что такое волс кабель
Что такое оптоволоконная связь, элементы ВОЛС и преимущества
Вступление
Оптоволоконная связь позволяет телекоммуникационным сетям обеспечивать высокоскоростные соединения с высокой пропускной способностью в пределах одной страны и в международном информационно коммуникационном пространстве.
Оптоволоконная связь состоит из активных и пассивных элементов, основными из которых являются:
Всю номенклатуру элементов и компонентов ВОЛС, а также другого оборудования радиофотоника посмотрите на сайте https://lenlasers.ru/catalog/opticheskie-transivery-sfp-mednye/. Это сайт компании разработчик и поставщика лазерно-оптических компонентов и оборудования российского и зарубежного производства.
История оптоволоконной связи
Оптоволоконная связь произвела революцию в телекоммуникационной отрасли. Он получил широкое признание у организаторов сетей связи и коммуникаций. Оптическая связь, используя оптоволоконный кабель, позволила установить телекоммуникационные линии на гораздо большие расстояния, с гораздо меньшими уровнями потерь. Это позволило обеспечить гораздо более высокие скорости передачи данных.
В результате этих преимуществ ВОЛС широко используются в основной инфраструктуре магистральной связи, в широкополосных системах Ethernet и общих сетей передачи данных.
С первых дней развития телекоммуникаций постоянно возрастала потребность в передаче большего количества данных. Первоначально использовались однолинейные провода. На смену им пришли коаксиальные кабели, которые позволили нескольким каналам передавать по одному и тому же кабелю. Однако эти системы были ограничены в полосе пропускания.
В 60-70-х годах прошлого века, после ряда открытий (в частности создания лазера), стала возможной оптическая связь — передача электрического сигнала светом.
Сегодня это открытие позволяет передавать данные на большие расстояния со скоростью передачи до 10Тбит/сек.
Оптоволоконная связь в преимуществах
Существует ряд веских причин, которые приводят к широкому распространению ВОК кабелей:
Из чего состоит оптоволоконная связь
Любая ВОЛС будет состоять из ряда элементов. Это:
Элементы ВОЛС могут меняться в зависимости от назначения. Очевидно, что локальным сетям, не нужны методы организации ВОЛС между городами. Однако, общие принципы для любой ВОЛС одинаковые.
Оптоволоконная связь: основные принципы
Суть оптоволоконной связи в преобразовании электрического сигнала в световой потолок, передача светового потока на расстояние и обратное преобразование света в электрический сигнал.
Свет в данной системе передается по специальному кабелю, называемому стекловолокном. «Ловят» оптический сигнал детекторы. Они преобразуют импульсы света обратно в «читаемые» электрические импульсы. То есть имеет место передача электрических сигналов светом.
Оптоволоконный передатчик
В первоначальных ВОЛС использовались большие лазеры, сегодня можно использовать различные полупроводниковые устройства. Чаще всего используются светоизлучающие диоды, светодиоды и полупроводниковые лазерные диоды.
Самым простым передающим устройством является светодиод. Его главное преимущество заключается в дешевизне. Однако у них есть ряд недостатков. Во-первых, они имеют очень низкий уровень эффективности. Только около 1% мощности поступает в оптическое волокно, а это означает, что потребуются драйверы высокой мощности для обеспечения достаточного количества света для передачи на большие расстояния.
Второй недостаток светодиода в излучении некогерентного света широкого спектра 30–60 нм. Из-за этого дисперсия в волокне ограничивает предел пропускной способности волоконного световода.
Волоконные светодиоды используются для локальных сетей, где скорость передачи данных в диапазоне 10–100 Мбит/с, а расстояние передачи несколько километров.
Оптоволоконная связь на большие расстояния с более высокими скоростями передачи данных, потребует большей производительности источника света. В этих системах используют лазеры. Хотя они более дорогие, они обладают существенными преимуществами.
Во-первых, они могут обеспечить более высокий выходной уровень;
Во-вторых, световой поток является направленным, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи света в оптоволоконный кабель. Эффективность связи с одномодовым волокном может достигать 50%.
В-третьих, лазеры имеют очень узкую спектральную полосу пропускания, то есть они производят когерентный свет. Эта узкая спектральная ширина позволяет лазерам передавать данные с гораздо большей скоростью, поскольку модальная дисперсия менее заметна.
