Дипломный проект - Строительство телекоммуникационной сети доступа - файл n11.doc

Дипломный проект - Строительство телекоммуникационной сети доступа
скачать (5250.1 kb.)
Доступные файлы (11):
n1.doc77kb.22.05.2007 16:46скачать
n2.doc34kb.05.05.2008 12:42скачать
n3.doc22kb.20.05.2007 19:30скачать
n4.ppt1135kb.06.06.2007 20:59скачать
n5.doc143kb.18.05.2007 17:11скачать
n6.doc21kb.20.05.2007 19:20скачать
n7.doc76kb.30.05.2007 16:05скачать
n8.doc99kb.05.06.2007 22:40скачать
n9.doc21kb.20.05.2007 19:53скачать
n10.doc233kb.22.05.2007 16:11скачать
n11.doc5294kb.23.06.2010 22:42скачать

n11.doc

1   2   3   4   5   6   7

З.1. Структура и типы оптических волокон

3.1.1. Природа света


Все современные телекоммуникационные системы основаны на применении электромагнитных волн. Электромагнитные волны могут переносить информацию, распространяясь как по направляющей среде, так и в свободном пространстве или, другими словами, использоваться как в проводных системах связи, так и в беспроводных. Спектр используемых в системах связи частот простирается от десятков Гц до сотен TГц (1 TГц = 1012 Гц). Свет представляет собой электромагнитные волны с частотами в сотни TГц. Частоты, используемые в системах связи, приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Частоты, используемые в системах связи.

Частотный диапазон

Пример применения

300 – 3400 Гц

Обычный аналоговый телефон

50 кГц – 2,2 МГц

ADSL 2 +

1 - 250 МГц

Передача данных по симметричному кабелю «витая пара» 6-й категории (применение в ЛВС)

5 - 862 МГц

Кабельное телевидение

3 - 30 МГц (HF)

КВ- радиодиапазон: 5,95 - 26,1 МГц

30 - 300 МГц (VHF)

FM радиодиапазон: 87,5 - 108 МГц

300 - 3000 МГц (UHF)

Наземное цифровое телевидение (DVB-T): 470 - 862 МГц

3 - 30 ГГц (SHF)

Телевизионные спутники: 10,7 - 12,75 ГГц

400 - 800 TГц

Человеческий глаз: Видимый свет

230 ТГц

Системы связи, работающие по одномодовому волокну на длине волны 1310 нм


Определение понятия света является недостаточно точным. В некоторых областях науки и техники свет определяется как часть электромагнитного спектра, видимая для человеческого глаза. В других областях понятие света включает также невидимый инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ) диапазоны спектра.

В системах связи используется инфракрасный диапазон. Этот диапазон света невидим для человеческого глаза. Хотя спектральные характеристики света подробно описаны и специфицированы в системах связи, часто вместо частоты используется понятие длины волны. Связь между частотой и длиной волны математически выражается следующей формулой:

(3.1.1.1)

где:  = длина волны

f = частота

c = скорость света.

Скорость света в вакууме - физическая константа c0 = 299 792,458 км/с. Для расчетов обычно принимают значение 300 000 км/с, которое часто является достаточно точным.

Скорость света в такой среде, как стекло, вследствие ее диэлектрических свойств, оказывается всегда ниже c0. Особенности среды учитываются с помощью величины показателя преломления. Зависимость скорости распространения света в среде от показателя преломления описывается следующей простой формулой:

(3.1.1.2.)

где: c = скорость света в среде

c0 = 300 000 км/с (скорость света в вакууме)

n = показатель преломления среды

Показатель преломления стекла приблизительно равен 1,5. Таким образом, скорость света в оптическом волокне составляет приблизительно 200 000 км/с = 200 м/мс.

Хотя свет в своей основе – это движение электромагнитной волны, его распространение часто описывается лучевой моделью, согласно которой свет распространяется в виде лучей. Энергетические характеристики света описываются корпускулярной теорией, утверждающей, что свет состоит из частиц с квантовой энергией. Эти частицы называют фотонами.

3.1.2. Распространение света в оптическом волокне


Процессы, происходящие в оптическом волокне, описываются законами преломления и отражения света на границе раздела двух сред. На рис. 3.1 луч света падает на границу раздела двух сред с разными показателями преломления. Показатель преломления среды 1 больше показателя преломления среды 2 (n1 > n2). Луч света, входящий из среды 1 падает на поверхность раздела под углом падения 1 и преломляется под углом преломления 2. Углы падения и преломления определяются как углы между падающим и преломленным лучами света и нормалью к границе раздела двух сред. На рис. 3.1 угол преломления больше чем угол падения. Процесс преломления луча описывается законом преломления Снеллиуса:

(3.1.2.1.)

При определенном значении угла падения, угол преломления составит 90 градусов, то есть луч света будет распространяться параллельно границе раздела. При последующем увеличении угла падения, луч света будет полностью отражаться от границы раздела, оставаясь в плоскости падения (в среде 1), при этом угол отражения будет равен углу падения. Это явление получило название полного внутреннего отражения, а угол падения, при котором оно происходит, называют критическим углом.



Рис. 3.1. Закон Снеллиуса и понятие критического угла

На рис. 3.2 показано продольное сечение оптического волокна. Волокно состоит из двух структурных элементов: сердцевины и оболочки. Показатель преломления (n1) сердцевины больше, чем показатель преломления (n2) оболочки. Когда угол  между входящим лучом света и осью волокна достаточно мал, на границе раздела оболочки и сердцевины будет наблюдаться явление полного отражения, а луч света будет направлен в сердцевину. Лучи, для которых не выполняется условие полного внутреннего отражения, частично проходят через границу раздела в оболочку.



