Особенности и отличия волоконно-оптических кабелей LAPP

В настоящее время волоконно-оптические линии связи прочно занимают свои позиции и интенсивно развиваются. Стремительными темпами идет замена кабелей с медными жилами на волоконно-оптические кабели на всех участках сетей. На смену традиционным кабелям связи с медными жилами, приходят волоконно-оптические волноводы, в которых носителем информации являются электромагнитные волны инфракрасного диапазона. Передача информации по волоконно-оптическим кабелям осуществляется по принципу полного внутреннего отражения. Отражение достигается за счет защитного покрытия, накладываемого на оптическое волокно (сердцевину), на этой границе луч полностью отражается и распространяется по волноводу. В связи с ростом требований, предъявляемых к телекоммуникационным сетям, применение оптоволоконной технологии становится незаменимой.

Для того, чтобы спроектировать трассу прохождения волоконно-оптической линии связи и выбрать нужный тип кабеля, необходимо знать условия эксплуатации, конструкцию кабеля и его технические параметры. Спрос на компоненты волоконно-оптических линий связи постоянно увеличивается. Динамика роста наблюдается не только в сегменте магистральных сетей, которые строят операторы связи. Стабильное увеличение количества оптических инсталляций заметно и в сфере структурированных кабельных систем, что объясняется, в первую очередь, развитием информационных технологий. Уже сегодня закладывается основа для построения высокоскоростных оптических линий передачи с возможностью работы на скорости 10 Гбит/с. Востребованными становятся приложения, в которых осуществляется интеграция голоса, данных и видео, где также наилучшим решением является волоконная оптика.

В настоящее время имеется большое количество конструкций ВОК, ориентированных на различные условия применения (прокладка внутри зданий, в телефонной канализации или в грунте, оптический кабель может быть проложен по опорам железных дорог, на линиях электропередачи, в канализационных и водопроводных трубах, по руслу рек и дну озер, вдоль автомобильных дорог, вместе с силовыми кабелями.

Для многих применений волоконная оптика оказывается предпочтительнее в силу целого ряда преимуществ.

Преимущества волоконно-оптических кабелей по сравнению с традиционными кабелями с медными жилами:

• Невосприимчивость к помехам и наводкам, полная нечувствительность кабеля к внешним электрическим помехам и наводкам обеспечивает устойчивую работу систем даже в тех случаях, когда монтажники не уделили достаточное внимание расположению близлежащих сетей питания и т. п.
• Отсутствие электропроводности для оптоволоконного кабеля означает, что уходят проблемы, связанные с изменениями потенциала земли, характерные, например, для электростанций или железных дорог. Это же их свойство устраняет опасность повреждения оборудования, вызванного бросками тока от молний и т. п.
• Легкость выполнения работ по прокладке, сращиванию и конфекционированию.
• Отсутствие перекрестных и взаимных помех, что повышает качество передачи данных.
• Небольшие размеры и минимальный вес (до 2,2 мм — наружный диаметр и вес 4 г/м для полимерного оптического волокна, симплексного варианта SIMPLEX). Крайне малые размеры оптических волокон и оптоволоконных кабелей позволяют вдохнуть вторую жизнь в битком набитые кабельные каналы. Например, один коаксиальный кабель занимает столько же места, сколько и 24 оптических кабеля, каждый их которых предположительно может одновременно передавать 64 видеоканала и 128 аудио или видеосигналов.
• Возможность прокладки на большие расстояния.
• Наибольшая полоса пропускания из всех возможных сред передачи, широкая полоса передачи оптического волокна позволяет одновременно передавать по одному волоконно-оптическому кабелю высококачественное видео, звук и цифровые данные.
• Низкие потери, волоконнооптические кабели позволяют передавать сигналы изображения на большие расстояния без использования маршрутных усилителей или репитеров. Это особенно удобно для схем передачи на дальние расстояния — например, системы наблюдения за автострадами или железной дорогой, где нередки безрепитерные участки по 20 км.
• Неустаревающая линия связи, простой заменой оконечного оборудования, а не самих кабелей, волоконно-оптические сети можно модернизировать для передачи большего объема информации. С другой стороны, часть или даже всю сеть можно использовать для совершенно другой задачи, например, объединения в одном кабеле локальной вычислительной сети и замкнутой ТВ системы.
• Большой срок службы.

Основной элемент оптических кабелей — это оптическое волокно. Различают полимерное оптическое волокно (POF), стекловолокно из высококачественного кварцевого стекла с защитным полимерным покрытием (PCF) и стекловолокно из чистого высококачественного кварцевого стекла (GOF).

Для использования в промышленных условиях фирма LAPP Kabel предлагает волоконнооптические кабели, выполненные из полимерного оптического волокна и из стекловолокна, а также комбинированные кабели с медными жилами.

Большинство кабелей специально разработаны для подвижной прокладки в буксируемых кабельных цепях.

Общий концепт передачи информации по волоконно-оптическим кабелям определяется использованием кабелей с полимерным волокном (POF), стекловолокном с защитным полимерным покрытием (PCF) и стекловолокном (GOF).

Предлагаются также подходящие оптические разъемы, инструменты и конфекционированные волоконно-оптические Patch-кабели.

