Optik eröffnet große Möglichkeiten, wo High-Speed-Kommunikation mit High Durchsatz. Dies ist eine bewährte, verständliche und komfortable Technologie. Im audiovisuellen Bereich eröffnet es neue Perspektiven und bietet Lösungen, die mit anderen Methoden nicht verfügbar sind. Optik hat alle Schlüsselbereiche durchdrungen – Überwachungssysteme, Dispatch- und Situationszentren, militärische und medizinische Einrichtungen sowie Bereiche mit extremen Betriebsbedingungen. FOCL bieten ein hohes Maß an Schutz vertrauliche Informationen, ermöglichen Ihnen die Übertragung unkomprimierter Daten wie hochauflösender Grafiken und pixelgenauer Videos. Neue Standards und Technologien für FOCL. Glasfaser - die Zukunft von SCS (strukturierte Verkabelung)? Wir bauen ein Unternehmensnetzwerk auf.

Glasfaserkabel (auch bekannt als Glasfaserkabel).- Dies ist ein grundlegend anderer Kabeltyp im Vergleich zu den beiden betrachteten Typen von Elektro- oder Kupferkabeln. Informationen werden nicht durch ein elektrisches Signal, sondern durch Licht übertragen. Sein Hauptelement ist transparentes Fiberglas, durch das Licht mit geringer Dämpfung über große Entfernungen (bis zu zehn Kilometer) wandert.

Der Aufbau eines Glasfaserkabels ist sehr einfach und ähnelt der Struktur eines elektrischen Koaxialkabels (Abb. 1.). Nur anstelle eines zentralen Kupferdrahtes wird hier dünnes (ca. 1 - 10 Mikrometer Durchmesser) Glasfaser verwendet, und anstelle einer Innenisolierung wird eine Glas- oder Kunststoffummantelung verwendet, die kein Licht über die Glasfaser hinaus lässt. In diesem Fall wir redenüber das Regime der sogenannten Totalreflexion von Licht an der Grenze zweier Substanzen mit unterschiedlichem Brechungsindex (der Brechungsindex einer Glasschale ist viel niedriger als der der zentralen Faser). Der Metallmantel des Kabels fehlt in der Regel, da hier eine Abschirmung gegen äußere elektromagnetische Störungen nicht erforderlich ist. Manchmal wird es jedoch immer noch zum mechanischen Schutz vor der Umgebung verwendet (ein solches Kabel wird manchmal als gepanzert bezeichnet, es kann mehrere Glasfaserkabel unter einer Ummantelung kombinieren).

Glasfaserkabel hat eine außergewöhnliche Leistung zur Störfestigkeit und Geheimhaltung übermittelter Informationen. Keine äußere elektromagnetische Störung ist im Prinzip in der Lage, das Lichtsignal zu verfälschen, und das Signal selbst erzeugt keine äußere elektromagnetische Strahlung. Das Anschließen an diesen Kabeltyp zum unbefugten Abhören des Netzwerks ist fast unmöglich, da dies die Integrität des Kabels verletzt. Die theoretisch mögliche Bandbreite eines solchen Kabels erreicht 1012 Hz, also 1000 GHz, was unvergleichlich höher ist als die von Elektrokabeln. Die Kosten für Glasfaserkabel sinken ständig und entsprechen heute ungefähr den Kosten eines dünnen Koaxialkabels.

Typische Signaldämpfung in Glasfaserkabeln bei den verwendeten Frequenzen lokale Netzwerke, reicht von 5 bis 20 dB / km, was ungefähr der Leistung von Elektrokabeln bei niedrigen Frequenzen entspricht. Aber bei einem Glasfaserkabel nimmt die Dämpfung mit einer Erhöhung der Frequenz des übertragenen Signals sehr leicht zu, und bei hohen Frequenzen (insbesondere über 200 MHz) sind seine Vorteile gegenüber einem Elektrokabel unbestreitbar, es hat einfach keine Konkurrenten.

Glasfaser-Kommunikationsleitungen (FOCL) ermöglichen die Übertragung analoger und digitaler Signale über große Entfernungen, teilweise über mehrere zehn Kilometer. Sie werden auch auf kürzere, besser handhabbare Entfernungen verwendet, z. B. innerhalb von Gebäuden. Beispiele für Lösungen zum Aufbau von SCS (strukturierte Verkabelungssysteme) zum Aufbau eines Unternehmensnetzwerks sind hier: Aufbau eines Unternehmensnetzwerks: Schema zum Aufbau von SCS – Horizontale Optik. , Wir bauen ein Unternehmensnetzwerk auf: Schema für den Aufbau von SCS - Centralized Optical Cable System. , Wir bauen ein Unternehmensnetzwerk auf: SCS-Bauschema - Zonal Optical Cable System.

Die Vorteile der Optik sind bekannt: Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen und Interferenzen, kleiner Kabeldurchmesser bei großer Bandbreite, Resistenz gegen Hacking und Abfangen von Informationen, keine Notwendigkeit für Repeater und Verstärker usw.
Früher gab es Probleme mit dem Abschluss optischer Leitungen, aber heute sind sie größtenteils gelöst, sodass die Arbeit mit dieser Technologie viel einfacher geworden ist. Es gibt jedoch eine Reihe von Fragen, die ausschließlich im Zusammenhang mit Anwendungsbereichen betrachtet werden müssen. Wie bei der Kupfer- oder Funkübertragung hängt die Qualität einer Glasfaserverbindung davon ab, wie gut das Senderausgangssignal mit dem Empfänger-Frontend übereinstimmt. Eine falsche Angabe der Signalstärke führt zu einer Erhöhung der Bitfehlerrate bei der Übertragung; Die Leistung ist zu hoch und der Empfangsverstärker "sättigt", zu niedrig und es gibt ein Problem mit Rauschen, da es das gewünschte Signal stört. Hier sind die zwei kritischsten Parameter von FOCL: die Ausgangsleistung des Senders und Übertragungsverluste – Dämpfung im optischen Kabel, das Sender und Empfänger verbindet.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Glasfaserkabeln:

* Multimode- oder Multimode-Kabel, billiger, aber von geringerer Qualität;
* Singlemode-Kabel, teurer, aber hat beste Leistung im Vergleich zum ersten.

Die Art des Kabels bestimmt die Anzahl der Ausbreitungsmodi oder "Pfade", die das Licht innerhalb des Kabels zurücklegt.

Multimode-Kabel, das am häufigsten in kleinen Industrie-, Haushalts- und Gewerbeprojekten verwendet wird, hat den höchsten Dämpfungsfaktor und funktioniert nur über kurze Entfernungen. Ein älterer Kabeltyp, 62,5/125 (diese Zahlen stellen den Innen-/Außendurchmesser der Faser in Mikron dar), der oft als „OM1“ bezeichnet wird, hat eine begrenzte Bandbreite und wird für die Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 Mbit/s verwendet.
Kürzlich wurden 50/125 „OM2“- und „OM3“-Kabel eingeführt, die Geschwindigkeiten von 1 Gbit/s bei Entfernungen von bis zu 500 m und 10 Gbit/s bei Entfernungen von bis zu 300 m bieten.

Singlemode-Kabel in Hochgeschwindigkeitsverbindungen (über 10 Gbit/s) oder über große Entfernungen (bis zu 30 km) verwendet. Für die Übertragung von Audio und Video ist die Verwendung von OM2-Kabeln am besten geeignet.
Reiner Steil, Vizepräsident für Marketing bei Extron Europe, stellt fest, dass Glasfaserleitungen erschwinglicher geworden sind und häufiger für Indoor-Netzwerke verwendet werden, was zu einer zunehmenden Verwendung von AV-Systemen auf optischer Basis geführt hat. Steil sagt: „In Bezug auf die Integration haben FOCLs bereits heute einige entscheidende Vorteile.
Im Vergleich zu einer ähnlichen Kupferverkabelungsinfrastruktur ermöglicht die Optik die gleichzeitige Verwendung von analogen und digitalen Videosignalen und bietet eine einzige Systemlösung für bestehende und zukünftige Videoformate.
Außerdem, weil Optiken sehr hohe Bandbreiten bieten, wird das gleiche Kabel in Zukunft mit höheren Auflösungen arbeiten. FOCL passt sich leicht an neue Standards und Formate an, die bei der Entwicklung von AV-Technologien entstehen.“

Ein weiterer anerkannter Experte auf diesem Gebiet ist Jim Hayes, Präsident der American Fiber Optic Association, die 1995 gegründet wurde und das Wachstum der Professionalität auf dem Gebiet der Faseroptik fördert und übrigens mehr als 27.000 qualifizierte optische Installateure und Implementierer hat in seinen Reihen. Er sagt Folgendes über die wachsende Popularität von FOCL: „Der Vorteil liegt in der Installationsgeschwindigkeit und den günstigen Komponenten. Der Einsatz von Optik in der Telekommunikation nimmt zu, insbesondere in Fiber-To-The-Home* (FTTH)-Systemen mit WLAN-Zugang, und auch im Bereich Sicherheit (Überwachungskameras).
Es scheint, dass das FTTH-Segment in allen entwickelten Ländern schneller wächst als andere Märkte. Hier in den USA sind Steuernetzwerke auf Optik aufgebaut Straßenverkehr, kommunale Dienste (Verwaltung, Feuerwehr, Polizei), Bildungseinrichtungen (Schulen, Bibliotheken).
Die Zahl der Internetnutzer wächst – und wir bauen schnell neue Datenverarbeitungszentren (DPCs), die Glasfaser zur Verbindung verwenden. Bei der Übertragung von Signalen mit einer Geschwindigkeit von 10 Gbit / s sind die Kosten zwar ähnlich wie bei "Kupfer" -Leitungen, aber die Optik verbraucht viel weniger Energie. Seit Jahren kämpfen Glasfaser- und Kupferbefürworter um die Priorität in Unternehmensnetzwerken. Verschwendete Zeit!
Heutzutage ist die WiFi-Konnektivität so gut geworden, dass Benutzer von Netbooks, Laptops und iPhones Mobilität priorisiert haben. Und jetzt werden in lokalen Unternehmensnetzwerken Optiken verwendet, um mit drahtlosen Zugangspunkten zu wechseln.
Tatsächlich wird der Anwendungsbereich der Optik immer größer, hauptsächlich aufgrund der oben genannten Vorteile gegenüber Kupfer.
Optik hat alle Schlüsselbereiche durchdrungen – Überwachungssysteme, Dispatch- und Situationszentren, militärische und medizinische Einrichtungen sowie Bereiche mit extremen Betriebsbedingungen. Die Reduzierung der Gerätekosten hat den Einsatz optischer Technologien in traditionell "kupfernen" Bereichen ermöglicht - in Konferenzräumen und Stadien, im Einzelhandel und an Verkehrsknotenpunkten.
Rainer Steil von Extron kommentiert: „Glasfasergeräte werden in Gesundheitseinrichtungen häufig eingesetzt, beispielsweise zum Umschalten lokaler Videosignale in Operationssälen. Optische Signale haben nichts mit Strom zu tun, was für die Patientensicherheit ideal ist. FOCLs eignen sich auch hervorragend für medizinische Fakultäten, die Videosignale von mehreren Operationssälen an mehrere Räume verteilen müssen, damit die Studenten die Operation "live" verfolgen können.
Auch beim Militär werden Glasfasertechnologien bevorzugt, da die übertragenen Daten von außen nur schwer oder gar nicht „mitzulesen“ sind.
Glasfaser bietet ein hohes Maß an Schutz vertraulicher Informationen, ermöglicht die Übertragung unkomprimierter Daten wie hochauflösender Grafiken und pixelgenauer Videos.
Die Fähigkeit, über große Entfernungen zu übertragen, macht Optiken ideal für Digital Signage-Systeme in großen Einkaufszentren, wo Kabelleitungen mehrere Kilometer lang sein können. Wenn für ein Twisted Pair die Entfernung auf 450 Meter begrenzt ist, dann sind für die Optik sogar 30 km nicht die Grenze.
Wenn es um die Verwendung von Glasfaser in der AV-Branche geht, gibt es zwei Hauptfaktoren, die den Fortschritt vorantreiben. Das ist zum einen die intensive Entwicklung IP-basierter Audio- und Videoübertragungssysteme, die auf leistungsfähige Netze angewiesen sind – dafür sind FOCLs bestens geeignet.
Zweitens die weit verbreitete Anforderung, HD-Videos und HR-Computerbilder über Entfernungen von mehr als 15 Metern zu übertragen – und dies ist die Grenze für die HDMI-Übertragung über Kupfer.
Es gibt Fälle, in denen das Videosignal einfach nicht über ein Kupferkabel „verteilt“ werden kann und Glasfaser verwendet werden muss – solche Situationen regen die Entwicklung neuer Produkte an. Byung Ho Park, Vice President of Marketing bei Opticis, erklärt: „Für UXGA-60-Hz-Datenbandbreite und 24-Bit-Farbe ist eine Gesamtgeschwindigkeit von 5 Gbit/s oder 1,65 Gbit/s pro Farbkanal erforderlich. HDTV hat eine etwas geringere Bandbreite. Die Hersteller drängen auf den Markt, aber der Markt drängt auch die Spieler dazu, qualitativ hochwertigere Bilder zu verwenden. Es gibt bestimmte Anwendungen, die Displays erfordern, die 3-5 Millionen Pixel oder eine Farbtiefe von 30-36 Bit anzeigen können. Dies wiederum erfordert eine Übertragungsrate von etwa 10 Gbit / s.
Heutzutage bieten viele Hersteller von Schaltgeräten Versionen von Video-Extendern (Extender) für die Arbeit mit optischen Leitungen an. ATEN International, TRENDnet, Rextron, Gefen und andere produzieren verschiedene Modelle für eine Reihe von Video- und Computerformaten.
In diesem Fall können Servicedaten - HDCP ** und EDID *** - über eine zusätzliche optische Leitung und in einigen Fällen über ein separates Kupferkabel übertragen werden, das Sender und Empfänger verbindet.
Als Folge davon, dass HD zum Standard für den Rundfunkmarkt wurde, andere Märkte – beispielsweise Installationen – übernehmen ebenfalls den Kopierschutz für DVI- und HDMI-Inhalte“, sagt Jim Giacetta, Senior Vice President of Engineering bei Multidyne. „Mit dem HDMI-ONE-Gerät unseres Unternehmens können Benutzer das Videosignal von einem DVD- oder Blu-ray-Player an einen bis zu 1.000 Meter entfernten Monitor oder ein Display senden. Bisher unterstützte kein Multimode-Gerät den HDCP-Kopierschutz.“

Diejenigen, die mit FOCL arbeiten, sollten spezifische Installationsprobleme nicht vergessen - Kabelterminierung. In diesem Zusammenhang produzieren viele Hersteller sowohl die eigentlichen Steckverbinder als auch Montagesätze, die Spezialwerkzeuge sowie Chemikalien enthalten.
In der Zwischenzeit muss jedes FOCL-Element, sei es ein Verlängerungskabel, ein Stecker oder eine Kabelverbindung, mit einem optischen Messgerät auf Signaldämpfung überprüft werden - dies ist notwendig, um das Gesamtleistungsbudget (Leistungsbudget, der berechnete Hauptindikator von FOCL ). Natürlich ist es möglich, LWL-Kabelstecker manuell „auf den Knien“ zu konfektionieren, aber wirklich hohe Qualität und Zuverlässigkeit sind nur garantiert, wenn fertig konfektionierte, fabrikgefertigte „geschnittene“ Kabel verwendet werden, die einer strengen mehrstufigen Prüfung unterzogen werden.
Trotz der enormen Bandbreite von FOCL haben viele immer noch den Wunsch, sich in ein Kabel "zu stecken". Mehr Informationen.
Hier geht die Entwicklung in zwei Richtungen – das spektrale Multiplexing (optisches WDM), wenn mehrere Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf eine Faser gesendet werden, und die Datenserialisierung / Deserialisierung (SerDes), wenn der parallele Code in einen seriellen umgewandelt wird und umgekehrt.
Gleichzeitig sind WDM-Geräte aufgrund des komplexen Designs und der Verwendung von optischen Miniaturkomponenten teuer, erhöhen jedoch nicht die Übertragungsrate. Die Hochgeschwindigkeits-Logikbausteine, die in SerDes-Geräten verwendet werden, erhöhen auch die Kosten des Projekts.
Darüber hinaus werden heute Geräte hergestellt, die das Multiplexen und Demultiplexen von Steuerdaten aus einem gemeinsamen Lichtstrom - USB oder RS232 / 485 - ermöglichen. In diesem Fall können die Lichtströme über ein Kabel in entgegengesetzte Richtungen gesendet werden, obwohl die Kosten für Geräte, die diese "Tricks" ausführen, normalerweise die Kosten für eine zusätzliche Faser zur Rücksendung von Daten übersteigen.