Для очень высоких скоростей передачи данных или очень больших расстояний более эффективно использовать лазер с постоянным уровнем выходной мощности (непрерывной волной). Затем свет модулируется с помощью внешнего устройства. Использования внешних средств модуляции увеличивает максимальное расстояние между линиями связи, поскольку устраняется эффект, известный как лазерный «чирп». Этот эффект расширяет спектр светового сигнала и увеличивает хроматическую дисперсию в оптоволоконном кабеле.
Оптоволоконная связь и оптический кабель
По сути, оптоволоконный кабель состоит из сердечника, вокруг которого находится еще один слой, называемый оболочкой. Снаружи есть защитное внешнее покрытие.
Оптические кабели работают, потому что их оболочка имеет намного меньший показатель преломления, чем у сердечника. Это означает, что свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению, когда достигает границы сердцевина-оболочка. То есть отражаясь свет движется внутри сердцевины оптического волокна.
Усилители (репитеры)
Есть ограничения в расстояние передачи сигналов по оптоволоконным кабелям. Это ограничивается связаны с затуханием сигнала и искажением светового сигнала вдоль кабеля. Чтобы преодолеть эти эффекты и передавать сигналы на большие расстояния (например, между городами), используются повторители и усилители сигналов.
Часто используют фотоэлектрические повторители. Эти устройства преобразуют оптический сигнал в электрический формат, где его можно обработать, чтобы сигнал не искажался, а затем преобразовать обратно в оптический формат.
Альтернативный подход – использовать оптический усилитель (эрбиевые 1,55мкм, иттербиевые 1 мкм, тулиевые 2 и 1,47 мкм). Эти усилители напрямую усиливают оптический сигнал без необходимости преобразовывать сигнал обратно в электрический формат.
Ввиду гораздо более низкой стоимости ВОУ по сравнению с повторителями, они используются гораздо чаще.
Оптоволоконная связь и приемники
Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, необходимо преобразовать в электрический сигнал, чтобы его можно было обработать и извлечь передаваемые данные. Компонент, который лежит в основе приемника, – это детектор (фотодетектор).
Обычно это полупроводниковое устройство с pn-переходом, штыревым фотодиодом или лавинным фотодиодом. Фототранзисторы не используются, потому что они не имеют достаточного быстродействия.
После того как оптический сигнал от оптоволоконного кабеля был подан на детектор и преобразован в электрический формат, он может быть обработан для восстановления данных, которые затем могут быть переданы в конечный пункт назначения.
Заключение
Оптоволоконная связь сегодня чаще используется для телекоммуникационных сетей на больших расстояниях и для высокоскоростных локальных сетей. В настоящее время волоконная оптика почти не используется для доставки услуг в дома, хотя это является долгосрочной целью для многих телекоммуникационных компаний.
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) и компоненты
Компоненты ВОЛС
Компоненты ВОЛС или его оборудование это перечень различных устройств и оборудования для создания волоконно-оптической сети. Правильный их подбор и монтаж, являются залогом производительности и безопасности сети.
Компоненты сети делятся на два вида:
К активному оборудованию относится оборудование потребляющее электроэнергию, это маршрутизаторы, коммутаторы, модуляторы и т.д.
Одной из самых важных частей любой ВОЛС является оптоволоконный кабель, а точнее оптическое волокно, из которого он состоит. Такие волокна бывают двух видов, одномодовые и многомодовые, отличающиеся тем, как в них распространяется излучение. Структура у них одинаковая, они состоят из сердцевины и оболочки, у которых отличаются показатели преломления.
Отличие состоит в том, что в волокне с одной модой диаметр сердцевины 8-10 мкм, а в многомодовом 50-60 мкм. Соответственно в первом случае проходит только один луч, а во втором несколько.
Также оптоволокно оцениваются по затуханию и дисперсии. Затухание определяет потери на поглощение и рассеивание излучения в оптическом волокне. А дисперсия, это временной разброс спектральной и модовой составляющих оптического сигнала.
Тут преимущество имеют одномодовые оптические волокна, но надо учитывать, что такие источники излучения в несколько раз дороже. Кроме того, в такое волокно труднее ввести излучение и срастить с небольшими потерями.
Преимущества и недостатки ВОЛС
Если стоит выбор, где купить оптоволоконные компоненты, выбирайте надёжного поставщика. Компания « АнЛан » занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.
Оптоволоконные кабели связи. Как это делается
В нескольких своих постах, опубликованных более года назад, я поднял такую интересную для многих и чем-то захватывающую тему, как магистральные оптоволоконные кабели связи, в частности, тему «подводной» оптики. Информация в данных публикациях была неполной, торопливой и разрозненной, так как статьи писались «на коленке» во время обеденного перерыва. Сейчас я бы хотел поделиться структурированным и, насколько это возможно, полным материалом по теме оптики, с максимумом вкусных подробностей и гик-порно, от которых на душе любого технаря станет тепло.