Типичные области применения волоконно-оптических кабелей с (POF), (PCF):

• BUS-системы для автоматизации производства;
• в машиностроении и производстве промышленного оборудования.

Благодаря своим особым свойствам волоконно-оптические кабели с (POF) находят свое применение:

• там, где востребована надежная передача информации;
• там, где ограничена прокладка кабелей в пространственном отношении;
• небольшие расстояния передачи данных (до 60 м).

Типичные области применения волоконно-оптических кабелей с (GOF)

Предназначены для применения там, где большие объемы данных необходимо передавать на высоких скоростях и на большие расстояния (от 60 м до нескольких километров), например:

• в локальных компьютерных сетях LAN (Local Area Networks);
• в сетях, построенных по технологии MAN (Metropolitan Area Networks);
• в сетях, построенных по технологии WAN (Wide Area Networks).

Основные конструктивные элементы волоконно-оптических кабелей

Можно выделить несколько основных групп конструктивных элементов: оптические волокна с защитными покрытиями, оптические модули, сердечники, силовые элементы, гидрофобные материалы, оболочки и армирование. В зависимости от назначения и условий применения волоконно-оптические кабели имеют определенные конструкции.

Оптическое волокно (ОВ) весьма чувствительно к внешним воздействиям: механическому давлению и изгибам, температуре, влажности. Для защиты от них на ОВ обязательно накладывается покрытие. Стандартизованный номинальный диаметр оптического волокна равен 250 мкм. С целью идентификации ОВ на покрытие наносится слой краски толщиной 3…6 мкм. Надежность соединения красителя с покрытием обеспечивается интенсивным ультрафиолетовым облучением.

Основной элемент волоконно-оптических кабелей — оптическое волокно (ОВ), изготовленное из высококачественного кварцевого стела, обеспечивающее распространение световых сигналов.

Оптическое волокно состоит из центральной части с высоким показателем преломления (сердцевины), окруженной оболочкой из материала с низким показателем преломления, как показано на рис. 1, волокно характеризуется диаметрами этих областей — например, 50/125 означает волокно с диаметром сердцевины 50 мкм и внешним диаметром оболочки 125 мкм.

Свет распространяется по сердцевине волокна за счет последовательных полных внутренних отражений на границе раздела между сердцевиной и оболочкой; его поведение во многом похоже на то, как если бы он попал в трубу, стенки которой покрыты зеркальным слоем. Однако в отличие от обычного зеркала, отражение в котором довольно неэффективно, полное внутреннее отражение по существу близко к идеальному — в этом заключается их коренное отличие, позволяющее свету распространяться вдоль волокна на большие расстояния с минимальными потерями.

В свою очередь световоды различаются в зависимости от профиля показателя преломления в направлении от центра к периферии в поперечном сечении световода. Волокно на (рис. 2, а) называется волокном со ступенчатым профилем показателя преломления и многомодовым, поскольку для распространения луча света существует много возможных путей, или мод. Это множество мод приводит к дисперсии (уширению) импульса, поскольку каждая мода проходит в волокне различный путь, а поэтому разные моды имеют разную задержку передачи, проходя от одного конца волокна до другого. Результат этого явления — ограничение максимальной частоты, которую можно эффективно передавать при данной длине волокна — увеличение или частоты, или длины волокна сверх предельных значений по существу приводит к слиянию следующих друг за другом импульсов, из-за чего их становится невозможно различить. Для типового многомодового волокна этот предел равен примерно 15 МГц * км, это означает, что видеосигнал с полосой, например, 5 МГц может быть передан на максимальное расстояние в 3 км (5 МГц х 3 км = 15 МГц * км). Попытка передать сигнал на большее расстояние приведет к прогрессирующей потере высоких частот.

Одномодовые, как их называют, волокна (рис. 2, b) весьма эффективно снижают дисперсию, и результирующая полоса — во много ГГц * км — делает их идеальными для телефонных и телеграфных сетей общего пользования (РТТ) и кабельного сетей телевидения. К сожалению, волокно столь малого диаметра требует применения мощного, прецизионно совмещенного, а поэтому сравнительно дорогостоящего излучателя на лазерном диоде, что снижает их притягательность для многих применений, связанных с замкнутыми ТВ системами наблюдения малой протяженности.

В идеале требуется волокно с полосой пропускания того же порядка, что и одномодового волокна, но с диаметром, как у многомодового, чтобы было возможным применение недорогих передатчиков на светодиодах. До некоторой степени этим требованиям удовлетворяет многомодовое волокно с градиентным изменением показателя преломления (рис. 2, с). Оно напоминает многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления, о котором говорилось выше, но показатель преломления его сердцевины неоднороден — он плавно изменяется от максимального значения в центре до меньших значений на периферии. Это приводит к двум следствиям. Первое — свет распространяется по слегка изгибающемуся пути, и второе, и более важное — различия в задержке распространения разных мод минимальны. Это связано с тем, что высокие моды, входящие в волокно под большим углом и проходящие больший путь, на самом деле начинают распространяться с большей скоростью по мере того, как они удаляются от центра в зону, где показатель преломления снижается, и в основном движутся быстрее, чем моды низших порядков, остающиеся вблизи оси в волокна, в области высокого показателя преломления. Увеличение скорости как раз компенсирует больший проходимый путь.

