Как работает 2-волоконный оптоволоконный кабель для использования внутри и вне помещений?
Двухволоконный кабель для наружной установки передает данные через два отдельных стеклянных или пластиковых волокна, которые передают световые сигналы с использованием полного внутреннего отражения. Каждое волокно состоит из сердцевины, оболочки и защитных слоев, предназначенных для надежной работы как внутри, так и снаружи помещений.
Основной механизм передачи
Фундаментальная операция основана на физике света. Оптическое волокно передает свет вдоль своей оси посредством полного внутреннего отражения, при этом сердцевина окружена оболочкой из диэлектрических материалов. Когда свет попадает в сердцевину волокна под правильным углом, он постоянно отражается от границы между сердцевиной и оболочкой, а не выходит наружу.
Это происходит потому, что показатель преломления сердцевины должен быть больше, чем показатель преломления оболочки, чтобы ограничить оптический сигнал. Представьте себе коридор с зеркалами на стенах.-Световые сигналы распространяются по всей длине, отражаясь от этих внутренних границ тысячи раз на метр.
Как функционируют два волокна
В конфигурации с двумя волокнами каждая жила работает независимо. Одно волокно обычно обрабатывает сигналы передачи, а другое — принимаемые сигналы, создавая двунаправленный канал связи. Эти кабели состоят из 2 одномодовых волокон с сердечником толщиной 9 микрон внутри водоблокирующей арамидной пряжи, обернутой черной внешней оболочкой из ПВХ.
Обозначение «2 волокна» означает, что в одном кабельном узле есть два отдельных оптических пути. Это обеспечивает одновременную двустороннюю связь-без помех сигнала, поскольку каждое волокно оптически изолировано от другого.
Слои физического построения
Волоконно-оптические кабели для использования внутри и снаружи сочетают в себе преимущества наружных кабелей, такие как влагостойкость, водонепроницаемость и хорошие механические характеристики, с характеристиками кабелей для внутренних помещений, включая огнестойкость и электрическую непроводимость.-
Основной слой: самая внутренняя часть, по которой распространяется свет. В одномодовых- волокнах используется 9-микронная сердцевина, оптимизированная для световых волн с длиной волны 1310 или 1550 нм.
Облицовка: оболочка обернута вокруг сердцевины и изготовлена из другого типа стекла с более низким показателем преломления по сравнению с сердцевиной, что помогает удерживать световые сигналы внутри. На этой оптической границе происходит полное внутреннее отражение.
Буферное покрытие: В кабелях для использования внутри помещений используются волокна с плотной-буферной изоляцией диаметром 900 мкм, а в кабелях для наружного применения обычно используются цветные волокна диаметром 250 мкм или 200 мкм. Внутренние/наружные кабели устраняют этот разрыв с помощью промежуточного подхода.
Силовые члены: Арамидные волокна (например, кевлар) служат гибкими прочными элементами, связанными с волокном. Они предотвращают разрыв хрупких стеклянных волокон при натягивании или сгибании кабеля во время установки.
Внешняя куртка: В оболочке используются -огнестойкие материалы, такие как полиэтилен, поливинилхлорид или малодымный-огнестойкий-полиолефин с низким содержанием дыма. Внешняя оболочка устойчива к влаге-, грибкам- и ультрафиолетовому излучению и подходит для подземных, воздушных или внутренних/наружных помещений.
Требования к производительности в помещении и на открытом воздухе
Конструкция с двойным-классом решает различные экологические проблемы.
Для использования внутри помещений кабель должен соответствовать нормам пожарной безопасности. Кабель с рейтингом Riser Rated (CMR) соответствует требованиям UL-1666, что означает, что он самозатухает и предотвращает распространение пламени вверх по кабелю при испытании на вертикальное горение. Это важно в зданиях, где кабели проходят вертикально между этажами через стояки или шахты лифтов.
При использовании на открытом воздухе долговечность становится критической. Оптоволоконные кабели для наружного применения имеют большую прочность на разрыв и более толстое защитное покрытие по сравнению с кабелями для внутреннего использования, что делает их более долговечными в суровых условиях окружающей среды. Они должны выдерживать УФ-излучение, перепады температур, влагу и физические нагрузки.
Для внутренних и наружных кабелей применяются меры сухой гидроизоляции для предотвращения утечки смазки при вертикальной прокладке кабеля, а также отсутствие металлических компонентов в конструкции или металлических элементов усиления, которые легко электрически отсоединяются.. Это исключает риск проведения электричества в здания, сохраняя при этом механическую прочность снаружи.
Процесс передачи сигнала
Когда необходимо отправить данные, электронное оборудование преобразует электрические сигналы в световые импульсы с помощью лазеров или светодиодов. Эти световые импульсы входят в сердцевину волокна с одного конца.
