Монтаж и эксплуатация ВОЛС

Монтаж и эксплуатация ВОЛС Королева Л. Н. Зав. лабораторией «Системы передачи и линии связи» кафедра Инфокоммуникации ИПК МТУСИ

Сети доступа l Сети на основе существующих медных телефонных пар и технология x. DSL (HDSL, ADSL, VDSL и др. ), l Гибридные волоконно коаксиальные сети (HFC), l Беспроводные сети (ИК связь, LMDS/MMDS), l Волоконно оптические сети (ВОЛС и FTTx), l Ethernet/Fast Ethernet.

История развития В 1934 г. американец Норман Р. Френч получил патент на оптическую телефонную систему, речевые сигналы в которой передавались при помощи света по стержням чистого стекла. В 1958 г. лауреаты Нобелевской премии Артур Шавлов и Чарльз Г. Таунс разработали лазер источник света для оптических систем. В 1962 г. был создан полупроводниковый лазер и фотодиод источник и приемник оптических систем. В 1966 г. английские ученые Чарльз Г. Као и Джордж А. Хокем предложили использовать стекловолокно для передачи световой информации. В 1972 г. появились световоды с градиентным профилем показателя преломления и коэффициентом затухания равным 4 д. Б/км. В настоящее время эта величина в среднем составляет 0, 2 д. Б/км при передаче света с длиной волны 1550 нм. Первый оптический кабель был использован ВМС США в 1973 г. Первый оптический кабель для использования в телефонной сети был принят в эксплуатацию в 1976 г. в США

Развитие технологии

Преимущества ВОЛС. l малые значения коэффициентов затухания; l высокая защищенность от внешних электромагнитных полей; l отсутствие излучения во внешнюю среду; l малая металлоемкость линии передачи и отсутствие в ней дефицитных цветных металлов; l прекрасные малогабаритные показатели: 1 км световода имеет массу порядка 40 г; l большая строительная длина кабеля, что обусловливает уменьшение количества промежуточных муфт; l стоимость оптического кабеля имеет стойкую тенденцию к снижению.

Недостатки волоконно-оптической системы связи l волоконные световоды подвержены влиянию радиации, которая вызывает увеличение затухания колебаний; l за счет водородной коррозии в оптических волокнах появляются микротрещины, которые вызывают увеличение затухания и могут привести к разрушению световодов; l за счет повышенного уровня шумов в оптическом диапазоне длин волн и меньшей мощности передатчиков энергетический потенциал волоконно – оптической аппаратуры оказывается на 15 – 20 д. Б меньше, чем у ее электрических аналогов; l работа с волоконно–оптической техникой предъявляет повышенные требования к квалификации персонала и требует наличия более сложного и дорогого технологического оборудования.

Передача информации по ВОЛС

Конструкция волокна

Конструкция волокна

Структура света U. I. R. V. Andre Champavere R&D Saint-Etienne 390 nm 760 nm Диапазон для оптических волокон Свет – это часть электромагнитного спектра , который включает инфракрасное излучение, радиоволны , гамма-излучение, жесткое э/м излучение, ультрафиолетовое излучение и т. д. Photons: Quantum of electromagnetic radiation. A "particle" of light.

Основные понятия волновой теории

Основные понятия волновой теории

Основные понятия волновой теории

Волоконный световод Принцип действия Процессы распространения излечения В соответствии с законом Снеллиуса углы в волоконном световоде падения α, отражения β и преломления γ связаны следующими. соотношениями: α = β – закон отражения; n 1 sin α = n 2 sin γ – Закон преломления. Угол падения при котором преломленный луч будет скользить по границе раздела сред, не переходя в другую среду называется критическим углом αкр. полного внутреннего отражения. Очевидно, что для всех углов падения, больших критического (α > αкр), будут иметь место только отражения, а преломления будут отсутствовать. Это явление Называется полным внутренним отражением.

