МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
«КОНСТРУКЦИЯ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ»
Составители:
Новикова Марина Федоровна – мастер производственного обучения
Кондря Татьяна Юрьевна - мастер производственного обучения
Москва 2012
|
ОГЛАВЛЕНИЕ
-
Введение……………………………………………………………………………………...
-
1.1. ВОЛС. Основные понятия и области применения…………………………...
-
1.2. Классификация волоконно-оптических кабелей (ВОК)……………………..
-
1.3. Преимущества ВОЛС…………………………………………………………..
-
Оптическое волокно………………………………………………………………………..
2.1. Составляющие ВОК; Покрытие волокна……………………………………...
2.2. Окраска ОВ………………………………………………………………………
-
Модули……………………………………………………………………………………….
3.1. Модули со свободной укладкой волокон……………………………………...
3.2. Модули с плотной укладкой волокон………………………………………….
3.3. Ленточные волокна……………………………………………………………...
4. Оптический сердечник…………………………………………………………………….
4.1. Сердечник модульной скрутки…………………………………………………
4.1.1.Центральный силовой элемент (ЦСЭ) сердечника модульной скрутки……
4.1.2. Скрутка…………………………………………………………………………
4.1.3. Деформация растяжения и сжатия…………………………………………...
4.2. Профилированный оптический сердечник……………………………………
4.3. Трубчатый сердечник…………………………………………………………...
4.4. Заполнение сердечника…………………………………………………………
5. Защитные покровы………………………………………………………………………..
5.1. Силовые элементы защитных полос…………………………………………...
5.1.1. Стальная проволока…………………………………………………………...
5.1.2. Медная, алюминиевая или свинцовая трубка……………………………….
5.1.3. Арамидные нити………………………………………………………………
5.1.4. Поддерживающий силовой элемент…………………………………………
5.1.5. Оптический кабель встроенный в газозащитный трос (ОКГТ) ……………
5.2. Наружная оболочка……………………………………………………………...
5.2.1.Материалы, идущие на изготовление кабельных оболочек………………...
5.2.1.1. Полиэтилен…………………………………………………………………..
5.2.1.2. Поливинилхлорид (ПВХ) …………………………………………………..
5.2.1.3. Полиамид…………………………………………………………………….
5.2.1.4. Фторопласты…………………………………………………………………
5.2.1.5. Жаростойкие материалы, не содержащие галогенов……………………..
5.2.1.6. Термопластический полиуретан……………………………………………
5.2.2. Защита от влаги………………………………………………………………..
5.2.3. Защита от грызунов…………………………………………………………...
6. Заключение…………………………………………………………………………………
7. Описание принципов работы оптоволокна…………………………………………….
7.1. Закон оптики……………………………………………………………………..
7.2. Принцип оптического волокна…………………………………………………
7.3. Многомодовое оптичекое волокно……………………………………………..
7.4. Многомодовое градиентное волокно.………………………………………….
7.5. Одномодовое волокно……………………………………………………………………………….
7.6. Дисперсия………………………………………………………………………………………………...
7.7. Затухание сигнала. Окна прозрачности …………………………………………………….
8. Конструкции оптических кабелей……………………………………………………….
8.1. Конструктивные особенности различных видов оптических кабелей………
8.2. Оптические кабели российского производства……………………………….
|
3
3
4
6
8
8
10
11
11
14
15
16
16
16
17
18
19
20
21
22
22
22
22
23
23
23
23
24
24
25
26
26
27
27
27
29
30
31
31
31
38
39
39
41
44
45
47
55
|
Введение
В 60 годах началось освоение микроволнового диапазона (диапазона СВЧ), характеризующегося частотой в миллиарды герц. Именно в это время ведущим поставщикам телекоммуникационных услуг стало ясно, что технология высокочастотной радиосвязи, основанная на использовании медных кабелей, устаревает и не может справиться с бурным ростом потока информации.
Возникла потребность в новом виде кабеля, способного передавать больше информации при меньшем объеме самого носителя информации. Поэтому сотрудники британской телефонной компании (Standard Telecommunications Laboratories Ltd.) д-р К.Ч.Чао и г-н Дж.А.Хоклхем предложили использовать волноводы из диэлектрического стекла, называемые теперь оптическим волокном, для оптической связи. У световых волн частота в 100 тысяч раз больше, чем у микроволн – впечатляющая разница! Но в то время никто еще не знал, как обуздать свет.
В 1960 году был изобретен лазер – идеальный источник света для оптической связи. Теперь ученым оставалось сделать специальные световоды для передачи оптических сигналов по кабелю. В это время об идее К.Ч.Чао и Дж.А.Хоклхема узнали в компании Corning, и начали активные исследования по созданию оптического волокна с низкими потерями. Успех пришел в 1970-х годах, когда было создано волокно с затуханием в 16 децибел. Именно этот год считается годом начала новой информационной эпохи – эры волоконно-оптической связи.
-
ВОЛС
Основные понятия и области применения
Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".
Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи.
Оптоволоконные сети являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того, оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления.
Технологии волоконно-оптических сетей охватывают вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.
ВОЛС в основном используются при построении объектов, в которых СКС (Структурированная кабельная система) должна объединить многоэтажное здание или здание большой протяженности, а также при объединении территориально-разрозненных зданий.