Градиентные многомодовые световоды предпочтительнее, так как в них, во-первых, распространяется меньше мод и, во-вторых, меньше различаются их углы падения и отражения, а следовательно, благоприятнее условия передачи.

Однако многомодовые волокна с градиентным показателем преломления не являются идеальными, но тем не менее они демонстрируют весьма неплохие значения полосы. Поэтому в большинстве замкнутых ТВ систем наблюдения малой и средней протяженности выбор такого типа волокон оказывается предпочтительным. На практике это означает, что полоса пропускания лишь изредка оказывается параметром, который следует принимать во внимание.

Однако для затухания это не так. Оптический сигнал затухает во всех волокнах, со скоростью, зависящей от длины волны передатчика источника света. Существует три длины волны, на которых затухание оптического волокна обычно минимально, — 850, 1310 и 1550 нм. Они известны как окна прозрачности. Для многомодовых систем окно на длине волны в 850 нм — первое и наиболее часто используемое (наименьшая цена). На этой длине волны градиентное многомодовое волокно хорошего качества показывает затухание порядка 3 дБ/км, что делает возможной реализацию связи в замкнутой ТВ системе на расстояниях свыше 3 км.

На длине волны 1310 нм то же самое волокно показывает еще меньшее затухание — 0,7 дБ/км, позволяя тем самым пропорционально увеличить дальность связи до примерно 12 км. 1310 нм — это также первое рабочее окно для одномодовых оптоволоконных систем, затухание при этом составляет около 0,4 дБ/км, что в сочетании с передатчиками на лазерных диодах позволяет создавать линии связи длиной свыше 50 км. Второе окно прозрачности — 1550 нм — используется для создания еще более длинных линий связи (затухание волокна менее 0,24 дБ/км) (рис. 3).

Различие значений затухания в разных окнах прозрачности довольно существенно, особенно в многомодовых световодах. Таблица 1 наглядно иллюстрирует преимущество одномодовых световодов перед многомодовыми.

Для обеспечения стабильной работы ОВ и уменьшения опасности их разрыва под воздействием продольных и поперечных напряжений волокна защищают первичными и вторичными покрытиями. Первичное покрытие, накладываемое сплошным слоем непосредственно на оболочку ОВ после его вытяжки, предохраняет поверхность ОВ от повреждения и придает ему дополнительную механическую прочность. В качестве вторичного покрытия ОВ используются: трубка со свободно размещаемыми в них ОВ с первичным защитным покрытием; сплошное полимерное покрытие; ленточный элемент, в котором размещаются ОВ с первичным защитным покрытием. В трубчатом элементе (трубке), выполняющем роль вторичного защитного покрытия, свободно размещаемые ОВ с первичным защитным покрытием обычно укладываются без скрутки либо путем скрутки вокруг центрального силового элемента. Многомодовые световоды проще изготавливать, в них легче вводить световые лучи, их легче сращивать.

Многомодовые световоды характеризуются полосой пропускания частот, выражаемой в мегагерцах. В спецификациях принято указывать не полосу пропускания, а так называемый коэффициент широкополосности, присущий данному типу световода, в мегагерцах, умноженных на километры (МГц x км). При заданном коэффициенте широкополосности (обозначим его S) полоса пропускания AF будет зависеть от длины линии или ее регенерационного участка модификаций AF=S. Для многомодовых волокон 50/125 нормируемые значения S составляют 400…1500 МГц*км. Для линии длиной 10 км полоса пропускания равна 40…150 МГц. Чем длиннее линия, тем меньше полоса пропускания частот и, следовательно, меньше объем передаваемой информации.

По одномодовым световодам в идеальном случае распространяется только одна волна. Они обладают значительно меньшим коэффициентом затухания (в зависимости от длины волны в 2…4 и даже в 7…10 раз) по сравнению с многомодовыми и наибольшей пропускной способностью, так как в них почти не искажается сигнал (рис. 4). Но для этого диаметр сердцевины световода должен быть соизмерим с длиной волны (во всяком случае d < А < 10). Практически dc=8…10 мкм.

В зависимости от условий эксплуатации к конструкции кабеля предъявляются различные требования. Кабель, который используется вне помещений, в первую очередь, должен иметь защиту от атмосферных воздействий, таких как солнечный свет, влага, перепады температур. Кабелю, который предназначен для прокладки в кабельных колодцах, необходима защита от грызунов. Если кабель подвешивается между опорами линий электропередач, важна его механическая прочность. При выборе кабеля основное внимание обычно уделяется двум аспектам. Первый — это пожарная безопасность, необходимость которой возникает, если кабель прокладывается внутри помещений. Второй аспект — это целостность и сохранность световодов при хранении, монтаже и эксплуатации волоконно-оптического кабеля. На каждом из этих этапов кабель подвергается механическим, атмосферным и другим воздействиям, которые могут быть опасны для волокна. Заметим, что здесь речь не идет о физическом разрушении оптического волокна.

Чаще всего материалом, который используется для изготовления наружной оболочки волоконнооптических кабелей, является полиэтилен. Он обладает и отличными физическими параметрами (большая прочность, хорошая износостойкость, неподверженность ультрафиолетовому излучению, окислению и другим химическим воздействиям), и хорошими диэлектрическими свойствами. Полиэтилен имеет неплохую сопротивляемость проникновению влаги, низким и высоким температурам, а также обладает способностью не изменять свои физические свойства под воздействием перепадов температуры окружающей среды.