Рис. 3.2. Конструкция оптического волокна и траектории лучей в нем.

Синус максимально возможного угла падения  в соответствие с рис. 3.2 называют числовой апертурой, NA:

(3.1.2.2.)

3.1.3 Основные типы волокон


Основным элементом волоконно-оптического кабеля является волоконный световод или оптическое волокно. Оптическое волокно – это диэлектрический волновод, работающий в оптическом диапазоне длин волн и обеспечивающий распространение вдоль него световых сигналов.

Конструктивно оптическое волокно выполняется в виде тонкой стеклянной нити цилиндрической формы с круглым поперечным сечением и состоит из сердцевины, одной или нескольких оболочек и одного или нескольких защитных покровов (см. рисунок 3.3).



Рис. 3.3. Конструкция ОВ: 1 – сердцевина;

2 – отражающая оболочка; 3 – защитное покрытие
Сердцевина – центральная область ОВ, через которую передается основная часть оптической мощности сигнала. Оболочка ОВ служит для создания лучших условий отражения на границе раздела сердцевина-оболочка, защиты сердцевины волокна от механических повреждений, а также для защиты от излучения энергии в окружающее пространство и поглощения нежелательного излучения извне.

Каждый элемент конструкции ОВ характеризуется определенным значением показателя преломления: сердцевина – , оболочка – . Для обеспечения направляющих свойств необходимо, чтобы выполнялось условие: >.

Соотношение между и принято характеризовать относительной разностью показателей преломления, которая определяется по следующему выражению:

. (3.1.3.1)

Для большинства ОВ .

Процесс распространения света в сердцевине оптического волокна зависит от профиля показателя преломления волокна. В соответствии с профилем показателя преломления все оптические волокна делятся на многомодовые и одномодовые. В свою очередь, многомодовые и одномодовые волокна могут подразделяться на различные типы. Для того, чтобы отчетливо представлять распространение света в сердцевине волокна, кратко рассмотрим следующие три типа волокон:

На рис. 3.4. показаны конструкции волокон перечисленных типов, профили их показателя преломления и траектории световых лучей.

Многомодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления не используется в современных системах связи, но представляет собой прекрасную иллюстративную модель для понимания процесса распространения света в сердцевине волокна.



Рис. 3.4. Конструкции волокон, профили их показателя преломления и траектории световых лучей: а - многомодовое со ступенчатым профилем показателя преломления,
б - многомодовое с градиентным профилем показателя преломления, в – одномодовое.

В многомодовом волокне со ступенчатым профилем величина показателя преломления ступенчато изменяется при переходе через границу сердцевины и оболочки. Значение показателя преломления сердцевины немного больше, чем оболочки. Поскольку диаметр сердцевины много больше рабочей длины волны света, лучи света могут распространяться в сердцевине по большому числу траекторий, каждая из которых будет удовлетворять критерию распространения, указанному в параграфе 3.1.2. Лучи, имеющие разные траектории распространения, представляют собой различные направляемые моды. Длины траекторий для различных мод также отличаются друг от друга - некоторые более длинные, некоторые короче. Это приводит к расширению импульса во временной области. Это явление называют модовой или межмодовой дисперсией. Кроме того, при распространении света в волокне теряется часть оптической мощности. Это явление называют ослаблением. Вследствие ослабления оптическая мощность принимаемого сигнала всегда меньше, чем мощность сигнала на выходе передатчика.

В многомодовом волокне с градиентным профилем значение показателя преломления в сердцевине постепенно уменьшается от оси волокна к границе раздела оболочки и сердцевины. В волокне с градиентным профилем световые лучи не распространяются зигзагообразно, как в волокнах со ступенчатым профилем. В волокне такого типа также может быть много траекторий распространения света в сердцевине волокна, но эти траектории плавные, не имеющих резких отражений от границы раздела сердцевины и оболочки. В центральной части сердцевины скорость распространения оптического сигнала ниже, чем во внешних слоях, что обусловлено профилем показателя преломления. Это означает, что лучи света, проходящие по более длинным траекториям, распространяются с большей средней скоростью. В результате дисперсионное расширение оптического импульса в волокне с градиентным профилем оказывается меньше, чем в волокне со ступенчатым профилем. Можно отметить, что это также приводит и к меньшему затуханию коротких импульсов.

В одномодовом волокне диаметр сердцевины очень мал, а зависимость показателя преломления - такая, что на рабочей длине волны возможно существование только одной направляемой моды, которой соответствует луч, распространяющийся вдоль оси волокна. Практически диаметр сердцевины одномодового волокна составляет 8 - 9 мкм. В одномодовых волокнах нет межмодовой дисперсии, но существуют хроматическая и поляризационно-модовая дисперсии. Затухание одномодового волокна существенно меньше по сравнению с затуханием многомодовых волокон. В одномодовом волокне часть оптической мощности распространяется в оболочке. Поэтому можно ввести понятие модового поля. Диаметр модового поля – это фактический диаметр той области одномодового волокна, в которой распространяется основная часть оптической мощности.

Размеры оптического волокна указываются по следующей форме: диаметр сердечника/диаметр оболочки, например, 9/125 мм.

Одномодовые волокна подразделяются на:

У многомодового градиентного волокна и одномодового волокна со смещённой дисперсией показатель преломления сердцевины зависит от радиуса. Такой более сложный профиль делается для улучшения технических характеристик или для достижения специальных характеристик волокна.