Структурированная кабельная система (СКС) – это универсальная сетевая инфраструктура, совокупность кабелей, разъемов, панелей и распределительных устройств, которая объединяет различные объекты в единое информационное пространство. Таким образом, проектирование и монтаж СКС включает в себя установку компьютерных, телефонных, телевизионных сетей, а также кабелей охранной и пожарной сигнализации, систем контроля доступа и других систем жизнеобеспечения. Центральный элемент СКС представляет собой аппаратный комплекс, объединяющей все входящие и исходящие кабели.
ЛВС (локальные вычислительные сети) - это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.
Проектирование и монтаж СКС происходит на самом первом этапе строительства здания, из-за чего СКС выдерживают огромные нагрузки, обладают большой пропускной способностью и обеспечивают простоту монтажа при необходимости дальнейшей модернизации системы, что является главными преимуществами кабельных сетей (СКС).
Среди преимуществ СКС также универсальные стандарты, надежность в работе, простота и низкая стоимость эксплуатации и обслуживания.
Структурная схема линии связи, применяемой для создания подсистемы внешних магистралей, изображена на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема линии связи
1.2. Классификация волоконно-оптических кабелей (ВОК)
Волоконно-оптические кабели, применяемые в СКС, предназначены для передачи оптических сигналов внутри зданий и между ними. На их основе могут быть реализованы все три подсистемы СКС, хотя в горизонтальной подсистеме волоконная оптика пока находит ограниченное применение для обеспечения функционирования ЛВС. В подсистеме внутренних магистралей оптические кабели применяются одинаково часто с кабелями из витых пар, а в подсистеме внешних магистралей они играют доминирующую роль.
В зависимости от основной области применения волоконно-оптические кабели подразделяются на три основных вида:
-
кабели внешней прокладки (outdoor cables);
-
кабели внутренней прокладки (indoor cables);
-
кабели для шнуров.
Рис. 2. Общая классификация оптических кабелей СКС
Кабели внешней прокладки используются при создании подсистемы внешних магистралей и связывают между собой отдельные здания.
Основной областью использования кабелей внутренней прокладки является организация внутренней магистрали здания.
Кабели для шнуров предназначены в основном для изготовления соединительных и коммутационных шнуров, а также для выполнения горизонтальной разводки при реализации проектов класса «fiber to the desk» (волокно до рабочего места) и «fiber to the room» (волокно до комнаты).
Общую классификацию оптических кабелей СКС можно представить в виде как показано на рисунке 2.
Конструкция волоконно-оптического кабеля должна предусматривать защиту волокна от различных повреждений. Это значит, что при проектировании кабеля волоконный световод должен размещаться так чтобы на него, насколько это возможно, не оказывали воздействия вышеперечисленные факторы. При этом такая конструкция должна быть пригодна для практического использования.
Проведенные многочисленные исследования привели к разработке специализированных конструкций кабелей, которые используются в зависимости от различных видов применения.
Ниже перечисляются стандартные виды оптических кабелей связи отличающиеся друг от друга областью применения и способом прокладки (таблица 1).
Таблица 1.
-
1. Кабель внутриобъектовой прокладки;
|
2. Кабель для прокладки в канализации, в т.ч. в пластмассовом трубопроводе;
|
3. Кабель для воздушной подвески, в т.ч. используемый в качестве провода или троса воздушной ЛЭП;
|
4. Кабель для прокладки в грунт, как в открытую траншею, так и бестраншейным способом
|
5. Подводный кабель, в т.ч. морской глубоководный кабель.
|
Основные требования к ВОК:
-
Скорость передачи Информации;
-
Дальность передачи информации.
В настоящее время широко используются системы со скоростью передачи 10 Гб/с на один канал, внедряются системы со скоростью 40 Гб/с на один канал, ведутся работы по внедрению коммерческих систем со скоростью 160 Гб/с на один канал. В лабораторных экспериментах достигнуты скорости передачи информации 640 Гб/с и более на один спектральный канал.
Одновременно с увеличением скорости передачи информации неуклонно растет дальность передачи.
Революционным событием в увеличении дальности передачи информации по волоконно-оптическим сетям явилось создание усилителей на волокне, легированном эрбием.
При использовании оптических усилителей длина ретрансляционного участка может быть увеличена до нескольких сотен или даже тысяч километров. Использование оптических усилителей особенно эффективно в системах передачи информации, использующих спектральное разделение каналов (WDM системах), т.к. в одном усилителе усиливаются все информационные каналы одновременно.
В настоящее время экспериментальные системы со спектральным разделением каналов используют спектральную область 1530-1610 нм (ширина около 80 нм). Успехи в технологии производства оптического волокна позволили практически полностью убрать полосу поглощения, связанную с гидроксильными группами в стекле, и расширить область с оптическими потерями менее 0,3 дБ/км до примерно 500 нм (1200-1700 нм).
1.3. Преимущества ВОЛС.
Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.
1. Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
2. Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.
3. Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой ибыточностью кода.
4. Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
5. Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.
6. Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.
7. Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.
8. Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
9. Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических
10. Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.
11. Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.
Таким образом, волоконно-оптическая технология имеет гигантский потенциал развития, что позволяет производителям волоконно-оптических систем связи уверенно смотреть в будущее, полное света.
2. Оптическое волокно
|