент поляризационной дисперсии, что позволяет использовать их для поддержки на транспортных сетях более высокоскоростных систем передачи — до STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных и межсетевых интерфейсов. Также возможно использование в системах с WDM для передачи потоков до STM-64 (10 Гбит/с) при ограниченном числе несущих в диапазоне длин волн 1550 нм (диапазон C).

Волокна G.652C аналогичны виду G.652A, однако имеют подавленный водный пик на 1383 нм, что позволяет использовать их для всех указанных применений, но еще и в диапазоне Е (1360–1460 нм).

Волокна G.652D аналогичны виду G.652В, но имеют подавленный водный пик на 1383 нм и могут использоваться в диапазоне Е (1360–1460 нм), а системы WDM в расширенном диапазоне длин волн 1360–1565 нм (диапазоны E, S, C).

Максимум дальности и широкополосности (волокна G.

653)

Практика использования ОК с одномодовыми волокнами в 1980-х годах показала неоптимальность работы во втором (1310 нм) и третьем (1550 нм) «окне прозрачности» (оптическом диапазоне). На длине волны 1310 нм ООВ имели минимальную дисперсию, а следовательно и максимальную пропускную способность, в то время как на длине волны 1550 нм — минимальный коэффициент затухания, а следовательно, максимальную длину регенерационного участка ВОЛС. Поэтому были разработаны волокна с более сложными профилями показателя преломления (треугольный, трапецеобразный и др.), позволяющие сместить спектральную характеристику дисперсии таким образом, чтобы ее минимальное значение находилось в диапазоне 1550 нм. Используя такие ООВ «со смещенной дисперсией» (DSF) можно было обеспечить максимальную широкополосность и дальность связи в одном «окне прозрачности».

Этот тип волокон был стандартизирован ITU-T впервые 1988 г. Свое распространение они получили в основном на североамериканских магистральных сетях большой протяженности. В европейских странах, где нет большой потребности в больших длинах участков, такие ООВ почти не применялись из-за явно более высокой стоимости вследствие большей сложности изготовления.
В последнее время, с внедрением систем WDM, возникла проблема их использования с волокнами типа G.653. Оказалось, что в отсутствии дисперсии в диапазоне С практически невозможно спектральное уплотнение из-за сильного влияния нелинейных эффектов. В какой-то степени выход был найден в применении систем WDM с неравномерным шагом несущих, не соответствующих стандартной сетке частот (Рекомендация ITU-T G.694 и другие).

Последняя версия Рекомендации G.653 (2006 г.) рассматривает два вида одномодовых ОВ этого типа (табл. 3). Более поздняя разработка G.653В, в частности, содержит не просто фиксированное значение коэффициента хроматической дисперсии, а две ограничивающие кривые (рис. 2).

Современные одномодовые ОВ имеют обычно коэффициент хроматической дисперсии порядка 2. ..3,5 пс/(нм∙км), а коэффициент затухания 0,19…0,25 дБ/км на длине волны 1550 нм. Несмотря на свою высокую стоимость они продолжают оставаться хорошим средством построения участков сетей большой длительности для передачи больших объемов информации.

Таблица 3. Параметры (характеристики) ООВ типа G.653

Параметр (характеристика)	Тип волокна, в соответствии с Рекомендациями ITU-T
	G.653A	G.653B
Диаметр модового пятна, нм (на длине волны 1550 нм)	7,8…8,5 ± 0,8	7,8…8,5 ± 0,6
Диаметр оболочки, мкм	125 ±1	125 ±1
Максимальный эксцентриситет сердцевины/оболочки, мкм	0,8	0,6
Максимальная некруглость оболочки, %	2,0	1,0
Максимальная длина волны среза ОВ в кабеле, мкм	1270	1270
Максимальные потери на макроизгибе (100 витков радиусом 30 мм), дБ, на длине волны 1550 нм	0,5	0,1
Минимальное проверочное напряжение на разрыв, ГПа	0,69	0,69
Длина волны нулевой дисперсии, мкм	1500 – 1600	–
Максимальный коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм × км), в диапазоне длин волн 1525-1575 нм; 1460-1525 нм; 1525-1625 нм 1460-1575 нм 1575-1625 нм	3,5	-9. ..-3,5 -3,5…+1,7 -1,9…+3,5 +3,5…+7,8
Наклон хроматической дисперсии вблизи нулевого значения, пс/(нм2 × км)	0,085	–
Максимальный коэффициент затухания, дБ/км, в диапазоне длин волн 1550 нм	0,35	0,35
Максимальный коэффициент PMD, пс/Öкм	0,50	0,20

Волокна G.653A обычно находят свое применение на транспортных сетях связи на участках с большой протяженностью для поддержки систем передачи SDH до STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) для внутристанционных соединений. Также возможно их использование в системах с WDM для передачи потоков до STM-64 (10 Гбит/с) с неравномерным разносом несущих для работы в диапазоне длин волн 1550 нм (диапазон C).

Волокна G.653B аналогичны виду G.652A, однако, за счет уменьшенной поляризационной дисперсии могут применяться и для систем STM-256 (40 Гбит/с) для ВОЛС протяженностью более 400 км. Поскольку для таких волокон коэффициент хроматической дисперсии стандартизирован в диапазоне длин волн от 1460 нм до 1625 нм, то возможно использование систем CWDM в расширенном диапазоне S–C–L.

  

Рис. 2. Спектральные зависимости коэффициента затухания и коэффициента хроматической дисперсии ООВ типа G.653

Через моря и океаны (волокна G.654)

Появление этого типа волокон связно с прокладкой первых морских и трансокеанских ВОЛС в середине 1980-х годов. В таких линиях требовалось, в первую очередь, обеспечить очень большие длины регенерационных участков, т.е. минимизировать коэффициент затухания. Для этого в качестве сердцевины использовался не легированный оксидом германия кварц (как это делается в волокнах G.652), а чистый кварц. А необходимая разность показателей преломления сердцевины и оболочки обеспечивалась добавлением фтора в кварцевый материал оболочки ООВ. Характерно, что дисперсия при этом не минимизировалась в диапазоне 1550 нм (как в волокнах G.653). Это связано с тем, что, во-первых, не было смысла применять на длинных линиях дорогостоящие волокна, а во-вторых, не было потребности в передаче по океанским кабелям сверхскоростных потоков.

Впервые ITU-T подготовил Рекомендацию G.654 по этому типу ООВ еще в 1988 г. Тогда она называлась «Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля с затуханием, минимизированным на длине волны 1550 нм»

Еще одной особенностью волокон G.654 является смещение длины волны отсечки поближе к несущей 1550 нм, а именно в 1530 нм. Это обеспечивает более благоприятный электродинамический режим, при котором наибольшая часть передаваемой энергии сосредотачивается в сверхчистой кварцевой сердцевине. Во всяком случае, с 2000 г. в названии Рекомендацию G.654 вместо минимизации затухания стала упоминаться смещенная длина волны отсечки (CSF).

С началом внедрения систем со спектральным уплотнением, оказалось, что волокна G.654 достаточно хорошо позволяют модернизировать системы с одной несущей до систем с WDM, так как имеют в диапазоне 1550 нм достаточно большую дисперсию, при малом ее наклоне, и не очень «боятся» нелинейных эффектов. Тем не менее, хроматическая дисперсия в ОК на таких волокнах великовата для передачи без ее компенсации потоков 10 Гбит/с и выше на отдельных несущих. Еще одним ограничением является невозможность использования в системах WDM на волокнах G.654 спектральных диапазонов O, E и S из-за слишком высокой длины волны отсечки.

В настоящее время рассматриваемые ООВ достаточно активно используются в океанских и морских (реже протяженных наземных) ВОЛС, как с оптическими усилителями и регенераторами, так и без них, как с системами WDM (при небольшом количестве несущих), так и без них. Возможно, в перспективе для расширения возможностей WDM с волокнами этого типа будет задействован диапазон U.
Последняя редакция Рекомендации G.654 (2006 г.) содержит параметры и характеристики трех различных типов одномодовых ОВ (табл. 4).

Современные одномодовые ОВ со смещенной длиной волны отсечки обычно имеют на длине волны 1550 нм коэффициент хроматической дисперсии порядка 18…20 пс/(нм∙км) и коэффициент затухания 0,16…0,18 дБ/км.

Таблица 4. Параметры (характеристики) ООВ типа G.654

Параметр (характеристика)	Тип волокна, в соответствии с Рекомендациями ITU-T
	G.654A	G.654B	G.654C
Диаметр модового пятна, нм (на длине волны 1310 нм)	9,5…10,5 ± 0,7	9,5…13,0 ± 0,7	9,5…10,5 ± 0,7
Диаметр оболочки, мкм	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1
Максимальный эксцентриситет сердцевины/оболочки, мкм	0,8	0,8	0,6
Максимальная некруглость оболочки, %	2,0	2,0	2,0
Максимальная длина волны среза ОВ в кабеле, мкм	1530	1530	1530
Максимальные потери на макроизгибе (100 витков радиусом 30 мм), дБ, на длине волны 1625 нм	0,5	0,5	0,5
Минимальное проверочное напряжение на разрыв, ГПа	0,69	0,69	0,69
Максимальный коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм × км), в диапазоне длин волн 1550 нм	20	22	20
Наклон хроматической дисперсии вблизи нулевого значения, пс/(нм2 × км)	0,07	0,07	0,07
Максимальный коэффициент затухания, дБ/км, в диапазоне длин волн 1550 нм	0,22	0,22	0,22
Максимальный коэффициент PMD, пс/Öкм	0,50	0,20	0,20

Волокна G. 654A находят применение, в первую очередь, в подводных ОК для передачи по морским и трансокеанским линиям потоков до STM-16 (2,5 Гбит/с) или до STM-64 (10 Гбит/с) с ограничением длины по хроматической дисперсии. Также они могут применяться в системах с WDM в диапазонах С и L.

Волокна G.654B имеют параметры, а соответственно и возможности применения, как и G.654A. Однако, больший диаметр модового поля предполагает большие возможности использования их совместно с подводными оптическими усилителями. Кроме того, более жесткие требования к поляризационной дисперсии позволяют использовать эти волокна для передачи потоков до STM-64 (10 Гбит/с) или STM-256 (40 Гбит/с) и на большие расстояния, при условии компенсации хроматической дисперсии.

Волокна G.654C аналогичны виду G.654A, однако более жесткие требования к поляризационной дисперсии позволяют их использовать их для передачи потоков с большей скоростью (до 40 Гбит/с) и на большие расстояния, при условии компенсации хроматической дисперсии.

 

Рис. 3. Спектральные зависимости коэффициента затухания и коэффициента хроматической дисперсии ООВ типа G.654

Внедряем системы спектрального уплотнения (волокна G.655)

Появление этого специфического типа одномодовых волокон в 1990-х годах непосредственно связано с развитием систем спектрального мультиплексирования. Использование нескольких несущих и, соответственно, увеличение плотности мощности в сердцевине волокна привело к проявлению при передаче нескольких нелинейных эффектов (четырехволновое смешение, перекрестная фазовая модуляция, рассеяние Рамана, рассеяние Бриллюэна и др.). Наибольшее воздействие их возникает в ООВ при значениях дисперсии, близком к нулю. Поэтому были разработаны оптические волокна, оптимизированные для работы в «окне прозрачности» 1550 нм в системах с WDM. На этой длине волны такие волокна имеют небольшую (для поддержки высокоскоростных приложений), но отличную от нуля хроматическую дисперсию. Причем знак коэффициента хроматической дисперсии не имеет особого значения.

Реализовать конструкцию такого волокна — задача достаточно непростая. Используются сложные профили показателя преломления (треугольный на пьедестале с депрессированной оболочкой и др.). Сейчас лишь несколько ведущих производителей в мире стабильно выпускает волокна с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF). Соответственно высокой остается и их стоимость. Однако возможность организации работы нескольких несущих по одному ООВ достаточно быстро окупает такие затраты.

В 1996 г. ITU-T впервые стандартизировал этот тип ОВ. К 2000 г. в пределах Рекомендации были выделены три различных вида волокон G.655 — G.655A, G.655B, G.655C, отличающиеся коэффициентом хроматической дисперсии (от 1 до 6 пс/(нм∙км) и до 10 пс/(нм∙км)) и коэффициентом поляризационной дисперсии. Последняя версия Рекомендации G.655 определяет еще два вида волокон — G.655D и G.655E, которые имеют стандартную хроматическую дисперсию также в диапазонах S и L (табл. 5).

В последнее десятилетие данный тип ООВ очень активно используется в ОК при построении транспортных сетей различных уровней с использованием систем спектрального уплотнения. Волокна с ненулевой смещенной дисперсией лучше всего подходят для работы систем плотного волнового мультиплексирования (DWDM) в диапазоне C (1530–1565 нм) с оптическими усилителями. Возможно увеличение числа несущих DWDM за счет диапазонов S и L. Также возможна работа систем разреженного волнового мультиплексирования (CWDM) во всем диапазоне 1460–1625 нм. 

Практически все новые кабельные линии имеют в своем составе хотя бы несколько волокон типа G.655 для будущего развития.
Современные одномодовые ОВ имеют обычно в диапазоне С положительный или отрицательный коэффициент хроматической дисперсии порядка 1…10 пс/(нм∙км), а также коэффициент затухания порядка 0,2…0,25 дБ/км (на 1550 нм).

Таблица 5. Параметры (характеристики) ООВ типа G.655

Параметр (характеристика)	Тип волокна, в соответствии с Рекомендациями ITU-T
	G.655A	G. 655B	G.655C	G.655D	G.655E
Диаметр модового пятна, нм (на длине волны 1310 нм)	8,0…11,0 ± 0,7	8,0…11,0 ± 0,7	8,0…11,0 ± 0,7	8,0…11,0 ± 0,6	8,0…11,0 ± 0,6
Диаметр оболочки, мкм	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1
Максимальный эксцентриситет сердцевины/оболочки, мкм	0,8	0,8	0,8	0,6	0,6
Максимальная некруглость оболочки, %	2,0	2,0	2,0	1,0	1,0
Максимальная длина волны среза ОВ в кабеле, мкм	1450	1450	1450	1450	1450
Максимальные потери на макроизгибе (100 витков радиусом 30 мм), дБ, на длине волны 1625 нм	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Минимальное проверочное напряжение на разрыв, ГПа	0,69	0,69	0,69	0,69	0,69
Максимальный коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм × км), в диапазоне длин волн — 1530-1565 нм; — 1460-1550 нм; — 1550-1625 нм	+ /- (0,1. ..6)	+ /- (1…10)Dmax – Dmin ≤5	+ /- (1…10) Dmax –Dmin ≤5	— 4,2…+ 6,2 + 2,8…+11,3	+ 0,2…+ 5,8 + 4,7…+13,4
Максимальный коэффициент затухания, дБ/км, в диапазоне длин волн: 1550 нм; 1625 нм	0,35 0,4	0,35 0,4	0,35 0,4	0,35 0,4	0,35 0,4
Максимальный коэффициент PMD, пс/км1/2	0,20	0,50	0,20	0,20	0,20

Отличие в применении волокон G. 655 различных видов рассмотрено ниже.

Волокна G.655A рекомендуется применять на транспортных сетях связи в системах с WDM STM-64 (10 Гбит/с) и STM-256 (40 Гбит/с) при ограниченной вводимой мощности (небольшом числе несущих) и канальном интервале 200 ГГц в диапазоне длин волн 1530–1564 нм (С).

Волокна G.655B также могут применяться на транспортных сетях связи в системах с WDM. Но из-за более высокой поляризационной дисперсии предельным считается их использование для передачи потоков STM-64 (10 Гбит/с) на расстояние до 400 км. При этом допускается большая вводимая мощность чем для G.655A и более плотное расположение оптических несущих (канальный интервал — 100 ГГц) в диапазоне длин волн 1530–1564 нм (С).

Волокна G.655С аналогичны виду G.655В, однако, за счет уменьшенной поляризационной дисперсии могут применяться для передачи потоков STM-64 (10 Гбит/с) на расстояние более 400 км и для работы STM-256 (40 Гбит/с).

Волокна G.655D также могут применяться на транспортных сетях связи в системах с WDM для приложений указанных для волокон G.655С но в расширенном диапазоне длин волн 1460–1625 нм (S–C–L). Кроме того возможна работа систем CWDM на несущих от 1471 нм и выше.

Волокна G.655E предназначены для применений, аналогичных виду G.655D, не более высокие значения коэффициента хроматической дисперсии позволяют их использовать в системах DWDM с наименьшим разнесением каналов.

 

Рис. 4. Спектральные зависимости коэффициента затухания и коэффициента хроматической дисперсии ООВ типа G.655

Увеличиваем широкополосность транспортных сетей (волокна G.656)

В начале 2000-х годов продолжалось совершенствование систем спектрального мультиплексирования, особенно плотного DWDM. Работы по наращивание каналов продолжались в двух направлениях. Во-первых, за счет расширения используемого спектрального диапазона, хотя этому препятствовала неравномерность коэффициента затухания и коэффициента хроматической дисперсии на разных длинах волн. А во-вторых, за счет более плотного расположения оптических несущих (сужения канального интервала). Этому препятствовало несовершенство активных (лазеров) и пассивных (фильтров, мультиплексоров/демультиплексоров и т. п.) компонентов. Тем не менее постоянный прогресс технологий обусловил необходимость разработки одномодовых волокон максимально оптимизированных именно для работ систем DWDM с наименьшими канальными интервалами (100 ГГц и меньше).

Такие ООВ были созданы и впервые стандартизированы ITU-T в 2004 г. От схожих по параметрам волокон G.655E их отличал несколько меньший диаметр модового поля, большее положительное значение коэффициента хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм и спецификация не только дисперсии но и коэффициента затухания в расширенном диапазоне длин волн 1460–1625 нм (S–C–L).

Несмотря на относительную сложность технологии и, соответственно, не маленькую стоимость, волокна с ненулевой дисперсией для широкополосных транспортных сетей (NZDSF-WTN) находят свое применение на транспортных сетях различного назначения и протяженности. Выигрыш волокон в их, можно сказать, «масштабируемости». В значительной части спектра специфицированы основные характеристики, которые позволяют применять их как в CWDM, так и в DWDM, т.е. наращивать пропускную способность сети по необходимости.

Последняя редакция Рекомендации G.656 (2006 г.) содержит всего одну модификацию этого типа ООВ (табл. 6). Вероятна дальнейшая модификация волокон этого типа за счет появления дополнительных видов, возможно с расширением в диапазон Е.

Современные ООВ G.656 имеют обычно в расширенном диапазоне S–C–L положительный коэффициент хроматической дисперсии порядка 1…14 пс/(нм∙км), а также коэффициент затухания порядка 0,2…0,25 дБ/км (диапазон С) и 0,25…0,3 дБ/км (в диапазонах S и L).

Таблица 6. Параметры (характеристики) ООВ типа G.656

Параметр (характеристика)	Тип волокна, в соответствии с Рекомендациями ITU-T G.656
Диаметр модового пятна, нм (на длине волны 1310 нм)	7,0. ..11,0 ± 0,7
Диаметр оболочки, мкм	125 ± 1
Максимальный эксцентриситет сердцевины/оболочки, мкм	0,8
Максимальная некруглость оболочки, %	2,0
Максимальная длина волны среза ОВ в кабеле, мкм	1450
Максимальные потери на макроизгибе (100 витков радиусом 30 мм), дБ, на длине волны 1625 нм	0,5
Минимальное проверочное напряжение на разрыв, ГПа	0,69
Максимальный коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм × км), в диапазоне длин волн — 1460-1550 нм;

8 преимуществ оптоволоконного кабеля перед медным

Оптоволоконный или просто оптический кабель является одним из самых популярных проводников. Он используется повсеместно как для создания новых кабельных систем, так и для обновления старых. Все потому, что оптоволоконный кабель имеет множество преимуществ перед медным. Именно их мы и рассмотрим в этой статье.