3.2. Основные параметры оптических волокон

3.2.1 Конструктивные параметры

Выбор конструктивных параметров ОВ, в частности, диаметров сердцевины и оболочки, определяются на основе комплексного решения задач, связанных с целым рядом факторов и закономерностей. В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т для многомодовых кварцевых ОВ соотношение диаметров оболочки и сердцевины принимаются равными 2,5, а численные значения диаметров сердцевины и оболочки составляют соответственно и . Размеры ОВ записываются в виде соотношения (например, ).

Помимо основного типоразмера в системах связи также используются многомодовые ОВ с типоразмерами . В настоящее время размеры ОВ и их допустимые отклонения от номинальных значений стандартизированы (см. таблицу 3.2).

Таблица 3.2. Допустимые отклонения размеров многомодового ОВ

Многомодовое волокно

Многомодовое волокно

Диаметр сердцевины



Диаметр сердцевины



Эллиптичность сердцевины



Эллиптичность сердцевины



Многомодовое волокно

Многомодовое волокно

Диаметр оболочки



Диаметр оболочки



Эллиптичность оболочки



Эллиптичность оболочки




Диаметр одномодового ОВ выбирается из тех же соображений, что и для многомодовых. Диаметр сердцевины одномодового ОВ обычно составляет , диаметр поверх оболочки для унификации сохраняется равным . Отклонение от номинального значения, как и в случае многомодового ОВ, не должен превышать , а некруглость - . Однако следует отметить, что нормируемым параметром в одномодовом ОВ является не диаметр сердцевины, а диаметр поля моды, который характеризует потери при вводе света в волокно и зависит от длины волны. Конструктивные размеры стандартного одномодового волокна приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Конструктивные размеры стандартного одномодового ОВ

Диаметр модового поля



Эксцентричность модового поля



Диаметр оболочки



Эллиптичность оболочки





В конструкциях ОВ в целях сохранения передаточных параметров и механической прочности используют различные покрытия. Сразу же после вытяжки ОВ на него наносят первичное защитное покрытие (ПЗП) толщиной из материала, обладающего несколько большим коэффициентом преломления, чем оболочка ОВ, и большими потерями на поглощение для подавления распространения нежелательных мод.

3.2.2. Оптические параметры

Основными оптическими параметрами волокна являются:

Относительная разность показателей преломления. Относительная разность ПП сердцевины и оболочки определяется выражением (3.1.1).

Числовая апертура. Одной из основных характеристик, определяющих условия ввода оптических сигналов и процессы их распространения в ОВ, является числовая апертура, определяемая для:

, (3.2.2.1)

, (3.2.2.2)

В градиентных ОВ используется понятие локальной числовой апертуры. Её значение максимально на оси волокна и равно 0 на границе раздела сердцевина-оболочка.

Нормированная частота. Этот параметр, определяющий число мод, равен:

, (3.2.2.3)

где - длина волны, мкм.

Если 0 << 2,405, то режим работы волокна одномодовый, если > 2,405 – многомодовый.

Число распространяющихся мод. Общее число мод в многомодовом ОВ с диаметром сердцевины , заданной числовой апертурой на рабочей длине волны определяется через нормированную частоту выражением вида:

(3.2.2.4)

В расчетах может оказаться дробным числом, в то время как число мод в волокне бывает только целым и составляет от одной до тысячи мод.

Диаметр модового поля. Важный интегральный параметр одномодового ОВ. Он используется при анализе одномодовых волокон.

В многомодовых ОВ размер сердцевины принято оценивать диаметром (), в одномодовых волокнах – с помощью диаметра модового поля (). Это связано с тем, что энергия основной моды в одномодовом ОВ распространяется не только в сердцевине, но и частично в оболочке, захватывая ее приграничную область. Поэтому более точно оценивает размеры поперечного распределения энергии основной моды. Величина является важной при стыковке волокон между собой, а также при стыковке источника излучения с волокном.

Длина волны отсечки в одномодовом ОВ. Минимальная длина волны, при которой ОВ поддерживает только одну распространяющуюся моду, называется длиной волны отсечки. Если меньше, чем длина волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света.

Различают длину волны отсечки в волокне и длину волны отсечки в проложенном кабеле . Первая () соответствует слабо напряженному волокну. Длина волны отсечки в проложенном кабеле () соответствует напряженному ОВ. Разницу между и можно оценить только экспериментальным путем.

3.2.3. Параметры передачи оптических волокон

К параметрам передачи ОВ относятся:

Коэффициент затухания. Затухание в ОВ – это мера ослабления оптической мощности, распространяемой вдоль ОВ между двумя его поперечными сечениями на данной длине волны. Затухание в ОВ выражается в дБ.

Коэффициент затухания – это величина затухания на единице длины волокна. Выражается в дБ/км.

Коэффициент затухания обуславливается собственными потерями волокна и выражается в виде:

, (3.2.3.1)

где , , , - составляющие коэффициента затухания за счет рэлеевского рассеяния, поглощения в материале волокна, инфракрасного поглощения и поглощения на примесях ОВ, соответственно.

В оптическом волокне, изготовленном из кварца, различают два вида поглощения, определяемые непосредственно материалом волокна (кварцем), которое в свою очередь состоит из инфракрасного и ультрафиолетового поглощения, и примесями в материале волокна.

Современные ОВ в большинстве случаев изготавливаются из химически чистой двуокиси кремния (SiO2), поэтому в широком диапазоне длин волн оптического излучения () поглощение практически сведено к нулю. По этой причине составляющими , , можно пренебречь и считать, что затухание света в ОВ происходит вследствие рассеивания.

Потери вследствие рассеивания зависят от размеров локальных неоднородностей. Следует отметить, что в материалах, из которых изготавливаются современные ОВ, существуют только микроскопические неоднородности, размер которых много меньше длины волны. Рассеяние на таких неоднородностях называют упругим или рэлеевским рассеянием. Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих ОВ, и составляют порядка 0,16 дБ/км на длине волны 1550 нм.