Особое внимание стоит уделить волоконно-оптическим кабелям, оболочки которых отвечают требованиям пожарной безопасности. Основой для изготовления соответствующих оболочек является полиэтилен, а необходимые свойства достигаются путем добавления специальных химических добавок. В описании волоконно-оптического кабеля о наличии таких свойств чаще всего свидетельствует аббревиатура LSZH (Low Smoke Zero Halogen). Наличие у волоконно-оптического кабеля негорючей оболочки, которая не выделяет галогенов, заметно увеличивает его стоимость, но при прокладывании кабеля внутри помещений, на промышленных объектах, в туннелях метрополитена международные и национальные нормы пожарной безопасности обязывают к применению кабеля именно такого типа.

Усиливающие элементы

Для увеличения допустимого растяжения волоконно-оптического кабеля в его конструкцию обязательно вводят силовые элементы. Величины допустимого растяжения в 1000-2000 Н (ньютонов) можно достичь с помощью использования кевларовых или стеклонитей.

Как правило, этого показателя бывает вполне достаточно для кабелей общего назначения. Нити могут образовывать плотный слой, а могут и переплетаться. Считается, что кевларовые нити обеспечивают большее допустимое усилие на разрыв. Однако стеклонити еще и защищают от грызунов и являются барьером для распространения горения. Иногда параллельно с кевларовыми нитями применяют один центральный или пару боковых стержней. Дополнительные силовые элементы могут быть диэлектрическими или металлическими. Конструкция с центральным силовым элементом характерна для кабеля с большим числом волокон, которые группами размещаются вокруг силового элемента. Высокое допустимое усилие на разрыв в специальных типах кабелей, в которых эта величина должна иметь значение десятков килоньютонов, достигается с помощью стальных прутьев. В таких кабелях оптические волокна чаще располагаются не в термопластиковых, а в стальных гелезаполненных трубках. Величина допустимого продольного растяжения (Tensile performance) характеризует максимальное усилие, которое можно приложить в продольном направлении кабеля и при котором не произойдет изменение характеристик оптического волокна. При растяжении кабеля в первую очередь происходит воздействие на саму оболочку, и только потом — на оптическое волокно.

В результате изменения температуры окружающей среды происходит естественное увеличение или уменьшение длины кабеля. Поэтому в группу этих характеристик также входит температурный диапазон, в котором можно хранить, эксплуатировать и монтировать кабель.

Важные параметры для волоконно-оптических кабелей

Сдавливающее усилие характеризует допустимую силу, с которой можно сдавить в поперечном направлении кабель при условии, что величина затухания в волокне останется в пределах нормы. Ударная нагрузка (Impact) характеризует защищенность кабеля от ударов.

Максимальный изгиб кабеля (Cable bend) является еще одним важным параметром, который характеризует предельно допустимый радиус кривизны укладки кабеля. Его необходимо учитывать, когда речь идет о прокладке волоконно-оптического кабеля, например, в трубопроводах или кабельных каналах. Величина минимально допустимого радиуса изгиба часто находится в пределах 15-20 диаметров от наружной оболочки кабеля. Если пренебречь этим параметром, может нарушиться целостность световодов в кабеле.

Кручение (Torsion) определяет способность оболочки кабеля обеспечивать защиту волокна при скручивании оболочки вокруг своей оси. Для кабеля с металлической броней допустимый угол скручивания меньше, чем для кабеля без брони.

Защита от проникновения влаги (Water penetration) является важным параметром для волоконно-оптического кабеля, особенно если он предназначен для применения вне помещений.

Кабель для внутренней прокладки

Тип кабельной оболочки во многом определяется условиями эксплуатации. Для волоконно-оптического кабеля, который будет использоваться внутри помещений, главными характеристиками являются:

• пожарная безопасность;
• хорошая гибкость и простота монтажа;
• монтирование коннектора непосредственно на оптический световод;
• отсутствие геля внутри кабельной оболочки;
• отсутствие металлических элементов.

Безусловно, самой важной характеристикой кабеля для прокладки внутри здания является его устойчивость к воздействию огня. Кабель должен иметь оболочку, которая не распространяет горение, не дымит, не выделяет галогенов и других токсичных соединений под воздействием пламени. При этом подразумевается, что данными свойствами обладает не только наружная оболочка, но и внутренние элементы конструкции. Таким требованиям отвечает кабель с плотным буфером (Tight-Buffer), у которого каждое волокно дополнительно заключено в 900 микронную оболочку. Эта оболочка обеспечивает достаточную для соответствующих условий эксплуатации защиту от проникновения влаги. Сам волоконнооптический кабель с плотным буфером легкий и очень гибкий.

Для прокладки внутри зданий чаще всего применяют так называемый «сухой» кабель, который не содержит геля. Одна из причин, почему именно такой кабель рекомендуется использовать внутри помещений, состоит в том, что гель может стать средой распространения огня внутри кабельной оболочки, даже если сама внешняя оболочка не поддерживает горения. Другая причина заключается в явлении, которое иногда называют Axial Migration, что можно перевести как «перетекание геля».