Die Optik eröffnet eine breite Palette von Anwendungen, bei denen Hmit hoher Bandbreite erforderlich ist. Dies ist eine bewährte, verständliche und komfortable Technologie. Im audiovisuellen Bereich eröffnet es neue Perspektiven und bietet Lösungen, die mit anderen Methoden nicht verfügbar sind. Zumindest nicht ohne erhebliche Arbeits- und Geldkosten.

Lichtwellenleiter werden je nach Hauptanwendungsgebiet in zwei Haupttypen eingeteilt:

Innenkabel:
Bei der Installation von FOCL in geschlossenen Räumen wird üblicherweise ein Glasfaserkabel mit dichter Ader (zum Schutz vor Nagetieren) verwendet. Wird zum Aufbau von SCS als Backbone- oder Horizontalkabel verwendet. Unterstützt die Datenübertragung über kurze und mittlere Entfernungen. Ideal für horizontale Verkabelung.

Außenverlegung Kabel:
Dicht gepuffertes Glasfaserkabel, armiert mit Stahlband, feuchtigkeitsbeständig. Es wird für die externe Verlegung verwendet, wenn ein Subsystem externer Autobahnen erstellt und einzelne Gebäude miteinander verbunden werden. Kann in Kabelkanälen verlegt werden. Geeignet für die direkte Verlegung im Erdreich.

Externes selbsttragendes Glasfaserkabel:
Das Glasfaserkabel ist selbsttragend mit einem Stahlseil. Es wird zur externen Verlegung über große Entfernungen innerhalb von Telefonnetzen verwendet. Unterstützt Kabel-TV-Signalübertragung sowie Datenübertragung. Geeignet für den Einbau in Kabelkanäle und Luftinstallation.

FOCL-Vorteile:

• Die Übertragung von Informationen über FOCL hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Übertragung über ein Kupferkabel. Die schnelle Einführung von Glasfaser in Informationsnetze ist eine Folge der Vorteile, die sich aus den Eigenschaften der Signalausbreitung in Glasfaser ergeben.
• Große Bandbreite - aufgrund der extrem hohen Trägerfrequenz von 1014 Hz. Damit ist es möglich, einen Datenstrom von mehreren Terabit pro Sekunde über eine einzige Glasfaser zu übertragen. Hohe Bandbreite ist einer der wichtigsten Vorteile von Glasfaser gegenüber Kupfer oder jedem anderen Übertragungsmedium.
• Geringe Dämpfung des Lichtsignals in der Faser. Die derzeit von in- und ausländischen Herstellern hergestellte industrielle Glasfaser hat eine Dämpfung von 0,2–0,3 dB bei einer Wellenlänge von 1,55 Mikrometern pro Kilometer. Geringe Dämpfung und geringe Dispersion ermöglichen den Bau von Leitungsabschnitten ohne Weiterverbreitung von bis zu 100 km Länge und mehr.
• Durch das geringe Rauschen im Glasfaserkabel können Sie die Bandbreite erhöhen, indem Sie verschiedene Signalmodulationen mit geringer Coderedundanz übertragen.
• Hohe Störfestigkeit. Da die Faser aus einem dielektrischen Material besteht, ist sie immun gegen elektromagnetische Interferenzen von umgebenden Kupferkabelsystemen und elektrischen Geräten, die elektromagnetische Strahlung induzieren können (Stromleitungen, Motorinstallationen usw.). Mehrfaserkabel vermeiden auch das elektromagnetische Nebensprechproblem, das mehrpaarige Kupferkabel haben.
• Geringes Gewicht und Volumen. Glasfaserkabel (FOCs) sind bei gleicher Bandbreite leichter und leichter als Kupferkabel. Beispielsweise kann ein 900-paariges Telefonkabel mit einem Durchmesser von 7,5 cm durch eine Faser mit einem Durchmesser von 0,1 cm ersetzt werden.Wenn die Faser in viele Schutzhüllen „gekleidet“ und mit einer Stahlbandpanzerung bedeckt ist, kann der Durchmesser einer solchen eine Faser ist mit 1,5 cm um ein Vielfaches kleiner als das betrachtete Telefonkabel.
• Hohe Sicherheit gegen unbefugten Zugriff. Da der LWL praktisch nicht im Funkbereich strahlt, ist es schwierig, die darüber übertragenen Informationen abzuhören, ohne den Empfang und die Übertragung zu stören. Überwachungssysteme (kontinuierliche Kontrolle) der Integrität der optischen Kommunikationsleitung, die die hochempfindlichen Eigenschaften der Faser nutzen, können den „gehackten“ Kommunikationskanal sofort abschalten und einen Alarm auslösen. Sensorsysteme, die die Interferenzeffekte von ausgebreiteten Lichtsignalen (sowohl entlang verschiedener Fasern als auch verschiedener Polarisationen) nutzen, haben eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen, gegenüber kleinen Druckabfällen. Solche Systeme sind besonders notwendig, wenn Kommunikationswege in Behörden, Banken und einigen anderen Spezialdiensten eingerichtet werden, die hohe Anforderungen an den Datenschutz stellen.
• Galvanische Trennung von Netzwerkelementen. Dieser Vorteil Glasfaser liegt in ihrer isolierenden Eigenschaft. Glasfaser hilft, elektrische Masseschleifen zu vermeiden, die auftreten können, wenn zwei nicht isolierte Computernetzwerk-Netzwerkgeräte, die über Kupferkabel verbunden sind, an verschiedenen Stellen in einem Gebäude geerdet sind, z. B. auf verschiedenen Stockwerken. In diesem Fall kann ein großer Potentialunterschied auftreten, der Netzwerkgeräte beschädigen kann. Für Glasfaser existiert dieses Problem einfach nicht.
• Explosions- und Brandschutz. Aufgrund des Fehlens von Funkenbildung verbessern Glasfasern die Netzwerksicherheit in der Chemie, in Ölraffinerien und bei der Wartung technologische Prozesse erhöhtes Risiko.
• Sparsam FOCL. Die Faser besteht aus Silica, das auf Siliziumdioxid basiert, einem im Gegensatz zu Kupfer weit verbreiteten und daher kostengünstigen Material. Derzeit korrelieren die Glasfaserkosten im Verhältnis zu einem Kupferpaar mit 2:5. Gleichzeitig ermöglicht der LWL die Übertragung von Signalen über viel größere Entfernungen ohne erneute Übertragung. Bei Verwendung von LWL wird die Anzahl der Repeater auf erweiterten Leitungen reduziert. Bei Verwendung von Soliton-Übertragungssystemen wurden Entfernungen von 4000 km ohne Regeneration (dh nur unter Verwendung von optischen Verstärkern an Zwischenknoten) bei einer Übertragungsrate von über 10 Gbps erreicht.
• Lange Lebensdauer. Mit der Zeit wird die Faser abgebaut. Das bedeutet, dass die Dämpfung im verlegten Kabel allmählich zunimmt. Aufgrund der Verbesserung moderner Technologien zur Herstellung von Glasfasern wird dieser Prozess jedoch erheblich verlangsamt und die Lebensdauer des LWL beträgt ungefähr 25 Jahre. Während dieser Zeit können sich mehrere Generationen / Standards von Transceiver-Systemen ändern.
• Fernspeisung. In einigen Fällen ist die Stromversorgung des Remote-Knotens erforderlich Informationsnetzwerk. Glasfaser ist nicht in der Lage, die Funktionen eines Stromkabels zu erfüllen. In diesen Fällen kann jedoch ein Mischkabel verwendet werden, wenn das Kabel neben Lichtwellenleitern mit einem Kupferleitelement ausgestattet ist. Ein solches Kabel ist sowohl in Russland als auch im Ausland weit verbreitet.

Glasfaserkabel hat jedoch auch einige Nachteile:

• Der wichtigste von ihnen ist die hohe Komplexität der Installation (bei der Installation von Steckverbindern ist eine Mikrometergenauigkeit erforderlich, die Dämpfung im Steckverbinder hängt stark von der Genauigkeit der Glasfaserspaltung und dem Grad ihrer Politur ab). Zur Installation der Verbinder wird Schweißen oder Kleben mit einem speziellen Gel verwendet, das den gleichen Lichtbrechungsindex wie Glasfaser hat. In jedem Fall erfordert dies hochqualifiziertes Personal und Spezialwerkzeuge. Daher werden Glasfaserkabel meistens in Form von vorgeschnittenen Stücken unterschiedlicher Länge verkauft, an deren beiden Enden bereits Stecker des gewünschten Typs installiert sind. Es sollte daran erinnert werden, dass eine minderwertige Steckerinstallation die zulässige Kabellänge, die durch die Dämpfung bestimmt wird, drastisch reduziert.
• Außerdem muss bedacht werden, dass die Verwendung von Glasfaserkabel spezielle optische Empfänger und Sender erfordert, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln und umgekehrt, was die Kosten des gesamten Netzwerks teilweise erheblich erhöht.
• Glasfaserkabel ermöglichen die Verzweigung von Signalen (dafür werden spezielle passive Splitter (Koppler) für 2-8 Kanäle hergestellt), aber in der Regel werden sie verwendet, um Daten nur in einer Richtung zwischen einem Sender und einem Empfänger zu übertragen. Schließlich schwächt jede Verzweigung zwangsläufig das Lichtsignal stark ab, und wenn es viele Verzweigungen gibt, erreicht das Licht möglicherweise einfach nicht das Ende des Netzwerks. Außerdem gibt es interne Verluste im Splitter, sodass die gesamte Signalleistung am Ausgang geringer ist als die Eingangsleistung.
• Glasfaserkabel sind weniger haltbar und flexibel als elektrische Kabel. Ein typischer zulässiger Biegeradius beträgt etwa 10 - 20 cm, bei kleineren Biegeradien kann die zentrale Faser brechen. Verträgt Kabel- und mechanische Dehnungen sowie Quetscheffekte schlecht.
• Das Glasfaserkabel ist auch empfindlich gegenüber ionisierender Strahlung, wodurch die Transparenz der Glasfaser abnimmt, dh die Signaldämpfung zunimmt. Plötzliche Temperaturänderungen wirken sich ebenfalls nachteilig aus, Glasfaser kann reißen.
• Verwenden Sie Glasfaserkabel nur in Netzwerken mit Stern- und Ringtopologie. In diesem Fall gibt es keine Anpassungs- und Erdungsprobleme. Das Kabel sorgt für eine ideale galvanische Trennung von Netzwerkrechnern. In Zukunft dürfte dieser Kabeltyp elektrische Kabel verdrängen oder zumindest stark verdrängen.

Perspektiven für die Entwicklung von FOCL:

• Mit den wachsenden Anforderungen neuer Netzwerkanwendungen wird der Einsatz von Glasfasertechnologien in der strukturierten Verkabelung immer relevanter. Was sind die Vorteile und Merkmale des Einsatzes optischer Technologien in einem horizontalen Kabelsubsystem sowie an Benutzerarbeitsplätzen?
• Nach der Analyse der Änderungen Netzwerktechnologien In den letzten 5 Jahren ist leicht zu erkennen, dass die SCS-Kupferstandards hinter dem „Netzwerk-Wettrüsten“ zurückgeblieben sind. Da die Unternehmen keine Zeit hatten, SCS der dritten Kategorie zu installieren, mussten sie auf die fünfte umsteigen, jetzt bereits auf die sechste, und die Nutzung der siebten Kategorie ist nicht mehr weit entfernt.
• Offensichtlich wird die Entwicklung der Netzwerktechnologien dort nicht aufhören: Gigabit pro Arbeitsplatz bald zum de-facto-Standard und später de jure werden, und 10 Gb/s Etnernet wird keine Seltenheit für das LAN (Local Area Network) eines großen oder sogar mittelständischen Unternehmens sein.
• Daher ist es sehr wichtig, ein Kabelsystem zu verwenden, das die zunehmenden Geschwindigkeiten von Netzwerkanwendungen für mindestens 10 Jahre problemlos bewältigen würde - dies ist die in internationalen Standards definierte Mindestlebensdauer von SCS.
• Darüber hinaus muss bei einem Wechsel von Standards für LAN-Protokolle das Umlegen neuer Kabel vermieden werden, was bisher erhebliche Kosten für den Betrieb von SCS verursacht hat und in Zukunft einfach nicht akzeptabel ist.
• Nur ein Übertragungsmedium in SCS erfüllt diese Anforderungen – die Optik. Optische Kabel werden seit mehr als 25 Jahren in Telekommunikationsnetzen verwendet und sind seit kurzem auch in Kabelfernsehen und LAN weit verbreitet.
• In einem LAN werden sie hauptsächlich zum Aufbau von Backbone-Kabelkanälen zwischen Gebäuden und innerhalb der Gebäude selbst verwendet. , Bereitstellung von gleichzeitig hoher Geschwindigkeit der Datenübertragung zwischen Segmenten dieser Netze. Die Entwicklung moderner Netzwerktechnologien verwirklicht jedoch die Verwendung von Glasfaser als Hauptmedium zum Verbinden direkter Benutzer.

Neue FOCL-Standards und -Technologien:

In den letzten Jahren sind mehrere Technologien und Produkte auf dem Markt erschienen, die es viel einfacher und billiger machen, Glasfaser in einem horizontalen Verkabelungssystem zu verwenden und es mit den Arbeitsplätzen der Benutzer zu verbinden.

Unter diesen neuen Lösungen möchte ich zunächst optische Steckverbinder mit kleinem Formfaktor hervorheben - SFFC (Small-Form-Factor-Steckverbinder), planare Laserdioden mit vertikalem Hohlraum - VCSEL (oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Hohlraum) und optische Multimode-Fasern einer neuen Generation.

Zu beachten ist, dass der kürzlich zugelassene Multimode-Glasfasertyp OM-3 bei einer Laserstrahlungslänge von 850 nm eine Bandbreite von mehr als 2000 MHz/km aufweist. Dieser Glasfasertyp ermöglicht die serielle Übertragung von 10-Gigabit-Ethernet-Protokoll-Datenströmen über eine Entfernung von 300 m. Die Verwendung von neuartigen Multimode-Fasern und 850-nm-VCSEL-Lasern bietet die niedrigsten Kosten für die Implementierung von 10-Gigabit-Ethernet-Lösungen.