Дисперсия оптического сигнала. Наряду с коэффициентом затухания ОВ важнейшим параметром является дисперсия, которая определяет его пропускную способность для передачи информации.

Дисперсия – это рассеивание спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ и определяется разностью квадратов длительностей импульсов на выходе и входе ОВ:

, (3.2.3.2)

где значения и определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов. Дисперсия в общем случае определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в ОВ (межмодовая дисперсия), а с другой стороны – некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (хроматическая дисперсия).

Ширина полосы пропускания. Ширина полосы пропускания определяет допустимую верхнюю частоту спектра сигнала, который может передаваться по волокну определенной длины. Часто вместо полосы пропускания используют понятие коэффициента широкополосности (). Например, если многомодовое волокно характеризуется коэффициентом широкополосности , это означает, что сигнал с верхней частотой можно передавать по ОВ длиной 1 км.

Чем длиннее ОВ, тем меньше полоса пропускания и, следовательно, меньше объем передаваемой информации. Таким образом, ширина полосы пропускания ограничивает как скорость передачи, так и расстояние, на которое может быть передан сигнал.

Наибольшим значением коэффициента широкополосности обладают градиентные ОВ с оптимальным профилем показателя преломления. В указанных ОВ коэффициент широкополосности достигает до . Однако следует заметить, что малейшее отклонение профиля показателя преломления от оптимального вызывает резкое уменьшение полосы пропускания.

3.2.4. Механические параметры оптических волокон

К механическим параметрам относят:

Прочность волокна. Предел прочности характеризует способность волокна противостоять натяжению или изгибу без повреждения. Основная причина, обусловливающая хрупкость волокна, это наличие микротрещин на поверхности и дефектов внутри волокна. При этом поверхностные трещины более существенны. Поверхностные дефекты могут возрастать под воздействием растягивающей нагрузки, возникающей во время прокладки кабеля. Температурные изменения, механические и химические воздействия, обычное старение также приводят к появлению дефектов. Расширяющиеся дефекты приводят к случайному обрыву волокна.

Динамическая прочность на разрыв. Динамическая прочность на разрыв – это определенное значение интенсивности нагрузки на растяжение или сжимание, которой подвергается вся длина волокна в его осевом направлении на протяжении определенного кратковременного периода. Величина динамической прочности на разрыв ОВ составляет обычно величину более чем 38 ГПа для образцов, не подвергшихся старению, длиной 0,5 м.

Параметр нагрузки разрушения. Параметр нагрузки разрушения – это безразмерный коэффициент, величина которого зависит от окружающей температуры, влажности и других условий. Статистические и динамические значения параметров нагрузки разрушения обычно задаются в технической документации на ОВ и, как правило, их величина больше 20.

Стойкость к изгибам. Известно, что волокно имеет минимальный радиус изгиба. Достаточно резкий изгиб может разорвать волокна. Изгибы также приводят к другим эффектам:

Усилие снятия защитного покрова. Этот параметр характеризует усилие, которое необходимо приложить для удаления покрытия с волокна, не подвергая последнее чрезмерному механическому напряжению, которое может привести к его разрыву. Как правило, усилие снятия защитного покрытия ОВ составляет величину, находящуюся в пределах от 1,3 Н до 9Н.

3.3 Классификация оптических кабелей

Современные проводные системы передачи строятся с использованием практически только оптических кабелей - основа которых оптическое волокно. Оптического кабель (ОК) представляет собой совокупность оптических волокон (ОВ), заключенных в общую влагозащитную оболочку, поверх которой в зависимости от условий эксплуатации могут быть наложены защитные покровы.

К ОК предъявляются следующие требования:

  1. возможность прокладки в тех же условиях, в каких прокладываются электрические кабели связи;

  2. использование при прокладке методов, техники и оборудования, применяемых при прокладке электрических кабелей;

  3. возможность сращивания и монтажа в полевых условиях;

  4. устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям в процессе строительства и эксплуатации;

  5. эксплуатационная надежность с заданным показателем безотказности, долговечности и ремонтопригодности.

В ОК используется принципиально новая направляющая система электромагнитных сигналов - оптическое волокно.

Преимущества ОК:

  1. широкополосность и возможность передачи большого потока информации;

  2. малое затухание и независимость его от частоты в широком диапазоне частот;

  3. высокая помехоустойчивость и защищенность от внешних электромагнитных полей, практическое отсутствие взаимных влияний между отдельным ОВ в кабеле;

  4. полная электрическая изоляция между входом и выходом оптической системы связи, что не требует общего заземления передатчика и приемника;

  5. отсутствие коротких замыканий между ОВ, что позволяет использовать ОК для пересечения зон, опасных в электрическом отношении;

  6. малые масса и габаритные размеры;

  7. отсутствие необходимости использовать дефицитные материалов (медь, свинец) для изготовления ОК.

Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. Они различаются видом защитных покровов ОК, характером компоновки ОВ в составе кабельного сердечника, характером и способом упрочнения ОК от продольных и радиационных воздействий.
В настоящие время выпускается большое типов ВОК в зависимости от назначения, условий прокладки и конструкции составляющих элементов.

По своему назначению ОК подразделяются на:

- междугородные;

- зоновые;

- городские;

- объектовые и монтажные.

Междугородные и зоновые ОК предназначаются для передачи информации на большое расстояние и организации большого числя каналов. Они обладают малым затуханием, дисперсией и большой широкополосностью.

Городские ОК используются в качестве соединений линий между городскими АТС. Они рассчитаны на работу без промежуточных линейных регенераторов, то есть на сравнительно короткое расстояние и относительно небольшое число каналов.