Если гелесодержащий кабель применяется для межэтажной связи сегментов сети, существует большая вероятность того, что летом в волоконно-оптической кроссовой панели нижнего этажа окажется гель, а последствия этого могут быть самыми плачевными. Вместо вытекшего водоотталкивающего состава в трубке с волокном может конденсироваться влага, которая ухудшает параметры оптического световода. Такая проблема возникает, если кабель располагается, например, в неотапливаемой шахте.

Кроме того, это может привести к изменению механических характеристик самого кабеля. Дело в том, что количество оптического волокна в гелесодержащей трубке превышает его длину — свободное размещение волокна в трубке в нормальном состоянии напоминает спираль. Само волокно в буфере диаметром 250 микрометров (мкм) закрепляется в месте соединения с коннекторами или гильзами пигтейлов, то есть только в двух точках. В случае вертикального расположения кабеля вместе с гелем сверху вниз перемещается и волокно, в результате чего в верхней части кабеля волокно распрямляется и может находиться в натянутом состоянии.

Теперь все растягивающее усилие, прикладываемое к внешней оболочке, в равной степени передается и тому волокну, которое не имеет дополнительного запаса длины. Растяжение внешней оболочки может возникнуть, например, в теплое время года в результате естественного увеличения длины при повышении температуры. В конечном итоге это приведет к изменению характеристик волокна, микротрещинам или даже вырыванию световода из оптического коннектора. В нижней части вертикально расположенного кабеля будет, наоборот, наблюдаться избыток волокна, что также может отразиться на механической прочности кабеля и, следовательно, на надежности волоконно-оптической линии связи в целом.

Для кабеля, который применяется внутри помещений, предпочтительной считается установка коннекторов непосредственно на волокно. В этом случае обеспечивается дополнительное крепление за плотный буфер диаметром 900 мкм, что в некоторой степени позволяет снять возможные напряжения с оптического волокна.

Кроме того, реализация технологии Fiber to the Desk базируется на подключении рабочих мест к СКС с использованием волоконно-оптического кабеля, который необходимо оконечить в специальной розетке. Такие розетки не приспособлены для того, чтобы монтировать в них сплайс-кассеты для гильз сварных соединений, а требуют монтажа коннекторов непосредственно на волокно. Кабель Tight Buffer с буфером диаметром 900 мкм наилучшим образом подходит для решения этой задачи.

Кабель для использования вне помещений

Типы волоконно-оптических кабелей для прокладки вне помещений отличаются сегодня большим разнообразием, что объясняется условиями эксплуатации и способами их инсталляции. Такие кабели можно условно разделить на две группы: те, которые могут непосредственно вкапываться в грунт, и те, которые прокладываются в специальных канализациях. Отдельно можно также выделить кабели, которые подвешиваются на открытом пространстве между столбами на несущем тросе или на кронштейнах вдоль зданий.

Кабели, подвешиваемые между опорами ЛЭП, должны иметь минимальный вес, но при этом обеспечивать хорошую защиту от разрушающего воздействия солнечного излучения и быть полностью диэлектрическими. Кроме того, их оболочка должна надежно выполнять свои защитные функции не только при низких или высоких температурах, но и при частых перепадах температур.

Однако грызуны для кабеля, который прокладывается в телекоммуникационных канализациях, могут стать еще большей проблемой. Металлическая или неметалличес кая броня, плотный слой стекловолоконных нитей — вот способы решения этой проблемы. Для уменьшения силы трения при протягивании кабеля в кабельные каналы его наружная оболочка должна обладать низким коэффици ентом трения и быть очень прочной. Достигается это с по мощью специальных материалов, например, полиамида (РА). Особое внимание должно уделяться защите кабеля от проникновения влаги в расчете на возможность затоп ления кабельных канализаций водой. В этом случае лучше всего подходит кабель, у которого оптические волокна помещаются в заполненных гелем термопластиковых трубках. Если в кабеле такая трубка одна, то он называет ся Uni Tube, если трубок несколько — Multi Tube.

Каждый из типов кабеля имеет свои плюсы и минусы, а выбирать Uni Tube или Multi Tube надо в зависимости от конкретной задачи. Например, для удобства эксплуатации кабели с количеством волокон более 12 имеют в основном конструкцию Multi Tube. Это связано с тем, что кассета для монтажа сварных соединений, в которую заводится воло конносодержащая трубка, чаще всего рассчитана только на 12 волокон. Кроме того, в кроссовых панелях, монтаж ных коробках волоконнооптические соединители также чаще располагаются группами по 12. Поэтому, если необ ходимо использовать 16-жильный кабель, лучше выбрать Multi Tube, у которого каждая из четырех трубок содержит по четыре световода. Для сохранения круглой формы кабе ля совместно с четырьмя гелезаполненными трубками обязательно использовать еще пару пластиковых стерж ней. Например, 24-жильный кабель содержит шесть трубок по четыре волокна или четыре трубки по шесть волокон.

В кабеле Multi Tube трубки с волокнами размещаются вокруг центрального силового элемента. Такой кабель имеет большую величину допустимого растяжения, чем Uni Tube. Естественно, он тяжелее и у него большее попе речное сечение. Для вкапывания в грунт это не имеет ре шающего значения, но при втягивании такого кабеля в телекоммуникационные канализации может напрямую зависеть от диаметра прокладываемого кабеля. С эконо мической точки зрения, кабель Uni Tube использовать предпочтительнее.