Die Entwicklung neuer Standards für Glasfasersteckverbinder hat Glasfasersysteme zu einer ernsthaften Konkurrenz für Kupferlösungen gemacht. Herkömmlicherweise sind Glasfasersysteme doppelt erforderlich mehr Stecker und Patchkabel als Kupfer - in Telekommunikationspunkten war eine viel größere Fläche erforderlich, um sowohl passive als auch aktive optische Geräte unterzubringen.

Optische Steckverbinder mit kleinem Formfaktor, die kürzlich von einer Reihe von Anbietern eingeführt wurden, bieten die doppelte Portdichte früherer Lösungen, da jeder Steckverbinder zwei Glasfasern anstelle von nur einer enthält.

Gleichzeitig wird die Größe sowohl der optischen passiven Elemente – Crossconnects usw. – als auch der aktiven Netzwerkausrüstung reduziert, wodurch die Installationskosten um das Vierfache gesenkt werden können (im Vergleich zu herkömmlichen optischen Lösungen).

Es sei darauf hingewiesen, dass die amerikanischen Standardisierungsgremien EIA und TIA 1998 entschieden haben, die Verwendung eines bestimmten Typs optischer Steckverbinder mit kleinem Formfaktor nicht zu regulieren, was dazu führte, dass sechs Arten konkurrierender Lösungen in diesem Bereich auf den Markt kamen gleichzeitig: MT-RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 und SCDC. Auch heute gibt es neue Entwicklungen.

Der beliebteste Miniaturstecker ist der MT-RJ-Stecker, der eine einzelne Polymer-Ferrule mit zwei optischen Fasern im Inneren hat. Sein Design wurde von einem Konsortium von Unternehmen unter der Leitung von AMP Netconnect auf der Grundlage des in Japan entwickelten Mehrfaser-MT-Steckverbinders entwickelt. AMP Netconnect hat inzwischen mehr als 30 Lizenzen für die Produktion dieser Art von MT-RJ-Steckverbindern vergeben.

Der MT-RJ-Steckverbinder verdankt einen Großteil seines Erfolgs seinem äußeren Design, das dem des 8-poligen modularen RJ-45-Kupfersteckverbinders ähnelt. Die Leistungsfähigkeit des MT-RJ-Steckers hat sich in den letzten Jahren deutlich verbessert – AMP Netconnect bietet kodierte MT-RJ-Stecker an, um Fehl- bzw nicht autorisierte Verbindung zum Kabelsystem. Darüber hinaus entwickeln eine Reihe von Unternehmen Singlemode-Varianten des MT-RJ-Steckverbinders.

Die ausreichend hohe Nachfrage auf dem Markt der optischen Kabellösungen wird von LC-Steckverbindern des Unternehmens genutzt Avaja(http://www.avaya.com). Das Design dieses Steckverbinders basiert auf der Verwendung einer Keramikspitze mit einem auf 1,25 mm reduzierten Durchmesser und einem Kunststoffgehäuse mit einer externen Hebelverriegelung zur Fixierung in der Steckverbinderbuchse.

Der Steckverbinder ist sowohl in Simplex- als auch in Duplex-Ausführung erhältlich. Der Hauptvorteil des LC-Steckers ist der geringe durchschnittliche Verlust und seine Standardabweichung, die nur 0,1 dB beträgt. Dieser Wert bietet stabile Arbeit das Kabelsystem als Ganzes. Zur Installation des LC-Steckers wird das standardmäßige Epoxidklebe- und Polierverfahren verwendet. Heute haben Steckverbinder ihren Weg in die Hersteller von 10-Gbit/s-Transceivern gefunden.

Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) stellt gleichzeitig sowohl LC- als auch MT-RJ-Steckverbinder her. Ihrer Meinung nach hat sich die SCS-Industrie für MT-RJ- und LC-Steckverbinder entschieden. Das Unternehmen hat kürzlich den ersten Singlemode-MT-RJ-Steckverbinder und UniCam-Versionen der MT-RJ- und LC-Steckverbinder herausgebracht, die sich durch kurze Installationszeiten auszeichnen. Gleichzeitig ist es nicht erforderlich, Epoxidkleber und Polyurethan zu verwenden, um UniCam-Steckverbinder zu installieren.

Als Glasfaserleitungen werden Leitungen bezeichnet, die dazu bestimmt sind, Informationen im optischen Bereich zu übertragen. Nach Angaben des sowjetischen Informationsbüros betrug die Wachstumsrate der Nutzung von Glasfaserleitungen Ende der 1980er Jahre 40 %. Die Experten der Union gingen von der vollständigen Ablehnung einiger Länder vom Kupferkern aus. Der Kongress beschloss für den 12. Fünfjahresplan eine 25%ige Erhöhung des Volumens der Kommunikationsleitungen. Der dreizehnte, der ebenfalls für die Entwicklung von Glasfasern konzipiert war, erwischte den Zusammenbruch der UdSSR, die ersten Mobilfunkbetreiber erschienen. Übrigens ist die Prognose von Experten bezüglich des Anstiegs des Bedarfs an qualifiziertem Personal gescheitert ...

Funktionsprinzip

Was sind die Gründe für die explosionsartige Popularität von Hochfrequenzsignalen? Moderne Lehrbücher erwähnen die Verringerung des Bedarfs an Signalregenerierung, Kosten und Erhöhung der Kanalkapazität. Sowjetische Ingenieure fanden es heraus und argumentierten anders: Kupferkabel, Panzerungen und Abschirmungen machen 50% der weltweiten Kupferproduktion aus, 25% - Blei. Nicht genug bekannte Tatsache wurde der Hauptgrund für die Aufgabe der Sponsoren von Nikola Tesla, dem Vordencliff-Turmprojekt (der Name wurde vom Namen des Philanthropen gegeben, der das Land gespendet hat). Ein bekannter serbischer Wissenschaftler wollte Informationen und Energie drahtlos übertragen, was viele lokale Besitzer von Kupferhütten erschreckte. 80 Jahre später hat sich das Bild grundlegend geändert: Die Menschen haben die Notwendigkeit erkannt, NE-Metalle einzusparen.

Die Faser besteht aus... Glas. Ein gewöhnliches Silikat, aromatisiert mit einer beträchtlichen Menge an eigenschaftsmodifizierenden Polymeren. Sowjetische Lehrbücher nennen zusätzlich zu den angegebenen Gründen für die Popularität der neuen Technologie:

1. Geringe Signaldämpfung, die eine Verringerung des Regenerationsbedarfs verursacht.
2. Kein Funke, daher Brandschutz, keine Explosionsgefahr.
3. Unmöglichkeit von Kurzschlüssen, reduzierter Wartungsbedarf.
4. Unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen.
5. Geringes Gewicht, relativ kleine Abmessungen.

Ursprünglich sollten Glasfaserleitungen große Autobahnen verbinden: zwischen Städten, Vororten, automatischen Telefonzentralen. Sowjetische Experten nannten die Kabelrevolution ähnlich dem Aufkommen der Festkörperelektronik. Die technologische Entwicklung hat es ermöglicht, Netzwerke frei von Leckströmen und Nebensprechen aufzubauen. Ein hundert Kilometer langer Abschnitt ist frei von aktiven Signalregenerationsmethoden. Die Bucht eines Singlemode-Kabels beträgt normalerweise 12 km, Multimode - 4 km. Die letzte Meile ist oft mit Kupfer bedeckt. Anbieter sind daran gewöhnt, Endseiten einzelnen Benutzern zuzuweisen. Es gibt keine hohen Geschwindigkeiten, billige Transceiver, die Möglichkeit, das Gerät gleichzeitig mit Strom zu versorgen, die Benutzerfreundlichkeit linearer Modi.

Sender

Ein typischer Strahlformer ist Halbleiter-LEDs einschließlich Festkörperlaser. Die Breite des von einem typischen pn-Übergang emittierten Signalspektrums beträgt 30–60 nm. Der Wirkungsgrad der ersten Solid-State-Geräte erreichte kaum 1 %. Die Basis verschalteter LEDs ist oft der Aufbau von Indium-Gallium-Arsen-Phosphor. Durch die Abstrahlung einer niedrigeren Frequenz (1,3 µm) bieten die Geräte eine deutliche Spreizung des Spektrums. Die resultierende Dispersion begrenzt die Bitrate stark (10-100 Mbps). Daher eignen sich LEDs zum Aufbau lokaler Netzwerkressourcen (Entfernung 2-3 km).

Die Frequenzteilung mit Multiplexing erfolgt durch Mehrfrequenzdioden. Heutzutage werden unvollkommene Halbleiterstrukturen aktiv durch vertikal emittierende Laser ersetzt, die die spektralen Eigenschaften erheblich verbessern. zunehmende Geschwindigkeit. Ein Bestellpreis. Die Stimulierte-Emissions-Technologie bringt noch viel mehr hohe Energie(Hunderte von mW). Kohärente Strahlung bietet einen Wirkungsgrad von Singlemode-Leitungen von 50 %. Der Effekt der chromatischen Dispersion wird reduziert, wodurch höhere Bitraten ermöglicht werden.

Die kurze Ladungsrekombinationszeit macht es einfach, die Strahlung durch hohe Frequenzen des Versorgungsstroms zu modulieren. Zusätzlich zu den vertikalen verwenden sie:

1. Feedback-Laser.
2. Fabry-Perot-Resonatoren.

Hohe Bitraten von Fernkommunikationsleitungen werden durch die Verwendung externer Modulatoren erreicht: Elektroabsorption, Mach-Zehnder-Interferometer. Externe Systeme machen eine Chirp-Stromversorgung überflüssig. Das geschnittene Spektrum des diskreten Signals wird weiter übertragen. Zusätzlich wurden andere Trägercodierungstechniken entwickelt:

• Quadraturphasenumtastung.
• Orthogonales Frequenzmultiplexing.
• Amplitudenquadraturmodulation.

Das Verfahren wird von digitalen Signalprozessoren durchgeführt. Alte Methoden kompensierten nur die lineare Komponente. Berenger drückte den Modulator in Form von Wien-Reihen aus, den DAC und Verstärker modelliert in verkürzten, zeitunabhängigen Volterra-Reihen. Khana schlägt vor, zusätzlich ein polynomielles Sendermodell zu verwenden. Jedes Mal werden die Koeffizienten der Reihe unter Verwendung einer indirekten Lernarchitektur gefunden. Dutel hat viele gängige Varianten aufgezeichnet. Phasenkreuzkorrelation und Quadraturfelder ahmen die Unvollkommenheit von Synchronisationssystemen nach. Nichtlineare Effekte werden auf ähnliche Weise kompensiert.

Empfänger

Der Photodetektor führt eine umgekehrte Umwandlung von Licht in Elektrizität durch. Der Löwenanteil der Festkörperempfänger verwendet die Indium-Gallium-Arsen-Struktur. Manchmal gibt es Pin-Fotodioden, Lawinen. Metall-Halbleiter-Metall-Strukturen sind ideal zum Einbetten von Regeneratoren, Kurzwellen-Multiplexern. Optoelektrische Wandler werden oft durch Transimpedanzverstärker ergänzt, Begrenzer, die ein digitales Signal erzeugen. Anschließend wird die Rückgewinnung von Taktimpulsen mit Phasenregelkreis geübt.

Lichtdurchlässigkeit durch Glas: eine Geschichte

Das Phänomen der Brechung, das die troposphärische Kommunikation ermöglicht, ist bei Studenten ungeliebt. Komplexe Formeln, uninteressante Beispiele töten die Lernlust des Schülers. Die Idee eines Lichtleiters wurde in den fernen 1840er Jahren geboren: Daniel Colladon, Jacques Babinet (Paris) versuchten, ihre eigenen Vorlesungen mit verlockenden, visuellen Experimenten zu verschönern. Lehrer im mittelalterlichen Europa wurden schlecht bezahlt, so dass ein kräftiger Zustrom von Studenten mit Geld nach einer willkommenen Aussicht aussah. Dozenten lockten das Publikum mit allen Mitteln. Ein gewisser John Tyndall machte sich 12 Jahre später die Idee zunutze und veröffentlichte viel später ein Buch (1870), in dem er die Gesetze der Optik diskutierte:

• Das Licht passiert die Luft-Wasser-Grenzfläche, die Brechung des Strahls relativ zur Senkrechten wird beobachtet. Wenn der Tangentialwinkel des Strahls zur orthogonalen Linie 48 Grad überschreitet, hören die Photonen auf, die Flüssigkeit zu verlassen. Die Energie wird vollständig zurückreflektiert. Die Grenze wird als Grenzwinkel des Mediums bezeichnet. Wasser ist 48 Grad 27 Minuten, Silikatglas ist 38 Grad 41 Minuten, Diamant ist 23 Grad 42 Minuten.

Die Geburt des 19. Jahrhunderts brachte der Strecke Petersburg-Warschau einen leichten Telegrafen mit einer Länge von 1200 km. Die Regeneration durch Nachrichtenoperatoren wurde alle 40 km durchgeführt. Die Meldung dauerte mehrere Stunden, das Wetter und die Sicht störten. Das Aufkommen der Funkkommunikation ersetzte die alten Methoden. Die ersten optischen Linien gehen auf das Ende des 19. Jahrhunderts zurück. Die Ärzte mochten die Neuheit! Die gebogene Glasfaser ermöglichte es, beliebige Hohlräume des menschlichen Körpers auszuleuchten. Historiker bieten den folgenden Zeitplan für die Entwicklung von Ereignissen an:

Die Idee von Henry St. Rene wurde von den Siedlern der Neuen Welt (1920er Jahre) fortgesetzt, die beschlossen, das Fernsehen zu verbessern. Clarence Hansell, John Logie Baird wurden die Pioniere. Zehn Jahre später (1930) bewies der Medizinstudent Heinrich Lamm die Möglichkeit der Bildübertragung mit Glasführungen. Der Wissenssuchende beschloss, das Innere des Körpers zu untersuchen. Die Bildqualität war lahm, der Versuch, ein britisches Patent zu erhalten, scheiterte.

Die Geburt der Faser

Unabhängig davon erfanden der niederländische Wissenschaftler Abraham van Heel, der Brite Harold Hopkins und Narinder Singh Kapani (1954) die Faser. Das Verdienst des ersten liegt in der Idee, den zentralen Kern mit einer transparenten Hülle zu bedecken, die einen niedrigen Brechungsindex (nahe Luft) hatte. Der Oberflächenkratzschutz verbesserte die Übertragungsqualität erheblich (Zeitgenossen der Erfinder sahen das Haupthindernis für den Einsatz von Glasfaserleitungen in hohen Verlusten). Die Briten leisteten ebenfalls einen bedeutenden Beitrag, indem sie ein Faserbündel von 10.000 Stück sammelten und ein Bild in einer Entfernung von 75 cm übertrugen.Die Notiz "Flexible Fiberscope Using Static Scanning" zierte die Zeitschrift Nature (1954).

Das ist interessant! Narinder Singh Kapani prägte den Begriff Fiberglas in einem Artikel in American Science (1960).

