CC BY
53
5 декабря 2011 г. 23:54
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
К вопросу о выборе оптических волокон
Рассматриваются типы одиомодовых оптических волокон, требования международных стандартов к геометрическим и передаточным характеристикам, доны рекомендации по выбору волокон для различных сфер применения.
Зубилевич АЛ.,
доцент каф. Линий связи МТУСИ
Колесников В.А.,
доцент каф. Линий связи МТУСИ
Оптическое волокно (ОВ), уложенное в вол оконною гттумеский кабель (ВОК) для защиты его от внешних воздействий, уже более трцщати лет используется в качестве среды передачи как в плезио-хронных ( PDH ), так и в синхронных цифровых ( SON ET/ SDH ) сетях СВЯЗИ.
В России его широкому распространению способствовало развитие сети цифровых АТС в рамках создания ВСС РФ. В ряде ведущих по тематике связи журналов и издательств за последние годы был опубликован ряд статей и книг, посвященных различным аспектам использования ОВ и ВОК и их характеристикам
Знание параметров волокон и кабелей нужно не только ниже-нерам-лроектировщикам систем связи, но и менеджерам различного уровня, принимающим решения по закупке ВОК, а также всем, кто, наряду со знанием технологии цифровых сетей и общим теоретическим представлениям об оптической среде передачи сигнала хочет получить более подробную информацию о волокне и кабеле, стандартном наборе их параметров, их сравнительной оценке и факторах, которые могут быть решающими при выборе кабеля для конкретных применений.
Российские компании, как правило, используют импортное оборудование и волокно, их продукция соответствует мировому уровню качества и подтверждена соответствующими сертификатами, что позволяет использовать ее с выгодой для отечественного потребителя.
Оптическое волокно для промьштенных целей выпускается как кабельными, так и специализированными зарубежными компаниями : Alcatel, Coming, Fujikura, Furukawa, Sumitomo и др.
Развитие сетей доступа и внедрение широкополосных услуг повлекли за собой закономерную эволюцию транспортной сети. Сегодня на мировом ръике телекомму>*1 каций основной средой передачи транспортной сети является валоконно-олттеский кабель В результате конвергенции сетей и мощных интеграционных тенденций, а также под влиянием экономкнеского фактора волоконно-оптический кабель все чаще стали использовать и на сетях доступа. Для внутригородских сетей оптические решения на транспортном уровне — вне конкуренции. Кроме транспортной сети, оптжесхое волокно наход ит свое применение и в локальных сетях. Так, например, единственной на сегодняшний день стандартизированной средой передачи для стандарта 10 Gigabit Ethernet является волоконно-оптический кобель.
Значительно ужесточает требования к оптическому волокну появление технологии спектрального разделения каналов (СРК). Применение СРК требует от операторов неукоснительного соблюдения международных норм и стандартов для обеспечения стыковки оборудования разлкмных производителей и дальнейшей модернизации сети.
В последние несколько лет существенные изменения претерпевают стандарты и нормы для одномодового оптического волокна. Ознакомление с этими изменениями позволит избежать неоправданных финансовых вложений и технических проблем.
Тексты новых стандартов МСЭ как для одномодового, так и для многомодового оптоволокна доступны только для подписчиков специальных профессиональных рассылок МСЭ.
В разработке стандартов для механических и оптических характеристик волокна, оптических кабелей и компонентов волоконнооптических линий связи, помыло МСЭ, участвуют многие международные организации. Для основных оптических параметров волокна вводятся стандартизированнь* предельнье значения, благодаря чему поставщикам и потребителей оборудования гарантируется взаимная совместимость устройств и соответствие инфраструктур. Производителям волокон предоставляется возможность проявления некоторой гибкости для модернизации и разработки новых продуктов [2].
Ниже речь пойдет только о стандартах для одномодовых волокон как наиболее распространенных на сетях связи. Многомодовый световод гораздо менее популярен, поскольку оптимизирован только для очень узкого спектра длин волн, что делает его непригодным для систем дольней связи и ограничивает его применение на уровне локальных сетей. Кроме того, стоимость одномодового световода сегодня значительно ниже, чем многомодового, и все преимущество МНОГОМОДОВОГО волокна сводятся лишь к низкой стоимости активного оборудования.