Внутри схемы, гифки, таблицы и много интересного текста.
Условная классификация
В отличие от всем нам знакомой витой пары, которая вне зависимости от места применения имеет примерно одну и ту же конструкцию, оптоволоконные кабели связи могут иметь значительные отличия исходя из сферы применения и места укладки.
Можно выделить следующие основные виды оптоволоконных кабелей для передачи данных исходя из области применения:
Кабель для прокладки внутри зданий
Оптические кабели для прокладки внутри зданий разделяют на распределительные, из которых формируется сеть в целом, и абонентские, которые используются непосредственно для прокладки по помещению к конечному потребителю. Как и витую пару, прокладывают оптику в кабельных лотках, кабель-каналах, а некоторые марки могут быть протянуты и по внешним фасадам зданий. Обычно такой кабель заводят до межэтажной распределительной коробки или непосредственно до места подключения абонента.
Конструкция оптоволоконных кабелей для прокладки в зданиях включает в себя оптическое волокно, защитное покрытие и центральный силовой элемент, например, пучок арамидных нитей. К оптике, прокладываемой в помещениях, есть особые требования по противопожарной безопасности, такие как нераспространение горения и низкое дымовыделение, поэтому в качестве оболочки для них используется не полиэтилен, а полиуретан. Другие требования — это низкая масса кабеля, гибкость и небольшой размер. По этой причине многие модели имеют облегченную конструкцию, иногда с дополнительной защитой от влаги. Так как протяженность оптики внутри зданий обычно невелика, то и затухание сигнала незначительно и влияние на передачу данных оно не оказывает. Число оптических волокон в таких кабелях не превышает двенадцати.
Также существует и своеобразная помесь «бульдога с носорогом» — оптоволоконный кабель, который содержит в себе, дополнительно, еще и витую пару.
Небронированный канализационный кабель
Небронированная оптика используется для укладки в канализации, при условии, что на нее не будет внешних механических воздействий. Также подобный кабель прокладывается в тоннелях, коллекторах и зданиях. Но даже в случаях отсутствия внешнего воздействия на кабель в канализации, его могут укладывать в защитные полиэтиленовые трубы, а монтаж производится либо вручную, либо при помощи специальной лебедки. Характерной особенностью данного типа оптоволоконного кабеля можно назвать наличие гидрофобного наполнителя (компаунда), который гарантирует возможность эксплуатации в условиях канализации и дает некоторую защиту от влаги.
Бронированный канализационный кабель
Бронированные оптоволоконные кабели используются при наличии больших внешних нагрузок, в особенности, на растяжение. Бронирование может быть различным, ленточным или проволочным, последнее подразделяется на одно- и двухповивное. Кабели с ленточным бронированием используются в менее агрессивных условиях, например, при прокладке в кабельной канализации, трубах, тоннелях, на мостах. Ленточное бронирование представляет собой стальную гладкую или гофрированную трубку толщиной в 0,15-0,25 мм. Гофрирование, при условии, что это единственный слой защиты кабеля, является предпочтительным, так как оберегает оптоволокно от грызунов и в целом повышает гибкость кабеля. При более суровых условиях эксплуатации, например, при закладке в грунт или на дно рек используются кабели с проволочной броней.
Кабель для укладки в грунт
В условиях влажного грунта используется модель кабеля, оптоволоконная часть которого заключена в герметичную металлическую трубку, а бронеповивы проволоки пропитаны специальным водоотталкивающим компаундом. Тут же в дело вступают расчеты: инженеры, работающие на укладке кабеля, не должны допускать превышения растягивающих и сдавливающих нагрузок сверх допустимых. В противном случае, сразу или со временем, могут быть повреждены оптические волокна, что приведет кабель в негодность.
Броня влияет и на значение допустимого усилия на растяжение. Оптоволоконные кабели с двухповивной броней могут выдержать усилие от 80 кН, одноповивные — от 7 до 20 кН, а ленточная броня гарантирует «выживание» кабеля при нагрузке не менее 2,7 кН.