• Пропускная способность

Чем выше пропускная способность, тем больше информации можно передавать. Оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность: до 10Гбит/с и выше. Это лучшие показатели, чем у медного кабеля. Стоит также учитывать, что скорость передачи будет разной у разных типов кабеля. Например, одномодовый оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность, чем многомодовый.

• Расстояния и скорость

При использовании оптоволоконного кабеля информация передается с большей скоростью и на более дальние расстояния  практически без  потери сигнала. Эта возможность обеспечивается благодаря тому, что сигнал передается через оптику в виде световых лучей. Оптоволокно лишено ограничения на расстояние в 100 метров, как это можно наблюдать с неэкранированным медным кабелем без усилителя. Расстояние, на которое возможно передать сигнал, также будет зависеть от типа используемого кабеля, длины волны и самой сети. Расстояния варьируются от 550 метров для многомодового типа до 40 километров для одномодового типа кабеля.

С оптоволоконным кабелем вся ваша информация находится в безопасности. Сигнал, передаваемый по оптике, не излучается и его очень сложно перехватить. Если же кабель был поврежден, это легко отследить, так как он будет пропускать свет, что в итоге приведет к остановке всей передачи. Таким образом, если будет совершенна попытка физического взлома вашей оптоволоконной системы, вы обязательно узнаете об этом.

Стоить отметить, что оптоволоконные сети позволяют разместить всю электронику и оборудования в одном централизованном месте.

• Надежность и прочность

Оптоволокно обеспечивает максимально надежную передачу данных. Оптический кабель имеет иммунитет ко множеству факторов, которые легко могут повлиять на работу медного кабеля. Центр жилы сделан из стекла, изолирующего от электрического тока. Оптика полностью устойчива к радио- и электромагнитным излучениям, взаимным помехам, проблемам с сопротивлением и многим другим факторам. Оптоволоконный кабель можно прокладывать рядом с промышленным оборудованием без каких-либо опасений. К тому же, оптоволоконный кабель не так чувствителен к температуре, как медный кабель, и легко может быть размещен в воде.

Оптоволоконный кабель легче, тоньше и  долговечнее в сравнении с  медным. Для достижения больших скоростей передачи с использованием медного кабеля потребуется использование лучшего типа кабеля, который обычно более тяжелый, имеет больший диаметр и занимает больше места. Небольшие размеры оптического кабеля делают его более удобным. Также стоит отметить, что провести тестирование оптоволоконного кабеля намного легче, чем медного.

Большое распространение и низкая стоимость медиаконвертеров существенно упрощают передачу данных от медного кабеля к оптоволоконному. Конвертеры обеспечивают бесперебойное соединение с возможностью использования уже существующего оборудования.

• Сварка кабеля

Хотя сварка оптоволоконного кабеля на сегодняшний день проходит более трудоемко, чем обжим медного кабеля, при использовании специальных инструментов для сварки этот процесс проходит намного легче.

Стоимость оптоволоконного кабеля, компонентов и оборудования для него постепенно снижается. На данный момент оптоволоконный кабель стоит дороже медного только в рамках короткого промежутка времени. Но при длительном использовании оптоволоконный кабель выйдет дешевле медного. Оптоволокно легче обслуживать, оно требует меньше сетевого оборудования. В дополнении ко всему, в наши дни появляется все больше решений, работающих с оптоволоконным кабелем: начиная от активных оптических кабелей HDMI и заканчивая профессиональными решениями для Digital Signage, подобно ZyPer4K от компании ZeeVee, представленного недавно на выставке NEC’s Solutions Showcase 2015 и позволяющего легко удлинять и переключать сигналы несжатого 4K видео, аудио и управления с использованием стандартной технологии 10GbEthernet через оптоволоконный кабель.  

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель.

Витая пара, коаксиальный кабель,

волоконно-оптический кабель.

Важнейшим компонентом, определяющим во многом, состав оборудования, эффективность работы и расстояния между абонентами сети, является используемая в компьютерной сети физическая среда установления соединений.   

Витая пара.

   Витая пара (Twisted pair — ТР) представляет собой пару свитых проводов. Кабель, составленный из нескольких витых пар, как правило, покрыт  жесткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия внешней среды и механи­ческих повреждений. Схема витой пары представлена на рисунке 1.     В нормальных условиях витая пара поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с.

  

Рис. 1.  Кабель из витых пар

 

Однако ряд факторов может существенно снизить скорость передачи данных, в частности, потеря данных (data loss), перекрестное соединение (crosstalk coupling) и влияние электромагнитного излучения.    Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование (кабель из витых пар покрывается фольгой или оплеткой). Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание (аттенюация — attenuation) сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его ослабление при передаче из одной точки сети в другую. Экранирование изменяет сопротивление, индук­тивность и емкость таким образом, что линия становится склонной к потерям данных. Подобные потери могут сделать витую пару ненадежной средой передачи. И экранированная, и неэкрани­рованная витая пара используются для передачи данных на несколько сотен метров.  

Спецификации категорий витой пары.

   В соответствии со спецификациями ассоциации электронной и телекоммуникационной  промышленно­сти (Electronic Industries Association and Telecommunications Industries Association — EIA/TIA) вводится пять стандартных категорий кабеля из витых пар. Обратите внимание, что при определении категорий кабеля используется только неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair — DTP).

   Кабель первой категории используется для передачи голосовых данных. С начала 80-х годов кабель CAT 1 используется в основном в качестве проводки телефонных линий. Кабель первой категории   не сертифицирован для передачи данных любого типа и в большинстве случаев не рассматривается  как среда для передачи цифровых данных.

   Кабель второй категории используется для передачи информации со скоростью не более 4 Мбит/с. Этот тип проводки характерен для сетей устаревшей кольцевой топологии, использующих протокол с передачей маркера. Кабель тактируется частотой 1 МГц.

   Кабель третьей категории в основном используется в локальных сетях с устаревшей архитектурой  Ethernet l0base-T и сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с. Кабель тактируется частотой 16 Мгц.

   Кабель четвертой категории используется в качестве среды соединения сетей с кольцевой архитектурой или архитектурой lObase-T/l00base-T. Кабель САТ4 сертифицирован для передачи данных со скоростью до  16 Мбит/с и состоит из четырех витых пар. Тактируется частотой 20 МГц.

   Кабель пятой категории является самой распространенной средой передачи сетей Ethernet. Кабель поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с и используется в сетях с архитектурой l00base-Т и l0base-T. Кабель тактируется частотой 100 МГц.

 

Коаксиальный кабель. 

   Коаксиальный  кабель является широко распространенной средой передачи дан­ных. Такое название кабель получил вследствие того, что состоит из двух проводников (axes). Один провод-пик (цельная или витая жила) экранируется вторым, который тоже может быть сплошным или перепле­тенным. Проводники, как правило, разделены слоем диэлектрического материала. Сам кабель покрыт пла­стиковой оболочкой. Коаксиальный кабель лучше защищен от помех и позволяет увеличить длину сегмента сети. Использующие коаксиальный кабель сети стандартов l0base-5/2 характеризуются пропускной способ­ностью 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента для сетей стандарта l0base-5 составляет приблизительно 500 метров, а для сетей стандарта l0base-2 — приблизительно 180 метров. На рисунках 2 и 3 показан коаксиальный кабель в разрезе. С увеличением диаметра коаксиального кабеля пропускная способность повышается. Однако одновре­менно  с этим увеличиваются затраты на выполнение проводки из такого кабеля, поскольку необходимо использовать специальные инструменты. Коаксиальный  кабель менее подвержен влиянию шума  по сравнению с витой парой.  Кабель состоит из двух концентрических проводников, разделенных слоем диэлектрического материала. Импеданс коаксиального кабеля может быть равен 75 Ом (кабель толщиной 1/2 дюйма) или 50 Ом  (кабель толщиной 3/8 дюйма).

 

 Рис. 2.  Сечение коаксиального кабеля.

 

 Рис 3. Продольный разрез коаксиального кабеля.

 

Волоконно-оптический кабель. 

   Это наиболее перспективная среда, позволяющая передавать данные в виде световых волн по стеклянному «про­воднику» или кабелю. Волоконно-оптические линии связи используются на расстояниях свыше одного километра. Характерной их особенностью является высокая защищенность от несанкционированного под­ключения (что не удивительно, поскольку для передачи данных не используются электрические сигналы). Существует две разновидности кабеля: одномодовый и мпогомодовый.

      Коаксиальный  и волоконно-оптический кабель устроены почти одинаково. Сердечник последнего со­стоит из сплетения тонких стеклянных волокон и заключен в пластиковую оболочку (плакирование— cladding), отражающую  свет  обратно к сердечнику. Плакирование покрыто концентрическим защитным слоем плас­тика. Несколько волоконно-оптических кабелей объединяются в жгут и покрываются еще одним защитным слоем пластика. На рисунке 4  показано устройство волоконно-оптического кабеля.

  

Рис. 4. Волоконно-оптический кабель.

  

Принцип передачи данных волоконно-оптическим кабелем.

Все стандартные кабели передают бинарные данные с помощью электрических импульсов. И только воло­конно-оптический кабель, используя тот же принцип, передает данные с помощью световых импульсов.  Источник  света посылает данные по волоконно-оптическому «каналу», а принимающая сторона должна преобразовать полученные данные в необходимый формат.

Одномодовый и многомодовый кабель.

   В относительно тонком волоконно-оптическом канале свет будет распространяться вдоль продольной оси канала. В  физике этот эффект упоминается в следующей формулировке — «импульсы света

распространяются в осевом (аксиальном) направлении». Именно это и происходит в одномодовом кабеле (см. рис. 5).

   Однако преимущества этого типа передачи ограничены. С целью устранения подобных ограничений ста­ли выпускать толстый кабель. Но тут возникла другая проблема — лучи света имеют свойство входить в канал под различными углами и проходить кабель, отражаясь от стенок сердечника. В результате вошедшие в канал под различными углами волны проходят различное расстояние и прибывают к получателю в раз­ное время. Этот эффект, проиллюстрированный на рисунке 6, получил название модальной дисперсии (modal dispersion).

 

Принцип работы волоконно оптического кабеля.

  

Рис. 5. Распространение  света  по одномодовому пути в тонком кабеле.

  

Рис. 6. Модальная дисперсия неаксиальных  лучей в толстом кабеле.

 

Чем больше количество мод света в канале, тем уже полоса пропускания. В дополнение к тому, что раз­личные импульсы достигают получателя практически одновременно, усиление дисперсии приводит к нало­жению  импульсов и  введению получателя в «заблуждение». В результате снижается общая пропускная способность. Одномодовый кабель передает только одну моду световых импульсов. Скорость передачи данных при этом достигает десятков гигабит в секунду. Одномодовый кабель в состоянии поддерживать несколько гигабитных каналов одновременно, используя для этого световые волны разной длины. Следовательно, про­пускная способность многомодового волоконно-оптического кабеля ниже, чем у одномодового. Простейший  способ уменьшения  дисперсии — нивелирование (grading) волоконно-оптического кабеля. В результате лучи света синхронизируются таким образом, что дисперсия на стороне приемника уменьша­ется. Дисперсия также может быть уменьшена путем ограничения количества длин световых волн. Оба ме­тода позволяют в некоторой степени уменьшить дисперсию, но не в состоянии привести скорость передачи данных в соответствие с одномодовым волоконно-оптическим кабелем.    Широко  используется многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125. Обозначение «62,5» соответствует диаметру сердечника, а обозначение «125» — диаметру плакирования (все величины приве­дены в микронах). Из одномодовых распространены кабели с маркировкой 5-10/125. Ширина полосы про­пускания обычно приводится в МГц/км. Хорошей моделью взаимоотношений полосы пропускания и дальности передачи служит резиновый жгут — с увеличением расстояния полоса пропускания сужается (и наоборот). В случае передачи данных на расстояние 100 метров полоса частот многомодового кабеля составляет 1600 МГц при длине волны 850 нм. Аналогичная характеристика одномодового кабеля составляет приблизительно 888 ГГц.

 

Скорость оптоволокна на расстоянии 100 км. Оптическое волокно (оптоволокно)

Среди интернет-пользователей не утихают споры о том, какой кабель лучше использовать для выхода во всемирную сеть: оптоволокно или витую пару. Сторонники применения оптоволоконного кабеля говорят о его надежности, скорости и стабильности. Так ли это на самом деле?

Существует два вида кабеля, с помощью которых провайдеры выполняют подключение интернета и телевидения: оптоволоконный кабель и витая пара. Абоненты Baza.net подключены именно с помощью витой пары.

Конструкция данного кабеля довольно проста. Она представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Такой кабель можно разместить в квартире, как вам удобно. Например, под плинтусом. А устранение повреждений витой пары не займет большого количества времени.

С волоконно-оптическим кабелем совсем другая ситуация. Внутри него находится много элементов: стеклянные волокна, пластиковые трубки, трос из стеклопластика. Его нельзя так же свободно сгибать, иначе кабель может переломиться и в результате сигнал пропадет. Чтобы устранить повреждение в оптоволокне, необходимо будет вызывать специалиста с дорогостоящим оборудованием.

Кроме того, ремонт и замена оптоволокна может «влететь в копеечку».

На конце каждого кабеля находится коннектор. У витой пары это пластиковый наконечник, похожий на тот, что вставляется в стационарный телефон. Важно отметить, что этот коннектор универсален и подойдет практически к любой сетевой плате. Вы можете вставить его в ноутбук, Wi-Fi-роутер или в игровую консоль.

У оптоволокна другой коннектор, для которого необходимо будет приобрести специальный оптический терминал. Удовольствие не из дешевых, да и модельный ряд ограничен всего несколькими вариантами.

Конечно, максимально возможная скорость передачи данных через оптоволокно выше, чем через витую пару. Но стоит отметить, что вы навряд ли почувствуете эту разницу в скорости. Дело в том, что каждое устройство, будь то W-Fi-роутер, домашний компьютер или ТВ-приставка, имеет свой сетевой адаптер. Если ваше устройство было выпущено несколько лет назад, то его максимальная пропускная способность составляет только 100 Мбит/c, в то время как в новых устройствах она по умолчанию позволяет разогнаться до 1 Гбит/с. В таком случае, даже если вы провели оптоволокно, но выходите в интернет со старой модели ноутбука, вы не сможете получите скорость выше, чем 100 Мбит/с.

Мы решили проверить, какая максимальная скорость необходима рядовому пользователю для комфортного времяпрепровождения в интернете.

В качестве теста мы просматривали видео на Youtube в максимально высоком качестве, запускали онлайн-игры, слушали музыку из сети и скачивали файлы с различных ресурсов. Несмотря на то, что в офисе скорость интернета достигает 1 Гбит/с, ни одна из этих задач не потребовала больше, чем 72 Мбит/с.

Если говорить откровенно, то использование оптоволокна в квартире не нужно никому. Да и пользователи сами не знают, зачем им нужна такая скорость.

Специалисты со всего заявляют, что оптоволоконная сеть останется невостребованной еще минимум десяток лет. В данный момент практически не существует интернет-ресурсов, для которых вам нужна скорость выше 70-100 Мбит/с. Даже если в будущем и появятся страницы, с которыми не справится витая пара, мы сможем в минимальные сроки заменить оборудование на более актуальное и будем предоставлять доступ через волоконно-оптический кабель.

На самом деле вы и так выходите в интернет через оптоволоконный кабель.

Как провайдер, мы проводим оптоволокно до каждого многоквартирного дома, а уже дальше выполняем подключение интернета в каждую отдельную квартиру посредством витой пары.

Проведя ряд исследований, мы пришли к выводу, что стабильность передачи данных с помощью обоих типов кабеля абсолютно идентична и никаким образом не зависит от их пропускной способности.

Так что же выбрать?

Вывод напрашивается сам. Витая пара дешевле и доступнее, чем оптоволоконный кабель, который не имеет преимуществ в использовании для обычного пользователя. Уважаемые друзья, тщательно выбирайте провайдера и всегда вспоминайте данную статью перед тем, как отдать предпочтение тому или иному способу подключения интернета.

Оптические технологии передачи данных стали прорывом в области телекоммуникаций и сетей передачи данных, требующих высокой скорости передачи. За последние несколько лет исследования привели к появлению систем, которые способны передавать данные на скорости 10 Гб/с и выше. Одним из основных преимуществ оптического кабеля является его способность передавать высокоскоростные оптические сигналы на большие расстояния. Эта статья посвящена оптическому кабелю, принципам, на которых он работает, а также основным блокам систем передачи данных по оптоволокну.

Волоконно-оптические технологии просто используют свет для передачи данных. Использование оптического кабеля началось примерно с 1970 года, когда удалось снизить издержки на производство оптического кабеля и связанных с этим затрат.

Использование оптического кабеля

Волоконно-оптические кабели используются в широком спектре приложений: начиная от медицинского зондирования, заканчивая высокоскоростными сетями передачи оборонных данных. Передача данных осуществляется с помощью оптических передатчиков, передающих высокоскоростные сигналы специальным оптическим приемникам. При этом происходит преобразование цифровых сигналов в оптические и наоборот. Скорость передачи данных по оптическому кабелю достигает 10 Гб/с.

На сегодняшний день существует два типа оптического кабеля: одномодовый (SM) и многомодовый (MM). В последнее время все чаще слышны заявления о том, что многомодовый является более перспективным, обеспечивая более чем стократное превосходство по производительности относительно одномодового оптического кабеля.

Самое активное использование оптического кабеля происходит в телекоммуникационной отрасли. Изначально телефонные компании использовали оптический кабель для передачи больших объемов голосового трафика между центральными телефонными станциями. С 1980-х годов телефонные компании приступили к развертыванию оптических сетей повсеместно.

Пропускная способность оптического кабеля является его наиболее важной и значимой характеристикой. Чем больше полоса пропускания, тем выше скорость передачи и тем больше трафик. Медь имеет весьма ограниченную полосу пропускания и серьезные ограничения на длину кабеля, что делает медную пару менее приемлемой для передачи высокоскоростных сигналов на большие расстояния.

Использование оптического кабеля дает следующие преимущества:

• Высокая полоса пропускания для передачи голоса или видеоизображения.
• Оптические волокна могут нести в тысячи раз больше информации, чем медная проволока. Например, всего одна прядь волокна может передавать все телефонные разговоры Америки в час пик.
• Оптический кабель легче чем медь примерно в 10 раз.
• Низкие потери. Чем выше частота сигнала, тем больше потерь в медной паре. Потери сигнала в оптическом кабеле одинаковы на всех частотах, за исключением сверхвысоких частот.
• Надежность — оптический кабель более надежен и имеет большее время жизни, чем медный кабель.
• Защищенность — оптические волокна не излучают электромагнитных полей, нечувствительны к помехам.