Наиболее значимым событием последних лет в процессе стандартизации оптических волокон стало появление проекта рекомендации Международного Союза Электросвязи (МСЭ) 0.656 "Характеристики волокон и кобелей с ненулевой дисперсией для широкополосной оптической передачи". Не менее значимы изменения, внесенные в 2000-м году в рекомендацию С.652 "Характеристики одномодовых волоконно-оптических кобелей", а также в рекомендацию С.655 "Характеристики оптических волокон со смещенной ненулевой дисперсией".
Появление проекта рекомендации МСЭ Э.656 связано с началом производства волокна с параметрами, отличающимися от изложенных в рекомендации МСЭ С.655. Эти отличия состоят, прежде всего, в том, что новое волокно может роботать в более широком диапазоне длин волн. Появление этого волокна стало результатом разработок в области квантовых усилителей и было вызвано необходимостью иметь среду передачи для линий большой протяженности с использованием ультраплотного объединения каналов в системах спектрального разделения каналов (СРК). Так, на рынке сегодня появились волоконные оптические усилители на волокне, легированном редкоземельные металлами (эрбий). В этих усилителях стали также использовать фторцирконатные стекла. Все это позволяет достичь более равномерной характеристики усиления, и что самое главное — существенно расширить рабочий диапазон длин волн [2].
Кроме того, данным проектом рекомендации МСЭ предлагается ужесточить требования к макроизгибным потерям на волокне, что позволит в будущем уменьшить допустимый диаметр технологических оправок кроссового и соединительного оборудования, и соответственно, уменьшить размеры кроссов, соединительных муфт и кабельных шкафов.
Что же касается стандартного одномодового оптического волокна, соответствующего рекомендации МСЭ С.652, то в данном документе появились описания волокон категорий В и С. Ожидается, что это позволит обеспечить потребителей средой передачи, ко-
T-Comm, #8-2010
торая будет иметь значительно лучшие параметры. Прежде всего, появление новых категорий волокон повлечет за собой и новые требования к допустимой поляризационной модовой дисперсии (ПМД). Кроме того, введение новых категорий волокон позволит расширить рабочий диапазон длин волн. При этом пользователи, которые применяют волокна, соответствующие категориям В и С смогут за прежнюю цену получить более качественные решения. То, что данные категории волокон будут пользоваться высоким спросом, не подлежит сомнению: по-прежнему самым распространенным типом волокна на сети остается волокно, соответствующее рекомендации МСЭ 0.652. Да и технология, применяемая в этом типе волокна, является одной из наиболее отработанных и относительно несложных на сегодняа*ний день. Есть еще одно немаловажное преимущество: повышенная надежность такого волокна. Оно имеет однородную сердцевину, что положительно сказывается на механических характеристиках и характеристиках, связанных с воздействием окружающей среды.
Сегодня достаточно широко строятся внутригородские кольца, пропускная способность которых составляет от 10 Гбит/с до нескольких десятков Гбит/с Ожидается, что в ближайшем будущем будет наблюдаться лавинообразный рост трафика, что потребует массового использования систем с применением технологии СРК. Наилучшим решением в током случае, скорее всего, будет использование волокна, отвечающего рекомендации МСЭ С.655 и проекту рекомендации 0.656.
Появление новой версии волокна, отвечающего рекомендации МСЭ 0.654 категории В, безусловно, свидетельствует о прогрессе мировых компаний в производстве такого вида продукции. В частности, удалось получить волокна с коэффициентом затухания, практически приближенным к теоретическому пределу — около 0,16 дБ/км в диапазоне С. Этот прогресс повлек за собой незначительное увеличение хроматической дисперсии, что и было отражено в рекомендации. Волокно, отвечающге рекомендации МО 0.654, предназначено, прежде всего, для трансатлантических и морских линий связи, так как имеет самый низкий коэффициент затухания среди всех остальных типов волокон. Это позволяет увеличить длину усилительных участков вплоть до 200 км
Новые стандарты МСЭ в значительной степени касаются требований к поляризационно-модовой дисперсии ( ПМД). Вопрос соблюдения стандартов и норм по этому параметру непростой и часто вызывоет сложности не только у технического персонала среднего звена, но и у руководителей проектов и инженерно-технического персонала эксплуатации. Вот почему эта проблема требует серьезного рассмотрения, ведь данный вид дисперсии становится все более существенным, постоянно упоминаемым, ограничивающим фактором при переходе на скорости передачи 10 ГБит/с и выше.
