Як працює 2-волоконний волоконно-оптичний кабель для внутрішнього використання на відкритому повітрі?
Двоволоконний внутрішній зовнішній кабель передає дані через два окремі скляні або пластикові волокна, які передають світлові сигнали за допомогою повного внутрішнього відбиття. Кожне волокно складається з серцевини, оболонки та захисних шарів, призначених для надійної роботи як у приміщенні, так і на вулиці.
Основний механізм передачі
Фундаментальна операція спирається на фізику світла. Оптичне волокно пропускає світло вздовж своєї осі через повне внутрішнє відбиття, серцевина якого оточена шаром оболонки з діелектричних матеріалів. Коли світло потрапляє в серцевину волокна під належним кутом, воно постійно відбивається від межі між серцевиною та оболонкою, а не виходить назовні.
Це відбувається тому, що показник заломлення серцевини має бути більшим, ніж показник оболонки, щоб обмежити оптичний сигнал. Подумайте про це як про коридор із дзеркалами на стінах-світлові сигнали поширюються вздовж, відбиваючись від цих внутрішніх меж тисячі разів на метр.
Як функціонують два волокна
У конфігурації з 2 волокнами кожна нитка працює незалежно. Одне волокно зазвичай обробляє передачу сигналів, тоді як інше обробляє прийом сигналів, створюючи двонаправлений шлях зв’язку. Ці кабелі складаються з 2 одномодових волокон із серцевиною товщиною 9 мікрон усередині водонепроникної арамідної нитки, загорнутої в чорну зовнішню оболонку з ПВХ.
Позначення «2 волокна» означає наявність двох окремих оптичних шляхів в одній збірці кабелю. Це забезпечує одночасний двосторонній зв’язок без перешкод сигналу, оскільки кожне волокно оптично ізольовано від іншого.
Фізичні шари побудови
Внутрішні/зовнішні оптоволоконні кабелі поєднують переваги зовнішніх кабелів, такі як вологостійкість, водонепроникність і хороші механічні властивості, з характеристиками внутрішніх кабелів, зокрема вогнестійкість і електроне{0}}провідність.
Основний шар: Внутрішня частина, куди поширюється світло. Одномодове-волокно використовує 9-мікронну серцевину, оптимізовану для довжин світлових хвиль 1310 нм або 1550 нм.
Обшивка вагонкою: оболонка обертається навколо серцевини та виготовлена з іншого типу скла з нижчим показником заломлення порівняно з серцевиною, що допомагає утримувати світлові сигнали всередині. Ця оптична межа є місцем повного внутрішнього відбиття.
Буферне покриття: Кабелі для внутрішнього підключення використовують щільні-буферні волокна діаметром 900 мкм, тоді як для зовнішніх кабелів зазвичай використовуються кольорові волокна діаметром 250 або 200 мкм. Кабелі для внутрішнього/зовнішнього використання подолають цей розрив за допомогою проміжного підходу.
Силові члени: арамідні волокна (такі як кевлар) служать гнучкими міцними елементами в комплекті з волокном. Це запобігає розриву ніжних скляних волокон, коли кабель тягнуть або згинають під час встановлення.
Зовнішня куртка: в оболонці використовуються-вогнезахисні матеріали, такі як поліетилен, полівінілхлорид або низько{1}}галогенні-вогнезахисні поліолефіни з низьким{1}}димом. Зовнішня оболонка є вологостійкою-, стійкою- до грибка та ультрафіолетового випромінювання, підходить для підземних каналів, повітряних або внутрішніх/зовнішніх приміщень.
Вимоги до продуктивності в приміщенні та на відкритому повітрі
Конструкція з подвійним рейтингом-вирішує різні екологічні проблеми.
Для використання в приміщенні кабель повинен відповідати нормам пожежної безпеки. Кабель Riser Rated (CMR) відповідає стандарту UL-1666, тобто він самозагасає та запобігає поширенню полум’я вгору по кабелю під час випробування на горіння у вертикальному положенні. Це має значення в будівлях, де кабелі проходять вертикально між поверхами через стояки або ліфтові шахти.
Для зовнішнього використання довговічність стає критичною. Зовнішні волоконно-оптичні кабелі мають більшу міцність на розрив і товще захисне покриття порівняно з внутрішніми кабелями, що робить їх більш міцними в суворих зовнішніх умовах. Вони повинні витримувати ультрафіолетове випромінювання, перепади температур, вологість і фізичні навантаження.
Внутрішні/зовнішні кабелі впроваджують заходи сухої гідроізоляції, щоб запобігти витоку мастила, коли кабель розгорнуто вертикально, і використовують відсутність металевих компонентів у конструкції або металевих компонентів посилення, які легко від’єднуються електрично. Це усуває ризик проведення електрики в будівлі, зберігаючи зовнішню механічну міцність.
Процес передачі сигналу
Коли потрібно надіслати дані, електронне обладнання перетворює електричні сигнали на світлові імпульси за допомогою лазерів або світлодіодів. Ці світлові імпульси входять в серцевину волокна з одного кінця.