Физический механизм передачи оптических сигналов

В современном приложении оптические кабели подразделяются на многомодовые (MM) и одномодовые (SM), однако и те и другие базируются на одних и тех же принципах. Передача сигнала по оптическому кабелю возможна благодаря явлению, которое называется полным внутренним отражением. Благодаря этому возможна передача оптического сигнала на высокой скорости на большие расстояния.

Одномодовый оптический кабель или многомодовый?

SM и MM кабели различаются по своим размерам, что в свою очередь, влияет на проходящий по оптоволокну сигнал. SM кабели используют толщину основного волокна от 8 до 10 микрон, что позволяет передавать только одну длину волны. MM кабели, напротив, используют более толстое основное волокно примерно 50-60 микрон, что позволяет передавать несколько длин волн одновременно. В SM кабелях меньше величина затухания, что дает возможность использовать их на больших расстояниях. MM кабель позволяет передавать больше данных. Т.о. MM кабель обычно используется на небольших расстояниях, там где необходимо передавать данные с большой скоростью, например в системах хранилищ данных.

Строительные блоки волоконно-оптических систем

Типичная схема оптоволоконной системы состоит из передатчика, оптического кабеля и приемника. Передатчик преобразовывает цифровые электрические сигналы в оптические, которые дальше передаются по оптическому кабелю, обеспечивая высокую скорость передачи и независимость от электромагнитных помех.
Оптический кабель состоит из оптического волокна и двух разъемах на концах, обычно ST, SC, или FC, в зависимости от конфигурации приемника и передатчика.

Оптическое волокно состоит из центрального волокна толщиной несколько микрон, оболочки, которая обеспечивает полное оптическое отражение сигнала и внешней оплетки, которая обеспечивает защиту и идентификацию оптического кабеля.

Таким образом, строительство и эксплуатация волоконно-оптических систем является аппаратно-ориентированной на передачу сигнала на большие расстояния. Зачастую задача именно так и ставится: с помощью оптического кабеля передать с низким затуханием высокоскоростной сигнал на большое расстояние с приемлемым уровнем финансовых затрат.

Конструкция оптического кабеля

состоит из нескольких элементов. Оптический кабель состоит из нескольких элементов: из сердцевины, облицовки и внешнего покрытия. В основе оптического кабеля лежит сердцевина, по которой происходит передача световых сигналов. В основе сердцевины лежит кремний и германий. Оболочка, окружающая сердцевину оптического кабеля состоит из кремния и имеет коэффициент преломления несколько ниже центральной сердцевины. Показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в материале. Скорость света в вакууме равна 300 000 000 метров в секунду. Чем выше показатель преломления, тем ниже скорость света в материале. Например, коэффициент преломления света в чистом воздухе равен 1, что означает скорость света в воздухе 300 000 км/c. Коэффициент преломления в стекле 1,5, что означает скорость света в стекле 200 000 км/c.

Несколько слоев буферных обшивок защищают центральную жилу. Защита служит для уменьшения физических нагрузок на кабель, таких как растяжение, изгиб и т.п. Наружная оплетка защищает от внешних воздействий, таких как экологические (температура, влажность, агрессивная среда).

Для соединения оптического кабеля наиболее часто используется SC коннекторы. SC коннектор обеспечивает наибольшую плотность упаковки. Системные администраторы должны учитывать особенности оптического кабеля и активного оборудования для выбора соответствующего типа коннектора.

Типы оптического кабеля

Одномодовый оптический кабель имеет очень маленькую сердцевину как правило 8-10 микрон, что позволяет передавать световые сигналы без устройств повторения на расстояния до 80 км, в зависимости от типа оборудования. SC оптический кабель обладает огромным информационным потенциалом из-за того, что имеет практически неограниченную пропускную способность.

Многомодовый может передавать несколько световых волн, он имеет более толстую сердцевину размером около 50 или 62,5 микрон. Из-за дисперсии многомодовый оптический кабель имеет большее затухание.

Оптика

Любая оптическая система состоит из трех компонентов: передатчика, среднего (волокно кабеля) и приемника. Передатчик преобразует электрические сигналы в свет и направляет его по волокну. Приемник получает световой сигнал и преобразует его в электрический
сигнал. Существуют два вида передатчиков: лазерного диод либо светодиод.

Выходная мощность передатчика указывает на количество энергии, излучаемой в определенный квант времени. Чем выше мощность, тем больше расстояние передачи сигнала. Передатчик имеет возможность изменять скорость передачи для удовлетворения потребности в пропускной способности системы. Диапазон длин волн, излучаемых источником сигнала находится в спектральной ширине.

Приемопередатчики отличаются чувствительностью к состоянию окружающей среды. Лазерный диод требует стабильного напряжения и температуры. Светодиоды являются менее чувствительны к колебаниям окружающей среды. Лазерные диоды являются более дорогостоящими. Светодиодные оптические источники имеют меньшее время жизни, но их легче устанавливать и они более экономичные.

Заключение

Несмотря на то, что развитие использования оптического кабеля началось в телекоммуникационной среде, сегодня это уже обычное дело. Многие компании и промышленные предприятия воспользовались оптоволоконными системами для увеличения производительности своих . Один из вопросов, с которым сталкиваются некоторые предприятия заключается в том, чтобы подключить к оптоволоконной системе имеющееся оборудование и инфраструктуру без дорогих обновлений. Используя медиаконвертеры, позволяющие соединять обычные сетевые каналы на базе медной витой пары и оптоволокна, возможно подключить практически любое сетевое оборудование. Медиаконвертеры предназначены для облегчения перехода на использование оптического кабеля, сводя к минимуму затраты на устранение возникающих проблем.

Внимание! Копирование и перепечатка информации с этого сайта запрещены без письменного согласия администрации.

На сегодняшний день широкое распространение при создании телекоммуникационных сетей получил оптический кабель. В его характерные особенности включены такие показатели, как:

• высокая скорость передачи данных;
• отсутствие восприимчивости к различным помехам;
• по сравнению с медными кабелями, малый вес и габаритные размеры;
• высокая продолжительность срока эксплуатации;
• возможность увеличения расстояния между передающими устройствами до 800 км.

Пожалуй, единственными недостатками, которые можно выделить при создании сети из оптоволокна — высокая стоимость материалов и оборудования, трудоемкий процесс монтажа кабеля, связанный с необходимостью проведения сварочных работ при прокладке основных магистралей.

Конструкция оптического кабеля

• 1 — центральный силовой элемент
• 2 — оптические волокна
• 3 — пластиковые трубочки-модули
• 4 — плёнка
• 5 — тонкая внутренняя оболочка из полиэтилена
• 6 — кевларовые нити или броня
• 7 — внешняя толстая оболочка из полиэтилена

Пропускная способность оптоволокна

За последние несколько десятков лет пропускная способность волоконно-оптического кабеля значительно увеличилась. При этом разработки по усовершенствованию одной из передовых технологий передачи данных не прекращается даже на минуту. В сущности, скорость передачи сигнала во многом зависит от расстояния между оборудованием, типа волоконного носителя и количества соединительных стыков в магистралях.

К примеру, использованный при построении внутренней сети (между серверами данных) многомодовый оптический кабель на расстоянии приблизительно в 200 метров способен обеспечить скорость до 10 Гбит/с.

Для прокладки внешних коммуникаций, где расстояние между передатчиками может достигать нескольких десятков километров применяется одномодовое оптоволокно. Структура такого кабеля позволяет развивать скорость потока более 10 Гбит/с. Правда, это далеко не предел возможности оптики. С увеличением потребительского спроса возникнет необходимость наращивать мощность оборудования и даже замена техники, позволяющая добиться скорости передачи данных на уровне 160 Гбит/с не способна использовать потенциал носителя в полной мере.

Виды оптоволоконного кабеля

По своей структуре оптоволоконный кабель делится на две категории:

• многомодовое;
• одномодовое.

Многомодовый оптический кабель хорошо зарекомендовал себя как проводник, передающий сигнал на малые расстояния. В первую очередь, это обусловлено структурой самого волокна, в названии которого слово «много» означает далеко не то, что принято считать хорошим показателем. Рекомендованное расстояние, при прокладке многомодового кабеля, от передающего устройства и до пользователя должно составлять не более одного километра. На этой дистанции проводник показывает великолепные способности по передаче светового потока практически без потерь и способен обеспечивать скорость до 10 Гбит/с. Таким образом, его можно использовать при построении сети в маленьком районе или же как оптический кабель для внутренней прокладки.

Одномодовый оптический кабель в первую очередь предназначен для передачи данных на большие расстояния, которые могут исчисляться в десятках, а то и сотнях километров. По своей структуре такой тип волокна обладает более лучшими качествами и способен поддерживать постоянную высокую скорость потока информации практически без затухания в оптическом кабеле. Таким образом, пропускная способность одномодового оптического носителя лимитируется непосредственно передающими устройствами и, при установленном мощном оборудовании, может достигать нескольких Тбит/с.

Необходимое оборудование для передачи информации по оптоволоконному кабелю

На сегодняшний день оптоволоконные сети получили широкое распространение среди компаний, предоставляющих своим абонентам доступ к интернету. При этом, для осуществления передачи данных, если не считать промежуточных муфт и прочего сопутствующего оборудования, используется следующая техника:

со стороны провайдера: — специальное оборудование DLC, известное также под названием мультиплексор. Оно позволяет производить передачу данных по волоконно-оптическому кабелю на значительные расстояния с постоянно поддерживаемой высокой скоростью.

со стороны абонента: — роутер ONT, который является оконечным клиентским оборудованием и позволяет обеспечить доступ к интернету через оптоволоконную сеть. Позволяет осуществлять доступ на скорости до 2.5 Гбит/с.

xn—-etbqnigrhw.xn--p1ai

26 терабит/с по оптоволокну одним лазером

Группа немецких инженеров под руководством профессора Вольфганга Фройде (Wolfgang Freude) из университета Карлсруэ применила в оптоволокне технику OFDM (ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием), которая широко используется в беспроводной связи (802.11 и LTE), цифровом телевидении (DVB-T) и ADSL.

В оптоволокне использовать OFDM сложнее, ведь тут нужно разделить на поднесущие световой поток. Раньше единственным способом сделать это было использование отдельного лазера для каждой поднесущей. Сравнение разных видов мультиплексирования

Для вещания на каждой частоте используется отдельный лазер и отдельный приёмник, так что в одном оптоволоконном канале одновременно могут передавать сигнал сотни лазеров. По словам профессора Фройде, общая пропускная способность канала ограничена только количеством лазеров. «Уже был проведён эксперимент и продемонстрирована скорость 100 терабит/с», — сказал он в интервью BBC. Но для этого пришлось использовать около 500 лазеров, что само по себе очень дорого.

Фройде с коллегами разработали технологию передачи по оптоволокну более 300 поднесущих разного цвета одним-единственным лазером, который работает короткими импульсами. Здесь проявляется интересный феномен под названием оптический частотный гребень. Каждый маленький импульс «размазывается» по частотам и времени, так что приёмник сигнала с помощью хорошего тайминга теоретически может обработать каждую частоту по отдельности.

После нескольких лет работы немецким исследователям всё-таки удалось найти правильный тайминг, подобрать подходящие материалы и осуществить на практике обработку каждой поднесущей с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Преобразование Фурье — операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты при разложении исходной функции на элементарные составляющие — гармонические колебания с разными частотами.

БПФ идеально подходит для разложения света по поднесущим. Оказалось, что из обычного импульса можно извлечь в совокупности около 350 цветов (частот), и каждый из них используется в качестве отдельной поднесущей, как и в традиционной технике OFDM. В прошлом году Фройде с коллегами провели эксперимент и на практике показали скорость 10,8 терабит/с, а сейчас ещё больше усовершенствовали точность распознавания частот.

По словам Фройде, разработанная им технология тайминга и БПФ вполне может быть реализована в микросхеме и найти коммерческое применение.

Метки:

habrahabr.ru

Оптоволокно

1. Что означают термины «терминирование» кабельной системы и «сплайсирование» оптоволоконного кабеля? Терминирование — процедура соединения кабеля, провода или волокна с коммутационным оборудованием. Сплайсирование – механическое сращивание концов волокон друг с другом при помощи муфты-зажима (сплайса). 2. Поясните понятия «базовые параметры» кабельной системы и

«затухание оптоволоконного кабеля»? Затухание – процесс ослабления светового потока в оптическом волокне. Факторы, вызывающие затухание могут быть различными: — затухание, вызванное поглощением света. Определяется как превращение светового импульса в тепло, связанное с резонансом в материале волокна. Существуют внутренние поглощения (связано с материалом волокна) и внешние поглощения (наличие микропримесей). Оптические волокна, производимые в настоящее время, имеют очень малое количество микропримесей, поэтому внешними поглощениями можно пренебрегать. — затухание света в оптическом волокне, вызванное рассеиванием излучения. Рассеивание является одним из основных фактором затухания света в волокне. Этот вид затухания, прежде всего, связан с наличием примесей в оптическом волокне, а также с дефектами сердцевины оптического волокна. Наличие подобных включений, приводят к тому, что световой поток, распространяясь по оптическому волокну, откланяется от правильной траектории, вследствие чего происходит превышение угла преломления и выходу части светового потока через оболочку. Также наличие посторонних примесей приводит к частичному отражению светового потока в обратную сторону, так называемый эффект обратного рассеивания; — затухание света, связанного с изгибами оптического волокна, существует два типа изгибов: 1. Микроизгиб, этот вид изгиба вызван микроскопическими изменениями геометрических параметров сердечника волокна в результате производства. 2. Макроизгиб, вид вызван большим изгибом оптического волокна, который превышает минимальный радиус, при этом происходит частичный выход света из сердцевины волокна. Радиус изгиба, при котором световой импульс распространяется без каких-либо искажений, равен 10 сантиметрам (для одномодовых волокон). Увеличение минимального радиуса изгиба приводит к повышению эффекта рассеивания. Факторами необходимыми для определения полного коэффициента затухания являются: потери ввода и вывода оптического сигнала, потери поглощения и рассеивания, потери изгиба и потери на механических соединителях. Коэффициент затухания определяется как отношение мощности введенной в оптическое волокно к мощности принятой из волокна оптического сигнала. Измеряется в децибелах (дБ). 3. Опишите конструкцию и характеристики одномодового оптоволоконного кабеля. Оптоволоконный кабель представляет собой тонкие светопроводящие стеклянные или пластиковые сердечники в стеклянной же светоотражающей оболочке, заключенной в защитную оплетку. Одномодовое волокно — (singlemode) SM, 9-10/125 мкм, то есть 9-10 микрометров – диаметр сердечника, 125 мкм – диаметр оболочки. Передается световой пучок с длинами волн 1300 и 1550 нм и с затуханием 1 Дб/км. 4. Опишите конструкцию и характеристики многомодового оптоволоконного кабеля. многомодовое волокно — (multimode) ММ, 62,5/125 и 50/125 мкм: диаметр сердечника составляет 62.5 или 50 микрометров. Передается световой пучок с длинами волн 850 и 1300 нм и с затуханием 1,5-5Дб/км.

5. Какие стандарты на оптоволокно должны использоваться

администратором системы при организации оптоволоконной

кабельной системы? В настоящее время определены такие соответствия рекомендации IEC 60793 и рекомендации МСЭ-Т (ITU-T) с добавлением длины волны определённого типа оптоволокна:

Тип B1.1 соответствуют ITU-T G652 (a, b) с длиной волны 1,31 мкм и ITU-T G654a с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B1.2 b соответствует ITU-T G654 (b) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B1.2 c соответствует ITU-T G654 (c) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B1.3 соответствует ITU-T G652 (c, d) с длиной волны 1,31 мкм;

Тип B2 соответствует ITU-T G.653 (a, b) и ITU-T G.655 (a,b) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B4 c соответствует ITU-T G.655 (c) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B4 d соответствует ITU-T G.655 (d) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B4 e соответствует ITU-T G.655 (е) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B5 соответствует ITU-T G.656 с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B6 a соответствует ITU-T G.657 A1/2 длиной волны 1,31 мкм;

Тип B6 b соответствует ITU-T G.657 В2/3 длиной волны 1,31 мкм.

6. Какие стандарты администрирования кабельных систем должен

применять администратор системы? Создание кабельных систем основывается на множестве

стандартов. Приведем основные стандарты, необходимые для

высокоскоростной передачи данных и обязательные д л я со блюдения

службами администратора системы.

EIA/TIA 568 — стандарт создания телекоммуникаций служебных

и производственных зданий, планирование кабельных

систем зданий, методика построения системы телекоммуникаций

служебных и производственных зданий.

EIA/TIA 569 — стандарт, описывающий требования к помещениям,

в которых устанавливается структурированная кабельная

система и оборудование связи.

EIA/TIA 606 — стандарт администрирования телекоммуникационной

инфраструктуры в служебных и производственных

EIA/TIA 607 — стандарт, устанавливающий требования к

инфраструктуре телекоммуникационной системы заземления

и выравнивания потенциалов в служебных и производственных

Возможно использование стандартов не EIA/TIA, а стандартов

на построение структурированных кабельных систем ISO.

ISO 11801 — стандарт на структурированные кабельные системы

общего назначения в зданиях и кампусах. Он фун кц ионально

аналогичен стандарту EIA/TIA 568. 7. Какие функции выполняют системы администрирования кабельной

системы? Приведите пример реализации. Поиск неисправностей в сети — достаточно сложный процесс,

а процедура регистрации изменений состояния соединений

вручную так же сложна и ненадежна. Поэтому чаще всего

и сетях применяют системы администрирования кабельных

систем, позволяющие следить за работоспособностью системы

и ее отдельных компонентов и устранять неполадки в минимально

короткие сроки. 8. Перечислите подсистемы кабельной системы здания и их функции.

Подсистема рабочего места. Подсистема рабочего места предназначена для подключения конечных потребителей (компьютеров, терминалов, принтеров,телефонов и т. д.) к информационной розетке. Включает в себя коммутационные кабели, адаптеры, а также устройства позволяющие подключать оконечное оборудование к сети через информационную розетку. Работа СКС, в конечном итоге, обеспечивает работу именно подсистемы рабочего места.

Горизонтальная подсистема. Горизонтальная подсистема покрывает пространство между Информационной розеткой на рабочем месте и горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу. Она состоит из горизонтальных кабелей, информационных розеток и части горизонтального кросса, которая обслуживает горизонтальный кабель. Каждый этаж здания рекомендуется обслуживать своей собственной Горизонтальной подсистемой. Все горизонтальные кабели, независимо от типа передающей среды, не должны превышать 90 м на участке от информационной розетки на рабочем месте до горизонтального кросса. На каждое рабочее место должно быть проложено как минимум два горизонтальных кабеля.

Магистральная подсистема. Магистральная подсистема соединяет главный кросс в аппаратной с промежуточными кроссами и с горизонтальными кроссами. Магистральная подсистема должна включать в себя кабель, установленный вертикально между этажными кроссами в многоэтажном здании, а также кабель, установленный горизонтально между кроссами в протяженном здании.

Подсистема оборудования. Подсистема оборудования состоит из электронного оборудования связи коллективного (общего) использования, расположенного в аппаратной или в телекоммуникационном шкафу, и передающей среды, необходимой для подключения к распределительному оборудованию, обслуживающему горизонтальную или магистральную подсистемы.

Магистраль комплекса зданий. Когда кабельная система охватывает более одного здания, компоненты, обеспечивающие связь между зданиями, составляют Магистраль комплекса зданий. Эта подсистема включает в себя среду, по которой осуществляется передача магистральных сигналов, соответствующее коммутационное оборудование, предназначенное для терминирования данного типа среды, и устройства электрической защиты для подавления опасных напряжений при воздействии на среду грозового и/или высоковольтного электричества, пики которых могут проникать в кабель внутри здания.