Монтажные ОК предназначаются для монтажа внутри и межблочного монтажа аппаратуры. В зависимости от условий прокладки и эксплуатации ОК разделяются: для внутренней и наружной прокладки; специальные.

Кабели внутренней прокладки используются внутри телефонных станций, офисов, зданий и помещений. По условию прокладки эти кабели подразделяются на: кабели вертикальной и горизонтальной прокладки; шнуры коммуникаций.

Кабели наружной прокладки применяются на любых (сельских, городских, зоновых и магистральных) линиях связи и по условию прокладки их можно разделить на: воздушные, подземные, подводные.

Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах различного типа и в свою очередь подразделяются на:

- самонесущие - с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах различного типа, в том числе на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;

- прикрепляемые - крепятся к несущему проводу с помощью специальных зажимов;

- навиваемые - навиваются вокруг несущего провода или грозотроса;

- встраиваемые в грозотрос.

Кабели подземной прокладки подразделяются на:

- прокладываемые в кабельной канализации или туннеля;

- закладываемые в грунт;

- автоматической прокладки в специальных трубах.

Подводные кабели подразделяются на:

- укладываемые на дно несудоходных рек, неглубоких озер и болот;

- укладываемые на дно морей и океанов.

Приведенные выше особенности и требования определяют конструкции и типы оптических кабелей.

3.4. Анализ существующих кабелей российского производства

В настоящее время отечественная кабельная промышленность освоила производство оптических кабелей практически любых типов и назначений.

Эти кабели отвечают требованиям международных стандартов, рекомендациям МСЭ (ITU-T) G.651-G.654. Для изготовления ОК применяются как отечественные так и импортные материалы высокого качества.

Оптические волокна поставляются известными фирмами - Lucent Technologies, Corning, Fujikura (Япония), Samsung (Южная Корея), Ericsson.

Оптические кабели в России производят девять отечественных заводов:

1. Армавирский опытный завод (город Армавир);

2. ОАО «Ленсвязь» (город Санкт-Петербург);

3. ЗАО «Москабельмет» (город Москва);

4. АОЗТ «Оптен» (город Санкт-Петербург);

5. ЗАО «Оптика-кабель» (город Москва);

6. ЗАО «Севкабель-Оптик» (город Санкт-Петербург);

7. СП «Эликс-МО» (город Москва);

8. АОНФ «Электропровод» (город Москва);

9. ЗАО «Яуза-кабель» (город Мытищи, Московская область).

Все предприятия оснащены современным технологическим оборудованием, позволяющим производить всю номенклатуру кабелей, необходимых для строительства современных сетей связи различного назначения.

Номенклатура выпускаемых кабелей как по числу ОВ, так и по роду защитных покровов в основном соответствует мировой практике.

Основное назначение оптического кабеля – защита оптических волокон и обеспечение качества передачи информации по волокну. Волокно чувствительно к механическим воздействиям, поэтому, от того, насколько грамотно будет разработана для него защита, зависит срок службы всей оптической линии и, в конечном итоге, экономия средств при эксплуатации ВОЛП.

Проанализировав состав продукции, выпускаемой вышеназванными производителями, ценовые категории, территориальное расположение, условия и сроки поставки, а также соответствие техническим требованиям, я пришла к выводу, что наиболее оптимально использовать кабельную продукцию ЗАО «Севкабель-Оптик» (г. Санкт-Петербург).

Одним из основных требований, предъявляемых к оптическим кабелям, является их соответствие внутригосударственным и международным стандартам. Оптические кабели производства ЗАО «Севкабель-Оптик» отвечают необходимым требованиям МЭК и сертифицированы в соответствии с «Техническими требованиями к оптическим кабелям связи, предназначенным для применения на взаимоувязанной сети связи Российской Федерации» от 21 мая 1998 года: Сертификат соответствия техническим требованиям Госкомсвязи РФ № ОС/1-КБ-126. Также продукция данного завода-изготовителя имеет: Сертификат соответствия системы качества ИСО 9002 Госстандарта РФ, Заключение о гигиенической и экологической безопасности на продукцию Министерства здравоохранения и Министерства Экологии РФ, соответствие заявленным техническим характеристикам по ГОСТ МЭК 794-1-93.

Все оптические кабели связи проходят испытания на соответствующие указанные выше требования по методикам, приведенным в ТУ.

3.5. Характеристики кабелей

ЗАО «Севкабель-Оптик» выпускает ОК, предназначенные для использования на линиях передачи магистральных, внутризоновых и местных сетей взаимоувязанной сети связи Российской Федерации.

В данном дипломном проекте используется оптический кабель марки ОПС (см. рисунок 3.5), ОПТ (см. рисунок 3.7).

Характеристики кабеля марки СКО-ОПС-008Е04-04-М2

Область применения кабеля: при прокладке в грунтах 1-3 групп ножевым кабелеукладчиком (кроме грунтов, подверженных мерзлотным деформациям) и грунтах всех типов в открытую траншею. В кабельной канализации, трубках, блоках, по мостам и эстакадам. В тоннелях и коллекторах в исполнении, не распространяющем горения.

В таблице 3.4 приведены механические характеристики кабеля СКО-ОПС-008Е04-04-М2.