Світло проходить по волоконно-оптичному кабелю, неодноразово відбиваючись від стін-кожен фотон неодноразово відбивається по трубі. Критичний кут визначає, відбивається чи виходить світло. Щоб світло було повністю відбито, кут падіння має бути більшим за критичний кут, щоб безперервні відбиття відбувалися на стінці оболонки всередині волокна.
На приймальному кінці фотодетектори перетворюють світлові імпульси назад в електричні сигнали, які мережеве обладнання може обробляти. Повна передача відбувається зі швидкістю світла у склі-приблизно 200 000 кілометрів на секунду.
Втрата сигналу та відстань
Жодна трансмісія не є ідеальною. Для одномодового-волокна типове загасання при 1550 нм становить близько 0,2 дБ/км, тоді як при 1310 нм воно становить близько 0,5 дБ/км. Це означає, що 10-кілометровий кабель може зменшити потужність сигналу на 2-5 децибел залежно від довжини хвилі.
З волокном SMF28 втрати становлять менше 0,15 дБ на кілометр переважно через розсіювання, тому ви втрачаєте менше світла через увесь кілометр волокна, ніж від одноразового відбиття від металевого дзеркала. Завдяки цій надзвичайній ефективності волоконна оптика домінує в -зв’язку на великі відстані.
Додаткові втрати виникають у місцях підключення. Зібрані на заводі одномодові з’єднувачі мають втрати в діапазоні 0,1-0,2 дБ, а з’єднувачі з наконечниками можуть мати втрати до 0,2-1,0 дБ. Кожне з’єднання додає ще 0,1-0,3 дБ втрати.
Гнучкість встановлення
Рейтинг внутрішнього/зовнішнього середовища означає, що інсталяторам не потрібні перехідні коробки, де кабелі проходять через стіни або між будівлями.
Внутрішня-прокладка кабелів на відкритому повітрі заповнює прогалину для додатків, де мережеві маршрути включають зовнішні шляхи, водночас забезпечуючи вимоги протипожежної безпеки для переходів у будівлі кампусу. Один безперервний кабель може пролягати від зовнішньої труби безпосередньо до внутрішніх камер, не порушуючи електричні норми.
Це спрощує кампусні мережі, оптоволокно-до--розгортання-дому та з’єднання-від-будівлі. Щільне буферизоване волокно має менші мінімальні радіуси вигину, підтримуючи установку в лотки, стійки, патч-панелі та місця з кількома змінами напрямку.
Однак обмеження радіуса вигину все ж існують. Кабель має мінімальний радіус вигину 7,50 мм для щільних корпусів і різких поворотів. Перевищення цього рівня шляхом різких вигинів може призвести до розриву скляних волокон усередині або спричинити втрату сигналу через мікровигин.
Чому два волокна замість одного
Теоретично багато програм можуть працювати з одним волокном за допомогою двонаправлених приймачів-передавачів, але з практичних міркувань домінують конструкції з двома-волокнами.
Окремі шляхи передачі та прийому усувають потребу в обладнанні мультиплексування за довжиною хвилі на обох кінцях. Це зменшує вартість і складність більшості установок. Оптика простіша-одна довжина хвилі в одному напрямку на кожному волокні, а не дві довжини хвилі в одному волокні.
Усунення несправностей стає легшим, коли кожен напрямок має свій фізичний шлях. Якщо одне волокно виходить з ладу, продуктивність іншого негайно показує, чи проблема в самому волокні чи в трансиверному обладнанні. У системі з одним-волокном діагностика стає складнішою.
Гнучкість оновлення також покращується. Ви можете замінити трансивери на одному кінці, не обов’язково оновлюючи обидві сторони одночасно, якщо обидва волокна залишаються функціональними.
Джерела світла та типи волокон
Одномодове волокно оптимізоване для роботи з волоконно-оптичним обладнанням, що використовує світлові хвилі 1310 нм або 1550 нм. Ці конкретні довжини хвиль було обрано тому, що вони мінімізують загасання у скловолокні-вони потрапляють у «вікна пропускання», де кремнієве скло найбільш прозоре.
Одномодове-волокно містить дуже тонку серцевину, і оскільки центральна частина дуже мала, світло не відбивається; усі сигнали проходять прямо через середину, не відбиваючись від країв. Цей прямий-шлях передачі запобігає розсіюванню, дозволяючи сигналам зберігати свою форму на великих відстанях.
Альтернативою є багатомодове волокно з більшою серцевиною, яке дозволяє світлу проходити кількома шляхами. Багатомодові волокна використовуються для зв’язку на короткі-відстані та для програм, де потрібна передача високої оптичної потужності. Кабелі для внутрішнього й зовнішнього використання доступні як в одномодовому-режимному, так і в багатомодовому варіантах залежно від вимог застосування.
Технологія блокування води
Однією з найскладніших проблем є запобігання пошкодженню водою без використання гелю.