Большинство оптунеских волокон, соответсгвующ« современным стандартам 0.652 (стандартное сдномсдовое волокно) и 0.655 (волокно с ненулевой смещенной дисперсией), ПОДХОДИТ для передачи со скоростью 10 (Ъит/с в глобальных сетевых решениях Однако у старых кабельных инфраструктур, особенно у тех, которые были созданы до 90-х годов, есть свои недостатки. В частности, недостаток в то время требований к ПМД в промышленных стандартах обусловил существенные расхождения в характеристиках волокон в зависимости от производ ителей и использованных технологий. Хотя стандартизация ПМД во многом решила эту проблему, при использовании значительного колкиества оптоволокна, введенного в эксплуатацию до начала 90-х, все равно остаются потенциальные проблемы для применения технологии передачи на скорости 10 Гбит/с
При выборе оптического кабеля необходимо уделять внимание характеристикам и самого кабеля, и оптического волокна. Сегодня на рынке присутствуют как отечественные, так и кабели зарубежно-
го производства. Один и тот же тип кобеля может бьггь произведен с использованием различных видов волокон или содержал» несколько видов волокон, что делает его практически универсальным решением сегодня и в будущем. В таблицах слева приведены требования к параметрам и характеристикам различньк т>сюв одномодового волокна Применение одного и того же типа оптического волокна в условиях сетей с малым резервированием позволяет избегать трудностей во время сварки волокон разного типа в процессе ремонта кабельной сети при повреждении кабелей. Применение одного типа волокна на всей сети облегчает проведение будущих реконструкций линий путем установки систем передачи со спектральным уплотнением. Кроме того, упрощается обеспечение эксплуатационного запаса кабелей — при одном типе волокон запасного кабеля требуется меньше, исчезает проблема выбора и доставки запасного кабеля в случае проведения ремонтных работ.
Еще одной особенностью применения оптических кабелей является использование на сетях связи кабелей с высокими значениями механических параметров Эта характеристика обусловлена не только сложными климатическими и геологическими особенностями, но и спецификой построения сети. Как правило, отечественные сети связи с минимальным резервированием, поэтому требуются оптические кабели с повышенной эксплуатационной надежностью, которая достигается увеличением значений параметров механической прочности кабеля.
Ниже в табл. 1 -4 приведены нормируемые геометрические и передаточные характеристики одномсдовых оптических волокон, регламентируемых рекомендациями МСЭ-Т 0.652 — 0.655 [3-6].