Административная подсистема. Административная подсистема объединяет вместе, перечисленные выше подсистемы. Состоит из коммутационных кабелей, с помощью которых производится физическое соединение различных подсистем, и маркировки для идентификации кабелей, коммутационных панелей и т. д

9. Перечислите характеристики кабельной системы кампуса согласно

стандарту TIA/EIA 568. В соответствии с стандартом построения кабельных систем TIA/EIA 568, СКС имеет следующие характеристики: топология любых подсистем — звезда; типы устройств и помещений, соединяющих кабельные подсистемы: горизонтальный клозет и кросс (НС), промежуточный клозет и кросс (1C), главный клозет и кросс (МС) и аппаратная (ER) — помещение для активного сетевого оборудования; число промежуточных клозетов между главным и горизонтальным клозетом — не более 1 клозета; между любыми двумя горизонтальными клозетами — не более 3 клозетов; максимальная длина магистрального сегмента для витой пары — 90 м; не зависит от типа кабеля; максимальная длина магистрального сегмента для оптоволокна зависит от типа кабеля (см.рис)

10. Приведите примеры реализации маркировки кабельной системы согласно стандарту администрирования. ГОСТ Р53246-2008 Маркировка цветовым кодом в зависимости от класса оптического волокна

11. Что представляет собой функциональная схема сети? Когда и как ее

делает администратор системы?

12. Перечислите технические метрики оптоволоконной кабельной

системы. Как провести их коррекцию после отклонений от

номинальных значений? Задержки (Frame Delay Ratio). Задержка — критичный параметр,

имеющий большое значение для приложений, работающих

в реальном масштабе времени. Этот параметр уже рассматривался

как техническая метрика для 100 Base Ethernet.

В документах форума приведен теоретический расчет данного

параметра для Metro Ethernet. На практике достаточно проблематично

сложность современных систем).

Потери фреймов FLR (Frame Loss Ratio). Потери фреймов

Это доля фреймов, не доставленных получателю, от

общего числа переданных фреймов за отчетный период (час,

день, месяц).

Влияние потерь пакетов на пользовательский трафик, как и

задержек, различно и зависит от типа передаваемых данных.

Соответственно потери могут по-разному влиять на качество

обслуживания QoS в зависимости от приложений, услуг

или телекоммуникационных протоколов высокого уровня,

используемых для обмена информацией. Например, потери,

не превышающие 1 %, приемлемы для приложений типа Voice

over IP (VoIP) , однако их увеличение до 3 % делает невозможным

предоставление этого сервиса.

С другой стороны, современные приложения гибко реагируют

на рост потерь, компенсируя его снижением скорости

передачи или применением адаптивных механизмов компрессии

Математические описания FLR также представлены в документах

Вариации задержки FDV (Frame Delay Variations) — это один

из критичных параметров для приложений, работающих в режиме

реального времени.

FDV определяется как разница в задержке нескольких выбранных

пакетов, отправленных от одного устройства к другому. Эта метрика применима только к успешно доставленным

пакетам за некий интервал времени. Ее математические рас

четы приведены в документах форума.

Пропускная способность капала. Полоса пропускания канала

является теоретическим максимумом возможной передаваемой

информации и очень часто это понятие при измерениях

заменяют понятием пропускной способности канала,

которое отражает реальную возможность среды, т. е. объем

данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени.

Пропускная способность не является пользовательской характеристикой,

так как она характеризует скорость выполнения

внутренних операций сети — передачи пакетов данных между

узлами сети через различные коммуникационные устройства.

Процент использования полосы пропускания канала в единицу

времени называют утилизацией канала. Утилизацию ка нала

также часто используют как метрику. Пропускная способность

измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах

в секунду. Пропускная способность может быть мгновенной,

средней и максимальной.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления

общего объема переданных данных на время их передачи,

причем выбирается достаточно длительный промежуток времени

Час, день или неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней

пропускной способности тем, что для усреднения выбирается

очень маленький промежуток времени, например 10 мс или 1 с.

Максимальная пропускная способность — это наибольшая

мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение

периода наблюдения.__

13. Какие бизнес-метрики использует администратор системы при

эксплуатации кабельной системы? Существуют три основные бизнес-метрики работы ИС.

Ожидаемое время восстановления системы MTTR (Mean

Time to Restore). Эта метрика задается бизнес-подразделениями

компании службам администратора системы. Есть виды бизнеса,

которые могут просуществовать без ИС только несколько

минут, а затем цена простоя за минуту станет критически

Другие виды бизнеса могут ждать восстановления системы

несколько дней без финансовых потерь. Это критическая

метрика д ля планирования процедуры восстановления. Стоимость

по применению превентивных мер д ля восстановления

системы растет в геометрической прогрессии в зависимости от

значения MTTR. Время бесперебойной работы системы — метрика, характеризующая

время работы системы. Эта метрика похожа на метрику

MTBF, обсуждавшуюся в главе 8, но учитывает не только

технические проблемы, а и проблемы сопровождения сети. Она

используется для измерения надежности и стабильности сети и

отображает время, которое сеть работает без сбоев или необходимости

перезагрузки в целях администрирования или обслуживания.

Надежность системы иногда измеряют в процентах (обычно

не менее 99%). Слишком высокое ее значение может означать недостаточную

квалификацию администратора системы, так как

часть процессов требует регламентной остановки и перезагрузки.

Ожидаемое время между отказами MTBF (Mean Time Between

Failures), или наработка на отказ, — это метрика работы

оборудования, задаваемая производителем. Так как современное

компьютерное оборудование работает достаточно надежно

(очень часто производителем дается пожизненная гарантия),

то часть производителей не приводит эту метрику в своей технической

документации. Администратору системы следует

в этом случае брать ее из публикуемых аналитических данных

по данному виду оборудования.

Время подъема системы Uptime — это результирующая

метрика, которая говорит о том, сколько времени пользователь

не пользуется ИС из-за проблем диагностики ошибки и

восстановления системы, т. е. это совокупность времени для

поиска ошибок, их диагностики, времени восстановления и

запуска ИС в промышленном режиме. Эта метрика задается

бизнес-подразделениями службам администратора системы в

SLA. Определяется она исходя из финансовых возможностей

предприятия и, соответственно, его оснащенностью средствами

диагностики и восстановления. Для служб администратора

системы эта метрика является отчетной и определяет их возможность

поддерживать ИС в работоспособном состоянии. Доступность услуги (Service Availability) оказывает прямое

влияние на фактическое качество услуги, потребляемой

пользователем. Существуют три наиболее важных критерия,

определяющих доступность услуги: время внедрения услуги

(Service Activation Time), доступность соединения (Connection

Availability), время восстановления услуги после сбоя (Mean

Time to Restore Service — MTTR).

Время внедрения услуги — это время, которое проходит с

момента заказа пользователем нового сервиса (или модификации параметров существующего сервиса) до момента, когда

услуга будет активизирована и доступна пользователю. Время

инсталляции может занимать от нескольких минут до нескольких

месяцев. Например, для модификации существующего

сервиса (по запросу пользователя) в целях повышения

его производительности может потребоваться прокладка

волоконно-оптического кабеля до места расположения пользователя,

что потребует продолжительного времени.

Доступность соединения определяет, насколько долго пользовательское

соединение соответствует параметрам контракта.

Обычно значение этого параметра в описании сервиса указывается

в процентах (иногда в минутах). Доступность соединения

вычисляется как процент времени, в течение которого

пользовательское соединение находилось в полностью работоспособном

состоянии (пользователь принимал и передавал

данные), от общей продолжительности отчетного периода.

Поставщик услуги (например, оператор связи) обычно исключает

из времени простоя период проведения регламентных

работ, поскольку о предстоящей профилактике пользователь

оповещается заранее.

Время восстановления услуги после сбоя определяется как

ожидаемое время, необходимое для восстановления нормального

функционирования услуги после сбоя. Эта метрика уже

обсуждалась в главе 8. Дополнительно отметим некоторые ее

особенности. Большинство сетей обеспечивают некоторый

уровень избыточности с автоматическим восстановлением

услуги при возникновении сбоев или неисправностей. Для

подобных ситуаций оператор связи выставляет MTTR, равным

нескольким секундам или даже миллисекундам. Если

требуется вмешательство технического персонала, это время

принимается обычно равным нескольким минутам, реже —

14. Какие службы администратора системы должны быть

задействованы в процессе восстановления оптоволоконной

кабельной системы?

15. Какие работы по восстановлению оптоволоконной кабельной

системы и в каком случае администратор системы отдаст

аутсорсинговой компании?

16. Приведите пример применения базовой модели поиска ошибок

администратором системы при «медленной» работе оптоволоконной

кабельной системы.

studfiles.net

Оптоволоконный кабель — от выбора до использования

Оптоволоконний кабель — не только товар, который можно купить на сайте компании «Финфорт-Интертрейдинг», это прежде всего составляющий компонент для построения надёжной, безотказной сети Интернет.

Оптоволокно передаёт данные с очень высокой скоростью. С каждой новой модернизацией повышается не только качество, но и объём передаваемой информации. Пропускная способность оптоволоконного кабеля уже измеряется в Тбит/с. Но и это ещё не предел — есть возможность для многократного увеличения пропускной способности.

Как выбрать оптоволоконний кабель?

На оптоволокно есть много спецификаций, которые охватывают разные аспекты, такие как размеры, пропускная способность, прочность, радиус изгиба, выбор коннекторов и даже цвет защитной оболочки, которая предохраняет кабель от повреждения.

Из основных параметров, которые нужно знать, стоит выделить длину оптоволокна, диаметр, пропускную способность оптоволоконного кабеля, окно прозрачности, затухание сигнала.

Будете заказывать кабель на сайте «Финфорт-Интертрейдинг», всегда берите с запасом — вдруг потребуется перестановка оборудования в пределах помещения, дополнительные метры или целая катушка никогда не помешают!

Для подсоединения оптоволоконного кабеля к оборудованию нужны оптические коннекторы. Самыми популярными являются SC и ST коннекторы. Все виды соединителей для кабелей есть на странице с товарами сайта «Финфорт-Интертрейдинг» — выбирайте подходящие!

Выбрать и купить оптоволоконный кабель на сайте компании «Финфорт-Интертрейдинг» не составит труда. Вот чего вы можете не знать, так это некоторые нюансы, на которые редко кто обращает внимание.

Никогда не смотрите непосредственно в разрез оптоволокна. Оптическая энергия, которая передаётся через кабель, не видима для глаз, но она способна необратимо повредить сетчатку.

Осторожно проводите сращивание волокон. Обрезки оптоволокна — крохотные, почти невидимые острые стёклышки, которые могут повредить кожу рук или попасть в глаза. Чтобы собрать осколки, воспользуйтесь скотчем.

Проследите за тем, чтобы количество волокон в кабеле одной сети (снаружи и внутри здания) максимально совпадало.

Во время прокладки оптоволокна тестируйте и документируйте такие данные, как затухание каждого волокна. Составьте описание мощности оптического излучения при передаче и при приеме, укажите оптические потери, местоположение патч-панели, тип коннектора для каждого соединения.

Конечно, это далеко не вся информация о оптоволоконных кабелях. Подробные технические характеристики описаны на сайте компании «Финфорт-Интертрейдинг» в разделе с товарами. Заходите, выбирайте, заказывайте!

Большинство технических специалистов, работающих с оптоволокном, знают об отличии многомодовых волокон от одномодовых. Но не все информированы о характеристиках оптических волокон и о протоколах передачи информации по ним. В статье приведены описания конкретных характеристик оптоволокон и протоколов передачи Ethernet, вызывающих, иногда, противоречивые толкования.

Характеристики оптических волокон

Пожалуй, не найдется специалиста-кабельщика, работающего с оптическим волокном, который не знал бы отличие многомодовых волокон от одномодовых. Мы не собираемся повторять прописные истины в данной статье. Остановимся на конкретных характеристиках оптоволокон, вызывающих, подчас, противоречивое толкование.

Оптические волокна допускают распространение сигналов передачи данных вдоль них при условии, что световой сигнал вводится в волокно под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение на границе раздела двух сред из двух типов стекла, имеющего различные показатели преломления. В центре сердцевины находится особо чистое стекло с показателем преломления 1.5. Диаметр сердцевины находится в пределах от 8 до 62,5 мкм. Окружающее ядро стекло, называемое оптической оболочкой, немного менее свободное от примесей, имеет показатель преломления 1.45. Общий диаметр сердцевины и оболочки находится в пределах от 125 до 440 мкм. Поверх оптической оболочки наносят полимерные покрытия, укрепляющие волокно, защитные нити и внешнюю оболочку.

При вводе оптического излучения в волокно, луч света, падающий на его торец под углом больше критического, будет распространяться вдоль границы раздела двух сред в волокне. Каждый раз, когда излучение попадает на границу между ядром и оболочкой, оно отражается обратно в волокно. Угол ввода оптического излучения в волокно определяется максимально допустимым углом ввода, называемым числовой апертурой или апертурой волокна. Если вращать этот угол вдоль оси сердцевины, формируется конус. Любой луч оптического излучения, падающий на торец волокна в пределах этого конуса, будет передан дальше по волокну.

Находясь внутри сердцевины, оптическое излучение многократно отражаетсяот границы раздела двух прозрачных сред, имеющих различные показатели преломления. Если физические размеры сердцевины оптического волокна существенные, отдельные лучи света будут введены в волокно и, в последующем, претерпевают отражение под разными углами. Поскольку ввод лучей оптической энергии в волокно был осуществлен под разными углами, то и расстояния, которые они проходят, будут также различными. В результате, они достигают приемного участка волокна в разное время. Импульсный оптический сигнал, прошедший по волокну будет расширен, по сравнению с тем, который был отправлен, следовательно, ухудшается и качество переданного по оптоволокну сигнала. Это явление получило название модовой дисперсии (DMD).

Другой эффект, который тоже вызывает ухудшение передаваемого сигнала, получил название хроматической дисперсии . Хроматическая дисперсия обусловлена тем, что световые лучи разных длин волн распространяютсявдоль оптического волокна с различной скоростью. При передаче серии световых импульсов через оптоволокно, модовая и хроматическая дисперсии, в конечном итоге, могут вызвать слияние серии в один длинный импульс, возникновению интерференции бит сигнала и потере передаваемых данных.

Еще одной типичной характеристикой оптического волокна является затухание . Стекло, используемой для изготовления сердцевины оптического волокна (ОВ), является очень чистым, но, все же, не идеально. В результате, свет может поглощаться материалом стекла в оптоволокне. Другими потерями оптического сигнала в волокне могут быть рассеяние и потери, а также затухание от плохих оптических соединений. Потери при соединении оптоволокон могут быть вызваны смещением сердцевин волокна или его торцевых поверхностей, которые не были отполированы и очищеныдолжным образом.

Сетевые протоколы для оптической передачи Ethernet

Перечислим основные протоколы передачи Ethernet по многомодовым и одномодовым оптическим волокнам.

10BASE-FL — 10 Мбит/с передача Ethernet по многомодовому оптоволокну.

100BASE-SX — 100 Мбит/с передача Ethernet по многомодовому ОВ на длине волны850-nm. Максимальное расстояние передачи до 300 м. Большие расстояния передачи возможны при использовании одномодового ОВ. Обратно совместимый с 10BASE-FL.

100BASE-FX — 100 Мбит/с передача Ethernet (Fast Ethernet) по многомодовому ОВ на длине волны 1300-nm. Максимальное расстояние передачи составляет до 400 м для полудуплексных соединений (с обнаружением коллизий) или до 2 км для полнодуплексной связи. Большие расстояния возможны с применением одномодового ОВ. Не обратно совместим с протоколом 10BASE-FL.

100BASE-BX — 100 Мбит/с передача Ethernet по одномодовому ОВ. В отличие от протокола 100BASE-FX, в котором используются два оптоволокна, 100BASE-BX работает по одному волокну с технологией WDM (Wavelength-Division Multiplexing), которая позволяет разделить длины волн сигнала на приеме и передаче. Для передачи и приема используются две длины волны из возможных: 1310 и 1550 nm или 1310 и 1490 nm. Расстояние передачи до 10, 20, или 40 км.

1000BASE-SX — 1 Гбит/с передача Ethernet (Gigabit Ethernet) по многомодовому ОВ на длине волны 850-nm и на максимальное расстояние до 550 м, в зависимости от используемого класса ОВ.

1000BASE-LX — 1 Гбит/с передача Ethernet (GigabitEthernet) по многомодовому ОВ на длине волны 1300-nm на максимальное расстояние до 550 м. Протокол оптимизирован для передачи на большие расстояния (до 10 км) по одномодовому ОВ.

1000BASE-LH — — 1 Гбит/с передача Ethernet по одномодовому ОВ на максимальное расстояние до 100 км.

10GBASE-SR — 10 Гбит/с передача Ethernet (10 GigabitEthernet) по многомодовому ОВ на длине волны over 850-nm. Расстояние передачи может быть 26 м или 82 м, в зависимости от типа применяемого ОВ с сердцевиной 50- или 62.5 мкм. Поддержка передачи на расстояние 300 м по многомодовому ОВ класса ОМ3 и выше, с коэффициентом широкополосности не менее 2000 MГц/км.

10GBASE-LX4 — 10 Гбит/с передача Ethernetпо многомодовому ОВ на длине волны 1300-nm. Использует технологию WDM для передачи на расстояния до 300 м по многомодовым волокнам. Поддержка передачи по одномодовому ОВ на расстояния до 10 км.

В заключение статьи, приведем некоторые данные по используемым типам многомодовых оптических волокон и стандартам передачи. Данные сведены в табл.1 (выдержки из Стандартов).

Международный Стандарт: ISO/IEC 11801 “GenericCablingforCustomerPremises”

МеждународныйСтандарт: IEC 60793-2-10 “Product Specifications — Sectional Specification for Category A1 Multimode Fibers”

Стандарт ANSI/TIA/EIA-492-AAAx “Detail Specification for Class 1a Graded-Index Multimode Optical Fibers”

(1) класс OM1 многомодовое ОВ с сердцевиной 62.5-мкм или 50-мкм.

(2) класс OM2 многомодовое ОВ с сердцевиной 50-мкм или 62.5-мкм.

(3) класс OM4 ратифицирован IEEE в июне 2010 и является Стандартом 802.ba для 40G/100G Ethernet. Работает на расстояниях до 1000 м по 1 Гбит/с Ethernet, 550 м по 10 Гбит/с Ethernet и 150 м по 40 ГБит/с и 100 ГБит/с сетевым протоколам Ethernet.

(4) Международный Стандарт ISO/IEC 11801 определяет максимальное значение затухания ОВ. Стандарты IEC и TIA описывают(минимальное) или среднее затухание «голого» ОВ.

Состоит оптоволокно из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В оптоволокне световой луч обычно формируется полупроводниковым или диодным лазером. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое и многомодовое.