Также не стоит забывать о величине длины кабеля, кото рый можно затянуть в кабельную канализацию. Этот фак тор следует учитывать, в первую очередь, при расчете ко личества муфт, которые требуются для сращивания опти ческих волокон. Сразу заметим, что длина кабеля, кото рый физически можно протянуть в канализацию, отлича ется от той длины, которая гарантировала бы надежное функционирование волоконнооптической линии связи.

Дело в том, что в процессе инсталляции кабель после довательно протягивают через некоторое количество те лекоммуникационных колодцев, расстояние между кото рыми составляет несколько десятков метров. Так как эти колодцы расположены не по прямой линии, кабель прихо дится постоянно изгибать, растягивать, скручивать. Все эти механические воздействия могут стать причиной об разования в оптоволокне микротрещин, которые могут принести вред лишь спустя несколько лет.

Кроме того, при затяжке больших отрезков кабеля по колодцам внешняя оболочка может стереться или поца рапаться настолько, что утратит свои защитные функции. Поэтому рекомендуемая для затягивания через телеком муникационные колодцы длина кабеля — 1-1,5 км. Конеч но, можно сначала затянуть 1 км кабеля в одну сторону, потом отмотать с барабана и затянуть еще 1 км в другую. В результате получится сегмент длиной в 2 км, но выпол нять подобные работы под силу только высококвалифи цированным специалистам.

Если необходимо вкопать кабель в грунт, в первую оче редь стоит учитывать защиту от грызунов и сохранение ме ханической прочности, а также принимать во внимание вли яние ультрафиолетового излучения, наличие гладкой обо лочки и условия работы при особо низких температурах. Как правило, укладка такого кабеля в траншею происходит с ис пользованием специальных механических средств. Для вкапывания в грунт можно применять как Uni Tube, так и Multi Tubeкабель. Защиту от грызунов можно в одинаковой степени реализовать в каждом из них, но защита от влаги в Multi Tube будет намного эффективнее, если пространство между волоконносодержащими трубками дополнительно заполнить гидрофобным составом. Кроме того, в Multi Tubeкабеле можно достичь большей величины допустимо го продольного растяжения, так как в конструкции кабеля, кроме кевларовых или стеклонитей, есть еще и централь ный силовой элемент.

Оптические кабели для подводных протяженных линий связи

Подводные протяженные волоконнооптические линии связи связаны прежде всего с международными линиями. Оптические кабели для подводных протяженных систем конструктивно сложны и трудоемки в изготовлении. Эти кабели должны содержать элементы, защищающие опти ческие волокна от влаги и атомарного водорода. Кабели должны выпускаться большими строительными длинами, причем, на строительной длине кабеля все оптические волокна не должны иметь сварок.

В рабочем диапазоне длин волн волокна должны обла дать низкими значениями коэффициента затухания, хро матической и поляризационномодовой дисперсии. Поэ тому в современных условиях в качестве оптических во локон подводных кабелей выбирают волокна с ненулевой смещенной дисперсией.

Подводные оптические кабели отличаются высокими значениями механических параметров растяжения и раз давливания. Обычно градация этих кабелей по механи ческим параметрам предполагает изготовление кабелей прибрежной прокладки (с наибольшими значениями ме ханических параметров), кабелей для зоны морского ры боловства (чаще всего эти кабели заглубляются в донный грунт), кабелей для глубоководной зоны. В Черном море подводные кабели дополнительно должны быть устойчи вы к воздействию сероводорода.

Оптика «по горизонтали»

В связи с ростом требований, предъявляемых новыми сетевыми приложениями, становится все более актуаль ным применение оптоволоконных технологий в структу рированных кабельных системах. Каковы же преиму щества и особенности использования оптических техно логий в горизонтальной кабельной подсистеме, а также на рабочих местах пользователей?

К числу основных преимуществ оптики следует отнести на ибольшую полосу пропускания из всех возможных сред пе редачи, включая медные витые и коаксиальные кабели, а так же наибольшую дальность передачи данных при наименьших затратах на активное оборудование и эксплуатацию.

Оптоволоконные сегменты могут иметь протяженность до 20 раз большую, нежели медные. Типичное многомодовое оптоволокно, предназначенное для использования в ЛВС, имеет на сегодня полосу пропускания более 500 МГц на один километр длины. Поскольку существующие стандарты СКС определяют протяженность горизонтальной оптической про водки от распределительного пункта этажа до абонентской розетки в 100 м, каждое такое соединение обеспечивает полосу пропускания в несколько ГГц. Последние успехи в технологии производства многомодового оптоволокна позволяют достичь еще больших скоростей передачи

Итак, оптоволокно имеет характеристики, намного пре вышающие требования сегодняшних стандартов скорос ти Ethernet (100 Мбит/с) для подключения рабочих мест, и позволяет легко переходить на новые протоколы переда чи данных, такие, как, например, 1 и 10 Gigabit Ethernet или высокоскоростной ATM.