Таблица 3.4. Механические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Количество оптических волокон в кабеле

2 – 48

Количество оптических волокон в модуле

8 – 12

Количество модулей в кабеле

1 – 4

Количество элементов в повиве сердечника

4

Номинальный наружный диаметр кабеля, мм

11,8 – 14,0

Масса кабеля, кг/км

261 – 340

Минимальный радиус изгиба, мм

230 – 280

Стойкость к продольному растяжению, кН

7,0 – 9,0

Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см

0,5 – 1,0

Стойкость к ударам, Дж

30

Температурный диапазон при эксплуатации, 0С

-60 … +70

Температурный диапазон при прокладке, 0С

-10 … +50



На рисунке 3.6 показано поперечное сечение оптического кабеля марки СКО-ОПС-008Е04-04-М2.

Дополнительные технические характеристики.

Толщина наружной оболочки кабеля должна быть не менее 2,0 мм. Толщина внутренней оболочки кабеля должна быть не менее 0,6 мм. Номинальный диаметр служебных жил – 1,2 мм. Толщина изоляции служебных жил не менее 0,3 мм.

Кабель марки СКО-ОПС-008Е04-04-М2 должен быть стойким:

Электрическое сопротивление изоляции цепей «ЦСЭ-жила», «жила-жила», «жила-оболочка», «оболочка-броня» на длине 1 км должна быть не менее 10 000 Мом. Электрическое сопротивление медных жил на длине 1 км должно быть не более 1 Ом при температуре 200С. Внешняя оболочка кабеля должна выдерживать испытание номинальным напряжением, приложенным между металлической броней и водой (землей), 10 кВт амплитудного значения переменного тока частотой 50 Гц или 20 кВ постоянного тока в течении 5 секунд. Кабель без медных жил должен выдерживать воздействие импульсного тока растекания длительностью 60 мкс и величиной 105 кА.

Указания по монтажу. Кабель может прокладываться ручным или механизированным способом при температуре не ниже 100С. При прокладке и монтаже кабеля не должен быть превышены допустимые растягивающие и раздавливающие нагрузки.

Минимальная температура разделки и монтажа кабеля должна быть не ниже -100С. При монтаже кабеля минимальный радиус изгиба ОВ – 3 мм, на время не более 10 минут. Разделка и монтаж кабеля должны проводиться способами и инструментами, исключающими его повреждение. Срок службы кабелей, включая срок хранения, при соблюдении указаний по монтажу и эксплуатации и при отсутствии воздействий, превышающих указанные выше, не менее 25 лет. Срок хранения кабелей в упаковке поставщика в отапливаемых помещениях 25 лет, в полевых условиях под навесом – не менее 10 лет.




Рис. 3.5. Конструкция оптического кабеля марки ОПС



Рис. 3.6. Поперечное сечение оптического кабеля марки СКО-ОПС-008Е04-04-М2

  1. ПБТ-ПА трубка со свободно уложенными оптическими волокнами (волокнами в пучках) и гидрофобным гелем;

  2. Межмодульный гидрофобный заполнитель;

  3. Армирование круглыми стальными оцинкованными провоками;

  4. Наружная черная ПЭ оболочка с маркировкой. Для кабелей в негорючем исполнении оболочка из материала, не распространяющего горение.

Характеристики кабеля марки СКО-ОПТ-002Е04-04-М2



Рис. 3.7. Поперечное сечение оптического кабеля марки СКО-ОПТ-002Е04-04-М2

  1. Одно- или двухслойная полимерная центральная трубка со свободно уложенными оптическими волокнами или пучками волокон и гидрофобным гелем

  2. Диэлектрический силовой элемент

  3. Наружная оболочка из полиэтилена высокой плотности

Таблица 3.5. Технические характеристики

Количество оптических волокон в кабеле

2—48

Диаметр кабеля, мм

8—15

Масса кабеля, кг/км

60—100

Минимальный радиус изгиба, мм

120—225

Стойкость к продольному растяжению, кН

1,5—6

Стойкость к раздавливающим усилиям, кН/см

0,4—1,0

Стойкость к удару, Дж

30

Температурный диапазон
— эксплуатация, ° С
— прокладка, °С


от минус 60 до плюс 70
от минус 15 до плюс 50


Применение

Экономичный кабель для сетей доступа, сетей кабельного телевидения, локальных вычислительных сетей, решения задач «последней мили». Монтируется методом подвески на опорах линий электропередач, контактной сети железных дорог, городского электротранспорта, между зданиями и сооружениями или методом прокладки в кабельной канализации (включая метод пневмопрокладки), а также, внутри зданий по стенам, в вертикальных и горизонтальных кабелепроводах и по кабельростам, в тоннелях и коллекторах.







4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

4.1. Выбор аппаратуры

Сегодня, по крайней мере, одиннадцать производителей объявили о наличии у них продуктов PON, в той или иной мере доступных. Среди них – Alcatel, Lucent, Marconi и Fujitsu. Однако наибольшее внимание к себе привлекли две новые компании - UTStarcom и Terawave.

В связи с возросшим интересом к технологии, специалисты компании OlenCom Electronics московского представительства компании-производителя UTStarcom представили последние разработки компании в этой области – концентратор EPON BBS 1000, который поддерживает до 8 интерфейсов, каждый из которых способен передавать трафик со скоростью 1 Гбит/с, распределяющийся между 64 терминальными устройствами. Таким образом, небольшой концентратор в корпусе 1U может обслуживать максимально до 512 абонентов, и, совместно с оптическим терминальным оборудованием UTStarcom серии ONU, является завершенным решением для организации сетей доступа на базе технологии Ethernet с гигабитной пропускной способностью на участке последней мили.

Обеспечение разнообразными сервисами большого числа абонентов, низкая цена на оборудование, а также невысокие затраты, необходимые для развертывания сети на базе технологии EPON, делают BBS 1000 великолепным решением для организации доступа на участке последней мили.