Рынок оптоволоконной продукции в России

История

Волоконная оптика хоть и является повсеместно используемым и популярным средством обеспечения связи, сама технология проста и разработана достаточно давно. Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления был продемонстрирован Даниелем Колладоном (Daniel Colladon) и Жаком Бабинеттом (Jacques Babinet) еще в 1840 году. Спустя несколько лет Джон Тиндалл (John Tyndall) использовал этот эксперимент на своих публичных лекциях в Лондоне, и уже в 1870 году выпустил труд, посвященный природе света. Практическое применение технологии нашлось лишь в ХХ веке. В 20-х годах прошлого столетия экспериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) и Джоном Бердом (John Berd) была продемонстрирована возможность передачи изображения через оптические трубки. Этот принцип использовался Генрихом Ламмом (Heinrich Lamm) для медицинского обследования пациентов. Только в 1952 году индийский физик Нариндер Сингх Капани (Narinder Singh Kapany) провел серию собственных экспериментов, которые и привели к изобретению оптоволокна. Фактически им был создан тот самый жгут из стеклянных нитей, причем оболочка и сердцевина были сделаны из волокон с разными показателями преломления. Оболочка фактически служила зеркалом, а сердцевина была более прозрачной – так удалось решить проблему быстрого рассеивания. Если ранее луч не доходил да конца оптической нити, и невозможно было использовать такое средство передачи на длительных расстояниях, то теперь проблема была решена. Нариндер Капани к 1956 году усовершенствовал технологию. Связка гибких стеклянных прутов передавала изображение практически без потерь и искажений.

Изобретение в 1970 году специалистами компании Corning оптоволокна, позволившего без ретрансляторов продублировать на то же расстояние систему передачи данных телефонного сигнала по медному проводу, принято считать переломным моментом в истории развития оптоволоконных технологий. Разработчикам удалось создать проводник, который способен сохранять не менее одного процента мощности оптического сигнала на расстоянии одного километра. По нынешним меркам это достаточно скромное достижение, а тогда, без малого 40 лет назад, — необходимое условие для того, чтобы развивать новый вид проводной связи.

Первоначально оптоволокно было многофазным, то есть могло передавать сразу сотни световых фаз. Причём повышенный диаметр сердцевины волокна позволял использовать недорогие оптические передатчики и коннекторы. Значительно позже стали применять волокно большей производительности, по которому можно было транслировать в оптической среде лишь одну фазу. С внедрением однофазного волокна целостность сигнала могла сохраняться на большем расстоянии, что способствовало передаче немалых объёмов информации.

Самым востребованным сегодня является однофазное волокно с нулевым смещением длины волны. Начиная с 1983 года оно занимает ведущее положение среди продуктов оптоволоконной индустрии, доказав свою работоспособность на десятках миллионов километров.

Преимущества оптоволоконного типа связи

• Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей. Это означает, что по оптоволоконной линии можно передавать информацию со скоростью порядка 1 Тбит/с;
• Очень малое затухание светового сигнала в волокне, что позволяет строить волоконно-оптические линии связи длиной до 100 км и более без регенерации сигналов;
• Устойчивость к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем, электрического оборудования (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.) и погодных условий;
• Защита от несанкционированного доступа. Информацию, передающуюся по волоконно-оптическим линиям связи, практически нельзя перехватить неразрушающим кабель способом;
• Электробезопасность. Являясь, по сути, диэлектриком, оптическое волокно повышает взрыво- и пожаробезопасность сети, что особенно актуально на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска;
• Долговечность ВОЛС — срок службы волоконно-оптических линий связи составляет не менее 25 лет.

Недостатки оптоволоконного типа связи

• Относительно высокая стоимость активных элементов линии, преобразующих электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы;
• Относительно высокая стоимость сварки оптического волокна. Для этого требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление ВОЛС выше, чем при работе с медными кабелями.

Элементы волоконно-оптической линии

• Оптический приёмник

Оптические приёмники обнаруживают сигналы, передаваемые по волоконно-оптическому кабелю и преобразовывают его в электрические сигналы, которые затем усиливают и далее восстанавливают их форму, а также синхросигналы. В зависимости от скорости передачи и системной специфики устройства, поток данных может быть преобразован из последовательного вида в параллельный.

• Оптический передатчик

Оптический передатчик в волоконно-оптической системе преобразовывает электрическую последовательность данных, поставляемых компонентами системы, в оптический поток данных. Передатчик состоит из параллельно-последовательного преобразователя с синтезатором синхроимпульсов (который зависит от системной установки и скорости передачи информации в битах), драйвера и источника оптического сигнала. Для оптических систем передачи могут быть использованы различные оптические источники. Например, светоизлучающие диоды часто используются в дешёвых локальных сетях для связи на малое расстояние. Однако, широкая спектральная полоса пропускания и невозможность работы в длинах волны второй и третьей оптических окон, не позволяет использовать светодиод в системах телесвязи.

• Предусилитель

Усилитель преобразовывает асимметричный ток от фотодиодного датчика в асимметричное напряжение, которое усиливается и преобразуется в дифференциальный сигнал.

• Микросхема cинхронизации и восстановления данных

Эта микросхема должна восстанавливать синхросигналы от полученного потока данных и их тактирование. Схема фазовой автоподстройки частоты, необходимая для восстановления синхроимпульсов, также полностью интегрирована в микросхему синхронизации и не требует внешних контрольных синхроимпульсов.

• Блок преобразования последовательного кода в параллельный

• Параллельно-последовательный преобразователь

• Лазерный формирователь

Основной его задачей является подача тока смещения и модулирующего тока для прямого модулирования лазерного диода.

• Оптический кабель , состоящий из оптических волокон, находящихся под общей защитной оболочкой.

Одномодовое волокно

При достаточно малом диаметре волокна и соответствующей длине волны через световод будет распространяться единственный луч. Вообще сам факт подбора диаметра сердечника под одномодовый режим распространения сигнала говорит о частности каждого отдельного варианта конструкции световода. То есть под одномодовостью следует понимать характеристики волокна относительно конкретной частоты используемой волны. Распространение лишь одного луча позволяет избавиться от межмодовой дисперсии, в связи с чем одномодовые световоды на порядки производительнее. На данный момент применяется сердечник с внешним диаметром около 8 мкм. Как и в случае с многомодовыми световодами, используется и ступенчатая, и градиентная плотность распределения материала.

Второй вариант более производительный. Одномодовая технология более тонкая, дорогая и применяется в настоящее время в телекоммуникациях. Оптическое волокно используется в волоконно-оптических линиях связи, которые превосходят электронные средства связи тем, что позволяют без потерь с высокой скоростью транслировать цифровые данные на огромные расстояния. Оптоволоконные линии могут как образовывать новую сеть, так и служить для объединения уже существующих сетей — участков магистралей оптических волокон, объединенных физически на уровне световода, либо логически — на уровне протоколов передачи данных. Скорость передачи данных по ВОЛС может измеряться сотнями гигабит в секунду. Уже сейчас дорабатывается стандарт, позволяющий передавать данные со скоростью 100 Гбит/c, а стандарт 10 Гбит Ethernet используется в современных телекоммуникационных структурах уже несколько лет.

Многомодовое волокно

В многомодовом ОВ может распространяться одновременно большое число мод – лучей, введенных в световод под разными углами. Многомодовое ОВ обладает относительно большим диаметром сердцевины (стандартные значения 50 и 62,5 мкм) и, соответственно, большой числовой апертурой. Больший диаметр сердцевины многомодового волокна упрощает ввод оптического излучения в волокно, а более мягкие требования к допустимым отклонениям для многомодового волокна позволяют уменьшить стоимость оптических приемо-передатчиков. Таким образом, многомодовое волокно преобладает в локальных и домашних сетях небольшой протяженности.

Основным недостатком многомодового ОВ является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь. Для уменьшения влияния этого явления было разработано многомодовое волокно с градиентным показателем преломления, благодаря чему моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их оптических путей, а, следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше. Однако насколько не были бы сбалансированы градиентные многомодовые волокна, их пропускная способность не сравнится с одномодовыми технологиями.

Волоконно-оптические приёмопередатчики

Чтобы передать данные через оптические каналы, сигналы должны быть преобразованы из электрического вида в оптический, переданы по линии связи и затем в приёмнике преобразованы обратно в электрический вид. Эти преобразования происходят в устройстве приёмопередатчика, который содержит электронные блоки наряду с оптическими компонентами.

Широко используемый в технике передач мультиплексор с разделением времени позволяет увеличить скорость передачи до 10 Гб/сек. Современные быстродействующие волоконно-оптические системы предлагают следующие стандарты скорости передач.

Стандарт SONET	Стандарт SDH	Скорость передачи
OC 1	—	51,84 Мб/сек
OC 3	STM 1	155,52 Мб/сек
OC 12	STM 4	622,08 Мб/сек
OC 48	STM 16	2,4883 Гб/сек
OC 192	STM 64	9,9533 Гб/сек

Новые методы мультиплексного разделения длины волны или спектральное уплотнение дают возможность увеличить плотность передачи данных. Для этого многочисленные мультиплексные потоки информации посылаются по одному оптоволоконному каналу с использованием передачи каждого потока на разных длинах волны. Электронные компоненты в WDM-приемнике и передатчике отличаются по сравнению с теми, которые используются в системе с временным разделением.

Применение линий оптоволоконной связи

Оптоволокно активно применяется для построения городских, региональных и федеральных сетей связи, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Это связано с быстротой, надёжностью и высокой пропускной способностью волоконных сетей. Также посредством применения оптоволоконных каналов существуют кабельное телевидение, удалённое видеонаблюдение, видеоконференции и видеотрансляции, телеметрические и другие информационные системы. В перспективе в оптоволоконных сетях предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические.

Витая пара против коаксиального кабеля против оптоволоконного кабеля — Новости

Витая пара против коаксиального кабеля и оптоволоконного кабеля

Достижения кабельных технологий сделали возможным более широкий доступ к большей полосе пропускания. При таком большом количестве вариантов вычислительных соединений выбор правильного кабельного решения для услуг широкополосного соединения немного сбивает с толку. Витая пара против коаксиального кабеля против оптоволоконного кабеля: какой из них был бы идеальным, принимая во внимание различные факторы, такие как стоимость, надежность и пропускная способность. Этот пост расскажет об этих трех видах кабелей, а затем проведет сравнение между ними.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель, или коаксиальный кабель, представляет собой один провод, обычно медно обернутый в пенную изоляцию, симметрично окруженный тканым плетеным металлическим экраном, а затем покрытый пластиковой оболочкой. Благодаря своему изолирующему свойству коаксиальный кабель может передавать аналоговые сигналы в широком диапазоне частот. Таким образом, он широко используется в линиях связи, соединяющих радиопередатчики и приемники с их антеннами, компьютерными сетевыми соединениями, цифровым звуком и распределением сигналов кабельного телевидения. На следующем рисунке показана структура коаксиального кабеля.

Витая пара

Кабель витой пары — это тип проводки, в которой два провода одной цепи скручены вместе. Он поставляется в двух версиях: экранированная витая пара (STP) и неэкранированная витая пара (UTP). STP обычно используется в сетях Token Ring, а UTP — в сетях Ethernet. Например, кабели витой пары Cat 7 используются для сетей 1000BASE-T (Gigabit Ethernet или GbE) и 10GBASE-T (10-Gigabit Ethernet или 10 GbE). На рисунке ниже показано, как выглядят UTP (слева) и STP (справа).

Опто-волоконный кабель

Волоконно-оптический кабель представляет собой кабель, содержащий одно или несколько оптических волокон. Волоконно-оптические кабели часто содержат несколько кремнеземных жил, и каждое волокно может приспосабливаться к различным длинам волн (или каналам), что позволяет волокну удовлетворять постоянно растущим требованиям к емкости данных. Когда на обоих концах используются разъемы LC / SC / ST / FC / MTRJ / MU / SMA, такие как LC-LC, LC-SC, LC-ST, SC-ST, SC-SC, ST-ST и т. Д., Оптоволокно Кабели могут обеспечить волоконно-оптическую связь между оборудованием во время волоконно-оптических кабелей. Возьмите, например, волоконно-оптический кабель LC-LC, он часто используется как для коротких, так и для больших расстояний На следующем изображении представлен обзор волоконно-оптического кабеля LC-LC.

При выборе того, какой тип кабеля подходит для сетевых служб, следует учитывать, что каждый кабель имеет свои уникальные преимущества и недостатки, касающиеся следующих факторов: стоимость, скорость, безопасность, надежность, пропускная способность, пропускная способность и т. Д.

Сравнение трех видов кабелей

Коаксиальный кабель может быть легко установлен, относительно устойчив к помехам. Однако он громоздкий и просто идеален для короткой длины из-за высокого затухания. Это было бы дорого при передаче данных на большие расстояния. В отличие от этого, витая пара является самым гибким и дешевым из трех видов кабелей, прост в установке и эксплуатации. Но он также сталкивается с проблемой затухания и предлагает относительно низкую пропускную способность. Кроме того, он подвержен помехам и помехам. Волоконно-оптический кабель является одним из самых популярных средств для установки и обновления новых кабелей, включая магистральные, горизонтальные и даже настольные приложения, небольшого размера и легкого веса. Поскольку проводник выполнен из стекла, что означает, что через него не может проходить электричество, оптоволоконный кабель не подвержен электромагнитным помехам. Самым большим преимуществом оптоволоконного кабеля является то, что он может передавать большие объемы данных с низкими потерями на высокой скорости на большие расстояния. Тем не менее, это требует сложных навыков установки, трудных в работе и дорогих в краткосрочной перспективе.

Заключение

Выбор между витой парой и коаксиальным кабелем и оптоволоконным кабелем в основном зависит от ваших потребностей и топологии сети. Вы можете сбалансировать стоимость и требования к пропускной способности, чтобы сделать выбор. Независимо от того, коаксиальный кабель, кабель витая пара или оптоволоконный кабель, лучше всего подходит для вашей сети. В FOCC вы можете найти витую пару и серию оптоволоконных кабелей. Другие кабели, такие как категория 5e, категория 6, категория 6A, также доступны для ваших медных сетей. Конечно, оптоволоконные кабели высокого качества поставляются на FOCC. Вы можете посетить FOCC для получения дополнительной информации о кабельных решениях.

Насколько высока скорость оптоволоконного кабеля

В последнее время становится все более очевидным, что оптоволоконный кабель постепенно заменяет медный кабель в качестве средства связи. Одна из причин заключается в том, что оптоволоконный кабель может увеличивать расстояние до местных телефонных систем и сетевых систем, включая университетские городки, офисные здания, промышленные предприятия и электроэнергетические компании. Кроме того, нынешний оптоволоконный кабель способен работать с поразительной скоростью, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности бизнес-инфраструктуры.В этой статье мы собираемся проиллюстрировать скорость оптоволоконного кабеля, которая включает введение скорости одномодового волокна и многомодового волокна.

Введение в скорость оптоволоконного кабеля

Волоконно-оптический кабель содержит жилы оптически чистых очков. Что касается очков, они тоньше человеческого волоса и могут передавать цифровую информацию на большие расстояния. Цифровые сигналы передаются в виде световых импульсов без помех и ограничений. Таким образом, цифровая транспортная система работает быстрее и надежнее.Волоконно-оптическая технология позволяет передавать больше данных за более короткое время, чем старые интернет-технологии, такие как кабельные и DSL. Для пользователей Интернета более высокая скорость передачи данных приведет к более высокой скорости оптоволоконного кабеля, более качественной потоковой передаче и лучшему взаимодействию с Интернетом.

Скорость одномодового и многомодового оптоволоконного кабеля Введение

Оптоволоконный кабель бывает двух типов: одномодовое волокно и многомодовое волокно. Под этими двумя типами существует множество ответвлений, таких как одномодовое ЖК-волокно для передачи на большие расстояния и многомодовое ЖК-волокно для передачи на короткие расстояния.Однако для разных типов кабелей они также имеют соответствующую скорость оптоволоконного кабеля.

• Скорость одномодового оптоволоконного кабеля

Одномодовый кабель представляет собой одинарную прядь из стекловолокна относительно узкого диаметра, примерно от 8,3 до 10 микрон. Обычно он имеет один режим передачи, который распространяется на длинах волн 1310 и 1550 нм. По этой причине отражение света при прохождении через сердцевину одномодового волокна будет незначительным.Следовательно, это уменьшит затухание в волокне и оптимизирует скорость передачи сигналов. Для одномодового оптоволоконного кабеля, независимо от скорости передачи данных 100 Мбит / с или Гбит / с, расстояние передачи может достигать 5 км. В этом случае он обычно используется для передачи сигнала на большие расстояния.

• Скорость многомодового оптоволоконного кабеля

Многомодовое волокно изготовлено из стекловолокна диаметром от 50 до 100 мкм. С большим ядром он может управлять многими режимами одновременно.Это приводит к большему количеству данных, проходящих через сердцевину многомодового волокна. Кроме того, это повысит коэффициент отражения, рассеивания и ослабления света. Многомодовое волокно обеспечивает более высокую пропускную способность при более высокой скорости оптоволоконного кабеля. В основном он используется для связи на короткие расстояния, например, внутри здания или на территории кампуса. Обычно скорость многомодового оптоволоконного кабеля и пределы дальности передачи составляют 100 Мбит / с для расстояния до 2 км (100BASE-FX), Гбит / с до 1000 м и 10 Гбит / с до 550 м.

В следующей таблице показано расстояние передачи SMF и MMF при различных скоростях оптоволоконного кабеля:

Заключение

Оптоволоконный кабель — это самый быстрый из доступных сегодня широкополосных технологий. Он является отличным примером для предприятий, которые стремятся оптимизировать производительность своей системы за счет более высокой пропускной способности. В общем, одномодовое волокно с гораздо меньшей сердцевиной обеспечивает более высокую скорость передачи, чем многомодовое волокно.Из этой статьи вы получите более глубокое представление о скоростях оптоволоконного кабеля как для одномодового, так и для многомодового волокна. Если у вас возникнет такая необходимость, FS.COM всегда будет вашим хорошим выбором.

Статьи по теме:

1. Используйте высокоскоростной кабель прямого подключения для подключения центра обработки данных
2. Как проверить оптоволоконный трансивер?

Пропускная способность: оптоволокно или медь — что явный победитель?

Есть ли существенная разница между объемом полосы пропускания, предлагаемой оптоволоконным Интернетом и медным высокоскоростным Интернетом? Следует ли основывать свое бизнес-решение в отношении Интернета только на пропускной способности?

Чтобы принять обоснованное решение о предоставлении бизнес-услуг Интернета, вам необходимо знать разницу между оптоволоконным соединением и медным кабелем.Сюда входит, какую пропускную способность обеспечивает каждый вариант и как он будет удовлетворять потребности вашего бизнеса в данных в настоящем и будущем.

Спрос на полосу пропускания удваивается каждые 18 месяцев с момента появления услуг передачи данных, и этот рост не показывает признаков замедления. Совершенно необходимо, чтобы выбранный вами тип подключения к данным рос вместе с технологиями и трафиком вашего бизнеса. Читайте дальше, чтобы узнать, какой вариант лучше всего подходит для вашего бизнеса — оптоволокно или медь, а также узнайте, как повысить уровень пропускной способности сети в будущем.

Что обеспечивает большую пропускную способность? Волокно против меди

Что такое пропускная способность?

Пропускная способность лучше всего определяется как максимальная скорость передачи данных (обычно подключение к Интернету) или пропускная способность сети, которая обычно выражается в гигабитах в секунду (Гбит / с) или мегабитах в секунду (Мбит / с). Чем больше пропускная способность, предлагаемая вашим корпоративным интернет-сервисом, тем больше данных вы можете передавать за один раз.