Подвесной самонесущий кабель
Подвесные самонесущие кабели монтируются на уже существующих опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП. Это технологически проще, чем прокладка кабеля в грунт, но при монтаже существует серьезное ограничение — температура окружающей среды во время работ не должна быть ниже — 15 о С. Подвесные самонесущие кабели имеют стандартную круглую форму, благодаря которой снижаются ветровые нагрузки на конструкцию, а расстояние пролета между опорами может достигать ста и более метров. В конструкции самонесущих подвесных оптических кабелей обязательно присутствует ЦСЭ — центральный силовой элемент, изготовленный из стеклопластика или арамидных нитей. Благодаря последним оптоволоконный кабель выдерживает высокие продольные нагрузки. Подвесные самонесущие кабели с арамидным нитями используют в пролетах до одного километра. Еще одно преимущество арамидных нитей, кроме их прочности и малом весе, заключается в том, что арамид по природе своей является диэлектриком, то есть кабели, изготовленные на его основе безопасны, например, при попадании молнии.
В зависимости от строения сердечника различают несколько типов подвесного кабеля:
Оптический кабель с тросом
Оптические кабеля с тросом — это разновидность самонесущих кабелей, которые также используются для воздушной прокладки. В таком изделии трос может быть несущим и навивным. Еще существуют модели, в которых оптика встроена в грозозащитный трос.
Усиление оптического кабеля тросом (профилированным сердечником) считается достаточно эффективным методом. Сам трос представляет собой стальную проволоку, заключенную в отдельную оболочку, которая в свою очередь соединяется с оболочкой кабеля. Свободное пространство между ними заполняется гидрофобным заполнителем. Часто такую конструкцию оптического кабеля с тросом называют «восьмеркой» из-за внешнего сходства, хотя лично у меня возникают ассоциации с перекормленной «лапшой». «Восьмерки» применяют для прокладки воздушных линий связи с пролетом не более 50-70 метров. В эксплуатации подобных кабелей есть некоторые ограничения, например, «восьмерку» со стальным тросом нельзя подвешивать на ЛЭП. Надеюсь, объяснять, почему именно, не нужно.
Но кабели с навивным грозозащитным тросом (грозотросом) спокойно монтируются на высоковольтных ЛЭП, крепясь при этом к проводу заземления. Грозотросный кабель используется в местах, где есть риски повреждения оптики дикими животными или охотниками. Также его можно использовать на больших по дистанции пролетах, чем обычную «восьмерку».
Подводный оптический кабель
Данный тип оптических кабелей стоит в сторонке от всех остальных, так как прокладывается в принципиально иных условиях. Почти все типы подводных кабелей, так или иначе, бронированы, а степень бронирования уже зависит от рельефа дна и глубины залегания.
Различают следующие основные типы подводных кабелей (по типу бронирования):
Подробно конструкцию подводного кабеля я рассматривал больше года назад вот в этой статье, поэтому тут приведу только краткую информацию с рисунком:
Таблица типов и характеристик подводных кабелей в зависимости от глубины укладки
Производство
Теперь, когда мы познакомились с наиболее распространенными видами оптоволоконных кабелей, можно проговорить и о производственном процессе всего этого зоопарка. Все мы знаем об оптоволоконных кабелях, многие из нас имели с ними дело лично (как абоненты и как монтажники), но как становится ясно из информации выше, оптоволоконные, в особенности магистральные, кабели могут серьезно отличаться от того, с чем вы имели дело в помещении.
Так как для прокладки оптоволоконной магистрали требуются тысячи километров кабеля, их производством занимаются целые заводы.
Изготовление оптоволоконной нити
Все начинается с производства главного элемента — оптоволоконной нити. Производят это чудо на специализированных предприятиях. Одной из технологий производства оптической нити является ее вертикальная вытяжка. А происходит это следующим образом:
Наиболее распространены следующие размеры оптоволоконного кабеля:
Огромное значение имеет контроль диаметра световода. Именно эта часть установки отвечает за один из главных параметров на всех этапах производства нити — неизменность диаметра конечного изделия (стандарт — 125 мкм). Из-за сложностей при сварке нитей любых диаметров, их стремятся сделать настолько длинными, насколько это возможно. Погонный метраж оптоволоконной «заготовки» на бобине может достигать десятков километров (да, именно километров) и более, в зависимости от требований заказчика.
Уже на самом предприятии, хотя это можно сделать и на стекольном заводе, все зависит от производственного цикла, бесцветную нить с полимерным покрытием для удобства могут перемотать на другую бобину, в процессе окрашивая ее в собственный яркий цвет, по аналогии со всем знакомой витой парой. Зачем? Во славу сата.. для быстрого различения каналов при, например, ремонте или сварке кабеля.