1956 brachte der Welt ein neues flexibles Gastroskop von Basil Hirshovitz, Wilbur Peters und Lawrence Curtiss (University of Michigan). Eine Besonderheit von Noviki war der Glasmantel der Fasern. Elias Snitzer (1961) veröffentlichte die Idee der Singlemode-Faser. So dünn, dass nur ein Fleck des Interferenzmusters hineinpasste. Die Idee half Ärzten, das Innere eines (lebenden) Menschen zu untersuchen. Der Verlust betrug 1 dB/m. Die Anforderungen an die Kommunikation reichten noch viel weiter. Es war erforderlich, den Schwellenwert von 10-20 dB/km zu erreichen.

1964 gilt als Wendepunkt: Dr. Kao veröffentlichte eine wichtige Spezifikation, in der er die theoretischen Grundlagen der Fernkommunikation vorstellte. Das Dokument verwendete aktiv die obige Abbildung. Der Wissenschaftler hat bewiesen, dass Glas mit dem höchsten Reinigungsgrad dazu beiträgt, Verluste zu reduzieren. Der deutsche Physiker (1965) Manfred Börner (Telefunken Research Labs, Ulm) führte die erste funktionsfähige Telekommunikationsleitung ein. Die NASA übermittelte die Mondbilder sofort unter Verwendung von Neuheiten (die Entwicklungen waren geheim). Einige Jahre später (1970) reichten drei Mitarbeiter von Corning Glass (siehe Anfang des Themas) ein Patent ein, das einen technologischen Zyklus zum Schmelzen von Siliziumoxid implementierte. Das Büro bewertete den Text drei Jahre lang. Der neue Kern erhöhte die Kapazität des Kanals um das 65.000-fache im Vergleich zum Kupferkabel. Dr. Caos Team unternahm sofort einen Versuch, eine beträchtliche Distanz zurückzulegen.

Das ist interessant! 45 Jahre später (2009) wurde Kao der Nobelpreis für Physik verliehen.

Militärcomputer (1975) der US-Luftverteidigung (Sektion NORAD, Cheyenne Mountains) erhielten neue Nachrichten. Optisches Internet ist vor langer Zeit erschienen, vor PCs! Zwei Jahre später wurden bei Testläufen einer 1,5 Meilen langen Telefonleitung (Vorstadt von Chicago) erfolgreich 672 Sprachkanäle übertragen. Glasbläser arbeiteten unermüdlich: Die frühen 80er Jahre brachten das Aufkommen von Glasfasern mit einer Dämpfung von 4 dB/km. Siliziumoxid wurde durch einen anderen Halbleiter ersetzt - Germanium.

Die Produktionsgeschwindigkeit des hochwertigen Kabels durch die technologische Linie betrug 2 m/s. Chemie Thomas Mensah entwickelte eine Technologie, die das Limit um das Zwanzigfache erhöhte. Die Neuheit ist endlich billiger geworden als Kupferkabel. Was folgt, wurde oben skizziert: Es gab einen Schub bei der Einführung neuer Technologien. Der Repeaterabstand betrug 70-150 km. Der mit Erbium-Ionen dotierte Faserverstärker reduzierte die Kosten für den Bau von Leitungen drastisch. Die Zeiten des dreizehnten Fünfjahresplans bescherten dem Planeten 25 Millionen Kilometer Glasfasernetze.

Einen neuen Entwicklungsschub gab die Erfindung photonischer Kristalle. Die ersten kommerziellen Modelle brachten 2000. Die Periodizität der Strukturen ermöglichte eine deutliche Leistungssteigerung, das Faserdesign wurde der Frequenz folgend flexibel angepasst. 2012 erreichte die Nippon Telegraph and Telephone Company mit einer einzigen Faser Geschwindigkeiten von 1 Petabit/s über eine Entfernung von 50 km.

militärische Industrie

Die Geschichte des Vormarsches der US-Militärindustrie, die in der Monmouth Message veröffentlicht wurde, ist authentisch bekannt. 1958 berichtete der Kabelmanager von Fort Monmouth (Signal Corps Labs der United States Army) über die Gefahren von Blitzen und Niederschlägen. Der Beamte alarmierte den Forscher Sam De Vita und bat ihn, einen Ersatz für das grüne Kupfer zu finden. Die Antwort enthielt einen Vorschlag, Glas-, Glasfaser- und Lichtsignale auszuprobieren. Die damaligen Ingenieure von Uncle Sam waren jedoch machtlos, das Problem zu lösen.

An einem heißen September 1959 fragte Di Vita Lieutenant 2nd Rank Richard Sturzebecher, ob er die Formel für Glas kenne, das ein optisches Signal übertragen könne. Die Antwort enthielt Informationen über Siliziumoxid – eine Probe an der Alfred University. Beim Messen des Brechungsindex von Materialien mit einem Mikroskop bekam Richard Kopfschmerzen. 60-70% Glaspulver lassen das strahlende Licht ungehindert durch und reizen die Augen. Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, das reinste Glas zu erhalten, studierte Sturzebecher moderne Produktionsverfahren unter Verwendung von Siliziumchlorid IV. Di Vita fand das Material geeignet und beschloss, die Regierung mit Cornings Glasbläsern verhandeln zu lassen.

Der Beamte kannte die Arbeiter gut, beschloss aber, den Fall öffentlich zu machen, damit das Werk einen Regierungsauftrag erhalte. Zwischen 1961 und 1962 wurde die Idee, reines Siliziumoxid zu verwenden, von Forschungslabors übernommen. Bundesmittel beliefen sich auf etwa 1 Million Dollar (Zeitraum 1963-1970). Das Programm endete (1985) mit der Entwicklung einer Glasfaserkabelindustrie im Wert von mehreren Milliarden Dollar, die begann, Kupfer schnell zu ersetzen. Di Vita blieb bis zum Alter von 97 Jahren (Todesjahr 2010) als Industrieberater tätig.

Sorten von Kabeln

Kabelform:

1. Kern.
2. Hülse.
3. Schutzhülle.

Die Faser implementiert die Totalreflexion des Signals. Das Material der ersten beiden Komponenten ist traditionell Glas. Manchmal finden sie einen billigen Ersatz - ein Polymer. Optische Kabel werden durch Verschmelzen verbunden. Das Ausrichten des Kerns erfordert Geschick. Multimode-Kabel mit einer Dicke von über 50 Mikron sind einfacher zu löten. Die beiden globalen Varianten unterscheiden sich in der Anzahl der Mods:

• Multimode ist mit einem dicken Kern (über 50 Mikron) ausgestattet.
• Singlemode ist viel dünner (weniger als 10 Mikrometer).

Paradox: Kabel kleinere Größen bietet Fernkommunikation. Die Kosten für einen Vierkern-Transatlantik betragen 300 Millionen Dollar. Der Kern ist mit einem lichtbeständigen Polymer umhüllt. Die Zeitschrift New Scientist (2013) veröffentlichte die Experimente einer wissenschaftlichen Gruppe der University of Southampton, die eine Reichweite von 310 Metern abdeckte ... mit einem Wellenleiter! Das passive dielektrische Element zeigte eine Geschwindigkeit von 77,3 Tbps. Die Wände der Hohlröhre werden von einem photonischen Kristall gebildet. Der Informationsfluss bewegte sich mit einer Lichtgeschwindigkeit von 99,7 %.

Photonische Kristallfaser

Eine neue Art von Kabel wird durch eine Reihe von Röhren gebildet, die Konfiguration ähnelt einer abgerundeten Wabe. Photonische Kristalle ähneln natürlichem Perlmutt und bilden periodische Konformationen, die sich im Brechungsindex unterscheiden. Einige Wellenlängen werden in solchen Röhren gedämpft. Das Kabel zeigt die Bandbreite, der Strahl, der einer Bragg-Brechung unterzogen wird, wird reflektiert. Aufgrund des Vorhandenseins verbotener Bänder bewegt sich das kohärente Signal entlang der Faser.

Einführung

Kommunikation spielt heute eine wichtige Rolle in unserer Welt. Und wurden früher Kupferkabel und -drähte zur Übertragung von Informationen genutzt, ist jetzt die Zeit für optische Technologien und Glasfaserkabel gekommen. Wenn wir jetzt ans andere Ende der Welt telefonieren (z. B. von Russland nach Amerika) oder unsere Lieblingsmelodie aus dem Internet herunterladen, die sich irgendwo in Australien befindet, denken wir nicht einmal darüber nach, wie wir das schaffen um dies zu tun. Und dies geschieht dank der Verwendung von Glasfaserkabeln. Um Menschen zu verbinden, sie einander oder der gewünschten Informationsquelle näher zu bringen, muss man Kontinente verbinden. Derzeit erfolgt der Informationsaustausch zwischen den Kontinenten hauptsächlich über unterseeische Glasfaserkabel. Gegenwärtig werden Glasfaserkabel auf dem Grund des Pazifischen und Atlantischen Ozeans verlegt und fast die ganze Welt ist in ein Netzwerk von Glasfaserkommunikationssystemen „verwickelt“ (Laser Mag.-1993.-No. 3; Laser Focus World. -1992.-28, Nr. 12; Telecom Mag.-1993.-Nr. 25; AEU: J. Asia Electron. Union.-1992.-Nr. 5). Europäische Länder jenseits des Atlantiks sind durch Glasfaserleitungen mit Amerika verbunden. USA, über die Hawaii-Inseln und die Insel Guam - mit Japan, Neuseeland und Australien. Eine Glasfaser-Kommunikationsleitung verbindet Japan und Korea mit dem russischen Fernen Osten. Im Westen ist Russland mit den europäischen Ländern St. Petersburg - Kingisepp - Dänemark und St. Petersburg - Wyborg - Finnland, im Süden - mit den asiatischen Ländern Novorossiysk - Türkei verbunden. Gleichzeitig ist das Internet die wichtigste treibende Kraft hinter der Entwicklung von Glasfaser-Kommunikationsleitungen.

Glasfasernetze sind sicherlich einer der vielversprechendsten Bereiche im Bereich der Kommunikation. Die Bandbreite optischer Kanäle ist um Größenordnungen höher als die von Informationsleitungen auf Basis von Kupferkabeln.

Glasfaser gilt als das perfekteste Medium für die Übertragung großer Informationsmengen über große Entfernungen. Es besteht aus Quarz, das auf Siliziumdioxid basiert, einem weit verbreiteten und kostengünstigen Material, im Gegensatz zu Kupfer. Glasfaser ist sehr kompakt und leicht, mit einem Durchmesser von nur etwa 100 Mikrometer.

Darüber hinaus ist die Faser immun gegen elektromagnetische Felder, die einige entfernt typische Probleme Kommunikationssysteme aus Kupfer. Optische Netzwerke sind in der Lage, ein Signal über große Entfernungen mit weniger Verlusten zu übertragen. Obwohl diese Technologie noch teuer ist, sinken die Preise für optische Komponenten ständig, während die Leistungsfähigkeit von Kupferleitungen an ihre Grenzen stößt und immer mehr Kosten erfordert weitere Entwicklung diese Richtung.

Aktuell scheint mir das Thema Glasfaser-Kommunikationsleitungen aktuell relevant, erfolgsversprechend und interessant zu betrachten. Deshalb wähle ich es für meine Hausarbeit und ich denke, dass die Zukunft dem FOCL gehört.

1. Schöpfungsgeschichte

Obwohl Glasfaser ein weit verbreitetes und beliebtes Kommunikationsmittel ist, ist die Technologie selbst einfach und vor langer Zeit entwickelt worden. Ein Experiment zur Änderung der Richtung eines Lichtstrahls durch Brechung wurde bereits 1840 von Daniel Colladon und Jacques Babinet demonstriert. Die praktische Anwendung der Technologie wurde erst im zwanzigsten Jahrhundert gefunden.

In den 1920er Jahren demonstrierten die Experimentatoren Clarence Hasnell und John Berd die Möglichkeit der Bildübertragung durch optische Röhren.

Die Erfindung der Faseroptik durch Corning im Jahr 1970 gilt als Wendepunkt in der Geschichte der Faseroptik. Den Entwicklern ist es gelungen, einen Leiter zu schaffen, der in der Lage ist, mindestens ein Prozent der optischen Signalleistung in einer Entfernung von einem Kilometer aufrechtzuerhalten. Aus heutiger Sicht eine eher bescheidene Leistung, war sie doch vor fast 40 Jahren eine notwendige Voraussetzung, um eine neue Art der drahtgebundenen Kommunikation zu entwickeln.

E Die ersten groß angelegten Experimente im Zusammenhang mit dem Aufkommen des FDDI-Standards. Diese Netze der ersten Generation sind noch heute in Betrieb.

E Massiver Einsatz von Glasfasern in Verbindung mit der Herstellung billigerer Komponenten. Die Wachstumsrate von Glasfasernetzen ist explosiv.

E Wachstum der Informationsübertragungsraten, Aufkommen von Wellenkompressionstechnologien (WDM, DWDM) / Neue Fasertypen.

2. Glasfaser-Kommunikationsleitungen als Konzept

1 Glasfaser und ihre Typen

Eine faseroptische Kommunikationsleitung (FOCL) ist eine Art Übertragungssystem, bei dem Informationen durch optische dielektrische Wellenleiter übertragen werden, die als "optische Fasern" bekannt sind. Also, was ist es?

Eine optische Faser ist ein extrem dünner Glaszylinder, Kern genannt, der mit einer Glasschicht (Abb. 1), Schale genannt, bedeckt ist, die einen anderen Brechungsindex als der Kern hat. Die Faser wird durch die Durchmesser dieser Bereiche charakterisiert – beispielsweise bedeutet 50/125 eine Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 µm und einem äußeren Manteldurchmesser von 125 µm.

Abb.1 Faserstruktur

Licht breitet sich entlang des Faserkerns aufgrund aufeinanderfolgender interner Totalreflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel aus; es verhält sich in vielerlei Hinsicht so, als würde es in ein Rohr geraten, dessen Wände mit einer Spiegelschicht überzogen sind. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Spiegel, der eher ineffizient reflektiert, ist die totale interne Reflexion jedoch im Wesentlichen nahe am Ideal – dies ist ihr grundlegender Unterschied, der es dem Licht ermöglicht, sich mit minimalem Verlust über große Entfernungen entlang der Faser auszubreiten.

Eine auf diese Weise hergestellte Faser ((Abb. 2) a)) wird Stufenindex-Multimode-Faser genannt, weil es viele mögliche Pfade oder Moden gibt, um einen Lichtstrahl auszubreiten.

Dieser Satz von Moden führt zu einer Impulsdispersion (Verbreiterung), da jeder Mode einen anderen Weg durch die Faser zurücklegt und daher unterschiedliche Moden unterschiedliche Übertragungsverzögerungen haben, wenn sie von einem Ende der Faser zum anderen wandern. Das Ergebnis dieses Phänomens ist eine Begrenzung der maximalen Frequenz, die für eine gegebene Faserlänge effektiv übertragen werden kann - eine Erhöhung entweder der Frequenz oder der Länge der Faser über die Grenzen hinaus führt im Wesentlichen zum Zusammenführen aufeinanderfolgender Impulse, was sie unmöglich macht unterscheiden. Für eine typische Multimode-Faser liegt diese Grenze bei etwa 15 MHz km, was bedeutet, dass ein Videosignal mit einer Bandbreite von beispielsweise 5 MHz über eine maximale Entfernung von 3 km übertragen werden kann (5 MHz x 3 km = 15 MHz km ). Der Versuch, ein Signal über eine längere Distanz zu übertragen, führt zu einem fortschreitenden Verlust hoher Frequenzen.