4.2. Описание аппаратуры

4.2.1. BBS 1000, концентратор EPON

BBS 1000+ - это компактное  высокопроизводительное устройство, предназначенное для построения оптических сетей доступа на базе технологии EPON. Данный концентратор совместно с оптическим терминальным оборудованием UTStarcom ONU 100 является завершенным решением для организации сетей доступа на базе технологии Ethernet с гигабитной пропускной способностью на участке последней мили.

Это решение может успешно использоваться как для построения кампусных и корпоративных сетей, так и для предоставления услуг индивидуальным абонентам частного сектора.

Объединяя экономические выгоды от технологии EPON с возможностью коммутации второго и третьего уровней, а также функциональностью маршрутизатора, BBS 1000+ является оптимальной транспортной платформой для одновременной передачи голоса, видео, данных и других сервисов, для которых необходима высокая пропускная способность.

BBS 1000+ поддерживает до 8 PON интерфейсов. Каждый PON интерфейс способен передавать трафик со скоростью 1.25 Гбит/с, который может распределяться между 64 терминальными устройствами. Таким образом, небольшой концентратор  в корпусе 1U может обслуживать максимально до 512 абонентов.

Обеспечение разнообразными сервисами большого числа абонентов, низкая цена на оборудование, а также невысокие затраты, необходимые для развертывания сети на базе технологии EPON, делают BBS 1000+ великолепным альтернативным решением для организации доступа на отрезке последней мили.

Встроенные механизмы качества обслуживания (QoS) оборудования BBS 1000+ позволяют операторам связи превышать установленную полосу пропускания, но в то же время выделяя и давая приоритеты трафику, для которого задержки неприемлемы. Данная услуга основана на индивидуализированном соглашени об уровне обслуживания (SLA). Динамическое распределение полосы пропускания позволяет операторам связи тарифицировать переданный трафик отрезками в 1 Мбит/с.

Поддержка протокола IGMP предусматривает управление широковещательными сервисами и гарантирует эффективное использование сетевой инфраструктуры для услуг, связанных с передачей видео.

Удаленная диагностика, гибкое управление и реконфигурация платформы BBS 1000+ возможны благодаря богатому набору встроенных функций технического обслуживания и управления (O&M). 

Преимущества:

Интерфейсы:

Параметры OLT модуля:

Функции коммутации второго уровня

Неблокируемая архитектура коммутации:

Функции маршрутизации третьего уровня (опционально)

Протоколы: TCP/IP, ICMP, ARP, Proxy ARP, OSPF v2, BGP-4, RIPv2, PIM-DM, PIM-SM, IGMPv2.

Встроенные механизмы качества обслуживания (QoS)

Безопасность – список доступа (ACL).

Авторизация – IEEE 802.1x/Radius.

Система управления

Физические параметры

Габариты (мм): 43,6 х 482,6 х 420 (В х Ш х Г)

Вес: 6,3 кг.

Электропитание

Энергопотребление

4.2.2. ONU 100, терминальное устройство EPON

ONU 100 - это бюджетное терминальное устройство, предназначенное для построения оптических сетей доступа на базе технологии EPON. Данное терминальное оборудование совместно с оптическим концентратором UTStarcom BBS 1000 являются завершенным решением для организации сетей доступа на базе технологии Ethernet с гигабитной пропускной способностью на отрезке последней мили.

Это решение может успешно использоваться как для построения кампусных и корпоративных сетей, так и для предоставления услуг индивидуальным абонентам частного сектора.

Объединяя экономические выгоды от технологии EPON с возможностью коммутации второго и третьего уровней, а также функциональностью маршрутизатора, данное оборудование очень хорошо подходит для единой передачи голоса, видео, данных и других сервисов, для которых необходима высокая пропускная способность.

Особенности:

Оптические характеристики

Соответствие стандартам: IEEE 802.3ah

Авторизация пользователя: IEEE 802.1X

Встроенные механизмы качества обслуживания (QoS): IEEE 802.1p IPv4, TOS приоритетность

Система управления

Сертификаты соответствия: VCCI, UL and FCC part 15B

Передняя панель: Светодиоды (LEDs), Электропитание (Power), Сигнализация (Alarm), Состояние LAN интерфейса (LAN Link Status), Состояние Интерфейса PON (PON Link Status).

Задняя панель: 1 разъём для электропитания, 1 разъём типа SC интерфейса EPON, 1 разъём типа RF-45 интерфейса Fast Ethernet.

Физические и электрические параметры

Электропитание

Внешние условия

4.2.3. Сплиттеры

Разветвители – пассивные оптические компоненты, которые используются для разделения сигнала, поступившего во входное волокно, на два или несколько выходных волокон. Входной сигнал разделяется между выходными волокнами поровну. В обратном направлении разветвитель объединяет два или несколько входных сигналов в одно выходное волокно. Число портов разветвителя принято обозначать отношением 1:N, которое называют коэффициентом разветвления.

Выпускаются разветвители, оконцованные с одной (разветвители с пигтейлами) или с двух сторон. Разветвители с пигтейлами могут монтироваться на направляющих для сростков в соединительной муфте, патч-панели или оптическом распределителе. Разветвители, оконцованные с обеих сторон, предназначены для монтажа в распределительных блоках.

В промежуточных узлах ветвления кабельной инфраструктуры сети PON устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания. Сплиттер может разделять мощность в любых пропорциях (вносимое затухание зависит от пропорции деления).

Конструктивно сплиттер выполнен  в конструктиве высотой 1U для размещения в 19" стойке, либо как настольное устройство.

За счет оптимизации размещения сплиттеров может достигаться значительная экономия оптических волокон и снижение стоимости кабельной инфраструктуры.