Пропускная способность — это не то же самое, что скорость, поскольку под пропускной способностью понимается максимальный объем передачи данных в секунду.Скорость интернета измеряется на основе фактической скорости передачи данных в секунду. Полоса пропускания — это фактически величина потенциальной скорости, которую можно использовать. Однако медленное соединение для передачи данных и другие проблемы с подключением, такие как потеря пакетов и джиттер, часто вызваны недостаточной пропускной способностью.

Пропускная способность критически важна, но это не единственный фактор, влияющий на качество бизнес-услуг Интернета. Скорость, производительность и надежность часто путают с пропускной способностью, и они, вероятно, не менее важны для удовлетворения потребностей бизнеса в соединении для передачи данных.Пропускная способность — это существенная разница между медью и оптоволокном, но эти технологии также обеспечивают разные уровни надежности и стоимости оборудования, необходимого для передачи данных.

Разница между волокном и медью

Базовые технологии вызывают разрыв в полосе пропускания между волокном и медью. Волоконный Интернет использует тонкие пучки оптических волокон или пряди из очень чистого стекла толщиной с человеческий волос для передачи данных с помощью импульсов инфракрасного лазерного света.Медные кабели буквально используют медные провода и представляют собой значительно более громоздкую технологию, которая впервые была разработана для передачи данных голосовых вызовов с помощью электрического импульса.

Разница в полосе пропускания — это, по сути, разница между фотонами и электронами. Медь использует электроны для передачи данных, а волокно использует фотоны. Свет быстрее, чем электрические импульсы, поэтому оптоволокно может передавать больше бит данных в секунду и обеспечивает более высокую пропускную способность. Однако возможности передачи — не единственное различие между этими технологиями.

Расстояние

Все сигналы данных в определенном диапазоне ухудшаются, но оптоволокно обеспечивает значительно лучшую долговечность сигнала. Волоконно теряет только 3% сигнала на расстояниях более 100 метров по сравнению с 94% потерей сигнала в меди.

Помехи

Волоконно-оптические жгуты не проводят электрические токи, что делает оптоволоконные соединения для передачи данных полностью устойчивыми к возгоранию, электромагнитным помехам, молнии или радиосигналам. Медные кабели предназначены для проведения электричества, что делает медный Интернет уязвимым для линий электропередач, молний и преднамеренного скремблирования сигнала.

Прочность

Медный кабель может легко сломаться во время установки или случайно. Несмотря на большие размеры, медь имеет низкий допуск на растяжение. Волокно меньше, легче и прочнее, чем медные кабели, и, как правило, может быть повреждено только в результате преднамеренного вандализма, хотя вы должны быть осторожны с волокном, поскольку оно сделано из стекла. Обычно его покрывают защитным слоем, чтобы сделать его более прочным.

Чтобы узнать больше о различиях между медными и оптоволоконными технологиями, мы рекомендуем Преимущества оптоволоконного Интернета перед медным кабелем.

Насколько больше пропускной способности обеспечивает волокно по сравнению с медью?

Провайдеры оптоволоконных технологий, вообще говоря, с большей вероятностью предлагают клиентам «симметричную полосу пропускания», которая приравнивается к равным скоростям загрузки и выгрузки. Эту возможность можно найти у провайдеров медного высокоскоростного Интернета, хотя и редко.

Какие еще соображения?

Важна ли полоса пропускания?

Совершенно верно.

Наличие достаточной пропускной способности критически важно для современных бизнес-операций.Если вашему подключению для передачи данных не хватает полосы пропускания, вам может быть сложно использовать облачные приложения или общаться с клиентами через IP-телефоны, веб-конференции или другие формы унифицированных коммуникаций. Если вы достигли предела пропускной способности существующей интернет-службы, для защиты производительности и роста необходимо масштабировать подключение к данным для увеличения пропускной способности.

Однако пропускная способность — не единственное соображение, которое должно повлиять на ваше решение о переходе на оптоволокно. Цена, надежность, время ожидания и безопасность — это еще некоторые факторы, о которых следует помнить.

Сколько стоит оптоволоконный Интернет?

Стоимость первой установки оптоволоконного Интернета может сильно различаться для предприятий, даже в том же районе метро. Основным фактором, влияющим на стоимость установки оптоволокна, является ваша близость к ресурсам оптоволокна. Если ваш бизнес уже ориентирован на оптоволокно, ваша установка будет намного дешевле, чем у компании, расположенной на значительном удалении от ресурсов. Проверьте, подключено ли здесь оптоволокно к вашему зданию.

Переход на оптоволокно обычно дороже, чем использование медного кабеля, но общая стоимость установки оптоволокна может быть обманчивой.Волокно имеет более низкую совокупную стоимость владения (TCO), чем медь, благодаря превосходной прочности и более длительному жизненному циклу. Это также может снизить затраты для вашего бизнеса за счет повышения производительности и доступности.

Что надежнее?

Доступность и надежность соединения для передачи данных тесно связаны с долгосрочными «мягкими затратами» системы, которые отражаются на производительности и удовлетворенности клиентов. Волоконно обеспечивает более надежную передачу данных из-за его устойчивости к помехам, колебаниям температуры и влажности.С поставщиком, который предлагает гарантии бесперебойной работы для корпоративных клиентов данных, ваш бизнес может достичь превосходной непрерывности.

Имеет ли волокно или медь меньшую задержку?

Задержка сети — это мера задержки или количество времени, необходимое для успешной передачи данных. Задержка тесно связана с тем, как конечные пользователи воспринимают скорость соединения, но это не то же самое, что пропускная способность. Факторы, которые могут вызвать задержку в сети с высокой пропускной способностью, включают тип подключения, расстояние и потребность в ресурсах поставщика услуг Интернета (ISP).

Волокно обеспечивает гораздо меньшую задержку, чем медь. Чтобы защитить себя от других рисков, связанных с задержками, избегайте общего доступа к Интернету потребительского уровня, предоставляемого многими поставщиками высокоскоростных медных кабелей.

Узнайте больше в разделе «5 основных преимуществ использования оптоволоконного Интернета для бизнеса».

Совместимо ли мое оборудование?

Вашему предприятию может потребоваться некоторое обновление оборудования и оборудования, чтобы настроить инфраструктуру для обновления оптоволокна. Это может увеличить затраты на внедрение оптоволокна по сравнению с первоначальной установкой.Хотя экспертная оценка — единственный надежный способ определить совместимость оборудования, вы можете столкнуться с необходимостью выполнить обновление маршрутизаторов или проводки.

Представляет ли медь риски для информационной безопасности?

Copper может быть подвержен многим рискам информационной безопасности и непрерывности бизнеса. Медные провода могут быть повреждены или повреждены вандалами. Медные сигналы могут быть искажены из-за преднамеренных помех. Волокно не излучает сигналы, которые можно прослушивать, нельзя зашифровать, и оно устойчиво к попыткам вмешательства.

Готовы ли вы к использованию клетчатки?

Если вы исследуете варианты подключения к Интернету с высокой пропускной способностью, вы, вероятно, разочарованы производительностью вашей существующей сети. Вы можете быть ограничены пропускной способностью вашего текущего подключения для передачи данных, или ваши проблемы могут быть связаны с другими факторами, такими как задержка или перегруженные ресурсы. Пропускная способность, скорость, производительность и надежность должны играть роль в выборе правильного интернет-сервиса для вашей организации.

Скорее всего, переход на оптоволокно для вашего бизнеса может значительно выиграть.Но с чего начать? Получите доступ к экспертным знаниям обо всем, что вам нужно знать о покупке подключения к данным для вашего бизнеса, в 10 вопросов, которые нужно задать перед покупкой подключения по оптоволокну.

5 причин, почему ИТ-специалисты выбирают оптоволоконные кабели вместо медных

Волоконно-оптические кабели или медные кабели? Это вопрос

Когда вы строите сеть, требующую больших расстояний, высоких скоростей и / или соединений с высокой пропускной способностью, нет никаких сомнений: оптоволоконные кабели выигрывают.

Чтобы понять, почему и где медные кабели все еще могут быть лучшим решением, важно понимать различия между ними.

Оба типа кабелей передают данные, но разными способами. Медь переносит электрические импульсы по металлическим жилам. С другой стороны, волоконная оптика переносит световые импульсы по гибким стеклянным нитям. Это различие часто означает, что оптоволокно является лучшим решением для новой или модернизированной сети и, следовательно, стоит больших первоначальных вложений.

5 причин, по которым ИТ-специалисты выбирают оптоволоконные кабели

1. Волоконно-оптическая передача быстрее

Стандартный способ измерения скорости передачи данных — через полосу пропускания. В наши дни это измеряется в гигабитах данных в секунду (Гбит / с) или даже в терабитах в секунду (Тбит / с).

Скорость передачи по меди в настоящее время составляет максимум 40 Гбит / с, тогда как по оптоволокну можно передавать данные со скоростью, близкой к скорости света. Фактически, ограничения полосы пропускания, налагаемые на оптоволокно, в основном теоретические, но были протестированы на предмет возможности измерения в сотнях терабит в секунду.

2. Волоконно-оптическая передача может покрывать большие расстояния

Передача сигналов как по медному, так и по оптоволоконному кабелю страдает от затухания или ослабления сигнала на расстоянии. Однако оптоволоконные кабели могут передавать данные на гораздо большие расстояния. На самом деле различия огромны.

Длина медных кабелей не должна превышать 100 метров (~ 330 футов) в соответствии с действующими стандартами. Теоретически возможны более длинные расстояния, но могут возникнуть другие проблемы, не позволяющие использовать медь как надежный метод передачи на больших расстояниях.Оптоволоконный кабель, в зависимости от сигнализации и типа кабеля, может передавать до на расстояние более 24 миль!

3. Волоконно-оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным помехам (EMI)

По своей природе электрическая сигнализация в медном сетевом соединении создает поле помех вокруг кабелей. Когда у вас есть несколько кабелей, проложенных рядом, эти помехи могут проникать в соседние кабели, препятствуя желаемому обмену сообщениями. Это называется перекрестными помехами и может вызвать дорогостоящую повторную передачу сообщения или даже создать угрозу безопасности.

Светопередача в оптоволокне не вызывает электромагнитных помех, поэтому оптоволокно оказывается более безопасным и требует меньше повторной передачи, что в конечном итоге приводит к более высокой рентабельности инвестиций.

4. Экономьте место и улучшайте кабельную разводку

Волоконно-оптические нити очень узкие. Фактически, они измеряются в микронах или миллионных долях метра. Самая распространенная волоконно-оптическая прядь имеет диаметр человеческого волоса. Тем не менее, как мы видели, они могут передавать невероятные объемы данных на гораздо более высоких скоростях на гораздо большие расстояния, чем их менее узкие медные аналоги.Для волоконно-оптических кабелей требуется защитная оболочка, которая «увеличивает» их ширину как минимум до двух миллиметров.

Один стандартный медный кабель категории 6 примерно в четыре раза больше ширины и передает лишь небольшую часть данных. Когда вы используете волокно, оно занимает гораздо меньше места и является более гибким (и, следовательно, с ним легче управлять).

У такого уменьшения массы кабеля есть дополнительные преимущества: освободившееся пространство обеспечивает лучшую циркуляцию охлажденного воздуха в центре обработки данных, упрощает доступ к оборудованию, к которому он подключен, и в целом просто выглядит намного эстетичнее.

5. Волоконная оптика ориентирована на будущее

С каждым годом объем потребляемых данных увеличивается, как и требования к пропускной способности. Инвестиции в современную инфраструктуру волоконно-оптических кабелей позволят вашей сети работать с будущими скоростями без замены кабелей.

Прочная многоволоконная магистраль в структурированной среде прослужит годы, если не десятилетия, и, вероятно, продолжит поддерживать растущие потребности в полосе пропускания. С другой стороны, средний срок службы спецификации категории меди составляет немногим более пяти лет.

Также имейте в виду, что технологии и оборудование, в которых используются кабели (коммутаторы, сигнальная оптика, серверы и т. Д.), Как правило, имеют тенденцию к снижению стоимости с течением времени. Поэтому вполне вероятно, что в будущем подключение более высокого уровня станет еще более доступным.

СВЯЗАННЫЙ СОДЕРЖАНИЕ
Бесплатное руководство: передовые методы установки оптоволоконных кабелей
Бесплатная техническая документация: определение оптоволоконной инфраструктуры как критически важного сетевого компонента

---

Бонус: контрапункт из медного кабеля

Волоконно-оптические кабели — это не «серебряная пуля».Он дороже меди, поэтому его следует использовать в подходящих местах. Часто это лучше всего подходит при соединении оборудования между зданиями и между этажами здания.

Более низкая стоимость

Copper делает его более подходящим для небольших приложений, таких как настольные компьютеры и бытовая техника. Меньшие сети, коммутационные узлы и трафик с более низким приоритетом — все это делает хорошие медные приложения. Также учтите, что в некоторых из этих случаев может быть уже много меди, что еще больше снижает общую стоимость.

Вывод для ИТ-специалистов, выбирающих оптоволоконные или медные кабели

Правильный носитель для вашей сети действительно зависит от потребностей. Однако, если вам требуется значительная пропускная способность, инвестиции в надежную масштабируемую инфраструктуру окупятся.

Как мы уже видели, оптоволоконные кабели позволяют повысить рентабельность инвестиций за счет более высоких скоростей, повышенной надежности, более чистой передачи сигналов и меньшей занимаемой площади. У медных кабелей есть свои применения, и они помогут снизить начальные затраты.Комбинированный подход с прицелом на будущий рост вам подойдет.

100 миллионов сеансов масштабирования по одному оптическому волокну

Эти поставщики изначально выступали против схемы, называемой Open RAN, поскольку считали, что в случае ее реализации она нанесет ущерб — если не разрушит — их существующую бизнес-модель. Но столкнувшись с коллективной властью операторов, требующих нового способа построения беспроводных сетей, у этих поставщиков осталось немного вариантов, и ни один из них не был очень привлекательным.Некоторые отреагировали, пытаясь установить условия развития Open RAN, в то время как другие продолжают тянуть время и рискуют остаться позади.

Технология, лежащая в основе поколения беспроводной связи, например 5G, может занять десятилетие или больше, чтобы перейти от первоначальной идеи до полностью реализованного оборудования. Для сравнения, Open RAN возникла практически мгновенно. Менее чем за три года идея превратилась из не более чем концепции в несколько крупных развертываний по всему миру. Его сторонники считают, что это будет способствовать внедрению огромных инноваций и снижению стоимости беспроводного доступа.Его недоброжелатели говорят, что это угрожает базовой сетевой безопасности и может привести к катастрофе. В любом случае, это переломный момент в индустрии связи, и пути назад нет.

Сеть Open RAN от Rakuten Mobile включает в себя радиомодули 4G от Nokia, на которых установлено программное обеспечение другого производителя. Компания развернула одну такую ​​RAN в своей глобальной штаб-квартире в Токио. Сеть Open RAN также использует серверы для питания облачной сети. Фотографии: Rakuten

В общих чертах, сеть радиодоступа (RAN) — это структура, которая связывает оконечное устройство, такое как сотовый телефон, и большую проводную базовую сеть.Базовая станция сотовой связи, или вышка, является наиболее знакомым примером RAN. Другие разновидности базовых станций, такие как небольшие соты, которые отправляют и принимают сигналы на короткие расстояния в сетях 5G, также подходят для этого.

Чтобы функционировать в качестве этой ссылки, RAN выполняет несколько шагов. Например, когда вы используете свой телефон, чтобы позвонить другу или члену семьи в другом городе, вам необходимо находиться в пределах досягаемости вышки сотовой связи. Итак, первым делом антенны вышки сотовой связи должны принять сигнал телефона.Во-вторых, радио преобразует сигнал из аналогового в цифровой. В-третьих, компонент, называемый модулем основной полосы частот, обрабатывает сигнал, исправляет ошибки и, наконец, передает его в базовую сеть. В RAN эти компоненты — антенна, радио и блок основной полосы частот — могут рассматриваться и часто рассматриваются как отдельные технологические блоки.

Если вы отделяете радиомодуль и блок основной полосы частот друг от друга и разрабатываете и конструируете их независимо, вам все равно необходимо убедиться, что они работают вместе.Другими словами, вам нужно, чтобы их интерфейсы были совместимы. Без такой совместимости данные могут быть искажены или потеряны при переходе от радиомодуля к модулю основной полосы частот или наоборот. В худшем случае радиомодуль и модуль основной полосы частот с несовместимыми интерфейсами просто не будут работать вместе. Функциональная RAN должна иметь общий интерфейс между этими двумя компонентами. Однако, что удивительно, в настоящее время нет гарантии, что радиостанция, произведенная одним поставщиком, будет совместима с модулем основной полосы частот, произведенным другим поставщиком.

Спецификации стандартов интерфейса RAN, как и все стандарты для сотовых сетей, устанавливаются Проектом партнерства третьего поколения. Джино Масини, председатель рабочей группы 3GPP RAN3, говорит, что многие спецификации 3GPP, включая те, которые касаются интерфейсов, разработаны с учетом возможности взаимодействия. Однако Масини, который также является главным исследователем стандартизации в Ericsson, добавляет, что ничто не мешает производителю «дополнять» стандартизованный интерфейс дополнительными патентованными методами.Многие поставщики поступают именно так — и Масини говорит, что это не ограничивает совместимость поставщиков.

Другие в отрасли не согласны. «И Nokia, и Ericsson используют интерфейсы 3GPP, которые должны быть стандартными», — говорит Югина Джордан, вице-президент по маркетингу Parallel Wireless, компании из Нью-Гэмпшира, разрабатывающей технологии Open RAN. Но «эти интерфейсы не открыты, потому что каждый продавец создает свой собственный вкус », — добавляет она. Большинство этих специфичных для производителя настроек происходит в программном обеспечении и языках программирования, используемых для подключения радиомодуля к модулю основной полосы частот.Джордан говорит, что настройки в первую очередь заключаются в том, что производители определяют параметры радиосвязи, которые намеренно оставлены пустыми в стандартах 3GPP для будущего развития.

В настоящее время нет гарантии, что радиостанция, произведенная одним поставщиком, будет совместима с модулем основной полосы частот, произведенным другим поставщиком.

В конечном итоге это приводит к тому, что каждый поставщик создает оборудование, которое слишком несовместимо с оборудованием других производителей для удобства операторов. «В спецификации 3GPP мы видим все больше и больше пробелов, — говорит Оливье Симон, директор по инновациям в области радиосвязи французского оператора Orange.Саймон говорит, что из интерфейсов, определенных 3GPP, «вы можете видеть, что многие из них на самом деле не открыты в том смысле, что они не позволяют взаимодействовать с разными поставщиками на обеих сторонах интерфейса».

The O-RAN Alliance, из которых Саймон является членом исполнительного комитета, крупнейшей отраслевой группы, работающей над спецификациями Open RAN. Группа была создана в 2018 году, когда пять операторов — AT&T, China Mobile, Deutsche Telekom, NTT Docomo и Orange — объединились, чтобы возглавить дальнейшее развитие Open RAN в отрасли. РАН.«Я думаю, что реализация заключалась в том, что нам нужно создать единый глобальный операторский голос, чтобы управлять этим разукрупнением и открытостью», — говорит Сачин Катти, доцент Стэнфордского университета и один из сопредседателей технического руководящего комитета O-RAN Alliance.