Свет распространяется по оптоволоконному-кабелю, неоднократно отражаясь от стен-каждый фотон неоднократно отражается по трубе. Критический угол определяет, отражается свет или уходит. Чтобы свет полностью отражался, угол падения должен быть больше критического угла, чтобы непрерывные отражения происходили на стенке оболочки внутри волокна.
На приемной стороне фотодетекторы преобразуют световые импульсы обратно в электрические сигналы, которые может обрабатывать сетевое оборудование. Вся передача происходит со скоростью света в стекле-примерно 200 000 километров в секунду.
Потеря сигнала и расстояние
Ни одна трансмиссия не идеальна. Для одномодового волокна типичное затухание на длине волны 1550 нм составляет около 0,2 дБ/км, а на длине волны 1310 нм — около 0,5 дБ/км. Это означает, что 10-километровый кабель может снизить мощность сигнала на 2–5 децибел в зависимости от длины волны.
При использовании волокна SMF28 потери составляют менее 0,15 дБ на километр, главным образом из-за рассеяния, поэтому вы теряете меньше света на протяжении всего километра волокна, чем при однократном отражении от металлического зеркала. Благодаря этой исключительной эффективности оптоволокно доминирует в связи на-дальних расстояниях.
Дополнительные потери возникают в точках подключения. Одномодовые разъемы заводской сборки имеют потери в диапазоне 0,1–0,2 дБ, а разъемы с полевой заделкой могут иметь потери до 0,2–1,0 дБ. Каждое соединение добавляет еще 0,1–0,3 дБ потерь.
Гибкость установки
Номинал «в помещении/на открытом воздухе» означает, что монтажникам не нужны переходные коробки там, где кабели проходят через стены или между зданиями.
Внутренняя-наружная кабельная разводка заполняет пробел в приложениях, в которых сетевая маршрутизация включает внешние пути, обеспечивая при этом требования пожаробезопасности для переходов в здания кампуса. Одиночный непрерывный кабель может быть проложен из наружного кабелепровода непосредственно во внутренние помещения без нарушения электрических норм и правил.
Это упрощает работу кампусных сетей, развертывание оптоволокна-к--дома, а также подключение-к-зданию. Волокно с плотным буфером имеет меньший минимальный радиус изгиба, что позволяет устанавливать его в лотках, стойках, патч-панелях и зонах с множеством изменений направления.
Однако ограничения на радиус изгиба все же существуют. Кабель имеет минимальный радиус изгиба 7,50 мм, что позволяет использовать его в тесных помещениях и на резких поворотах. Превышение этого значения путем резких изгибов может привести к поломке стекловолокна внутри или вызвать потерю сигнала из-за микроизгибов.
Почему два волокна вместо одного
Многие приложения теоретически могут работать с одним волокном, используя двунаправленные приемопередатчики, но по практическим соображениям преобладают конструкции с двумя-волокнами.
Отдельные пути передачи и приема устраняют необходимость в оборудовании мультиплексирования с разделением по длине волны на обоих концах. Это снижает стоимость и сложность большинства установок. Оптика проще:-одна длина волны в одном направлении в каждом волокне, а не две длины волны в одном волокне.
Устранение неполадок становится проще, когда каждое направление имеет свой собственный физический путь. Если одно волокно выходит из строя, характеристики другого сразу же показывают, в чем проблема: в самом волокне или в приемопередатчике. В одноволоконной системе-диагностика становится более сложной.
Гибкость обновления также улучшается. Вы можете заменить трансиверы на одном конце без необходимости одновременного обновления обеих сторон, если оба волокна остаются работоспособными.
Источники света и типы волокон
Одномодовое волокно оптимизировано для работы с оптоволоконным оборудованием, использующим длину волны света 1310 или 1550 нм. Эти конкретные длины волн были выбраны потому, что они минимизируют затухание в стекловолокне-они попадают в «окна пропускания», где кварцевое стекло наиболее прозрачно.
Одномодовые-волокна имеют очень тонкую сердцевину, а поскольку центральная часть такая маленькая, свет практически не отражается; все сигналы проходят прямо через середину, не отражаясь от краев. Такая передача по прямому-тракту предотвращает дисперсию, позволяя сигналам сохранять свою форму на больших расстояниях.
Альтернативой является многомодовое волокно с сердцевиной большего размера, позволяющее свету проходить несколько путей. Многомодовые волокна используются для линий связи на короткие-расстояния и в приложениях, где требуется передача высокой оптической мощности. Кабели для внутреннего и наружного применения доступны как в одномодовом, так и в многомодовом исполнении в зависимости от требований применения.
Технология блокировки воды
Одна из самых сложных задач — предотвратить повреждение водой без использования геля.