Волоконный световод Принцип действия Для обеспечения условия полного внутреннего отражения при распростра- нении световых лучей необходимо обеспечить ввод излучения в торец волокна под углом меньше или равным. Апертурой называется максимальный угол между оптической осью и световым лучем, падающим на торец многомодо- вого волоконного световода, при этом выполняются условия полного внутреннего отражения в сердцевине. Величина апертурного угла зависит индекса преломления сердцевины и оболочки. Физически апертура характеризует способность световода принимать световую энергию.

Классификация оптического волокна

Многомодовое – ступенчатое изменение индекса преломления

Многомодовое – градиентный индекс преломления материала сердцевины • Индекс преломления сердцевины плавно изменяется от центра к границе с оболочкой • Синусоидальное распространение луча света в сердцевине (50µm волокно)

Одномодовое - ступенчатое изменение индекса преломления l Только одна мода перемещается по сердцевине: один путь для распространения света l Меньшая разница показателя сердцевина/оболочка l Диаметр сердцевины от 9 до 13µm

Волновое уравнение распространения света

Линейные эффекты

Характеристики передачи сигнала

Характеристики передачи сигнала

Факторы, определяющие величину затухания оптического волокна

Потери в оптическом волокне

Спектральное затухание волокна

Модовая дисперсия Связана с различным временем прохождения участка волокна световых мод, двигающихся по различным троекториям. В пределах числовой апертуры в многомодовое волокно может быть введено несколько сотен разрешенных мод. Все они будут распространяться по различным траекториям, имея различное время прохождения от источника до приемника. Суммарный импульс, полученный приемником сигнала, оказывается сильно растянутым во временной области. Наличие модовой дисперсии является недостатком многомодовых систем передачи.

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне, в виду отсутствия межмодовой дисперсии. l Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. l Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны

Хроматическая дисперсия

Хроматическая дисперсия - описание

Хроматическая дисперсия

Хроматическая дисперсия – последствия -

Хроматическая дисперсия – влияние на расстояние и скорость передачи -

Поляризационная модовая дисперсия l Не существует волокон с идеальной геометрией сердцевины l Напряжения волокна ( например перегибы… ) создают области неоднородности параметров волокна с разными условиями распространения света с различными поляризационными характеристиками. l Характеристики распространения света в реальных волокнах распределяются по участкам случайным образом Local bi-refringence sections in a fiber l Свет при распространении по волокну передается двумя ортогонально ориентированными составляющими, скорость распространения которых меняется случайным образом в зависимости от распределения параметров разных участков волокна).

Диференциальная групповая задержка Различие во времени распространения между поляризованными составляющими моды называется дифференциальной групповой задержкой Differential Group Delay (DGD). an V 1 > V 2 b er sp M fi dard S Stan DGD v 2 v 1 Perfect SM Fiber span

ПМД - определение l Взаимовлияние характеристик света и свойств материала l PMD это средний уровень Differential Group Delay (DGD), так называемой PMD-задержки ( [ps]), определяемой через PMD коэффициент задержки ( c [ps/ km]) l Мгновенное значение PMD зависит от , времени, T°, внешних факторов. PMD это случайная величина и требует статистического подхода при вычислениях – PMD может меняться в процессе жизненного цикла сети. l Новые волокна должны иметь коэффициент PMD между 0. 2 и 0. 5 ps/ km

Когда измеряется PMD? l На различных стадиях развертывания сети l Во время производственного процесса волокна (завод) l Во время кабельного производственного процесса (завод) l После установки кабеля за очень высокую скорость передачи l При планировании модернизировать существующую сеть После кабельного обслуживания или человеческого вмешательства l Регулярно во время жизни сети (условия окружающей среды)

Оптические излучатели

LED и VCSEL в сравнении

LED и VCSEL в сравнении

LED и VCSEL в сравнении

Ширина полосы пропускания

Монтаж ВОЛС

Монтаж ВОЛС включает следующие этапы: l прокладку оптического кабеля, l монтаж оконечных и промежуточных муфт, l оптические измерения.