Abb.2 Glasfasertypen

Für viele Anwendungen ist diese Zahl unannehmbar hoch, und es wurde nach einem Faserdesign mit höherer Bandbreite gesucht. Eine Möglichkeit besteht darin, den Faserdurchmesser auf sehr kleine Werte (8-9 µm) zu reduzieren, sodass nur noch eine Mode möglich wird. Singlemode-Fasern, wie sie genannt werden ((Abbildung 2) b)), sind sehr effektiv bei der Verringerung der Streuung, und die resultierende Bandbreite – viele GHz km – macht sie ideal für öffentliche Telefon- und Telegrafennetze (PTT) und Kabelfernsehnetze. Leider erfordert eine Faser mit solch kleinem Durchmesser die Verwendung eines leistungsstarken, präzisionsgekoppelten und daher relativ teuren Laserdiodenemitters, was ihre Attraktivität für viele Anwendungen verringert, die mit einer kurzen Länge der entworfenen Leitung verbunden sind.

Idealerweise wird eine Faser mit der gleichen Bandbreite wie eine Singlemode-Faser, aber mit dem gleichen Durchmesser wie eine Multimode-Faser benötigt, um den Einsatz kostengünstiger LED-Sender zu ermöglichen. Diese Anforderungen werden zum Teil durch eine Multimode-Faser mit Gradientenänderung des Brechungsindex erfüllt ((Abb. 2) c)). Sie ähnelt der oben diskutierten Stufenindex-Multimode-Faser, aber der Brechungsindex ihres Kerns ist ungleichmäßig – sie ändert sich sanft von einem Maximalwert in der Mitte zu niedrigeren Werten an der Peripherie. Dies führt zu zwei Konsequenzen. Erstens bewegt sich das Licht auf einem leicht gekrümmten Weg, und zweitens, und was noch wichtiger ist, sind die Unterschiede in der Ausbreitungsverzögerung zwischen den verschiedenen Moden minimal. Dies liegt daran, dass die hohen Moden, die in einem größeren Winkel in die Faser eintreten und einen längeren Weg zurücklegen, tatsächlich beginnen, sich schneller auszubreiten, wenn sie sich von der Mitte weg in die Zone bewegen, in der der Brechungsindex abnimmt, und sich im Allgemeinen schneller als niedriger bewegen -Ordnungsmoden, die in der Nähe der Faserachse im Bereich mit hohem Brechungsindex verbleiben. Die Erhöhung der Geschwindigkeit kompensiert gerade die größere zurückgelegte Strecke.

Multimode-Fasern mit Gradientenindex sind nicht ideal, weisen aber dennoch eine sehr gute Bandbreite auf. Daher ist in den meisten Leinen mit kurzer und mittlerer Länge die Wahl dieses Fasertyps vorzuziehen. In der Praxis bedeutet dies, dass die Bandbreite nur gelegentlich ein zu berücksichtigender Parameter ist.

Dies gilt jedoch nicht für die Dämpfung. Das optische Signal wird in allen Fasern mit einer Rate gedämpft, die von der Wellenlänge des Lichtquellensenders abhängt (Abb. 3). Wie bereits erwähnt, gibt es drei Wellenlängen, bei denen die Dämpfung einer optischen Faser normalerweise minimal ist: 850, 1310 und 1550 nm. Diese werden als Transparenzfenster bezeichnet. Für Multimode-Systeme ist das 850-nm-Fenster das erste und am häufigsten verwendete (niedrigste Kosten). Bei dieser Wellenlänge ist die Gradienten-Multimode-Faser gute Qualität zeigt eine Dämpfung in der Größenordnung von 3 dB/km, was es ermöglicht, eine Kommunikation in einem geschlossenen Fernsehsystem bei Entfernungen über 3 km zu implementieren.

Abb.3 Abhängigkeit der Dämpfung von der Wellenlänge

Bei einer Wellenlänge von 1310 nm weist dieselbe Faser eine noch geringere Dämpfung von 0,7 dB/km auf, wodurch die Kommunikationsreichweite proportional auf etwa 12 km erhöht werden kann. 1310 nm ist auch das erste Betriebsfenster für Singlemode-Glasfasersysteme mit einer Dämpfung von etwa 0,5 dB / km, mit dem Sie in Kombination mit Laserdiodensendern Verbindungen von über 50 km Länge erstellen können. Das zweite Transparenzfenster – 1550 nm – wird verwendet, um noch längere Kommunikationsleitungen zu schaffen (Faserdämpfung beträgt weniger als 0,2 dB/km).

2 WOC-Klassifizierung

Glasfaserkabel sind seit langem bekannt, sogar die frühen Ethernet-Standards für 10 Mbit/s unterstützten es. Der erste hieß FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link) und der nächste - 10BaseF.

Heute gibt es weltweit mehrere Dutzend Unternehmen, die optische Kabel für verschiedene Zwecke herstellen. Die bekanntesten von ihnen sind: AT&T, General Cable Company (USA); Siecor (Deutschland); BICC-Kabel (Großbritannien); Les cable de Lion (Frankreich); Nokia (Finnland); NTT, Sumitomo (Japan), Pirelli (Italien).

Die bestimmenden Parameter bei der Herstellung von Glasfaserkabeln sind die Betriebsbedingungen und die Bandbreite der Kommunikationsleitung. Entsprechend den Betriebsbedingungen werden Kabel in zwei Hauptgruppen eingeteilt (Abb. 4)

Intra-Objekt sind für die Verlegung innerhalb von Gebäuden und Bauwerken vorgesehen. Sie sind kompakt, leicht und haben in der Regel eine geringe Baulänge.

Stammleitungen sind für die Verlegung von Kabelverbindungen in Brunnen, im Boden, auf Stützen entlang von Stromleitungen und unter Wasser ausgelegt. Diese Kabel sind vor äußeren Einflüssen geschützt und haben eine Baulänge von mehr als zwei Kilometern.

Um einen hohen Durchsatz von Kommunikationsleitungen zu gewährleisten, werden FOCs hergestellt, die eine kleine Anzahl (bis zu 8) Singlemode-Fasern mit geringer Dämpfung enthalten, und Kabel für Verteilungsnetze können je nach bis zu 144 Singlemode- und Multimode-Fasern enthalten die Entfernungen zwischen Netzwerksegmenten.

Abb.4 WOK-Klassifizierung

3 Vor- und Nachteile der faseroptischen Signalübertragung

3.1 Vorteile von FOCL

Für viele Anwendungen werden Glasfasern aufgrund einer Reihe von Vorteilen bevorzugt.

Geringer Übertragungsverlust. Verlustarme Glasfaserkabel ermöglichen die Übertragung von Bildsignalen über große Entfernungen ohne den Einsatz von Streckenverstärkern oder Repeatern. Dies ist besonders nützlich für Langstrecken-Übertragungsschemata, wie z. B. Autobahn- oder Eisenbahnüberwachungssysteme, wo Repeater-freie Abschnitte von 20 km keine Seltenheit sind.

Breitbandige Signalübertragung. Die große Übertragungsbandbreite von Glasfaser ermöglicht die gleichzeitige Übertragung hochwertiger Video-, Audio- und Digitaldaten über ein einziges Glasfaserkabel.

Immunität gegen Störungen und Pickups. Die völlige Unempfindlichkeit des Glasfaserkabels gegenüber externen elektrischen Störungen und Interferenzen gewährleistet einen stabilen Betrieb der Systeme auch in Fällen, in denen die Installateure nicht genügend auf die Lage nahegelegener Stromnetze usw. geachtet haben.

Elektrische Isolierung. Durch die fehlende elektrische Leitfähigkeit von Lichtwellenleitern entfallen die Probleme mit Erdpotentialänderungen, wie sie beispielsweise in Kraftwerken oder Eisenbahnen typisch sind. Ihre gleiche Eigenschaft eliminiert das Risiko von Schäden an Geräten, die durch Stromstöße durch Blitze usw. verursacht werden.

Leichte und kompakte Kabel. Extrem kleine Größen von Glasfasern und Glasfaserkabeln ermöglichen es Ihnen, überfüllten Kabelkanälen ein zweites Leben einzuhauchen. Beispielsweise nimmt ein Koaxialkabel so viel Platz ein wie 24 optische Kabel, von denen jedes angeblich 64 Videokanäle und 128 Audio- oder Videosignale gleichzeitig übertragen kann.

Eine nie endende Kommunikationslinie. Durch einfaches Ersetzen der Endgeräte anstelle der Kabel selbst können Glasfasernetze aufgerüstet werden, um mehr Informationen zu übertragen. Andererseits kann ein Teil oder sogar das gesamte Netzwerk für eine ganz andere Aufgabe verwendet werden, beispielsweise die Kombination eines lokalen Netzwerks und eines Closed-Circuit-TV-Systems in einem Kabel.

Explosions- und Brandschutz. Aufgrund des Fehlens von Funkenbildung erhöhen Glasfasern die Netzwerksicherheit in Chemie- und Ölraffinerien und bei der Wartung von technologischen Prozessen mit hohem Risiko.

Sparsam FOCL. Die Faser besteht aus Silica, das auf Siliziumdioxid basiert, einem im Gegensatz zu Kupfer weit verbreiteten und daher kostengünstigen Material.

Lange Lebensdauer. Mit der Zeit wird die Faser abgebaut. Das bedeutet, dass die Dämpfung im verlegten Kabel allmählich zunimmt. Aufgrund der Verbesserung moderner Technologien zur Herstellung von Glasfasern wird dieser Prozess jedoch erheblich verlangsamt und die Lebensdauer des LWL beträgt ungefähr 25 Jahre. Während dieser Zeit können sich mehrere Generationen / Standards von Transceiver-Systemen ändern.

3.2 Nachteile von FOCL

Hohe Komplexität der Installation. Hochqualifiziertes Personal und Spezialwerkzeuge. Daher werden Glasfaserkabel meistens in Form von vorgeschnittenen Stücken unterschiedlicher Länge verkauft, an deren beiden Enden bereits Stecker des gewünschten Typs installiert sind. Der Einsatz von Glasfaserkabel erfordert spezielle optische Empfänger und Sender, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln und umgekehrt.

Glasfaserkabel sind weniger haltbar und flexibel als elektrische Kabel. Ein typischer zulässiger Biegeradius beträgt etwa 10 - 20 cm, bei kleineren Biegeradien kann die zentrale Faser brechen.

Das Glasfaserkabel ist empfindlich gegenüber ionisierender Strahlung, wodurch die Transparenz der Glasfaser abnimmt, dh die Signaldämpfung zunimmt.

3. Elektronische Komponenten von FOCL. Das Prinzip der Informationsübertragung

In allgemeinster Form lässt sich das Prinzip der Informationsübertragung in faseroptischen Kommunikationssystemen anhand von (Abb. 5) erläutern.

Abb.5 Das Prinzip der Informationsübertragung in faseroptischen Kommunikationssystemen

1 Sender für Glasfaser

Die wichtigste Komponente eines faseroptischen Senders ist die Lichtquelle (normalerweise ein Halbleiterlaser oder eine LED (Abbildung 6)). Beide dienen demselben Zweck – einen mikroskopisch kleinen Lichtstrahl zu erzeugen, der mit hoher Effizienz in die Faser eingekoppelt und mit hoher Frequenz moduliert (in der Intensität verändert) werden kann. Laser bieten eine größere Strahlintensität als LEDs und ermöglichen höhere Modulationsraten; Daher werden sie häufig für Breitbandverbindungen über große Entfernungen wie Telekommunikation oder verwendet Kabelfernsehen. Andererseits sind LEDs billigere und langlebigere Geräte, außerdem eignen sie sich gut für die meisten kleinen bis mittelgroßen Systeme.

Abb. 6 Verfahren zum Einbringen optischer Strahlung in eine optische Faser

Neben dem funktionalen Zweck (d. h. welches Signal soll er übertragen) zeichnet sich ein Glasfasersender durch zwei weitere wichtige Parameter aus, die seine Eigenschaften bestimmen. Einer ist seine Ausgangsleistung (Intensität) optischer Strahlung. Die zweite ist die Wellenlänge (oder Farbe) des emittierten Lichts. Normalerweise sind es 850, 1310 oder 1550 nm, Werte, die aus der Übereinstimmungsbedingung mit dem sogenannten ausgewählt werden. „Transparenzfenster“ in der Übertragungscharakteristik des Lichtwellenleitermaterials.

3.2 Empfänger für Lichtwellenleiter

Faseroptische Empfänger erfüllen die wichtige Aufgabe, extrem schwache optische Strahlung zu erkennen, die vom Ende einer Faser emittiert wird, und das empfangene elektrische Signal mit minimaler Verzerrung und Rauschen auf den erforderlichen Pegel zu verstärken. Der minimale Strahlungspegel, den der Empfänger benötigt, um eine akzeptable Qualität des Ausgangssignals zu liefern, wird als Empfindlichkeit bezeichnet; Die Differenz zwischen Empfängerempfindlichkeit und Senderausgangsleistung bestimmt den maximal zulässigen Systemverlust in dB. Für die meisten CCTV-Überwachungssysteme mit einem LED-Sender ist ein Wert von 10-15 dB typisch. Idealerweise sollte der Empfänger gut funktionieren, wenn das Eingangssignal stark schwankt, da es normalerweise nicht möglich ist, den Grad der Dämpfung in der Kommunikationsleitung im Voraus genau vorherzusagen (d. h. Leitungslänge, Anzahl der Spleiße usw.). Viele einfache Empfängerdesigns verwenden eine manuelle Verstärkungsregelung während der Systeminstallation, um den gewünschten Ausgangspegel zu erreichen. Dies ist unerwünscht, da Änderungen in der Leitungsdämpfung aufgrund von Alterung oder Temperaturänderungen usw. unvermeidlich sind und periodische Verstärkungsanpassungen erforderlich machen. Alle Glasfaserempfänger verwenden eine automatische Verstärkungsregelung, die verfolgt Durchschnittsniveau Das optische Eingangssignal ändert dementsprechend die Verstärkung des Empfängers. Während der Installation oder während des Betriebs ist keine manuelle Einstellung erforderlich.

Kommunikationskabel aus optischen Fasern

4. Anwendungsbereiche von FOCL

Glasfaser-Kommunikationsleitungen (FOCL) ermöglichen die Übertragung analoger und digitaler Signale über große Entfernungen. Sie werden auch auf kürzere, besser handhabbare Entfernungen verwendet, z. B. innerhalb von Gebäuden. Die Zahl der Internetnutzer wächst – und wir bauen schnell neue Datenverarbeitungszentren (DPCs), die Glasfaser zur Verbindung verwenden. Bei der Übertragung von Signalen mit einer Geschwindigkeit von 10 Gbit / s sind die Kosten zwar ähnlich wie bei "Kupfer" -Leitungen, aber die Optik verbraucht viel weniger Energie. Seit Jahren kämpfen Glasfaser- und Kupferbefürworter um die Priorität in Unternehmensnetzwerken. Verschwendete Zeit!

Tatsächlich wird der Anwendungsbereich der Optik immer größer, hauptsächlich aufgrund der oben genannten Vorteile gegenüber Kupfer. Glasfasergeräte werden in medizinischen Einrichtungen häufig verwendet, beispielsweise zum Schalten lokaler Videosignale in Operationssälen. Optische Signale haben nichts mit Strom zu tun, was für die Patientensicherheit ideal ist.