В свободном-трубном волокне используются трубки,-заполненные гелем, которые блокируют воду и смягчают волокна, а варианты с сухой-блокировкой воды обеспечивают более чистое и простое соединение. Во многих внутренних и наружных кабелях используется технология блокировки сухой воды- со специальными нитями, которые набухают при контакте с влагой.
Волоконно-оптические кабели водонепроницаемы и превышают требования ICEA S-104-696 и GR-20-CORE по проникновению воды, что помогает гарантировать, что любое повреждение кабеля и последующее попадание воды ограничивается ремонтопригодной длиной в несколько метров.
Это важно, поскольку вода может увеличить затухание, изменяя свойства показателя преломления на границе ядра-оболочки. Даже небольшое количество влаги может со временем ухудшить качество сигнала.
Часто задаваемые вопросы
Может ли внутренний/наружный кабель действительно работать в обеих средах?
Да, но с компромиссами. Эти кабели отвечают минимальным требованиям для обоих контекстов, а не являются оптимальными для обоих. Они более надежны, чем чистый внутренний кабель, но менее прочны, чем специальный бронированный кабель для наружного применения. Для большинства кампусных и коммерческих приложений они обеспечивают превосходный баланс производительности, стоимости и гибкости установки.
Каково максимальное расстояние для 2-волоконного кабеля?
Затухание в современных оптических кабелях гораздо меньше, чем в электрических медных кабелях, что позволяет создавать-волоконные соединения большой протяженности с расстоянием ретранслятора 70–150 километров. Для практических установок расстояние зависит от бюджета мощности приемопередатчика и общих потерь в канале, зависящих от длины волокна, разъемов и сращиваний. Типичный расчет включает затухание (0,3–0,5 дБ/км) плюс потери в разъемах (0,5–0,75 дБ каждый) плюс потери на сращивании (0,1 дБ каждый) плюс запас прочности 3 дБ.
Как подключить два волокна к оборудованию?
Каждое волокно заканчивается разъемом-обычно типов LC, SC или ST. Волокно заканчивается разъемами LC с керамическими наконечниками для труднодоступных мест, а вокруг каждого разъема волокна имеется 18-дюймовая трубка диаметром 2,0 мил для дополнительной прочности. Разъемы подключаются к модулям приемопередатчиков на коммутаторах, маршрутизаторах или медиаконвертерах. Правильное выравнивание разъемов имеет решающее значение, поскольку ширина волоконных сердцевин составляет всего 9 микрон.
Не повредит ли кабель изгиб?
Резкие изгибы могут привести к немедленной потере сигнала или возможному разрыву волокна. Волоконно-оптические кабели подвержены двум типам изгиба.-Макроизгиб означает большой изгиб кабеля, а микроизгиб — небольшой изгиб. Всегда соблюдайте минимальный радиус изгиба, указанный производителем, обычно в 10-15 раз превышающий диаметр кабеля. Современные волокна, нечувствительные к изгибу, допускают более крутые изгибы, но все же имеют ограничения.
Рекомендации по выбору кабеля
Выбирая между внутренним/наружным кабелем или внутренним/наружным кабелем, подумайте обо всем пути установки.
Если кабель никогда не выходит за пределы здания, кабель, рассчитанный на использование внутри помещений,-стоит дешевле и обеспечивает большую гибкость в ограниченном пространстве. Если кабель полностью проложен снаружи, в кабелепроводе или воздушной трассе, усиленный наружный кабель обеспечивает максимальную защиту.
Кабель для внутреннего и наружного использования имеет смысл, когда вам нужна непрерывность, выходящая за пределы окружающей среды. Это включает в себя развертывание оптоволокна-к--столу, где кабель проходит от наружных терминалов к офисам, кампусные сети, соединяющие здания, а также любые сценарии, в которых разрыв линии потребует сварки в распределительной коробке.
Сердечник и оболочка волоконно-оптического кабеля для использования внутри и вне помещений изготовлены из высококачественного одномодового волокна, соответствующего требованиям ITU-T G.652.D и обратно совместимого с другими устаревшими одномодовыми волокнами. Соответствие стандартам обеспечивает совместимость с существующей инфраструктурой и будущими обновлениями.
Имейте в виду, что, хотя двухволоконные кабели удовлетворяют большинству потребностей, большее количество волокон (4, 6, 12 или более) существует для приложений, требующих нескольких цепей или резервирования. Принцип работы остается прежним-больше волокон просто означает больше параллельных путей связи в одной оболочке кабеля.
Прелесть оптоволокна в том, что физические принципы передачи света через стекло остаются неизменными независимо от того, отправляете ли вы данные через комнату или через океан. Защитная упаковка адаптируется к окружающей среде, но внутри эти две стеклянные нити выполняют один и тот же элегантный трюк: улавливают и направляют фотоны от одного конца к другому.