Прокладка кабеля

Оптический кабель Отличия в технологии строительства, монтажных работах и эксплуатации ВОЛС обусловлены следующими конструктивными особенностями оптического кабеля: l относительно малой стойкостью к растягивающим и сдавливающим усилиям; l малыми поперечными размерами и массой в сочетании с большими строительными длинами; l сравнительно большими величинами затуханий сростков оптических волокон; l трудностями организации служебной связи; l необходимость затрат больших объемов времени на операции по сращиванию световодов, а также повышенными требованиями к квалификации персонала.

Конструкций оптических кабелей.

Маркировка кабелей

Обозначение назначения кабеля Маркировка оптических кабелей по ТУ 3587 -004 -14584720 -2006 Обозначение назначения кабеля, условий прокладки и конструктивных особенностей: ОМЗКГМ: О - Оптический кабель, М - Магистральный, 3 - Зоновый, К - Канализация, Г – Грунт, М - Многомодульной конструкции. ОМЗКГЦ: О - Оптический кабель, М - Магистральный, 3 - Зоновый, К - Канализация, Г - Грунт, Ц - Одномодульной конструкции с центральной трубкой. ОКСТМН: ОК - Оптический кабель, СТ - Стальная гофрированная броня, М - Многомодульной конструкции, Н - Негорючая оболочка. ОКСТЦ: ОК - Оптический кабель, СТ - Стальная гофрированная броня, Ц - Одномодульной конструкции с центральной трубкой. ОККТМ: ОК - Оптический кабель, К - Канализация, Т - Трубы пластмассовые, М - Многомодульной конструкции. ОККТЦ: ОК - Оптический кабель, К - Канализация, Т - Трубы пластмассовые, Ц - Одномодульной конструкции с центральной трубкой. ОКСНМ: ОК - Оптический кабель, С - Самонесущий, Н - Неметаллический, М - Многомодульной конструкции.

Типы оптических муфт

Комплектация муфты МТОК 1. муфта МТОК 96 01 IV 1 шт. ; 2. термоусаживаемая трубка для герметизации кожуха 1 шт. ; 3 термоусаживаемая трубка для герметизации кабеля 1 шт. ; 4. силикагель 1 упак. ; 5. мастичная лента 1 шт. ; 6 маркеры и стяжки 1 пакет; 7 наждачная бумага 1 шт. ; 8 хомут из 2 х половинок 1 шт. ; 9 комплект для ввода кабеля 2 шт.

ШКАФЫ КРОССОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ. ШКО С 19 SM 24 FC – стоечный в стойку 19 и 23 дюйма. Технические характеристики Количество оптических портов_______1… 32 Максимальное количество вводимых кабелей__________4 Тип портов коммутационного поля_____________FC, ST, SC ШКО Н ST SM 24 FC – настенный Технические характеристики Количество оптических портов_______1… 24 Максимальное количество вводимых кабелей__________2 Тип портов коммутационного поля_____________FC, ST, SC

Шнуры световодные соединительные (ШСС) Типы оптических муфт

Механическое соединение оптических волокон

Типы оптических коннекторов и адаптеры Коннекторы:

Характеристики адаптеров

Характеристики коннекторов Форма торцов наконечников Потери в оптических коннекторах

Характеристики коннекторов Тип Потери Тип Потери PC менее 30 д. Б Ultra PC менее 50 д. Б Super PC менее 40 д. Б Angled PC менее 60 д. Б

Механическое соединение оптических волокон

Аппараты для сварки оптических волокон

Шаги сварки оптического волокна 1. Подготовка волокна 4. Юстировка волокон 2. Снятие оболочки 5. Сварка волокон 3. Скалывание волокна 6. Оценка результата

Метод сварки волокна Изобр. волокна(x) источник света Объектив микроскопа оболочка Изобр. волокна(y) сердечник