Рис. 4.1. Схема применения на базе EPON

Патч-панели или распределительные панели – это устройства для подключения волоконно-оптических кабелей и создания кросс-соединений между их волокнами. Распределительные панели обычно монтируются в 19" шкафу. Патч-панель содержит кабельные вводы, направляющие для волокон и коммутационное поле для подключения оборудования и создания кросс-соединений. Защищенные сростки волокон размещаются и фиксируются в направляющих. Коммутационное поле состоит из адаптеров, к которым внутри панели подключаются коннекторы пигтейлов. Патч-панели часто имеют специальное место для хранения излишних длин соединительных шнуров.

Емкость патч-панели, монтируемой в 19" шкафу, обычно составляет 24 коннектора.

Оптические патч-панели монтируются в шкафы в помещении распределителя. Панели могут располагаться в отдельном шкафу с коммутационным оборудованием или в одном шкафу с активным передающим оборудованием. В больших распределителях, таких как кампусные распределители или оптические распределители сети связи общего пользования, патч-панели должны располагаться в отдельных шкафах. При выборе шкафа необходимо принимать во внимание удобство доступа к волокнам и возможность расширения сети. Шкафы не обязательно должны иметь размер 19”. Во многих случаях хорошим решением является использование шкафа, конструкция которого специально разработана для подключения оптических волокон и создания соединений между ними. В таких шкафах удобство доступа к волокнам и возможность расширения сети уже учтены в конструкции. Эти шкафы отличаются от стандартных 19” шкафов. В них вместо патч-панелей используются специальные коммутационные блоки, в которые устанавливаются адаптеры.

При выборе распределительной коробки, патч-панели или распределительного шкафа необходимо принимать во внимание:

1. простоту конструкции,

2. наличие крепления подключаемых кабелей и заземления (если требуется),

3. удобство обслуживания и внесения изменений в структуру сети,

4. возможность расширения сети,

5. удобство доступа к волокнам и кабелям, когда их число приближается к максимальной емкости распределительного устройства,

6. возможность блокирования доступа (если требуется),

7. совместимость с конкретными коннекторами.
5. РАСЧЁТ БЮДЖЕТА МОЩНОСТИ

5.1. Затухание сигнала


Под затуханием сигнала понимают уменьшение его оптической мощности при распространении по оптическому волокну. Затухание измеряется в дБ/км. На затухание света в волокне в основном влияют такие факторы как потери на поглощение и потери на рассеивание. Поглощение в оптическом волокне может быть собственным и примесным. Собственное поглощение обусловлено поглощением кварца в инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра, а примесное - наличием примесей в волокне. Среди примесей, вызывающих наибольшее затухание, выделяют ионы OH (гидроксильные группы). Из-за малых (микроскопических) изменений плотности и, следовательно, изменений показателя преломления материала волокна свет, распространяющийся в определенном направлении, может распределяться (рассеиваться) в разных направлениях, в том числе и в обратном. Это приводит к появлению рассеянного излучения и, следовательно, к потерям. Даже при отсутствии затухания за счет поглощения в волокне всегда будет присутствовать затухание, обусловленное рэлеевским рассеянием, которое составляет приблизительно 0,16 дБ/км на длине волны 1550 нм. Зависимость затухания от длины волны для плавленого кварца приведена на рис. 5.1.



Рис. 5.1. Зависимость коэффициента затухания кварцевого волокна от длины волны и используемые окна прозрачности.
Как видно из рис. 5.1., величина затухания минимальна в диапазоне длин волн 800...1700 нм. Поглощение в УФ области на более коротких длинах волн и в ИК на более длинных резко увеличивают затухание.

В системах связи используются три диапазона длин волн или так называемые окна прозрачности:

Рабочие окна для многомодовых волокон 850 и 1300 нм, для одномодовых – 1310 и 1550 нм. Одномодовые волокна с низким водяным пиком (ITU-T G.652.D) могут использоваться также при работе на длинах волн в интервале между 1310 и 1550 нм, одномодовые волокна с ненулевой смещенной дисперсией (ITU-T G.656) - на длинах волн L-диапазона (свыше 1550 нм). L-диапазон также показан на рис. 5.1. Области длин волн, на которых могут использоваться одномодовые волокна, поделены еще более плотно на следующие диапазоны:

O-диапазон: 1260 …1360 нм

E- диапазон: 1360 …1460 нм

S- диапазон : 1460 …1530 нм

C- диапазон: 1530 …1565 нм

L- диапазон: 1565 …1625 нм

(U- диапазон: 1625 …1675 нм)

Пик затухания, обусловленный наличием гидроксильных групп, находится между окнами 1310 нм и 1550 нм и называется водяным пиком. У одномодового волокна с низким водяным пиком (LWP) значение затухания на пике так мало, что это волокно может использоваться даже на длинах волн, соответствующих водяному пику. В соответствии с рекомендациями ITU-T G.652.D значение затухания на длине волны 1383 нм такое же или даже ниже, чем нормированное значение для длины волны 1310 нм.

Кривая затухания для одномодового волокна с низким водяным пиком представлена на рис. 5.2., где также показаны O, E, S, C и L - диапазоны.



Рис. 5.2. Зависимость коэффициента затухания одномодового волокна с низким водяным пиком (ITU-T G.652.D) от длины волны.

Дополнительное затухание может быть вызвано макроизгибами (с радиусом изгиба >> 1 мм) и микроизгибами (с радиусом изгиба < 1 мм), а также радиоактивным излучением. Эти факторы, приводящие к дополнительному ослаблению сигнала, должны быть минимизированы или полностью исключены при разработке конструкции кабеля и при последующей его прокладке и монтаже.
1   2   3   4   5   6   7


З.1. Структура и типы оптических волокон
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации