Оптоволокно vs витая пара: что выбрать для дома

Оптические мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексирование позволяет увеличить информационную емкость ВОЛС. Применяемые в линиях устройства для объединения сигналов с различными несущими длинами волн (мультиплексоры) и разъединения (демультиплексоры) должны иметь малые вносимые потери в области узкой полосы пропускания и обеспечивать высокую степень изоляции между каналами.

К

основным параметрам

, которые в настоящее время используются для описания мультиплексора в сетях уплотнения WDM:

• полоса пропускания канала
• 0,5 дБ полоса частот
• отклонение полосы пропускания
• максимальные вносимые потери
• допустимое отклонение центральной полосы длины волны
• изоляция соседнего канала
• канальный интервал
• 30 дБ полоса частот
• 30 дБ показатель качества или FOM

Далее представлены способы формирования мультиплексоров и их компоненты.

Демультиплексоры раскладывают световой пучок на составляющие его длины волн посредством дифракционной решетки.

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.

Пластиковое оптическое волокно (POF)

О кварцевом оптическом волокне знают практически все. Но помимо него существует еще два типа оптических волокон, заслуживающие внимания. Прежде всего, речь идет о пластиковом, или полимерном, оптическом волокне (POF – Plastic/Polymer Optical Fiber). Это многомодовое волокно большого диаметра со ступенчатым показателем преломления, сердцевина и оболочка которого изготовлены из полимерных материалов, прежде всего, из полиметилметакрилата (по-простому, оргстекла). Чаще всего можно встретить POF с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 980/1000 мкм.

В сравнении с кварцевым волокном POF имеет очень большие потери (100-200 дБ/км). С другой стороны, минимум потерь находится в видимом диапазоне (520, 560 и 650 нм). Это, а также очень большой размер поперечного сечения, позволяет использовать в качестве источников излучения дешевые светодиоды. Большой диаметр также значительно упрощает процесс работы с пластиковым волокном. Процесс изготовления патч-корда (оптического шнура) требует меньших навыков и времени, а все необходимые приспособления имеют значительно меньшую стоимость. На рисунке ниже представлены пластиковые патч-корды с коннекторами семейства Versatile Link (VL) от компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).

Таким образом, главные преимущества пластикового волокна – это низкая стоимость компонентов и простота работы с ним. При этом POF присущи все те особенности оптического волокна, которые дают ему преимущества перед другими видами связи. В их числе невосприимчивость к электромагнитному излучению и изолирующие свойства (защита от высоких напряжений), меньшие габариты и вес.

Классификация. Хотя выпускаемые пластиковые волокна отличаются по размеру, используемым полимерам, профилю показателя преломления и другим параметрам, подавляющую часть всех пластиковых волокон составляет POF 980/1000 мкм из полиметилметакрилата.

Применение. Область применения POF – короткие низкоскоростные линии связи (до 200 Мбит/с на несколько десятков метров). Преимущества POF проявляются в тех случаях, когда простота эксплуатации и низкая стоимость линии связи важнее, чем характеристики самой передачи. POF часто используется в промышленных линиях связи, автомобильной электронике, медицине и разного рода датчиках. Кроме того, пластиковое волокно может с успехов применяться и в различных специальных/корпоративных сетях передачи данных, например, для связи в пределах квартиры или офиса (к слову, эта область применения в России пока только начинает развиваться).

Разновидности кабелей

Кабель формируют:

1. Ядро.
2. Оболочка.
3. Защитный кожух.

Волокно реализует полное отражение сигнала. Материалом первых двух компонентов традиционно выступает стекло. Иногда находят дешёвую замену – полимер. Оптические кабели объединяют сплавлением. Выравнивание ядра потребует сноровки. Мультимодовый кабель толщиной свыше 50 мкм паять проще. Две глобальные разновидности различаются количеством мод:

• Мультимодовый снабжён толстым ядром (свыше 50 мкм).
• Одномодовый значительно тоньше (менее 10 мкм).

Парадокс: кабель меньших размеров обеспечивает дальнюю связь. Стоимость четырёхжильного трансатлантического составляет 300 млн. долларов. Сердцевину покрывают светоустойчивым полимером. Журнал Новый учёный (2013) обнародовал опыты научной группы Университета Саутгемптона, покрывших дальность 310 метров… волноводом! Пассивный диэлектрический элемент показал скорость 77,3 Тбит/с. Стены полой трубки образованы фотонным кристаллом. Информационный поток двигался со скорость 99,7% световой.

Фотонно-кристаллический фибер

Новая разновидность кабелей образована набором трубок, конфигурация напоминает скруглённые пчелиные соты. Фотонные кристаллы, напоминают природный перламутр, образуя периодические конформации, отличающиеся коэффициентом преломления. Некоторые длины волн внутри таких трубок затухают. Кабель демонстрирует полосу пропускания, луч претерпевая брэгговскую рефракцию отражается. Благодаря наличию запрещённых зон когерентный сигнал двигается вдоль световода.

Первая конструкция Йе и Йарива (1978) представлена двумя и более концентрическими слоями разных материалов. Конструкции постоянно дополняются свежими видами. Рассел (1996, автор термина фотонно-кристаллический фибер) представил сотовый набор волокон, двумя годами позже догадались сердцевину заменить пустотой. Достигнутые затухания впечатляют:

1. Полые – 1,2 дБ/км.
2. Сплошные – 0,37 дБ/км.

Технология производства сродни традиционной. Сравнительно толстую заготовку постепенно вытягивают. Выходит волос длиной в километры. Материалы проходят стадию исследований.

Монтаж

Процесс подключения Интернета через оптоволокно сложнее, чем кажется на первый взгляд. Все преимущества скорости света заключены в хрупком сердечнике, требующего бережного отношения. По сравнению с медной витой парой, обслуживание таких коммуникаций требует повышенной квалификации работников, занятых монтажными работами и подключением абонентского оборудования. Особенно это касается профессиональных бригад, обслуживающих магистрали провайдера. Будь то срочный ремонт или плановое подключение участка — сетевой инженер всегда имеет при себе целый набор инструментов для обслуживания оптоволоконного кабеля для Интернета.

Продвинутые модели оснащены ЧПУ, который регулирует угол и наклон сварки для достижения наилучшего результата. Проблема заключается в том, что даже небольшая погрешность может оказать негативное влияние на скорость передачи данных по оптоволокну.

Процесс монтажа:

1. Сначала необходимо подготовить кабель. При помощи специального инструмента срезается внешняя и внутренняя изоляция, а также зачищается сердечник. 
2. Зачищенное волокно необходимо обработать спиртосодержащим веществом, а затем укоротить до нужной длины при помощи резака.

   Затем место сварки покрывается термоусадкой и нагревается до высокой температуры.

3. Для подключения готового кабеля к конечному оборудованию его нужно обжать. Процесс обжима оптоволокна различается в зависимости от его типа. Если говорить о бытовом использовании, то в продаже можно найти готовые патч-корды.

Оптические кабели для протяжённых линий связи в районах вечномёрзлых грунтов

Огромные территории России находятся в зоне вечной мерзлоты. Прокладка кабелей связи в вечномерзлых грунтах всегда представляла труднейшую задачу. В России накопился определённый опыт по такой прокладке. Этот опыт можно использовать и для прокладки оптических кабелей.

Не останавливаясь на технологии прокладки кабельных линий связи в вечномёрзлых грунтах, рассмотрим требования к оптическим кабелям, прокладываемым в данных грунтах. В систематизированном виде эти требования были рассмотрены рабочей группой «Q», созданной в 1995 году совместно ОАО «Ростелеком» и кабельным департаментом фирмы «Siemens» , ФРГ. В течение трёх лет группа «Q» вела разработки оптических кабелей для вечномерзлых грунтов. Эти разработки позволили сделать следующие выводы:

• для прокладки в вечномёрзлый грунт оптические кабели должны быть бронированными с круглой проволочной бронёй, допустимые растягивающие механические напряжения которой составляют не менее 50 кН;

• эти кабели (как и другие оптические кабели протяжённых линий) не должны иметь других металлических элементов, прежде всего металлического центрального стержня;

• перепад диаметров кабеля и соединительной муфты для него должен быть минимальным с плавным конусообразным переходом, чтобы исключить влияние разницы в выталкивающих силах в случае «пучинистых» явлений;

• при прокладке кабелей следует обходить места с «пучинистыми» явлениями грунтов;

• конструкции соединительных муфт для кабелей в вечномёрзлых грунтах близки к конструкциям муфт для подводных кабелей: эти муфты делаются минимально возможных диаметров при конусообразных плавных перепадах до размеров кабеля.

Кроме того в России проведены исследования по определению возможности прокладки оптических кабелей в вечномёрзлых грунтах в защитных полиэтиленовых трубах (в специализированной лаборатории филиала ОАО «Ростелеком» в Иркутске). Исследования в течение десяти лет показали, что технология прокладки в вечномёрзлых грунтах оптических кабелей в кабельных трубопроводах вполне реализуема. Показано, что замерзание воды в трубе не приводит к повреждениям кабеля. При строительстве по этой технологии в районах вечной мерзлоты остаётся проблема размещения контейнеров оперативного доступа, в которых укладываются кабельные муфты. Поскольку размеры этих контейнеров велики по сравнению с диаметром труб, их следует размещать на участках трассы, не подверженных «пучинистым» явлениям, а в котлованах под контейнеры делать песочные «подушки».

Преимущества ВОЛП

Волоконно-оптические линии обладают рядом преимуществ перед проводными (медными) и радиорелейными системами связи:

• Высокая пропускная способность оптического волокна позволяет передавать информацию на высокой скорости, недостижимой для других систем связи.
• Высокая надёжность оптической среды: оптические волокна не окисляются, не намокают, не подвержены слабому электромагнитному воздействию.
• Информационная безопасность — информация по оптическому волокну передаётся «из точки в точку» и подслушать или изменить ее можно только путем физического вмешательства в линию передачи.
• Высокая защищённость от межволоконных влияний — уровень экранирования излучения более 100 дБ. Излучение в одном волокне совершенно не влияет на сигнал в соседнем волокне.
• Пожаро- и взрывобезопасность при изменении физических и химических параметров.
• Малые габариты и масса.

Область применения ВОЛС

Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.

К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.

Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.

Что такое ВОЛС?

В понятийном аппарате Закона о связи нет определения данного термина, поэтому ничего не остается, как обратиться к иным отраслевым правовым актам. В частности, в Правилах проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (утв. Минэнерго России 27.12.2002, Минсвязи России 24.04.2003) сказано, что волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) — оптический кабель в комплексе с линейными сооружениями и устройствами для их обслуживания, по которому передаются все виды сигналов волоконно-оптической линии передачи. В свою очередь, последняя представляет собой совокупность линейных трактов (каналов) волоконно-оптических систем передачи, имеющих общий оптический кабель, линейные сооружения и устройства их обслуживания. Оптический кабель может быть присоединен к опорам, крепящимся в грунт или на специальный фундамент на земельных участках, отведенных специально для этих целей. В современной терминологии Закона о связи это объекты инженерной инфраструктуры, созданные и приспособленные для размещения оптоволоконных кабелей, или, проще говоря, линейно-кабельные сооружения связи (ЛКС).

Как показывает практика, при использовании операторами связи оптоволокна есть свои нюансы, и один из них связан с тем, что не всегда оптоволоконный кабель проводится напрямую от оператора к абоненту (пользователю услуг связи). На практике оптоволоконный кабель подводится к объекту, крепится к специальному оборудованию и разветвляется (продляется) обычными кабелями до абонентов, находящихся на объекте. В техническом плане между оптоволоконным кабелем и коаксиальным электрическим кабелем есть существенные различия, в то же время по функциональным признакам они схожи. То же можно сказать и об их «производных» — ВОЛС и линиях связи, они схожи по назначению, однако первые из них созданы по более современным технологиям. Таким образом, у упомянутых объектов много общего в учете и налогообложении. Хотя линии связи как объект учета операторов связи уже детально рассматривались на страницах журнала, предлагаем взглянуть на данную тему с несколько иной точки зрения и разобрать бухгалтерский и налоговый учет ВОЛС, дополняя имеющиеся знания по линиям связи.

Один из концептуальных вопросов

Вопрос определения инвентарного объекта ОС является одним из наиболее сложных в учете по причине его вариативности и наличия различных обоснованных точек зрения. Законодательство в сфере бухгалтерского учета и отчетности содержит только общие принципы определения учетного объекта, поэтому можно установить лишь общую методику. Дело в том, что в деятельности многих организаций используются объекты основных средств, представляющие из себя функционально единые комплексы, состоящие из отдельных устройств, приспособлений, механизмов и оборудования (комплексные ОС). Элементы таких ОС имеют различные стоимость и сроки службы, что усложняет порядок их бухгалтерского учета.

Как следует из норм ПБУ 6/01, определение единицы бухгалтерского учета ОС остается за хозяйствующим субъектом. Это лишний раз подтверждает, насколько важна работа бухгалтера, требующая принятия нестандартных решений, выражения собственного профессионального суждения. Ведь бухгалтер в своей профессии не ограничивается ролью статиста, выполняющего требования инструкций. Современный бухгалтерский учет требует от финансового работника гибкого, творческого мышления, самоотдачи любимому делу. И в этом ему могут помочь авторитетные эксперты бухгалтерского методологического центра (БМЦ) — некоммерческой организации, занимающейся практикой применения бухгалтерского законодательства РФ.

Центром подготовлен проект рекомендаций на тему учета основных средств в составе комплексных объектов

К таким объектам, в частности, могут быть отнесены линии электропередач, которым особое внимание уделяют эксперты-методологи. Между тем операторов связи больше заинтересует другой пример комплексных объектов — ВОЛС, которые рассматриваются экспертами как дополнение к линиям электропередач

Автор предлагает рассмотреть именно ВОЛС и нюансы их классификации для учета.

Регенерация[править | править код]

В случаях, когда линия связи должна охватить расстояние большее чем то, на которое способна существующая технология, сигнал должен быть восстановлен в промежуточных пунктах при помощи ретрансляторов. Ретрансляторы добавляют существенную стоимость в систему связи поэтому проектировщики систем пытаются минимизировать их использование.

Последние достижения в производстве оптических волокон и в технологии оборудования, используемого для коммуникаций связи, существенно уменьшили деградацию сигнала в линии. В настоящее время регенерация (восстановление) оптического сигнала в линиях связи необходимо на расстояниях, превышающих несколько сотен километров. Это существенно уменьшило стоимость организации оптической сети, особенно по подводным участкам, там где стоимость и надежность ретрансляторов — один из ключевых факторов, определяющих работу целой кабельной системы. Главные достижения, вносящие свой вклад в эти технологии, это возможность управления дисперсией, и применяемые солитоновые излучатели, которые используя нелинейные эффекты в волокне, позволяют передавать сигнал без дисперсии по длинным кабелям, покрывающим большие расстояния.

Волновые конвертеры

В ряде случаев, помимо фильтрации и мультиплексирования сигналов с различными длинами волн, возникает необходимость преобразования одной длины волны в другую, что называется конвертированием длины волны. Принцип действия устройств, осуществляющих данное преобразование, основан на использовании нелинейного эффекта в оптических волокнах, например, в волокнах со смещенной нулевой

дисперсией

, который приводит к явлению четырехволнового смешения.

В этом случае длина волны преобразованного излучения определяется из выражения:

λ

— длина волны основного излучения;

λ

_N

— длина волны основного излучения;

Другой способ реализации оптического конвертера основан на эффектах нелинейного взаимодействия двух оптических сигналов различной длины волны, в результате которого образуется сигнал новой длины волны. Данный принцип может быть осуществлен на использовании сегнетодиэлектриков, например, кристалле ниобата лития, с созданной в нем периодической поляризацией, обеспечивающей усиление взаимодействия оптических волн.

Особенности и основные преимущества ВОЛС

Волоконно-оптические системы связи в настоящее время получили широкое распространение по всему миру, постепенно вытесняя другие проводные способы передачи данных благодаря своим особенностям и уникальным характеристикам.

Давайте более подробно рассмотрим некоторые ключевые моменты, чтобы понимать, в чем преимущество волоконно-оптической связи:

• пропускная способность. Это одна из основных характеристик, которая важна для линии связи. Потенциал одного канала позволяет выйти на объем в несколько терабит за секунду;
• универсальность. По оптическому кабелю можно передавать сигналы различной модуляции;

минимальный коэффициент затухания. Благодаря этому качеству, длина участка сети без использования дополнительных ретрансляторов или усилителей может достигать до 100 километров;

безопасность данных. К волоконно-оптической линии практически невозможно подключится злоумышленнику – в случае физического нарушения целостности канала сигнал перестанет проходить сквозь кабель, а надежное кодирование убережет от перехвата информации при помощи программных средств. Дополнительно система безопасности предупредит о попытке проникновения и взлома. Именно благодаря такой особенности, оптические кабели используют различные организации (правоохранительные органы, банки, исследовательские компании), которые работают с секретными данными;

пожарная безопасность. Благодаря своему строению и используемым материалам, оптико-волоконные кабели не поддерживают горение и не приводят к образованию искры. Это позволяет использовать их на химических, нефтеперерабатывающих и других предприятиях с повышенным уровнем пожарной опасности;

экономическая выгода. Несмотря на то, что стоимость прокладывания линии довольно высокая, она все равно будет дешевле и качественнее, чем традиционное соединение с использованием медного кабеля. Дополнительно стоит учесть минимальные расходы на усилители сигнала, особенно, если речь идет о больших участках магистралей. Для сравнения, ретрансляторы при стандартном подключении должны устанавливаться каждые 5-7 километров, а при использовании оптико-волоконного кабеля – каждые 100 километров;

надежность и долговечность. При использовании соединения в стандартных климатических условиях, срок службы кабеля и соединительного оборудования будет примерно в два раза больше, чем при эксплуатации медного кабеля.

Благодаря этим преимуществам линии связи на основе оптико-волоконных соединений пользуются большой популярностью в наше время по всему миру.

Больше о волоконно-оптических линиях связи и их особенностях проектирования можно узнать на ежегодной выставке «Связь».

Оптико волоконная связьВоздушные линииАппаратура линий связи