Изготовление кабеля
Теперь мы получили сердце нашего изделия — оптоволоконную нить. Что дальше? Дальше давайте посмотрим на схему такого себе среднестатистического подводного (да, мне они нравятся больше всего) кабеля в разрезе:
На заводе полученные оптические нити запускаются в станки, в совокупности своей образующие целый конвейер по производству какого-то одного типа кабеля. На первом этапе производства небронированных моделей, нити сплетаются в пучки, которые и составляют, в итоге, «оптический сердечник». Количество нитей в кабеле может быть различным, в зависимости от заявленной пропускной способности. Пучки, в свою очередь, сматывают в «тросс» на специальном оборудовании, которое, в зависимости от своей конструкции и назначения. Это оборудование может еще и покрывать полученный «тросс» гидроизолирующим материалом, чтобы предотвратить попадание влаги и потускнения оптики в будущем (на схеме обозван «внутримодульным гидрофобным заполнителем»).
Вот так проходит процесс скрутки собранных вместе пучков в трос на пермском заводе оптоволоконных кабелей:
После того, как в «тросс» было собрано необходимое количество пучков оптоволокна, их заливают полимером или укладывают в металлическую или медную трубку. Тут, на первый взгляд, кажется, что подводных камней нет и быть не может, но так как производитель стремится минимизировать количество соединений и швов, то все получается не совсем просто. Рассмотрим один конкретный пример.
Для создания трубки-корпуса, представленной на схеме выше как «центральная трубка», может использоваться огромная по длине лента из необходимого нам материала (сталь, либо же медь). Лента используется, чтобы не маяться со всем знакомым нам и очевидным прокатом, и сваркой по всей окружности стыка. Согласитесь, тогда у кабеля было бы слишком много «слабых» мест в конструкции.
Так вот. Металлическая ленточная заготовка проходит через специальный станок, натягивающий ее и имеющий с десяток-другой валиков, которые идеально ее выравнивают. После того, как лента выровнена, она подается на другой станок, где встречается с нашим пучком оптоволоконных нитей. Автомат на конвейере загибает ленту вокруг натянутого оптоволокна, создавая идеальную по форме трубку.
Вся эта, пока еще хрупкая, конструкция протягивается по конвейеру дальше, к электросварочному аппарату высокой точности, который на огромной скорости проводит сварку краев ленты, превращая ее в монолитную трубку, в которую уже заложен оптоволоконный кабель. В зависимости от тех. процесса, все это дело может заливаться гидрофобным заполнителем. Или не заливаться, тут уже все зависит от модели кабеля.
В целом, с производством все стало более-менее понятно. Различные марки оптоволоконного, в первую очередь, магистрального кабеля, могут иметь некоторые конструкционные отличия, например, по количеству жил. Тут инженеры не стали выдумывать велосипед и просто объединяют несколько кабелей поменьше в один большой, то есть такой магистральный кабель будет иметь не один, а, например, пять трубок с оптоволокном внутри, которые, в свою очередь, все также заливаются полиэтиленовой изоляцией и, при необходимости, армируются. Такие кабели называют многомодульными.
Одна из моделей многомодульного кабеля в разрезе
Многомодульные кабели, которые, в основной своей массе, и используются для протяженных магистралей, имеют еще одну обязательную конструктивную особенность в виде сердечника, или как его еще называют — центрального силового элемента. ЦСЭ используется как «каркас», вокруг которого группируют трубки с жилами оптоволокна.
К слову, пермский завод «Инкаб», производственный процесс которого представлен на гифках выше, со своими объемами до 4,5 тыс. километров кабеля в год — карлик, по сравнению с заводом того же инфраструктурного гиганта Alcatel, который может выдавать несколько тысяч километров оптоволоконного кабеля одним куском, который сразу же грузится на судно-кабелеукладчик.
Стальная трубка — это наименее радикальный вариант бронирования оптики. Для неагрессивных условий эксплуатации и монтажа часто применяют обычный изолирующий полиэтилен. Однако, это не отменяет того факта, что после изготовления такого кабеля его могут «обернуть» в бронирующую намотку из алюминиевой или стальной проволоки или тросов.
Бронирование кабеля с полиэтиленовой изоляцией на том же пермском заводе
Вывод
Как можно понять из материала выше, основным отличие различных видов оптоволоконного кабеля является их «обмотка», то есть то, во что упаковываются хрупкие стеклянные нити в зависимости от области применения и среды, в которой будет проводиться кабелеукладка.
Если вам понравился данный материал, то можете смело задавать вопросы в комментариях, опираясь на которые я постараюсь подготовить еще статью по этой теме.