Говоря о возможностях модернизации, следует отме тить тот факт, что свойства оптического волокна практи чески не зависят от скорости передачи данных в сети, поскольку отсутствуют механизмы (например, перекрест ные помехи), которые приводят к деградации свойств оп товолокна с увеличением скорости сетевых протоколов. Как только оптическое волокно установлено и его пара метры протестированы на соответствие стандартам, ка бельный канал может работать на скоростях 1, 10, 100, 500, 1000 Мбит/с или 10 Гбит/с.

Это дает гарантию того, что кабельная инфраструктура, установленная сегодня, сможет обеспечивать работу лю бых сетевых технологий на протяжении следующих 10-15 лет, и даже более. Только одна среда передачи в СКС удовлетворяет данным требованиям — оптика. Оптичес кие кабели используются в телекоммуникационных сетях уже более 25 лет, в последнее время они также находят широкое применение в кабельном телевидении и ЛВС.

В ЛВС они в основном используются для построения магистральных кабельных каналов между зданиями и в самих зданиях, обеспечивая при этом высокую скорость передачи данных между сегментами этих сетей. Однако развитие современных сетевых технологий актуализиру ет использование оптоволокна как основной среды для подключения непосредственно пользователей.

Структурированные кабельные системы, которые ис пользуют оптоволокно как для магистральных, так и для горизонтальных кабельных каналов, дают потребителям ряд серьезных преимуществ: более гибкая структура, меньшая занимаемая площадь в здании, высокая безо пасность и лучшая управляемость.

Применение оптического волокна на рабочих местах позволит в будущем с минимальными затратами перейти на новые сетевые протоколы, такие как Gigabit и 10 Gigabit Ethernet. Это возможно благодаря ряду последних дости жений в области оптоволоконных технологий:

• многомодовое оптоволокно с улучшенными оптичес кими характеристиками и полосой пропускания;
• оптические разъемы с малым формфактором, кото рые требуют меньшей площади и меньшего количества затрат при монтаже;
• плоскостные лазерные диоды с вертикальным резона тором обеспечивают передачу данных на большое рас стояние с низкими затратами.

Широкий набор решений для построения зоновых опти ческих кабельных систем обеспечивает плавный, эконо мически оправданный переход с медных на полностью оптические структурированные кабельные системы.

Стандартное обозначение волоконнооптических кабелей

Почти все европейские производители наносят на опто волоконный кабель маркировку, соответствующую систе ме стандарта DIN VDE 0888. По этому стандарту каждому типу кабеля ставится в соответствие последовательность букв и цифр, в которых заключены все характеристики во локоннооптического кабеля.

Например, I-V(ZN)H 1×4 G50/125 обозначает кабель для применения внутри помещений [I]. Волокна находятся в плотном буфере диаметром 900 мкм [V], с неметалличес кими силовыми элементами [ZN], с негорючей и слабо дымной оболочкой [Н]. Количество волокон — 4. Тип во локна — многомодовое [G50/125] с размером ядра и воло конной оболочкой 50 и 125 мкм соответственно.

A/IDQ(ZN)(SR)H 1×8 G50/125 обозначает кабель для применения как вне помещений, так и внутри помещений [A/I]. Волокна размещаются в центральной трубке, запол ненной водоотталкивающим составом [DQ]. Кевларовые или стеклонити [ZN] в металлической гофрированной броне [SR]. Внешняя оболочка — LSZH, слабодымная, не выделяющая галогенов при горении [Н]. Трубка одна с восемью волокнами [1×8]. Тип волокна — многомодовое [G50/125] с размером ядра и волоконной оболочкой 50 и 125 мкм соответственно.

ADF(ZN)2Y(SR)2Y 6×4 Е9/125 — кабель для использова ния вне помещений [А]. Имеет две полиэтиленовые обо лочки [2Y]: внешнюю и внутреннюю, между которыми рас положена металлическая броня в виде гофрированной ленты [SR]. Волокна расположены в шести трубках по че тыре в каждой [6×4]. Внутренность трубки, а также пустоты между трубками заполнены водоотталкивающим соста вом [DF]. В качестве силовых компонентов [ZN] использу ются кевларовые нити и центральный неметаллический элемент. Тип волокна — одномодовое [Е9/125] с размером ядра и волоконной оболочкой 9 и 125 мкм соответственно.

Новые стандарты и технологии

За последние годы на рынке появилось несколько тех нологий и продуктов, позволяющих значительно облег чить и удешевить использование оптоволокна в горизон тальной кабельной системе и подключение его к рабочим местам пользователей.

Среди этих новых решений прежде всего хочется выде лить оптические разъемы с малым формфактором (smallformfactor connectors), плоскостные лазерные ди оды с вертикальным резонатором — VCSEL (vertical cavity surfaceemitting lasers) и оптические многомодовые во локна нового поколения ОМ-3.

Следует отметить, что недавно утвержденный тип мно гомодового оптического волокна ОМ-3 обладает полосой пропускания более 2000 МГц/км на длине лазерного из лучения 850 нм. Данный тип волокна обеспечивает после довательную передачу потоков данных протокола 10 Gigabit Ethernet на расстояние 300 м. Использование но вых типов многомодового оптоволокна и 850нанометро вых VCSELлазеров обеспечивает наименьшую стои мость реализации 10 Gigabit Ethernetрешений.