Auch beim Militär werden Glasfasertechnologien bevorzugt, da die übertragenen Daten von außen nur schwer oder gar nicht lesbar sind. Glasfaser bietet ein hohes Maß an Schutz vertraulicher Informationen, ermöglicht die Übertragung unkomprimierter Daten wie hochauflösender Grafiken und pixelgenauer Videos. Die Optik hat alle wichtigen Bereiche durchdrungen – Überwachungssysteme, Dispatching und Situationszentren in Bereichen mit extremen Betriebsbedingungen.

Die Reduzierung der Gerätekosten hat es ermöglicht, optische Technologien in traditionellen Kupferbereichen einzusetzen - in großen Industrieunternehmen zur Organisation automatisierter Prozessleitsysteme (APCS), im Energiebereich, in Sicherheits- und Videoüberwachungssystemen. Die Fähigkeit, einen großen Informationsfluss über große Entfernungen zu übertragen, macht Optik ideal und gefragt in fast allen Bereichen der Industrie, wo die Länge von Kabelleitungen mehrere Kilometer erreichen kann. Wenn für ein Twisted Pair die Entfernung auf 450 Meter begrenzt ist, dann sind für die Optik und 30 km nicht die Grenze.

Als Beispiel für die Verwendung von FOCL möchte ich eine Beschreibung eines geschlossenen Videoüberwachungs-Sicherheitssystems in einem typischen Kraftwerk geben. Dieses Thema ist in letzter Zeit besonders relevant und gefragt geworden, nachdem die Regierung der Russischen Föderation eine Resolution zur Bekämpfung des Terrorismus und eine Liste zu schützender lebenswichtiger Objekte verabschiedet hat.

5. Glasfaser-TV-Überwachungssysteme

Der Systementwicklungsprozess umfasst normalerweise zwei Komponenten:

Auswahl geeigneter aktiver Übertragungswegkomponenten basierend auf benötigter(n) Funktion(en), Art und Anzahl verfügbarer bzw. angebotener Fasern und maximaler Übertragungsreichweite.

Passive Glasfaser-Infrastrukturdesigns, einschließlich Backbone-Kabeltypen und -spezifikationen, Anschlusskästen, Glasfaser-Patchpanels.

1 Komponenten des Videoübertragungswegs

Zunächst einmal - welche Komponenten müssen tatsächlich erfüllt werden technische Spezifikationen Systeme?

Feste Kamerasysteme - Diese Systeme sind extrem einfach und bestehen typischerweise aus einem miniaturisierten Glasfasersender und einem entweder modularen oder in einem Gestell montierten Empfänger. Der Sender ist oft klein genug, um direkt im Kameragehäuse montiert zu werden, und ist mit einem koaxialen Bajonettanschluss, einem optischen „ST“-Anschluss und Klemmen zum Anschluss einer Niederspannungsversorgung (normalerweise 12 V DC oder AC) ausgestattet. Das Überwachungssystem eines typischen Kraftwerks besteht aus mehreren Dutzend dieser Kameras, deren Signale an die zentrale Leitwarte übertragen werden, wobei die Empfänger in einem Rack auf einer Standardkarte im 19-Zoll-3HE-Format mit einem gemeinsamen montiert sind Energieversorgung.

Systeme auf gesteuerten Kameras mit PTZ-Geräten - solche Systeme sind komplexer, da ein zusätzlicher Kanal zum Übertragen von Kamerasteuersignalen erforderlich ist. Allgemein gesprochen gibt es zwei Arten von Fernsteuerungssystemen für solche Kameras – diejenigen, die eine unidirektionale Übertragung von Fernsteuerungssignalen (von der Zentralstation zu den Kameras) und eine bidirektionale Übertragung erfordern. Bidirektionale Übertragungssysteme werden immer beliebter, da sie es jeder Kamera ermöglichen, den Empfang jedes Steuersignals zu bestätigen, und daher eine größere Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Steuerung bieten. Innerhalb jeder dieser Gruppen gibt es eine Vielzahl von Schnittstellenanforderungen, einschließlich RS232, RS422 und RS485. Andere Systeme verwenden keine digitale Schnittstelle, sondern übertragen Daten als eine Reihe von Audiosignalen über einen analogen Kanal, ähnlich dem Zweifrequenz-Tonwahlverfahren in der Telefonie.

Abb.6 Übertragung von Fernbedienungssignalen für ein PTZ-Gerät über eine einzelne Faser

Alle diese Systeme können mit entsprechendem Equipment auch mit Lichtwellenleitern betrieben werden. Unter normalen Umständen ist die gleichzeitige Übertragung von optischen Signalen auf derselben Faser in entgegengesetzte Richtungen unerwünscht, da es durch Streureflexionen in der Faser zu gegenseitiger Beeinflussung kommt. In Closed-Circuit-TV-Systemen erzeugt dieser Effekt immer dann Bildrauschen, wenn die Kamerasteuerung aktiviert wird.

Um eine bidirektionale Übertragung über eine einzelne Faser ohne gegenseitige Beeinflussung zu erreichen, ist es notwendig, dass die Sender an verschiedenen Enden der Faser mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten, beispielsweise bei 850 nm bzw. bei 1300 nm (Abb. 6). An jedem Ende der Faser ist ein Koppler an einem Wellenlängenmultiplexer (WDM) angeschlossen, der sicherstellt, dass jeder Empfänger nur die richtige Lichtwellenlänge (z. B. 850 nm) vom Sender am gegenüberliegenden Ende der Faser empfängt. Unerwünschte Reflexionen vom Sender am nahen Ende liegen im „falschen“ Bereich (also 1300 nm) und werden entsprechend abgeschnitten.

Optional – Während die Wahl einer festen Kamera oder einer Kamera auf einem PTZ-Gerät die Anforderungen der meisten Closed-Circuit-TV-Überwachungssysteme erfüllt, gibt es eine Reihe von Systemen, die dies erfordern Zusatzfunktionen, zum Beispiel die Übertragung von Audioinformationen - für allgemeine Benachrichtigungen, Hilfsnachrichten an den Verbraucher oder Kommunikation über Gegensprechanlage mit einer entfernten Stelle. Andererseits können Kontakte von Sensoren, die im Brandfall oder beim Auftauchen von Fremden ausgelöst werden, Teil eines integrierten Sicherheitssystems sein. Alle diese Signale können über Glasfaser übertragen werden – entweder das gleiche, das vom Netzwerk verwendet wird, oder ein anderes.

2 Video-Multiplexing

Bis zu 64 Video- und bis zu 128 Audio- oder digitale Datensignale können auf einer Singlemode-Faser gemultiplext werden, oder etwas weniger auf einer Multimode-Faser. Multiplexing bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die gleichzeitige Übertragung von bildschirmfüllenden Videosignalen in Echtzeit und nicht auf die Small-Frame- oder Split-Screen-Darstellung, auf die sich dieser Begriff häufiger bezieht.

Die Fähigkeit, viele Signale und zusätzliche Informationen über mehrere Glasfasern zu übertragen, ist sehr wertvoll, insbesondere für Langstrecken-CCTV-Überwachungssysteme wie Autobahnen oder Eisenbahnen, bei denen es oft entscheidend ist, die Anzahl der Glasfasern zu minimieren. Bei anderen Anwendungen mit kürzeren Entfernungen und weit verteilten Kameras sind die Vorteile nicht so offensichtlich, und hier sollte die erste Überlegung darin bestehen, für jedes Videosignal eine separate Glasfaserleitung zu verwenden. Die Entscheidung, ob gemultiplext werden soll oder nicht, ist ziemlich komplex und sollte nur nach Berücksichtigung aller Aspekte getroffen werden, einschließlich der Systemtopologie, der Gesamtkosten und nicht zuletzt der Netzwerkfehlertoleranz.

3 Kabelnetzinfrastruktur

Nachdem die Anforderungen an den Übertragungsweg ermittelt wurden, erfolgt die Entwicklung der Kabel-Glasfaser-Netzwerkinfrastruktur, die nicht nur die Kabel selbst, sondern auch alle Hilfskomponenten umfasst - Anschlussdosen, Kabelverlängerungsplatten, Bypass-Kabel.

Die erste Aufgabe besteht darin, die Richtigkeit der Wahl der Anzahl und Art der Lichtwellenleiter zu bestätigen, die in der Phase der Auswahl der Komponenten des Pfades festgelegt wurden. Wenn das System nicht sehr lang ist (d. h. nicht länger als etwa 10 km) und kein Multiplexen von Videosignalen beinhaltet, dann ist 50/125 µm oder 62,5/125 µm Multimode-Faser mit einem Gradientenbrechungsindex höchstwahrscheinlich die beste Wahl. Traditionell werden 50/125 µm Glasfaser für geschlossene TV-Systeme und 62,5/125 µm für lokale Netzwerke ausgewählt. In jedem Fall ist jede von ihnen für jede dieser Aufgaben geeignet, und im Allgemeinen werden in den meisten Ländern 62,5 / 125-Mikron-Fasern für beide Zwecke verwendet.

Die Anzahl der benötigten Fasern kann aus der Anzahl und relativen Position der Kammern bestimmt werden und ob unidirektional oder bidirektional verwendet wird. Fernbedienung oder Multiplexen. Weil Rohre. Kabel, die für die Verlegung in Außenkanälen vorgesehen sind, werden normalerweise entweder mit Aluminiumband (trockene Hohlrohre) oder mit einem wasserabweisenden Füllstoff (gelgefüllte Kabel) wasserdicht gemacht. Kabel für den Brandschutz.

Viele Closed-Circuit-TV-Systeme geringer Ausdehnung haben eine Sternkonfiguration, bei der ein einzelnes Kabelstück von jeder Kamera zur Kontrollstation verlegt wird. Für solche Systeme enthält das optimale Kabeldesign zwei Fasern - jeweils für die Videosignalübertragung und die Fernbedienung. Diese Konfiguration bietet 100 % Kabelkapazitätsspielraum, da bei Bedarf sowohl Video- als auch Fernsteuerungssignale über dieselbe Faser übertragen werden können. Stärker verzweigte Netzwerke können von der Verwendung der „umgekehrten Baumtopologie“ (invertierte Zweig- und Baumtopologie) profitieren (Abb. 7). In solchen Netzwerken verläuft ein zweiadriges Glasfaserkabel von jeder Kamera zu einem lokalen "Hub", wo sie zu einem einzigen mehradrigen Kabel verbunden werden. Der Hub selbst ist nicht viel komplizierter als eine herkömmliche Allwetter-Anschlussdose und kann oft mit dem Gerätekoffer einer der Kameras kombiniert werden.

Die zusätzlichen Kosten für das Hinzufügen von Glasfaser zu einem vorhandenen Kabel sind vernachlässigbar, insbesondere im Vergleich zu den damit verbundenen Kosten für öffentliche Arbeiten, und die Möglichkeit, Kabel mit Überkapazität zu installieren, sollte ernsthaft in Betracht gezogen werden.

In Gräben verlegte Glasfaserkabel können eine Stahldrahtverstärkung enthalten. Idealerweise sollten alle Kabel aus raucharmen, flammhemmenden Materialien hergestellt sein, um den örtlichen Vorschriften zu entsprechen, für die Installation in externen Kanälen oder direkt in Gräben vorgesehen sein, typischerweise eine Hohlrohrkonstruktion mit 2 bis 24 Fasern in einer oder mehreren

Abb.7 Baumtopologie eines Glasfasernetzes

An der Kontrollstation kommt das Eingangs-Glasfaserkabel normalerweise zu einem Koppler, der in einem 19-Zoll-Rack montiert ist, wobei jede Faser an jedem Ende einen eigenen individuellen ST-Anschluss hat. Für die Durchführung aller Installationsarbeiten sind keine besonderen Fähigkeiten erforderlich , abgesehen von einem vernünftigen Verständnis der Notwendigkeit einer sorgfältigen Handhabung von Glasfasern (z. B. die Faser nicht mit einem Radius von weniger als 10 Faserdurchmessern biegen) und den Anforderungen an die allgemeine Hygiene (d. h. Sauberkeit).

4
Verlustbudget

Es mag seltsam erscheinen, dass die Berechnung des optischen Dämpfungsbudgets in einem so späten Stadium des Entwicklungsprozesses erfolgt, aber tatsächlich ist es möglich, es mit einiger Genauigkeit erst zu berechnen, nachdem die Verkabelungsinfrastruktur vollständig definiert ist. Der Zweck der Berechnung besteht darin, den Verlust für den schlechtesten Signalpfad (normalerweise den längsten) zu bestimmen und sicherzustellen, dass die für den Übertragungspfad gewählte Ausrüstung mit einem angemessenen Spielraum in die erhaltenen Grenzen passt.

Die Berechnung ist recht einfach und besteht in der üblichen Aufsummierung der Verluste in Dezibel aller Komponenten des Weges, inklusive der Dämpfung im Kabel (dB/km x Länge in km) plus beiden Steckern und Verlusten an den Abzweigungen. Die größte Schwierigkeit besteht darin, den Herstellerunterlagen einfach die notwendigen Verlustzahlen zu entnehmen.

Abhängig vom erzielten Ergebnis muss die für den Übertragungsweg ausgewählte Ausrüstung möglicherweise neu bewertet werden, um akzeptable Verluste sicherzustellen. Beispielsweise kann es erforderlich sein, Geräte mit verbesserter Ausstattung zu bestellen optische Parameter, und wenn eines nicht gefunden wird, sollte man erwägen, auf ein Transparenzfenster mit einer längeren Wellenlänge umzusteigen, wo die Verluste geringer sind.

5 Systemtest und Inbetriebnahme

Die meisten Installateure von Glasfasernetzwerken liefern optische Testergebnisse für ein in Betrieb genommenes Glasfasernetzwerk. Sie sollten mindestens Messungen der optischen End-to-End-Übertragungsleistung für jede Glasfaserverbindung enthalten – dies entspricht einer Durchgangsprüfung für ein herkömmliches Kupfernetz mit elektrischen Signalmultiplexern. Diese Ergebnisse werden als Leitungsdämpfung in dB angegeben und können direkt mit den technischen Daten der für die Übertragungsstrecke ausgewählten Geräte verglichen werden. Für die unvermeidlichen Alterungsprozesse von LWL-Strecken, insbesondere bei Sendern, gilt im Allgemeinen eine Mindestdämpfungsmarge (zugesagtes Gerät minus Messwert) von 3 dB als normal.

Fazit

Experten sind oft der Meinung, dass Glasfaserlösungen viel teurer sind als Kupferlösungen. Im letzten Teil meiner Arbeit möchte ich das zuvor Gesagte zusammenfassen und versuchen herauszufinden, ob dies wahr ist oder nicht, indem ich die optischen Lösungen von 3M Volution mit einem typischen geschirmten System der 6 am nächsten an Multimode-Optik.

Die geschätzten Kosten eines typischen Systems umfassten den Preis eines Patchpanel-Ports mit 24 Ports (pro Teilnehmer), Teilnehmer und Rangierkabel, ein Teilnehmermodul und die Kosten für ein horizontales Kabel pro 100 Meter (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1 Berechnung der Kosten des SCS-Teilnehmerports für "Kupfer" der 6. Kategorie und Optik

Diese einfache Berechnung zeigte, dass die Kosten einer Glasfaserlösung nur 35 % höher sind als eine Twisted-Pair-Lösung der Kategorie 6, sodass die Gerüchte über die enormen Kosten der Optik etwas übertrieben sind. Darüber hinaus sind die Kosten der wichtigsten optischen Komponenten heute vergleichbar oder sogar niedriger als bei abgeschirmten Systemen der 6. Kategorie, aber leider sind vorgefertigte optische Schalt- und Teilnehmerkabel immer noch um ein Vielfaches teurer als Kupferanaloga. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund die Länge der Teilnehmerkanäle im horizontalen Subsystem 100 m überschreitet, gibt es einfach keine Alternative zur Optik.