Таблица 1
Геометрические параметры одномодовых оптических волокон
Характеристика Значение
Диаметр сердцевины Не нормируется
Диаметр оболочки 1251 мкм
Диаметр покрытия 2503 мкм
Неконцентричность сердцевины 0,8 мкм
Некругпость оболочки 2%
Таблица 2
Нормируемые параметры стандартных одномодовых волокон
Параметры с.652А й 652 8 о 652;
Диаметр мелового попя. мкм Х-1310 нм 8,6-9,510,7 8,6-9,510.7 8,6-9,510.7
некругпость модового попя, мкм 1 1 1
Длина волны отоечт в кабеле, нм <1260 £1260 <1260
Затухай«, дБ/км
Х-1310 мм <0.5 <0,4 <0,4
Х-1550 нм <0,4 <0,35 <0,35
Х-1625 нм <0,4 <0,4
Длина волны нулевой дисперсии, нм 1300-1324 1300-1324 1300-1324
Наклон дисперсмо^ой характеристики в точке нулевой дисперсии, пс/(мм1-км) ¿0,093 <0,093 £0.093
Потери на макроизгибах (100 витков ма оправке радиусом 37,5 им), дБ
».•1550 нм £0,5 £0,5 £0,5
Л-1625 мм 50,5 £0,5 £0,5
Поляризационная м адовая дисперсия в кабеле, пс * 0,5 -
8
Т-Сотт, #8-2010
Таблица 3
Нормируемые параметры одномодовых волокон со смещенной дисперсией
Таблица 4
Нормируемые параметры одномодовых волокон с ненулевой смещенной дисперсией
Параметры С.653А С.654А С.654В
Диаметр модов ого поля, мкм х-1310 нм 7,8-8,510,8 9,5-10,510,7 9,5-13,011.0
некруглость МОДОВСГО поля, МКМ 1 1 1
Длина волны отсечки в кабеле, нм 51270 51530 51530
Затухание, дБ/км (х-1550 мм) <0,35 <0,22 <0,22
Хроматическая дисперсия пс/ммг-ки Xе 1525* 1575 мм №153,5 X-1550 нм 20 X-1550 нм 22
Длина волны нулевой дисперсии, мм 1500-1600 •
наклон дисперсно ►♦«эй характеристики в точке нулевой дислерст. пс/нм*км (л-1550 мм) 50,085 0,07 0,07
Потери на какроизгибах (100 витков иэ оправке радиусом 37,5 им), дБ (Xй 1550 мм) 50,5 50,5 50,5
Поляризационная кодовая дисперсия в кабеле, пс 0,5 0,5 0,5
Оптическое волокно облсщает рядом характеристик, которые принято делить на четыре группы: оптические, геометрические, механические и характеристики, определяющие возможность волокна противостоять внешним воздействиям.
Геометрические характеристики определяют размеры световода. Требования к ним одинаковы для всех типов волокон. Это связано с тем, что все типы одномодовых волокон должны допускать стыковку друг с другом.
Характеристики передачи определяют сферу практического применения оптических волокон. Среди характеристик передачи особое место занимают затухание и дисперсия в оптическом световоде, определяющие длину секции регенерирования.
Значения этих опт^еских параметров передачи стремятся минимизировать в широком спектральном диапазоне, чтобы полоса пропускания направляющей системы была максимальна.
Параметры С.655А С.655В Є.656
Диаметр модоеого поля, мкм Х-1310 ми 8,0- 11,0510.7 8,0- 11,0510.7 7,0- 10,0510,7
некруглость модовото поля, мкм 1 1 1
Длина волны отсечки в кабеле, мм 51460 51480 51450
Затухаже, дБ/км Х-1550 мм X-1625 мм X-1460 ни <0,35 <0,34 <0,4 <0,4 <0,35 <0,4
Хроматическая дисперсия пс/нм* км Х-1530-1565 мм 0,1-6,0 X«1530-1565 нм 1,1-10,0 Xе1460-1665 нм 2.0-8.0
Знак дисперсии или - + или - ♦
Потери на макроиэгибах (100 витков на оправке радиусом 37,5 мм). дБ Х-1550 ми X-162 5 нм 50,5 50.5 50.5
Поляризационная медовая дисперсия в кабеле, пс 0,5 0,5 Изучается
Литература
1. Рекомендация МСЭ-Т С.650 “Определение и методы испытаний для параметров о»*омодрвых волокон".
2. Котенко М.Св Взгляни на волокно по другом/. Сети и телекоммуникации. № I-2,2004, с 22-29.
3. Рекомендация МСЭ-Т 0652 "Характеристики одномодовых вало-конно-оптичесхих кабелей".
4. Рекомендация МСЭ-Т 0653 "Характеристики одномодоеых воло-конно-оптжесхих кабелей со смещенной дисперс ией".
5. Рекомендация МСЭ-Т 0654 "Характеристики одномодоеых воло-конно-опту^есхих кабелей со смещенной отсечкой".
6. Рекомендация МСЭ-Т С.655 "Характеристики одномодовых вало-конно-отических кабелей с ненулевой смещенной /цсперсией".
7. Рекомендация МСЭ-Т 0656 "Характеристики волокон и кабелей с ненулевой дисперсией для широкополосной оптической передача”
Т-Сотт, #8-2010