Инструменты для работы с оптическим волокном Стрипер S 214 Стрипер S 321

Эксплуатация ВОЛС

Организация эксплуатации ВОЛС Организация эксплуатации ВОЛС включает в себя выполнение следующих организационно-технических мероприятий: l приемка ВОЛС в эксплуатацию; l распределение зон обслуживания ВОЛС за эксплуатирующими подразделениями (предприятиями) с обязательным назначением лиц ответственных за эксплуатацию; l обеспечение слаженного взаимодействия технического обслуживания оборудования передачи информации (PDH, SDH, ATM, WDM, DWDM и др. ) с техническим обслуживанием пассивной части ВОЛС; l планирование работ по эксплуатации; l подготовка и допуск к работам обслуживающего инженерно-технического и ремонтного персонала; l техническое обслуживание систем передачи и пассивной части ВОЛС; l ремонт; l сбор и анализ информации о технической эксплуатации; l ведение эксплуатационно-технической документации компьютерного банка данных.

Основные обязанности работников, эксплуатирующих ВОЛС Основные обязанности работников, эксплуатирующих ВОЛС, сводятся к следующему: l обеспечение заданного качества связи; l содержание линейно-кабельных сооружений и оборудования связи в состоянии эксплуатационной готовности; l соблюдение технологической и трудовой дисциплины. Основной перечень производственной документации службы эксплуатации: l руководящие документы по техническому обслуживанию, организации и проведению аварийно-восстановительных работ; l техническая документация; l технологическая документация по обслуживанию и ремонту оборудования и пассивной части ВОЛС; l оперативно-техническая и рабочая документация.

Контроль параметров и измерение характеристик ВОЛС l В процессе и эксплуатации ВОЛС проводится комплекс измерений для определения технического состояния ВОК, коммутационного оборудования, систем передачи, предупреждения повреждений, а также накопления статистических данных с целью разработки мер повышения эксплуатационной надежности связи. l Измерения в процессе эксплуатации делятся на аварийные, контрольные и профилактические. l Аварийные измерения включают в себя измерения, связанные с быстрой ло кализацией точек деградации качества кабельной сети (определение с высокой степенью точности места повреждения, проведение вставки, выполнение сварки

Измерения l Аварийные измерения включают в себя измерения, связанные с быстрой локализацией точек деградации качества кабельной сети (определение с высокой степенью точности места повреждения, проведение вставки, выполнение сварки с последующим полным измерением оптических характеристик полученного сварного стыка и восстановленного кабеля). Аварийные измерения выполняются специальным эксплуатационным измерительным оборудованием. l Контрольные и профилактические измерения производятся с целью предупреждения возникновения отказов ВОЛС и могут выполняться с помощью встроенных в аппаратуру линейного тракта контрольно- измерительных устройств. Кроме того, система встроенного контроля в современном оборудовании SDH позволяет осуществлять текущие наблюдения за состоянием сети, изменять конфигурацию сети, что позволяет обойтись без большей части плановых испытаний.

Измерительная аппаратура Для выполнения измерений волоконно-оптической среды в процессе эксплуатации обычно применяется следующая измерительная аппаратура: l измерители оптической мощности; l стабилизированные источники оптического сигнала; l измерители потерь в оптической линии; l перестраиваемые оптические аттенюаторы; l оптические рефлектометры; l оптические переговорные устройства. В практике эксплуатации ВОК часто возникает задача тестирования кабеля без нарушения целостности. Для этой цели используют идентификаторы оптического кабеля и оптические рефлектометры, использующие другие длины волн (680 нм). С помощью этих приборов можно тестировать целостность волокна, проверять маркировку кабеля или подтверждать наличие или отсутствие сигнала в оптическом волокне и выводить оптический сигнал через изгиб.

Измерения параметров ВОЛС Прямой метод измерения Измерение оптической линии методом обратного рассеяния оптических потерь

Рефлектометрия Рефлектограмма Двунаправленный режим

Спасибо за внимание