Gleichzeitig machen die geringe Dämpfung und "Immunität" der Glasfaser gegenüber verschiedenen elektromagnetischen Einkopplungen sie zu einer idealen Lösung für heutige und zukünftige Kabelsysteme.

Strukturierte Verkabelungssysteme, die Glasfaser sowohl für Trunk- als auch für horizontale Kabelkanäle verwenden, bieten Kunden eine Reihe bedeutender Vorteile: flexiblere Struktur, geringere Gebäudefläche, höhere Sicherheit und bessere Handhabbarkeit.

Der Einsatz von Glasfaser am Arbeitsplatz wird es zukünftig ermöglichen, zu minimalen Kosten auf neue Netzwerkprotokolle wie Gigabit und 10 Gigabit Ethernet umzustellen. Dies ist dank einer Reihe neuerer Fortschritte in der Glasfasertechnologie möglich: Multimode-Faser mit verbesserter optischer Leistung und Bandbreite; optische Steckverbinder mit kleinem Formfaktor, die weniger Platz und weniger Installationskosten benötigen; Planare Laserdioden mit vertikalem Resonator ermöglichen kostengünstige Datenübertragung über große Entfernungen.

Ein breites Portfolio an optischen Verkabelungslösungen gewährleistet einen reibungslosen und kostengünstigen Übergang von Kupfer- zu vollständig optisch strukturierter Verkabelung.

Verzeichnis der verwendeten Literatur

1. Guk M. Hardware lokaler Netzwerke / M. Guk - St. Petersburg: Verlag "Piter", 2000.-572p.

Lösungen für Telekommunikationsbetreiber und Telekommunikation

Energie. Elektrotechnik. Verbindung.

Optische Kabel

Rodina O. V. Glasfaser-Kommunikationsleitungen / O.V. Heimat - M.: Hotline, 2009.-400c.

Ist Glasfaser Kommunikationsleitungen (FOCL) - ein auf einem Glasfaserkabel basierendes System zur Übertragung von Informationen im optischen (Licht-) Bereich. Gemäß GOST 26599-85 wurde der Begriff FOCL durch FOCL (Fiber Optic Transmission Line) ersetzt, aber in der täglichen Praxis wird der Begriff FOCL immer noch verwendet, daher werden wir in diesem Artikel dabei bleiben.

FOCL-Kommunikationsleitungen (wenn sie korrekt installiert sind) im Vergleich zu allen Kabelsysteme Sie zeichnen sich durch sehr hohe Zuverlässigkeit, hervorragende Kommunikationsqualität, große Bandbreite, deutlich größere unverstärkte Reichweite und nahezu 100 % Immunität gegen elektromagnetische Störungen aus. Das System basiert auf Glasfasertechnologie– Licht als Informationsträger verwendet wird, spielt die Art der übertragenen Information (analog oder digital) keine Rolle. Die Arbeit verwendet hauptsächlich Infrarotlicht, das Übertragungsmedium ist Glasfaser.

Geltungsbereich von FOCL

Glasfaserkabel werden seit mehr als 40 Jahren zur Bereitstellung von Kommunikation und Informationsübertragung verwendet, aber aufgrund ihrer hohen Kosten sind sie erst seit relativ kurzer Zeit weit verbreitet. Die Entwicklung von Technologien hat es ermöglicht, die Produktion wirtschaftlicher und die Kosten des Kabels erschwinglicher zu machen, und seine technischen Eigenschaften und Vorteile gegenüber anderen Materialien amortisieren schnell alle anfallenden Kosten.

Wenn derzeit ein Komplex von Niederspannungssystemen (Computernetzwerk, Zugangskontrollsystem, Videoüberwachung, Sicherheits- und Feueralarm, Perimetersicherheit, Fernsehen usw.) gleichzeitig in einem Objekt verwendet wird, ist es nicht möglich, darauf zu verzichten die Verwendung von Glasfaser-Kommunikationsleitungen. Nur die Verwendung von Glasfaserkabeln ermöglicht die gleichzeitige Verwendung all dieser Systeme und gewährleistet einen korrekten, stabilen Betrieb und die Erfüllung ihrer Funktionen.

FOCL wird zunehmend als grundlegendes System in der Entwicklung und Installation eingesetzt, insbesondere bei mehrstöckigen Gebäuden, langen Gebäuden und bei der Kombination einer Gruppe von Objekten. Nur Glasfaserkabel können die angemessene Menge und Geschwindigkeit der Informationsübertragung bereitstellen. Alle drei Teilsysteme können auf Basis von Lichtwellenleitern realisiert werden, im Teilsystem der innerbetrieblichen Autobahnen werden Lichtwellenleiter gleich häufig mit Kabeln aus eingesetzt Twisted-Pair, und im Subsystem der externen Autobahnen spielen sie eine dominierende Rolle. Es wird zwischen Glasfaserkabeln für die Außen- (Außenkabel) und Innenverlegung (Innenkabel) sowie Verbindungskabel für die horizontale Leitungsführung, die Ausstattung von Einzelarbeitsplätzen und die Zusammenführung von Gebäuden unterschieden.

Trotz der relativ hohen Kosten wird die Verwendung von Lichtwellenleitern immer gerechtfertigter und findet immer mehr Verbreitung.

Vorteile Glasfaserkommunikationsleitungen (FOCL) vor traditionellen "metallischen" Übertragungsmedien:

• Große Bandbreite;
• Leichte Signaldämpfung, zum Beispiel für ein 10-MHz-Signal beträgt sie 1,5 dB / km im Vergleich zu 30 dB / km für RG6-Koaxialkabel;
• Die Möglichkeit von "Masseschleifen" ist ausgeschlossen, da die optische Faser ein Dielektrikum ist und eine elektrische (galvanische) Trennung zwischen dem sendenden und dem empfangenden Ende der Leitung herstellt;
• Hohe Zuverlässigkeit der optischen Umgebung: Glasfasern oxidieren nicht, werden nicht nass, unterliegen keinen elektromagnetischen Einflüssen
• Verursacht keine Störungen in benachbarten Kabeln oder in anderen Glasfaserkabeln, da der Signalträger leicht ist und vollständig im Glasfaserkabel verbleibt;
• GFK ist absolut unempfindlich gegenüber Fremdsignalen und elektromagnetischen Störungen (EMI), es spielt keine Rolle, neben welcher Stromversorgung das Kabel verläuft (110 V, 240 V, 10.000 V Wechselstrom) oder ganz in der Nähe des Megawatt-Senders. Ein Blitzeinschlag in einem Abstand von 1 cm vom Kabel verursacht keine Störungen und beeinträchtigt den Betrieb des Systems nicht;
• Informationssicherheit - Informationen werden über Glasfaser "von Punkt zu Punkt" übertragen und können nur durch physischen Eingriff in die Übertragungsleitung abgehört oder geändert werden
• Glasfaserkabel sind leichter und kleiner - es ist bequemer und einfacher zu verlegen als ein Stromkabel mit demselben Durchmesser;
• Es ist nicht möglich, das Kabel abzuzweigen, ohne die Signalqualität zu beeinträchtigen. Jede Störung im System wird sofort am empfangenden Ende der Leitung erkannt, dies ist besonders wichtig für Sicherheits- und Videoüberwachungssysteme;
• Brand- und Explosionssicherheit bei Änderung physikalischer und chemischer Parameter

• Die Kosten des Kabels sinken jeden Tag, seine Qualität und Fähigkeiten beginnen sich gegenüber den Kosten für den Bau von Schwachstrom auf FOCL-Basis durchzusetzen

Es gibt keine idealen und perfekten Lösungen, wie jedes System hat FOCL seine Nachteile:

• Die Zerbrechlichkeit von Glasfaser - Bei einer starken Biegung des Kabels können die Fasern aufgrund des Auftretens von Mikrorissen brechen oder trüb werden. Um diese Risiken zu eliminieren und zu minimieren, werden Kabelverstärkungsstrukturen und -geflechte verwendet. Bei der Installation des Kabels müssen die Empfehlungen des Herstellers befolgt werden (wo insbesondere der minimal zulässige Biegeradius genormt ist);
• Die Komplexität der Verbindung im Falle einer Unterbrechung - ein spezielles Werkzeug und eine Qualifikation des Ausführenden sind erforderlich;
• Ausgefeilte Fertigungstechnologie, sowohl die Faser selbst als auch die FOCL-Komponenten;
• Komplexität der Signalumwandlung (in Schnittstellengeräten);
• Relativ hohe Kosten für optische Endgeräte. Allerdings ist die Ausrüstung absolut gesehen teuer. Das Verhältnis von Kosten zu Kapazität ist bei FOCL besser als bei anderen Systemen;
• Trübung der Faser durch Strahlenbelastung (es gibt jedoch dotierte Fasern mit hoher Strahlenbeständigkeit).

Die Installation von FOCL-Systemen setzt eine entsprechende Qualifikation des Auftragnehmers voraus, da die Konfektionierung des Kabels im Gegensatz zu anderen Übertragungsmedien mit Spezialwerkzeugen, mit besonderer Präzision und Geschicklichkeit erfolgt. Routing- und Signalumschalteinstellungen erfordern besondere Qualifikationen und Fähigkeiten, daher sollten Sie in diesem Bereich nicht sparen und Angst haben, Fachleute zu überbezahlen, die Beseitigung von Systemstörungen und die Folgen einer unsachgemäßen Kabelinstallation kosten mehr.

Das Funktionsprinzip eines Glasfaserkabels.

Die eigentliche Idee, Informationen mit Licht zu übertragen, ganz zu schweigen vom physikalischen Funktionsprinzip, ist den meisten Normalbürgern nicht ganz klar. Wir werden nicht weiter auf dieses Thema eingehen, aber wir werden versuchen, den Hauptmechanismus der Glasfaser zu erklären und eine solche hohe Leistung zu rechtfertigen.

Das Konzept der Faseroptik basiert auf den Grundgesetzen der Reflexion und Brechung von Licht. Aufgrund seines Designs kann Glasfaser Lichtstrahlen in der Faser halten und verhindern, dass sie bei der Übertragung eines Signals über viele Kilometer "durch Wände gehen". Außerdem ist es kein Geheimnis, dass die Lichtgeschwindigkeit höher ist.

Die Faseroptik basiert auf dem Effekt der Brechung am maximalen Einfallswinkel, wenn Totalreflexion stattfindet. Dieses Phänomen tritt auf, wenn ein Lichtstrahl ein dichtes Medium verlässt und in einem bestimmten Winkel in ein weniger dichtes Medium eintritt. Stellen Sie sich zum Beispiel eine absolut bewegungslose Wasserfläche vor. Der Betrachter blickt unter Wasser hervor und verändert den Blickwinkel. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird der Betrachtungswinkel so, dass der Beobachter keine Objekte sehen kann, die sich über der Wasseroberfläche befinden. Dieser Winkel wird Totalreflexionswinkel genannt. In diesem Winkel sieht der Betrachter nur Objekte, die sich unter Wasser befinden, es scheint, als würden Sie in einen Spiegel schauen.

Der innere Kern des FOCL-Kabels hat einen höheren Brechungsindex als der Mantel und es tritt der Effekt der Totalreflexion auf. Aus diesem Grund kann ein Lichtstrahl, der durch den inneren Kern geht, seine Grenzen nicht überschreiten.

Es gibt verschiedene Arten von Glasfaserkabeln:

• Bei einem gestuften Profil - einer typischen, billigsten Option - geht die Lichtverteilung in "Stufen" und der Eingangsimpuls wird aufgrund der unterschiedlichen Längen der Flugbahnen der Lichtstrahlen deformiert
• Bei einem glatten Profil "Multimode" breiten sich die Lichtstrahlen in "Wellen" ungefähr gleich schnell aus, die Länge ihrer Wege ist ausgeglichen, dies verbessert die Eigenschaften des Impulses;
• Singlemode-Glasfaser ist die teuerste Option, sie ermöglicht es Ihnen, die Strahlen in einer geraden Linie zu strecken, die Impulsübertragungseigenschaften werden nahezu perfekt.

Glasfaserkabel sind immer noch teurer als andere Materialien, ihre Installation und Terminierung sind schwieriger, sie erfordern qualifizierte Ausführende, aber die Zukunft der Informationsübertragung liegt zweifellos in der Entwicklung dieser Technologien, und dieser Prozess ist unumkehrbar.

FOCL besteht aus aktiven und passiven Komponenten. Am sendenden Ende des Lichtwellenleiters befindet sich eine LED oder eine Laserdiode, deren Strahlung durch das Sendesignal moduliert wird. Bei der Videoüberwachung ist dies ein zu übertragendes Videosignal digitale Signale Logik bleibt erhalten. Beim Senden wird die Infrarotdiode in der Helligkeit moduliert und pulsiert entsprechend den Signalschwankungen. Um ein optisches Signal zu empfangen und in ein elektrisches umzuwandeln, befindet sich normalerweise ein Fotodetektor auf der Empfangsseite.

Aktive Komponenten umfassen Multiplexer, Regeneratoren, Verstärker, Laser, Fotodioden und Modulatoren.

Multiplexer– kombiniert mehrere Signale zu einem, sodass über ein einziges Glasfaserkabel gleichzeitig mehrere Echtzeitsignale übertragen werden können. Diese Geräte sind unverzichtbar in Systemen mit einer unzureichenden oder begrenzten Anzahl von Kabeln.

Es gibt verschiedene Arten von Multiplexern, die sich in ihren technischen Eigenschaften, Funktionen und Umfang unterscheiden:

• spektrale Trennung (WDM) - das einfachste und billigste Gerät, überträgt optische Signale über ein Kabel von einer oder mehreren Quellen, die mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten;
• Frequenzmodulation und Frequenzmultiplexing (FM-FDM) - Geräte ziemlich immun gegen Rauschen und Verzerrungen, mit gute Leistung und Schaltungen mittlerer Komplexität, haben 4,8 und 16 Kanäle, sind optimal für die Videoüberwachung.
• Amplitudenmodulation mit teilweise unterdrücktem Seitenband (AVSB-FDM) - mit hochwertiger Optoelektronik können sie bis zu 80 Kanäle übertragen, sie sind optimal für Abonnentenfernsehen, aber teuer für Videoüberwachung;
• Pulscodemodulation (PCM - FDM) - ein teures Gerät, vollständig digital, das für die Verbreitung von digitalem Video und Videoüberwachung verwendet wird;

In der Praxis werden häufig Kombinationen dieser Verfahren eingesetzt. Regenerator - ein Gerät, das die Form eines optischen Impulses wiederherstellt, der bei der Ausbreitung durch die Faser einer Verzerrung unterliegt. Regeneratoren können sowohl rein optisch als auch elektrisch sein, die das optische Signal in ein elektrisches umwandeln, es wiederherstellen und dann wieder in ein optisches umwandeln.

Verstärker- verstärkt die Signalleistung auf den erforderlichen Spannungspegel, kann optisch und elektrisch sein, führt optoelektronische und elektrooptische Signalwandlung durch.