У вільних-волоконних трубках використовуються трубки,-заповнені гелем, які блокують воду та пом’якшують волокна, тоді як варіанти із сухими-блокованими водою забезпечують чистіше та легше з’єднання. Багато внутрішніх/зовнішніх кабелів використовують технологію-блокування сухої води за допомогою спеціальних ниток, які набухають під час контакту з вологою.
Волоконно-оптичні кабелі захищені від води та перевищують вимоги ICEA S-104-696 і GR-20-CORE щодо проникнення води, що допомагає гарантувати, що будь-яке пошкодження кабелю та подальше проникнення води обмежується довжиною кількох метрів, яку можна відремонтувати.
Це важливо, оскільки вода може збільшити загасання, змінюючи властивості показника заломлення на межі серцевини-оболонки. Навіть невелика кількість вологи може з часом погіршити якість сигналу.
Часті запитання
Чи може внутрішній/зовнішній кабель працювати в обох середовищах?
Так, але з компромісами. Ці кабелі відповідають мінімальним вимогам для обох контекстів, а не є оптимальними для будь-якого. Вони міцніші, ніж звичайний внутрішній кабель, але менш міцні, ніж спеціалізований зовнішній броньований кабель. Для більшості кампусних і комерційних застосувань вони забезпечують чудовий баланс продуктивності, вартості та гнучкості встановлення.
Яка максимальна відстань для 2-волоконного кабелю?
Загасання в сучасних оптичних кабелях набагато менше, ніж в електричних мідних кабелях, що призводить до оптоволоконних з’єднань на великі відстані з відстанями ретрансляторів 70–150 кілометрів. Для практичних установок відстань залежить від бюджету потужності трансивера та загальних втрат зв’язку через довжину волокна, роз’ємів і з’єднань. Типовий розрахунок додає загасання (0,3-0,5 дБ/км) плюс втрати з’єднувача (0,5-0,75 дБ на кожному) плюс втрати на з’єднанні (0,1 дБ на кожен) плюс запас надійності 3 дБ.
Як підключити два волокна до обладнання?
Кожне волокно закінчується з’єднувачем-зазвичай типів LC, SC або ST. Оптоволокно закінчується роз’ємами LC з керамічним наконечником для важкодоступних місць, а кожен роз’єм волокна має 18 дюймів 2,0-міліметрової трубки для додаткової міцності. З’єднувачі підключаються до трансиверних модулів на комутаторах, маршрутизаторах або медіаконвертерах. Правильне вирівнювання роз’ємів має вирішальне значення, оскільки ширина серцевини волокна становить лише 9 мікрон.
Чи не пошкодить кабель згинання?
Різкі вигини можуть спричинити миттєву втрату сигналу або можливий розрив волокна. Два типи згинання впливають на волоконно-оптичні кабелі-макрозгинання стосується великого згинання кабелю, тоді як мікрозгинання стосується малого згинання. Завжди дотримуйтесь мінімальний радіус вигину, визначений виробником, зазвичай у 10-15 разів більше діаметра кабелю. Сучасні волокна, нечутливі до вигинів, витримують більш жорсткі вигини, але все ще мають обмеження.
Міркування щодо вибору кабелю
Вибираючи між внутрішнім, зовнішнім або внутрішнім/зовнішнім кабелем, подумайте про весь шлях встановлення.
Якщо кабель ніколи не виходить із будівлі,-кабель для внутрішнього використання коштує дешевше та забезпечує кращу гнучкість у вузьких місцях. Якщо він залишається повністю зовні в трубопровід або повітряні траси, міцно броньований зовнішній кабель забезпечує максимальний захист.
Внутрішній/зовнішній кабель має сенс, коли вам потрібна безперервність через межі середовища. Це включає в себе розгортання оптоволокна-до--столу, де кабель проходить від зовнішніх терміналів до офісів, мережі кампусів, що з’єднують будівлі, і будь-які сценарії, коли розрив лінії вимагатиме зварювання в розподільній коробці.
Серцевина й оболонка волоконно-оптичного кабелю для внутрішнього/зовнішнього використання виготовлені з використанням високоякісного одномодового волокна, яке відповідає ITU-T G.652.D і має зворотну сумісність з іншими застарілими одномодовими волокнами. Ця стандартна відповідність забезпечує взаємодію з існуючою інфраструктурою та майбутніми оновленнями.
Майте на увазі, що хоча 2 волоконно-оптичні кабелі задовольняють більшість потреб, існує більша кількість волокон (4, 6, 12 або більше) для додатків, які потребують кількох ланцюгів або резервування. Принцип роботи залишається незмінним-більше волокон просто означає більше паралельних шляхів зв’язку в одній оболонці кабелю.
Принадність волоконної оптики полягає в тому, що фізичні принципи передачі світла через скло залишаються постійними незалежно від того, надсилаєте ви дані через кімнату чи через океан. Захисне пакування адаптується до навколишнього середовища, але всередині ці дві скляні нитки виконують той самий елегантний трюк, уловлюючи та направляючи фотони від одного кінця до іншого.