Члены альянса O-RAN надеются, что Open RAN сможет заполнить пробелы, созданные спецификациями 3GPP. Они сразу же заявляют, что не пытаются заменить спецификации 3GPP. Вместо этого они рассматривают Open RAN как необходимое ужесточение спецификаций, чтобы препятствовать тому, чтобы крупные поставщики использовали свои собственные технологии в интерфейсах, тем самым блокируя операторов беспроводной связи в сетях с одним поставщиком.Принудительно открывая интерфейсы, отрасль беспроводной связи может прийти к совершенно новому способу проектирования своих сетей. И если эти открытые интерфейсы будут способствовать усилению конкуренции и снижению цен, тем лучше.

В начале развертывания 5G по всему миру, в 2019 году группа индустрии беспроводной связи GSM Association прогнозировала, что операторы потратят 1,3 триллиона долларов на инфраструктуру 5G, оборудование и технологии для своих сетей. На строительство RAN будет приходиться львиная доля этих капитальных затрат.И большая часть этих расходов пойдет на небольшую группу поставщиков, которые все еще могут предоставлять полные сквозные сети.

«Это всегда было проблемой, потому что RAN — самая дорогостоящая часть развертывания оператора», — говорит Шридхар Раджагопал, вице-президент по технологиям и стратегии в Mavenir, техасской компании, которая предоставляет сквозные сети. программного обеспечения. «На это уходит почти 60, 70 процентов затрат на развертывание». По прогнозам Ассоциации GSM, к 2025 году операторы будут тратить на RAN до 86 процентов своих капитальных бюджетов.

Неудивительно, что с такими большими деньгами операторы делают все возможное, чтобы избежать любых фиаско, вызванных несовместимым оборудованием. Самый надежный способ избежать такой катастрофы — придерживаться одного и того же поставщика от одного конца сети до другого, избегая, таким образом, любой возможности несовпадающих интерфейсов.

Еще одним фактором, вызывающим беспокойство операторов, является сокращение числа компаний, которые могут предоставить современные сквозные сети. Сейчас их всего три: Ericsson, Nokia и Huawei.Это трио поставщиков комплексных услуг может взимать высокие цены, поскольку операторы по существу привязаны к своим системам.

Даже появление нового поколения беспроводной связи не дает оператору четкой возможности сменить поставщика. Новые поколения беспроводных сетей поддерживают обратную совместимость, так что, например, телефон 5G может работать в сети 4G, когда он не находится в пределах досягаемости каких-либо ячеек 5G. Поэтому по мере того, как операторы развертывают свои сети 5G, они в основном придерживаются запатентованной технологии одного поставщика, чтобы обеспечить плавный переход.Основная альтернатива — отказаться от всего и заплатить еще больше за новое развертывание с нуля.

В индустрии беспроводной связи существует широкий консенсус в отношении того, что Open RAN позволяет выбирать различные компоненты RAN от разных поставщиков. Эта возможность, называемая дезагрегацией, также снимет напряжение, связанное с тем, будут ли компоненты взаимодействовать при соединении вместе. Является ли дезагрегация хорошей вещью, зависит от того, кого вы спрашиваете.

Операторам точно нравится.Dish, поставщик услуг телевидения и беспроводной связи, особенно агрессивно поддерживает Open RAN. Сиддхартха Ченумолу, вице-президент по развитию технологий в Dish, описывает свою первую реакцию на технологию: «Эй, здесь может быть что-то, что позволяет нам полностью дезагрегировать», — говорит он. «Мне не нужно полагаться только на Эрикссон. для предоставления радиоприемников или только Nokia «. Dish обязалась использовать Open RAN для наземного развертывания сети 5G в США в этом году.

Мелкие и более специализированные поставщики также оптимистично оценивают тот импульс, который Open RAN может принести их бизнесу.Для Software Radio Systems, производителя передовых программно-определяемых радиостанций, Open RAN упрощает сосредоточение на разработке нового программного обеспечения, не беспокоясь о потере потенциальных клиентов, запуганных задачей интеграции технологии в их более широкие сети.

Неудивительно, что три оставшихся производителя оборудования придерживаются разных взглядов. В феврале Франк Буэтар, генеральный директор Ericsson France, назвал Open RAN «экспериментальной технологией», которая еще не достигла зрелости и не может конкурировать с продуктами Ericsson.(В Ericsson отказались комментировать эту статью).

Но некоторые в отрасли считают, что производители оборудования намеренно замедляют развитие Open RAN. «Некоторые крупные поставщики постоянно поднимают ту или иную проблему, — говорит Пол Саттон, директор Software Radio Systems. — Эрикссон, вероятно, находится в той стороне, которая больше всех борется с Open RAN, потому что они, вероятно, будут больше всего терять «.

Не каждый крупный поставщик сопротивляется. Nokia, например, видит возможности.«Я думаю, нам нужно принять тот факт, что Open RAN все равно произойдет, с нами или без нас», — говорит Томас Барнетт, руководитель стратегии и технологий мобильных сетей в Nokia. «Мы в Nokia решили проявить инициативу в занять лидирующую позицию, чтобы занять лучшую позицию на рынке ». Например, при развертывании Open RAN японского оператора Rakuten используется оборудование Nokia, и Nokia также работает с Deutsche Telekom над развертыванием системы Open RAN в Нойбранденбурге, Германия, в конце этого года.

Это не означает, что Nokia или другие поставщики находятся на одной волне с операторами и специализированными поставщиками, такими как Software Radio Systems. На данный момент еще много споров. Эрикссон и другие поставщики утверждают, что создание большего количества открытых интерфейсов неизбежно создаст больше точек в сети для кибератак. Операторы и другие сторонники Open RAN возражают, что стандартизованные интерфейсы упростят для отрасли выявление и устранение уязвимостей. Кажется, что у всех разные мнения о том, насколько открытость является достаточной открытостью, или о том, насколько необходимо дезагрегировать аппаратные элементы RAN.

По прогнозам Ассоциации GSM, к 2025 году операторы будут тратить на RAN до 86 процентов своих капитальных бюджетов.

В своей наиболее амбициозной версии, Open RAN разделит RAN на более мелкие компоненты, помимо радиомодуля и блока основной полосы частот. Сторонники такого уровня разукрупнения полагают, что он привлечет еще больше поставщиков в отрасль беспроводной связи, поскольку позволит компаниям гиперспециализироваться. Оператор может заключить договор с поставщиком только на процессор, который, например, подготавливает данные, полученные из базовой сети, для беспроводной передачи.Многие представители отрасли также говорят, что такая специализация ускорит технологические инновации, поскольку позволит заменить и развернуть новый компонент RAN, не дожидаясь обновления всего радиомодуля или модуля основной полосы частот. «Возможно, это одна из самых ярких возможностей, которые может предоставить Open RAN», — говорит Тед Раппапорт, директор-основатель NYU Wireless, исследовательского центра передовых беспроводных технологий.

Первые попытки индустрии беспроводной связи с дезагрегацией были вдохновлены самими спецификациями 5G.Эти спецификации разделяют модуль основной полосы частот, который отвечает за обработку и передачу данных в базовую сеть или из нее, на два меньших компонента. Одним из компонентов является распределенная единица, которая берет на себя ответственность за обработку данных. Другой компонент — это централизованное устройство, которое обеспечивает подключение к базовой сети. Преимущество такого разделения модуля основной полосы частот состоит в том, что централизованный модуль больше не нужно размещать в самой вышке сотовой связи. Вместо этого одно централизованное устройство может находиться в локальной серверной ферме, поддерживая соединение с базовой сетью для нескольких вышек сотовой связи в этом районе.

O-RAN Alliance работает над несколькими различными «функциональными разделениями» в RAN, чтобы создать больше возможностей для дезагрегирования помимо этого разделения между распределенным и централизованным блоком. Каждое из этих дополнительных разделений создает разделение где-то среди много шагов между поступлением сигнала из базовой сети и его передачей на мобильный телефон. Это немного похоже на обеденный перерыв: вы можете пообедать рано и, таким образом, перенести многие свои обязанности на послеобеденное время, или поработать несколько часов, прежде чем выбрать для более позднего обеда.

Одно важное разделение, называемое Split 7.2x, передает такие обязанности, как кодирование и декодирование сигналов, а также модуляция, распределенному устройству. С другой стороны, радиостанция отвечает за некоторые функции обработки света, такие как формирование луча, которое устанавливает конкретное направление передачи. Радио также по-прежнему отвечает за преобразование цифровых сигналов в аналоговые и наоборот.

Другой разделитель, Split 8, перекладывает даже ответственность за формирование диаграммы направленности на распределенный блок, оставляя радиостанцию ​​ответственной только за преобразование сигналов.Напротив, Split 2 будет передавать кодирование, декодирование, модуляцию, формирование диаграммы направленности и даже больше функций обработки на радио, оставляя распределенный блок ответственным только за сжатие данных до меньшего числа битов перед передачей данных в централизованный блок.

«Некоторые крупные поставщики постоянно поднимают ту или иную проблему». Пол Саттон, Software Radio Systems

Цель создания открытых стандартов для нескольких типов разделения состоит в том, чтобы операторы могли затем приобретать компоненты, лучше адаптированные к конкретному типу создаваемой ими сети.Например, оператор может выбрать Split 8 для крупномасштабного развертывания, требующего большого количества радиомодулей. Такое разделение позволяет радиостанциям быть как можно более «тупыми» и, следовательно, дешевыми, поскольку вся обработка выполняется в централизованном блоке.

Технически возможно собрать дезагрегированную RAN с открытыми интерфейсами, используя только оборудование, но определяя Компоненты в программном обеспечении имеют некоторые преимущества. «Наша отрасль действительно стала ориентированной на оборудование», — говорит Чих-Лин И, который вместе с Катти из Стэнфорда является сопредседателем технического руководящего комитета O-RAN Alliance.«Каждое поколение наших сетей в основном полагается на специализированное оборудование с тесно связанным программным обеспечением. Поэтому каждый раз, когда нам требуется обновление, новый выпуск или новый частичный выпуск, на это уходят годы ».

Чтобы отойти от аппаратно-ориентированного подхода, O-RAN Alliance также поощряет беспроводную индустрию к тому, чтобы включать больше программного обеспечения в RAN. Программно-определяемые сети, которые заменяют традиционные аппаратные компоненты программируемыми эквивалентами программного обеспечения, являются более гибкими.Обновление виртуального компонента может быть таким же простым, как отправка нового кода на базовую станцию.

Акцент на программное обеспечение также позволяет отрасли рассматривать совершенно новые технологии, наиболее важной из которых является интеллектуальный контроллер RAN. RIC собирает данные от компонентов RAN десятков или сотен базовых станций одновременно и использует методы машинного обучения для перенастройки сетевых операций в реальном времени. Он основывает модификации на том, находятся ли определенные вышки сотовой связи под большой нагрузкой, например, или передают в сильный ливень, который может ослабить сигналы.RIC может перепрограммировать программные компоненты RAN для улучшения обслуживания. «Представьте себе возможность, в которой я действительно могу адаптировать свою сеть на основе пользовательского опыта, того, как пользователь себя чувствует в реальном времени», — говорит Ченумолу из Dish. «Насколько это здорово?»

С момента основания в 2018 году альянс O-RAN увеличился с пяти членов-учредителей — всех операторов — до более чем 260 членов. Из трех крупных поставщиков только Huawei не является членом, ссылаясь на свою убежденность в том, что системы Open RAN не могут работать так же хорошо, как проприетарные системы компании.Другие группы Open RAN растут аналогичными темпами. Коалиция политики Open RAN, например, была основана в мае 2020 года и уже насчитывает более 60 членов, работающих над координацией глобальной политики по разработке и развертыванию Open RAN.

Инженеры Rakuten могут установить базовую станцию ​​4G для развертывания Open RAN всего за 8 минут.

В последние месяцы Rakuten Mobile, подразделение японского гиганта электронной коммерции, и Dish взяли на себя обязательство использовать Open RAN для обширных новых развертываний 5G.После поручения британского правительства отключить все компоненты Huawei из беспроводных сетей, базирующаяся в Англии компания Vodafone заменяет эти компоненты в своих собственных сетях эквивалентами Open RAN. Из-за аналогичных требований местные операторы в Соединенных Штатах, такие как Inland Cellular из Айдахо, делают то же самое.

Эти развертывания не всегда шли по плану. Rakuten, в частности, столкнулся с некоторыми первоначальными неудачами, когда производительность его сети Open RAN не соответствовала производительности традиционной сквозной системы.Однако оператор сохраняет оптимизм и не отказывается от этого. Многие в отрасли не озабочены подобными проблемами, утверждая, что единственный способ сгладить недостатки технологии — это развернуть ее в нужном масштабе и посмотреть, что работает, а что нуждается в улучшении.

Есть еще нерешенные вопросы о том, где остановиться. Когда оператор покупает сквозную систему у Nokia, Ericsson или Huawei, он также знает, что может зависеть от этого поставщика в плане поддержки сети в случае возникновения проблем.Иначе обстоит дело с развертываниями Open RAN, где ни один поставщик, скорее всего, не возьмет на себя ответственность за проблемы взаимодействия. Более крупные операторы, вероятно, смогут поддерживать свои собственные сети Open RAN, но более мелкие операторы могут полагаться на такие компании, как Mavenir, которые позиционируют себя как системные интеграторы. Критики, однако, видят в этом подходе просто создание еще одного поставщика комплексных услуг — и добавление дополнительных расходов — для операторов, у которых нет опыта или ресурсов для поддержки своих собственных сетей.

В конце концов, истинное испытание Open RAN может наступить, когда придет время внедрять беспроводную связь следующего поколения. «Я думаю, что 6G будет построено с использованием Open RAN в качестве предварительного предположения», — говорит Раджат Пракаш, главный инженер отдела исследований и разработок в области беспроводной связи в Qualcomm.

Еще неизвестно, насколько далеко зайдет движение, чтобы дезагрегировать RAN, чтобы открыть новые интерфейсы или даже новые технологии. Важно то, что это движение уже получило существенный импульс.Несмотря на то, что в некоторых уголках отрасли все еще есть оговорки, операторы и мелкие продавцы придавали слишком большое значение идее, чтобы движение прекратилось. Open RAN никуда не денется. По мере развития беспроводная индустрия будет открыта для нового способа ведения бизнеса.

Эта статья появится в майском выпуске 2021 года под названием «Столкновение на первой миле 5G».

Волоконная оптика: понимание основ | Волоконная оптика и связь | Справочник по фотонике

Ничто так не изменило мир коммуникаций как разработка и внедрение оптического волокна.В этой статье представлены основные принципы, необходимые для работы с этой технологией.

Инженеры и специалисты по маркетингу, OFS

Оптические волокна изготавливаются из стекла или пластика. Большинство из них имеют диаметр примерно с человеческий волос и могут достигать многих миль в длину. Свет передается по центру волокна от одного конца к другому, и сигнал может быть наложен. Волоконно-оптические системы во многих сферах применения превосходят металлические проводники. Их самое большое преимущество — это пропускная способность.Из-за длины волны света можно передавать сигнал, который содержит значительно больше информации, чем это возможно с помощью металлического проводника — даже коаксиального проводника. К другим преимуществам относятся:

• Электрическая изоляция — оптоволоконный кабель не требует заземления. И передатчик, и приемник изолированы друг от друга и, следовательно, не имеют проблем с контуром заземления. Кроме того, нет опасности искрения или поражения электрическим током.

• Отсутствие электромагнитных помех — волоконная оптика невосприимчива к электромагнитным помехам (EMI) и сама не излучает излучения, которое могло бы вызвать другие помехи.

• Низкие потери мощности — это позволяет использовать более длинные кабели и использовать меньшее количество усилителей-повторителей.

• Легче и меньше — волокно меньше весит и требует меньше места, чем металлические проводники с эквивалентной пропускной способностью сигнала.

Медная проволока примерно в 13 раз тяжелее. Волокно также проще в установке и требует меньше места в воздуховоде.

Приложения

Некоторые из основных областей применения оптических волокон:

• Связь — передача голоса, данных и видео является наиболее распространенным применением волоконной оптики, в том числе:

— Телекоммуникации
— Местные локальные сети (LAN)
— Промышленные системы управления
— Авионические системы
— Военные системы управления, контроля и связи

• Зондирование — Волоконная оптика может использоваться для доставки света от удаленного источника к детектору для измерения давления, температуры и т.д. или спектральная информация.Волокно также можно использовать непосредственно в качестве преобразователя для измерения ряда факторов окружающей среды, таких как напряжение, давление, электрическое сопротивление и pH. Изменения окружающей среды влияют на интенсивность, фазу и / или поляризацию света способами, которые могут быть обнаружены на другом конце волокна.

• Подача энергии — оптоволоконные кабели могут обеспечивать исключительно высокий уровень мощности для таких задач, как лазерная резка, сварка, маркировка и сверление.

• Освещение — пучок волокон, собранных вместе с источником света на одном конце, может освещать труднодоступные области, например, внутри человеческого тела, в сочетании с эндоскопом.Также их можно использовать как выставочную вывеску или просто как декоративную подсветку.

---

Рисунок 1. Оптическое волокно состоит из сердечника, оболочки и покрытия .

---

Конструкция

Оптическое волокно состоит из трех основных концентрических элементов: сердцевины, оболочки и внешнего покрытия (рис. 1).

Сердечник обычно изготавливается из стекла или пластика, хотя иногда используются и другие материалы, в зависимости от желаемого спектра пропускания.

Сердечник — это светопропускающая часть волокна. Оболочка обычно изготавливается из того же материала, что и сердцевина, но с немного меньшим показателем преломления (обычно примерно на 1% ниже). Эта разница показателей преломления вызывает полное внутреннее отражение на границе показателя преломления по длине волокна, так что свет проходит по волокну и не выходит через боковые стенки.

---

Рис. 2. Луч света, проходящий от одного материала к другому с другим показателем преломления, изгибается или преломляется на границе раздела.

---

Покрытие обычно включает один или несколько слоев пластикового материала для защитить волокно от физической среды. Иногда металлический к покрытию добавляются оболочки для дополнительной физической защиты.

Оптические волокна обычно характеризуются размером, который определяется как внешний диаметр сердцевины, оболочки и покрытия. Например, 62,5 / 125/250 будет относиться к волокну с диаметром сердцевины 62,5 мкм, оболочкой диаметром 125 мкм и внешним покрытием диаметром 0,25 мм.

Принципы

Оптические материалы характеризуются своим показателем преломления, обозначаемым как n.Показатель преломления материала — это отношение скорости света в вакууме до скорости света в материале. Когда луч света проходит от одного материала к другому с другим показателем преломления, луч изгибается (или преломляется) на границе раздела (рис. 2).

Преломление описывается законом Снеллиуса:

, где n _I и n _R — это показатели преломления материалов, через которые преломляется луч, а I и R — углы падения и преломления луча.Если угол падения больше критического угла для границы раздела (обычно около 82 ° для оптических волокон), свет отражается обратно в падающую среду без потерь за счет процесса, известного как полное внутреннее отражение (рис. 3).
Рис. 3. Полное внутреннее отражение позволяет свету оставаться внутри сердцевины волокна.

---

Посмотрите видео с определением полного внутреннего отражения.