Разработка новых стандартов оптоволоконных разъе мов позволила сделать оптоволоконные системы серьез ным конкурентом медным решениям. Традиционно опто волоконные системы требовали в два раза большего чис ла разъемов и коммутационных шнуров, чем медные — в телекоммуникационных пунктах требовалась гораздо большая площадь для размещения оптического оборудо вания, как пассивного, так и активного.

Оптические разъемы с малым формфактором, предс тавленные недавно целым рядом производителей, обеспе чивают в два раза большую плотность портов, чем преды дущие решения, поскольку каждый такой разъем содержит в себе сразу два оптических волокна, а не одно, как ранее.

При этом уменьшаются размеры и оптических пассив ных элементов — кроссов и т.д., и активного сетевого обо рудования, что позволяет снизить в четыре раза расходы на установку (по сравнению с традиционными оптически ми решениями).

Следует отметить, что американские органы стандарти зации EIA и TIA в 1998 году приняли решение не регламен тировать использование какоголибо определенного типа оптических разъемов с малым формфактором, что при вело к появлению на рынке сразу шести типов конкуриру ющих решений в данной области: MTRJ, LC, VF-45, Opti Jack, LX 5 и SCDC. Также сегодня есть и новые разработки.

Наиболее популярным миниатюрным разъемом являет ся разъем типа M-TRJ, который имеет один полимерный наконечник с двумя оптическими волокнами внутри. Его конструкция была спроектирована консорциумом компа ний во главе с AMP Netconnect на основе разработанного в Японии многоволоконного разъема MT. AMP Netconnect на сегодня представила уже более 30 лицензий на произ водство данного типа разъема MTRJ.

Своему успеху разъем MTRJ во многом обязан внеш ней конструкции, которая схожа с конструкцией 8кон тактного модульного медного разъема RJ-45. За пос леднее время характеристики разъема MTRJ заметно улучшились — AMP Netconnect предлагает разъемы MTRJ с ключами, предотвращающими ошибочное или несанкционированное подключение к кабельной систе ме. Кроме того, ряд компаний разрабатывает одномо довые варианты разъема MTRJ.

Достаточно высоким спросом на рынке оптических ка бельных решений пользуются разъемы LC. Конструкция этого разъема основана на использовании керамическо го наконечника с уменьшенным до 1,25 мм диаметром и пластмассового корпуса с внешней защелкой рычажного типа для фиксации в гнезде соединительной розетки.

Разъем выпускается как в симплексном, так и в дуплекс ном варианте. Основным преимуществом разъема LC являются низкие средние потери и их среднеквадратич ное отклонение, которое составляет всего 0,1 дБ. Такое значение обеспечивает стабильную работу кабельной системы в целом. Для установки вилки LC применяются стандартная процедура вклеивания на эпоксидной смоле и полировки. Сегодня разъемы нашли свое применение у производителей 10 Гбит/странсиверов.

Индустрия СКС сделала свой выбор в пользу разъемов MTRJ и LC. Имеются и одномодовые разъемы MTRJ, осо бенностью которых является малое время монтажа. Для установки разъемов нет необходимости использовать эпоксидный клей и полировать наконечники, необходимо только очистить и сколоть волокно, а затем установить его в разъем.

Для использования в горизонтальных кабельных системах существует ряд фирменных решений, среди которых можно отметить, например, систему Volition Network Solutions ком пании 3M. В ней используются разъемы типа VF-45.

Разъем VF-45 по своим размерам примерно в два раза меньше дуплексного разъема SC и не имеет центрирую щего наконечника. Для совмещения оптических волокон в нем используются Vобразные канавки, также сам разъем и вилка оснащены защитной шторкой, которая сдвигает ся в горизонтальном направлении при их совмещении.

Помимо гибридных оптических шнуров, имеющих с од ной стороны разъемы VF-45, а с другой ST, SC или другие, компания ЗМ недавно выпустила вилку VF-45, предназна ченную для монтажа в полевых условиях и позволяющую быстро оконцовывать кабели в точках консолидации. Кро ме того, для создания оптических сетей повышенной бе зопасности компания предлагает шесть разновидностей VF-45 с цветовой кодировкой и защитными ключами.

Хотя разъемы VF-45 изначально разрабатывались для горизонтальных оптоволоконных кабельных систем, их можно использовать и в магистральных сетях. Компания ЗМ также считает одним из своих крупных достижений то, что в настоящее время цена сетевого адаптера, оснащен ного разъемом VF-45, не превышает $100 (рис. 5).

Еще одним разъемом, предназначенным для реализа ции кабельных решений типа «оптоволокно к рабочему месту», является соединитель OptiJack-FJ фирмы Panduit.

Он имеет два отдельных керамических наконечника ди аметром 2,5 мм, а по формфактору соответствует 8кон тактному медному разъему RJ-45. Модули OptiJack-FJ могут использоваться вместе с розетками и коммутаци онными панелями типа MiniCorn производства Panduit.

Таким образом, SFFCкомпоненты совместно с новыми VCSELлазерами (лазеры имеют характеристики, прису щие традиционным лазерным источникам, и низкую стои мость, сопоставимую с обычными светодиодами) позволяют предоставить высокоскоростные оптические техно логии прямо на рабочее место пользователя.

Анна ФРИЗЕН, технический консультант U. I. LAPP GmbH.