Режимы

Когда свет направляется вниз по волокну (как микроволны направляются по волноводу), фазовые сдвиги возникают на каждой отражающей границе.Существует конечное дискретное количество путей вниз по оптическому волокну (известных как моды), которые создают конструктивные (синфазные и, следовательно, аддитивные) фазовые сдвиги, усиливающие передачу. Поскольку каждая мода возникает под разным углом к ​​оси волокна по мере прохождения луча по длине, каждая из них проходит разную длину через волокно от входа к выходу. Только одна мода, мода нулевого порядка, проходит по длине волокна без отражений от боковых стенок. Это называется одномодовым волокном.Фактическое количество мод, которые могут распространяться в данном оптическом волокне, определяется длиной волны света, диаметром и показателем преломления сердцевины волокна.

Затухание

Сигналы теряют силу по мере распространения по оптоволокну; это известно как затухание луча. Затухание измеряется в децибелах (дБ) по соотношению:

, где P _в и P _{на выходе} относятся к оптической мощности, входящей и исходящей из волокна.В таблице ниже показаны типичные потери мощности в оптоволокне для нескольких значений затухания в децибелах.

Затухание в оптическом волокне зависит от длины волны. На крайних точках кривой пропускания преобладает многофотонное поглощение. Затухание обычно выражается в дБ / км на определенной длине волны. Типичные значения варьируются от 10 дБ / км для волокон со ступенчатым показателем преломления на длине волны 850 нм до нескольких десятых дБ / км для одномодовых волокон на длине волны 1550 нм.

Существует несколько причин затухания в оптическом волокне:

• Рэлеевское рассеяние — изменения показателя преломления материала сердцевины в микроскопическом масштабе могут вызвать значительное рассеяние в луче, что приводит к значительным потерям оптической мощности.Рэлеевское рассеяние зависит от длины волны и менее важно на более длинных волнах. Это наиболее важный механизм потерь в современных оптических волокнах, на который обычно приходится до 90% любых потерь.

• Абсорбция — современные методы производства позволили снизить абсорбцию, вызванную примесями (в первую очередь, водой в волокне), до очень низкого уровня. В полосе пропускания волокна потери на поглощение незначительны.

• Гибка — методы производства позволяют получать мельчайшие изгибы геометрии волокна.Иногда эти изгибы могут быть достаточно большими, чтобы свет внутри сердечника попадал на границу раздела сердечник / оболочка под углом, меньшим критического, так что свет теряется в материале оболочки. Это также может произойти, когда волокно изгибается с малым радиусом (например, менее нескольких сантиметров). Чувствительность к изгибу обычно выражается в потерях дБ / км для определенного радиуса изгиба и длины волны.

Рис. 4. Числовая апертура зависит от угла, под которым лучи входят в волокно, и от диаметра сердцевины волокна.

---

Числовая апертура

Числовая апертура (NA), показанная на рисунке 4, является мерой максимального угла, под которым световые лучи будут входить и проходить по волокну. Это представлено следующим уравнением:

Дисперсия

По мере того, как оптические импульсы проходят по длине волокна, они расширяются или удлиняются во времени. Это называется дисперсией. Поскольку импульсы в конечном итоге станут настолько несогласованными, что начнут накладываться друг на друга и искажать данные, дисперсия устанавливает верхний предел возможностей передачи данных по оптоволокну.У такого расширения есть три основные причины:

• Хроматическая дисперсия — волны различной длины распространяются по волокну с разной скоростью. Поскольку типичные источники света обеспечивают мощность в серии или диапазоне длин волн, а не из одной дискретной спектральной линии, импульсы должны распространяться по длине волокна по мере их прохождения. Высокоскоростные лазеры, используемые в связи, имеют очень узкие спектральные выходные характеристики, что значительно снижает влияние хроматической дисперсии.

• Модальная дисперсия — разные моды волокна отражаются под разными углами по мере продвижения вниз по волокну. Поскольку каждый модальный угол создает несколько разную длину пути для луча, моды более высокого порядка достигают выходного конца волокна за модами более низкого порядка.

• Дисперсия волновода — эта незначительная причина дисперсии связана с геометрией волокна и приводит к разным скоростям распространения для каждой из мод.

Пропускная способность

Пропускная способность измеряет пропускную способность оптического волокна по передаче данных и выражается как произведение частоты данных и пройденного расстояния (обычно МГц-км или ГГц-км).Например, оптоволокно с полосой пропускания 400 МГц-км может передавать 400 МГц на расстояние 1 км или оно может передавать 20 МГц данных на 20 км. Основным ограничением полосы пропускания является уширение импульса, которое возникает из-за модовой и хроматической дисперсии волокна. Ниже приведены типичные значения для различных типов волокна:

Передача энергии

Величина мощности, которую может передать волокно (без повреждения), обычно выражается в терминах максимально допустимой плотности мощности.Плотность мощности — это произведение максимальной выходной мощности лазера и площади лазерного луча. Например, лазерный луч мощностью 15 Вт, сфокусированный на пятно диаметром 150 мкм, дает плотность мощности

Выходную мощность импульсного лазера (обычно указываемую в миллиджоулях энергии на импульс) необходимо сначала преобразовать в мощность на импульс. Например, импульсный лазер, вырабатывающий 50 мДж за импульс длительностью 10 нс, обеспечивает выходную мощность
. Плотность мощности затем может быть рассчитана по размеру пятна.

Для передачи по волокну абсолютного максимального уровня энергии торцы волокна должны быть абсолютно гладкими и отполированными и быть перпендикулярными оси волокна и световому лучу. Кроме того, диаметр пучка не должен превышать примерно половину площади сердечника (или диаметра сердечника). Если луч не сфокусирован должным образом, часть энергии может попасть в оболочку, что быстро может привести к повреждению кварцевых волокон с полимерным покрытием. По этой причине в приложениях с более высокой плотностью мощности лучше использовать волокна из диоксида кремния, плакированные диоксидом кремния.

Типы волокна

Существует три основных типа оптических волокон: одномодовое, многомодовое со ступенчатым индексом и многомодовое ступенчатое. Они характеризуются тем, как свет распространяется по волокну, и зависят как от длины волны света, так и от механической геометрии волокна. Примеры того, как они распространяют свет, показаны на рисунке 5.

Рисунок 5. Режимы передачи волокна.

---

Одномодовое

В одномодовом волокне передается только основная мода нулевого порядка.Луч света проходит прямо через оптоволокно, не отражаясь от боковых стенок сердцевины и оболочки. Одномодовое волокно характеризуется значением отсечки длины волны, которое зависит от диаметра сердцевины, числовой апертуры и рабочей длины волны. Ниже длины волны отсечки также могут распространяться моды более высокого порядка, что изменяет характеристики волокна.

Поскольку одномодовое волокно распространяет только основную моду, модальная дисперсия (основная причина перекрытия импульсов) устраняется.Таким образом, ширина полосы у одномодового волокна намного выше, чем у многомодового волокна. Это просто означает, что импульсы могут передаваться намного ближе друг к другу по времени без перекрытия. Из-за этой более высокой пропускной способности одномодовые волокна используются во всех современных системах связи на большие расстояния. Типичный диаметр сердечника составляет от 5 до 10 мкм.

Фактическое количество мод, которые могут распространяться через волокно, зависит от диаметра сердцевины, числовой апертуры и длины волны передаваемого света.Они могут быть объединены в нормированный частотный параметр или число V ,

, где a — радиус сердцевины, λ — длина волны, а n — индекс сердцевины и оболочки. Условием для одномодовой работы является следующее:
Возможно, более важным и полезным является длина волны отсечки. Это длина волны, ниже которой волокно будет допускать распространение нескольких мод, и может быть выражено как:
Волокно обычно выбирается с длиной волны отсечки немного ниже желаемой рабочей длины волны.Для лазеров, обычно используемых в качестве источников (с длиной волны излучения от 850 до 1550 нм), диаметр сердцевины одномодового волокна находится в диапазоне от 3 до 10 мкм.

Многомодовый градиентный индекс

Диаметр сердцевины многомодового волокна намного больше, чем у одномодового волокна. В результате также распространяются моды более высокого порядка.

Сердечник в волокне с градиентным коэффициентом преломления имеет показатель преломления, который непрерывно уменьшается в радиальном направлении от центра к границе раздела оболочки.В результате свет распространяется быстрее по краю ядра, чем по центру. В разных режимах движение по криволинейным траекториям практически одинаково. Это значительно снижает модальную дисперсию волокна.

В результате волокна с градиентным показателем преломления имеют полосу пропускания, которая значительно больше, чем волокна со ступенчатым показателем преломления, но все же намного меньше, чем у одномодовых волокон. Типичные диаметры сердцевины волокон с градиентным коэффициентом преломления составляют 50, 62,5 и 100 мкм. Основное применение волоконно-оптических кабелей с градуированными показателями — это средства связи средней дальности, такие как локальные сети.

Многомодовый индекс шага

Сердцевина волокна со ступенчатым показателем преломления имеет однородный показатель преломления вплоть до поверхности раздела оболочки, где показатель изменяется ступенчато. Поскольку разные моды в волокне со ступенчатым показателем преломления проходят разную длину пути по волокну, расстояния передачи данных должны быть небольшими, чтобы избежать значительных проблем модальной дисперсии.

Волокна со ступенчатым показателем преломления доступны с диаметром сердцевины от 100 до 1500 мкм.Они хорошо подходят для приложений, требующих высокой плотности мощности, например, для доставки мощности медицинских и промышленных лазеров.

Полоса пропускания, поясняется RP Photonics Encyclopedia; оптический спектр, телекоммуникационное волокно

Энциклопедия> буква B> полоса пропускания

Определение: ширина некоторого диапазона частот или длин волн

Более конкретные термины: полоса усиления, полоса пропускания резонатора, модальная полоса пропускания, полоса согласования фаз

Немецкий: Bandbreite

Категории: обнаружение и определение характеристик света, физические основы

Обозначение формулы: Δν, Δλ

Единицы: Гц, нм

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/bandwidth.html

В фотонике термин ширина полосы встречается во многих различных случаях. В следующих разделах обсуждаются некоторые важные случаи.

Полоса пропускания в оптическом диапазоне

В следующих случаях под шириной полосы понимается ширина диапазона оптических частот:

Распространенным определением ширины спектра является полная ширина на полувысоте (FWHM), но также используются и другие определения.Например, некоторые авторы используют половину ширины на полувысоте (HWHM), которая составляет только половину FWHM.

Рисунок 1: Оптический спектр сверхкороткого светового импульса длительностью 80 фс без чирпированного излучения. Его полная ширина на половине максимальной ширины полосы составляет 8,9 нм, что соответствует 3,9 ТГц.

Значения оптической полосы пропускания могут быть указаны в терминах частоты или длины волны. Из-за обратной зависимости частоты и длины волны коэффициент преобразования между гигагерцами и нанометрами зависит от центральной длины волны или частоты.Для преобразования (малого) интервала длин волн в интервал частот уравнение

можно использовать. (Его можно получить, рассматривая производную ν = c / λ по λ.) Это показывает, что 1 нм стоит больше гигагерца, если центральная длина волны короче.

Ширина оптической полосы источника света сильно зависит от временной когерентности, характеризующейся временем когерентности.

Как для пассивных резонаторов (например, оптических резонаторов), так и для выхода генераторов (например,грамм. лазеры) коэффициент Q представляет собой частоту колебаний, деленную на ширину полосы пропускания.

Ширина полосы модуляции

Полоса пропускания также может указывать максимальную частоту, с которой можно модулировать источник света, или на которой модулированный свет может быть обнаружен с помощью фотодетектора.

В области оптоволоконной связи термин пропускная способность также часто неточно используется для скорости передачи данных (например, в единицах Гбит / с), достигнутой в системе оптической связи.Более подходящим термином будет скорость передачи данных или пропускная способность передачи данных , что позволяет избежать путаницы с оптической полосой пропускания.

Обратите внимание, что пропускная способность передачи данных имеет только ограниченное отношение к оптической полосе . Хотя высокая скорость передачи данных невозможна без большой оптической полосы пропускания, различные устройства связи могут существенно различаться с точки зрения спектральной эффективности , то есть относительно того, какая скорость передачи данных достигается на мегагерц оптической полосы пропускания.

Пропускная способность фотоприемников

Фотодетектор имеет ограниченную полосу пропускания, в данном случае это означает частотный диапазон, в котором могут быть обнаружены модуляции оптической мощности. Обычно этот частотный диапазон начинается с нулевой частоты, но в некоторых случаях (фотодетекторы со связью по переменному току) это не так. В обычном случае фотодетекторов со связью по постоянному току полоса пропускания приравнивается к максимальной обнаруживаемой частоте модуляции в соответствии с некоторым критерием. Часто указывается ширина полосы 3 дБ, то есть частота, на которой мощность сигнала (пропорциональная квадрату выходного напряжения или тока) уменьшается на 3 децибела.Эта величина связана со временем нарастания и спада. Если эти времена равны, их можно оценить как 0,35 деленное на ширину полосы 3 дБ.

Обратите внимание, что когда частоты модуляции достигают пределов полосы пропускания, наблюдается не только снижение чувствительности, но и изменения фазы. Это может быть проблематично, например, в контексте петель обратной связи.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора.Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: оптический спектр, произведение времени и ширины полосы, ширина полосы усиления, время когерентности, предел преобразования, модальная полоса пропускания, произведение ширины полосы и расстояния, коэффициент добротности, ширина полосы согласования по фазе, длина волны, оптическая частота, телекоммуникационные волокна, The Photonics Spotlight 2007- 10-11
и другие статьи в категориях обнаружение и определение характеристик света, физические основы

Если вам понравилась эта страница, поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, e.грамм. через соцсети: Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о пропускной способности  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/bandwidth.html 
 статья «Полоса пропускания» в энциклопедии RP Photonics]  

Многоядерные сети — решение будущих потребностей в пропускной способности оптоволокна?

Даже в разгар текущего развертывания оптоволоконных сетей продолжаются исследования и разработки нового поколения оптических технологий, направленных на удовлетворение будущих потребностей в полосе пропускания оптоволокна как FTTH, так и оптоволоконных сетей.В этом блоге я собираюсь рассмотреть многоядерные сети, область, в которой текущие исследования могут иметь большое потенциальное влияние на дизайн и реализацию сетей в будущем.

Космический парадокс

Это может стать неожиданностью, но большая часть оптического волокна в сетях — это буквально пустая трата места! Что еще более странно, самые современные волокна — это самая большая трата пространства.

Этот парадокс возникает из-за того, как волокна передают сигнал, на который они подаются.Это относительно небольшая сердцевина (центральная часть) волокна, которая передает информацию в сети. Остальная часть волокна (оболочка) предназначена для обеспечения защиты и для увеличения объема волокна, достаточного для того, чтобы с ним могли манипулировать наши неуклюжие человеческие руки. В случае ранее использовавшихся многомодовых волокон с сердцевиной 62,5 мкм (и диаметром оболочки 125 мкм) для передачи сигнала использовалось 25% площади поперечного сечения волокна. Это уменьшилось до 16% площади поперечного сечения для многомодового волокна с сердцевиной 50 микрон, а теперь и в нынешнем G.675C, менее 0,5% поперечного сечения стекла фактически используется для передачи сигнала.

До относительно недавнего времени это не считалось проблемой, потому что оптоволоконные кабели всегда были меньше коаксиальных кабелей, которые обеспечивали ту же полосу пропускания. Однако парадигма владельцев сетей меняется: теперь их оптоволоконные сети конкурируют с другими оптоволоконными сетями, и им требуются более быстрые и меньшие волокна.

Уменьшение диаметра кабеля

Самый простой способ увеличить продуктивный объем волокна — уменьшить диаметр оболочки волокна со стандартного 125 микрон до 100 микрон.Это сокращает объем волокна примерно на треть, хотя, очевидно, ничего не делает для увеличения несущей способности волокна.

Кроме того, у этого подхода есть еще два серьезных недостатка. Во-первых, промышленность соединителей стандартизировала прецизионные наконечники 125 микрон и не видит никакой выгоды в том, чтобы сделать дополнительный диапазон доступным для волокна с такими же характеристиками. Таким образом, для этих волокон не будет разъемов. Во-вторых, есть сомнения в том, насколько легко будет работать с волокнами 100 микрон — действительно ли они пригодны для использования в полевых условиях?

Одним из наиболее широко принятых компромиссов является использование первичных покрытий оптического волокна.Улучшения в технологии материалов означают, что волокна с покрытием теперь могут иметь диаметр 200 микрон, а не 250 микрон, что дало значительные преимущества в конструкции кабеля.

Представляем многожильные волокна

Другой подход, который выглядит перспективным, — многоядерный. По сути, это включает в себя несколько активных сердечников в одном и том же волокне, что означает, что внешний диаметр остается прежним, но увеличивается полоса пропускания. Еще в 1990-х годах исследователи CNET, исследовательского центра France Telecom, разработали новый способ производства одного волокна, содержащего более одной активной жилы.Однако этот необычный продукт не воспринимался всерьез до нынешнего тысячелетия, когда исследователи в Японии начали моделировать возможности такого волокна.

Первые многожильные волокна столкнулись с фундаментальной проблемой перекрестных помех. Это было преодолено за счет использования разнородных (а не однородных) конструкций, что дает улучшенные характеристики с минимальным вмешательством.

Емкость многожильных волокон

Так каковы улучшения емкости? В новейших многосердцевинных волокнах теперь используются волокна с общим диаметром около 200 микрон.Однако общая эффективная площадь волокна («сердцевины») составляет более 2% от объема волокна по сравнению с менее чем 0,5% для нынешнего волокна G.657.

Чтобы увидеть реальные преимущества, нам нужно фактически посмотреть на полосу пропускания на объем волокна. Если нормальное одножильное волокно имеет отношение емкости к объему «1», то 200-микронное волокно с 14 сердцевинами имеет отношение емкости к объему «100». Это означает, что многосердцевинное волокно имеет практически в 100 раз большую плотность полосы пропускания, чем одноядерное оптическое волокно с таким же внешним диаметром.

Приложения для петабитных систем

Полученные в результате многоядерные петабитные (Pb) системы предназначены для магистральных сетей основных операторов связи, работающих в сочетании с новыми технологиями мультиплексирования и сигнализации. Совместная работа NEC из Японии и Corning из США позволила создать систему, способную передавать информацию с совокупной скоростью более 1 петабайт / с по одному волокну. Но в 2015 году данные, передаваемые этими сетями, могут измеряться в сотнях петабит в месяц, а это означает, что оптоволоконные системы со скоростью 1 Пбит / с кажутся чрезмерными вложениями.

Однако это изменится. Например, в Великобритании средняя текущая скорость широкополосного доступа составляет <20 Мбит / с. Это движется вверх. Например, ЕС поставил цель к 2020 году обеспечить как минимум 50% подключений со скоростью> 100 Мбит / с, а в США продвигается 1 Гбит / с для частей каждого штата в Союзе. Поставщики развлечений, такие как Netflix, начали транслировать контент в формате Ultra HD («4K»), которому для успешного просмотра требуются дополнительные 15-20 Мбит / с. Умножьте это на растущее число пользователей оптоволокна, добавьте требования к мобильной связи по оптоволокну, поскольку 4G растет и потребность в системах с несколькими Терабит / с и Pb / с в базовой сети начинает набирать обороты с 2020 года.

Более широкое влияние многопоточности

Оптические волокна постепенно эволюционировали на протяжении десятилетий, единственное существенное изменение — от многомодовых к одномодовым в сетях операторов связи. Это потребовало изменения лазерных источников (на 1310 и 1550 нм), а также усовершенствования технологии разъемов и конструкции кабеля.