LEDs und Laser- Quelle monochromer kohärenter optischer Strahlung (Licht für Kabel). Bei Systemen mit direkter Modulation übernimmt er gleichzeitig die Funktionen eines Modulators, der ein elektrisches Signal in ein optisches umwandelt.

Fotodetektor(Fotodiode) - ein Gerät, das ein Signal am anderen Ende eines Glasfaserkabels empfängt und eine optoelektronische Signalumwandlung durchführt.

Modulator- ein Gerät, das eine optische Welle moduliert, die Informationen gemäß dem Gesetz eines elektrischen Signals trägt. In den meisten Systemen wird diese Funktion von einem Laser übernommen, aber in Systemen mit indirekter Modulation werden dafür separate Geräte verwendet.

Zu den passiven FOCL-Komponenten gehören:

Glasfaserkabel – fungiert als Medium zur Signalübertragung. Der Außenmantel des Kabels kann aus verschiedenen Materialien bestehen: PVC, Polyethylen, Polypropylen, Teflon und andere Materialien. Ein optisches Kabel kann verschiedene Arten von Panzerungen und spezifische Schutzschichten aufweisen (z. B. kleine Glasnadeln zum Schutz vor Nagetieren). Das Design kann sein:

Optokoppler- ein Gerät zum Verbinden von zwei oder mehr optischen Kabeln.

Optisches Kreuz- ein Gerät zum Abschließen eines optischen Kabels und zum Anschließen aktiver Geräte daran.

Spikes– ausgelegt für permanentes oder semi-permanentes Faserspleißen;

Anschlüsse– zum Wiederanschließen oder Trennen des Kabels;

Hähne- Geräte, die die optische Leistung mehrerer Fasern auf eine verteilen;

Schalter– Geräte, die optische Signale unter manueller oder elektronischer Steuerung umverteilen

Installation von Glasfaser-Kommunikationsleitungen, ihre Merkmale und Verfahren.

Fiberglas ist ein sehr starkes, aber sprödes Material, obwohl es dank seiner Schutzhülle fast wie Elektrizität gehandhabt werden kann. Bei der Installation des Kabels gelten jedoch die Anforderungen des Herstellers für:

• "Maximale Spannung" und "Maximale Bruchkraft", ausgedrückt in Newton (ca. 1000 N oder 1 kN). Bei einem optischen Kabel fällt die Hauptbelastung auf die tragende Struktur (verstärkter Kunststoff, Stahl, Kevlar oder eine Kombination aus beidem). Jede Konstruktionsart hat ihre eigene individuelle Leistung und ihren eigenen Schutzgrad. Wenn die Spannung das vorgeschriebene Niveau überschreitet, kann die Faser beschädigt werden.
• "Mindestbiegeradius" - Biegungen weicher machen, scharfe Biegungen vermeiden.
• „Mechanische Festigkeit“, sie wird in N/m (Newton/Meter) ausgedrückt – Schutz des Kabels vor körperlicher Beanspruchung (es kann betreten oder sogar von Fahrzeugen überfahren werden. Sie sollten äußerst vorsichtig sein und besonders die Kreuzungen und Verbindungen sichern , die Belastung steigt aufgrund der kleinen Kontaktfläche stark an.

Optische Kabel werden normalerweise auf Holztrommeln mit einer starken Kunststoffschutzschicht oder Holzbohlen um den Umfang gewickelt geliefert. Die äußeren Schichten des Kabels sind am anfälligsten, daher ist es notwendig, während der Installation das Gewicht der Trommel zu berücksichtigen, sie vor Stößen und Stürzen zu schützen und bei der Lagerung Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Lagern Sie die Fässer am besten horizontal, aber wenn sie vertikal liegen, sollten sich ihre Kanten (Ränder) berühren.

Das Verfahren und die Merkmale der Installation eines Glasfaserkabels:

1. Vor der Installation ist es notwendig, die Kabeltrommeln auf Beschädigungen, Dellen, Kratzer zu untersuchen. Im Verdachtsfall ist es besser, das Kabel sofort für eine weitere detaillierte Untersuchung oder Ablehnung beiseite zu legen. Kurze Stücke (weniger als 2 km) können mit jeder Taschenlampe auf Faserdurchgang geprüft werden. Glasfaserkabel für die Infrarotübertragung übertragen normales Licht genauso gut.
2. Untersuchen Sie dann die Route auf mögliche Probleme (scharfe Kurven, verstopfte Kabelkanäle usw.) und nehmen Sie gegebenenfalls Änderungen an der Route vor, um Risiken zu minimieren.
3. Verteilen Sie das Kabel entlang der Strecke so, dass sich die Anschlusspunkte und der Anschluss von Verstärkern an zugänglichen Stellen befinden, aber vor widrigen Einflüssen geschützt sind. Es ist wichtig, dass an den Stellen zukünftiger Verbindungen ein ausreichender Kabelvorrat verbleibt. Die freiliegenden Kabelenden müssen durch wasserdichte Kappen geschützt werden. Rohre werden verwendet, um Biegespannungen und Schäden durch vorbeifahrenden Verkehr zu minimieren. An beiden Enden der Kabelstrecke verbleibt ein Teil des Kabels, dessen Länge von der geplanten Konfiguration abhängt).
4. Bei der Erdverlegung wird das Kabel zusätzlich vor Beschädigungen an lokalen Belastungspunkten, wie z. B. Kontakt mit heterogenem Verfüllmaterial, Grabenunebenheiten, geschützt. Dazu wird das Kabel im Graben auf eine Sandschicht von 50-150 cm gelegt und von oben mit der gleichen Sandschicht von 50-150 cm bedeckt. Zu beachten ist, dass es sowohl unmittelbar als auch während des Betriebs (bereits nach dem Verfüllen des Kabels) zu Schäden am Kabel kommen kann, z. B. durch ständigen Druck kann ein nicht entfernter Stein das Kabel nach und nach durchdrücken. Arbeiten zum Diagnostizieren und Auffinden und Beheben von Verletzungen eines bereits vergrabenen Kabels kosten viel mehr als Genauigkeit und Einhaltung der Installationsvorkehrungen. Die Tiefe des Grabens hängt von der Art des Bodens und der zu erwartenden Belastung der Oberfläche ab. In hartem Gestein beträgt die Tiefe 30 cm, in weichem Gestein oder unter der Straße 1 m. Die empfohlene Tiefe beträgt 40-60 cm bei einer Sandbettdicke von 10 bis 30 cm.
5. Am häufigsten wird die Kabelverlegung in einem Graben oder in einer Wanne direkt von der Trommel verwendet. Bei der Installation sehr langer Leitungen wird die Trommel auf das Fahrzeug gelegt, während die Maschine vorrückt, wird das Kabel an seiner Stelle verlegt, während Sie sich nicht beeilen sollten, werden das Tempo und die Reihenfolge des Abwickelns der Trommel manuell angepasst.
6. Bei der Kabelverlegung in der Rinne gilt es vor allem, den kritischen Biegeradius und die mechanische Belastung nicht zu überschreiten. Das Kabel sollte in einer Ebene verlegt werden, keine konzentrierten Lastpunkte erzeugen, scharfe Ecken auf der Strecke, Druck und Kreuzungen mit anderen Kabeln und Strecken vermeiden, das Kabel nicht biegen.
7. Das Einziehen von Glasfaserkabeln durch Kabelkanäle ähnelt dem Einziehen von normalen Kabeln, aber Sie sollten keine übermäßige körperliche Anstrengung unternehmen und die Herstellerangaben verletzen. Beachten Sie bei der Verwendung von Klemmschellen, dass die Last nicht auf den Außenmantel des Kabels, sondern auf die tragende Struktur fallen sollte. Zur Reibungsminderung kann Talkum oder Styroporgranulat verwendet werden, andere Gleitmittel sind mit dem Hersteller abzustimmen.
8. In Fällen, in denen das Kabel bereits konfektioniert ist, muss bei der Installation des Kabels besonders darauf geachtet werden, dass die Stecker nicht beschädigt, nicht verschmutzt und im Anschlussbereich nicht übermäßig belastet werden.
9. Nach dem Verlegen des Kabels in der Rinne wird es mit Kabelbindern befestigt, es darf nicht rutschen oder durchhängen. Wenn die Oberflächenbedingungen die Verwendung spezieller Kabelbefestigungen nicht zulassen, ist die Verwendung von Klemmen akzeptabel, jedoch mit äußerster Sorgfalt, um das Kabel nicht zu beschädigen. Es empfiehlt sich die Verwendung von Schellen mit Kunststoffschutzmantel, für jedes Kabel sollte eine separate Schelle verwendet werden und auf keinen Fall mehrere Kabel zusammengezogen werden. Es ist besser, zwischen den Endpunkten der Kabelbefestigung etwas Spiel zu lassen und das Kabel nicht unter Spannung zu setzen, da es sonst nicht gut auf Temperaturschwankungen und Vibrationen reagiert.
10. Wenn die Faser während der Installation immer noch beschädigt wird, markieren Sie den Bereich und lassen Sie genügend Kabel für späteres Spleißen.

Grundsätzlich unterscheidet sich die Verlegung eines Glasfaserkabels nicht wesentlich von der Verlegung eines herkömmlichen Kabels. Wenn Sie alle von uns angegebenen Empfehlungen befolgen, gibt es keine Probleme bei der Installation und im Betrieb, und Ihr System wird lange, effizient und zuverlässig arbeiten.

Ein Beispiel für eine typische Lösung zum Verlegen einer FOCL-Leitung

Die Aufgabe besteht darin, ein FOCL-System zwischen zwei separaten Gebäuden des Produktionsgebäudes und des Verwaltungsgebäudes zu organisieren. Die Entfernung zwischen den Gebäuden beträgt 500 m.

Kostenvoranschlag für die Installation des FOCL-Systems

Nr. p / p	Name der Ausrüstung, Materialien, Arbeiten	Einheit von i	Menge	Preis pro Stück.	Betrag, in Rubel
ICH.	FOCL-Systemausrüstung, einschließlich:				25 783
1.1.	Optische Kreuzwand (SHKON) 8 Ports	STCK.	2	2600	5200
1.2.	Medienkonverter 10/100-Base-T / 100Base-FX, Tx/Rx: 1310/1550nm	STCK.	2	2655	5310
1.3.	Optische Kopplung	STCK.	3	3420	10260
1.4.	Schaltkasten 600x400	STCK.	2	2507	5013
II.	Kabelrouten und Materialien des FOCL-Systems, einschließlich:				25 000
2.1.	Optisches Kabel mit Außenkabel 6kN, Zentralmodul, 4 Fasern, Singlemode G.652.	m.	200	41	8200
2.2.	Optisches Kabel mit internem Stützkabel, Zentraleinheit, 4 Fasern, Singlemode G.652.	m.	300	36	10800
2.3.	Sonstiges Verbrauchsmaterial (Verbinder, selbstschneidende Schrauben, Dübel, Isolierband, Befestigungsmittel etc.)	einstellen	1	6000	6000
III.	GESAMTKOSTEN FÜR AUSRÜSTUNG UND MATERIAL (Pos. I+Pos. II)				50 783
IV.	Transport- und Beschaffungskosten, 10% *S.III				5078
v.	Geräteinstallations- und Schaltarbeiten, einschließlich:				111 160
5.1.	Bannerinstallation	Einheiten	4	8000	32000
5.2.	Verkabelung	m.	500	75	37500
5.3.	Montage und Schweißen von Steckverbindern	Einheiten	32	880	28160
5.4.	Installation von Schaltanlagen	Einheiten	9	1500	13500
VI.	SUMME GEMÄSS KOSTENVORANSCHLAG (Position III + Position IV + Position V)				167 021

Erläuterungen und Kommentare:

1. Die Gesamtlänge der Strecke beträgt 500 m, einschließlich:
   • vom Zaun zum Produktionsgebäude und zum Verwaltungsgebäude jeweils 100 m (insgesamt 200 m);
   • entlang des Zauns zwischen Gebäuden 300 m.
2. Die Kabelinstallation wird durchgeführt offener Weg, einschließlich:
   • von Gebäuden bis zum Zaun (200 m) auf dem Luftweg (Einschnürung) unter Verwendung von Materialien, die auf die Verlegung von Glasfaserleitungen spezialisiert sind;
   • zwischen Gebäuden (300 m) entlang eines Zauns aus Stahlbetonplatten, das Kabel wird mit Metallklammern in der Mitte der Zaunplane befestigt.
3. Für die Organisation von FOCL wird ein spezielles selbsttragendes (eingebautes Kabel) gepanzertes Kabel verwendet.

Derzeit werden als optische Kommunikationsleitungen verwendet:

• a) optische Leitungen mit Glasfaserkabel - Glasfaserkommunikationsleitungen (FOCL);
• b) optische Kommunikationsleitungen ohne Verwendung eines Glasfaserkabels.

Glasfaser-Kommunikationsleitungen haben die besten Indikatoren in Bezug auf Datenübertragungsgeschwindigkeit, Störfestigkeit und Schutz vor unbefugtem Zugriff.

Glasfaser-Kommunikationsleitungen (FOCL)

Das Blockdiagramm einer Glasfaser-Kommunikationsleitung ist in Abb. 1 dargestellt. 7.11.

Reis. 7.11.

Das elektrische Signal wird an einen Sender gesendet - einen Transceiver, der das elektrische Signal in einen Lichtimpuls umwandelt. Letztere wird über einen optischen Stecker in das optische Kabel eingespeist. Am Empfangspunkt wird das optische Kabel mit einem Empfänger-Transceiver verbunden, der den Lichtstrahl über einen optischen Stecker in ein elektrisches Signal umwandelt.

Abhängig vom Zweck des FOCL, seiner Länge, der Qualität der verwendeten Komponenten strukturelles Schema kann sich ändern. Bei erheblichen Entfernungen zwischen Sende- und Empfangspunkt wird ein Repeater eingeführt - ein Signalverstärker. Bei einer kurzen Länge des optischen Kabels (wenn die Baulänge des optischen Kabels ausreicht) ist kein Kabelschweißen erforderlich. Als Baulänge wird die Länge eines einzelnen vom Hersteller gelieferten Kabelstücks verstanden.

Glasfaser-Kommunikationsleitungen haben folgende Vorteile:

• 1. Hohe Störfestigkeit gegen externe elektromagnetische Interferenzen und gegen gegenseitige Interferenzen zwischen Kanälen.
• 2. Ein großer Bereich von Betriebsfrequenzen ermöglicht die Übertragung von Informationen über eine solche Kommunikationsleitung mit einer Rate von 10|2 Bit/s = Tbit/s.
• 3. Schutz vor unbefugtem Zugriff: FOCL gibt fast keine Strahlung in den umgebenden Raum ab, und es ist fast unmöglich, optische Energieabgriffe herzustellen, ohne das Kabel zu zerstören. Und jede Auswirkung auf die Faser kann durch Überwachung (kontinuierliche Kontrolle) der Integrität der Leitung erfasst werden.
• 4. Die Möglichkeit der verdeckten Übermittlung von Informationen.
• 5. Potenziell niedrige Kosten durch den Ersatz teurer Nichteisenmetalle (Kupfer) durch Materialien mit unbegrenzten Rohstoffen (Siliziumdioxid).
• 6. Galvanische Trennung von Leitungssegmenten wird automatisch bereitgestellt.

Die Glasfasertechnik hat jedoch auch ihre Nachteile:

• 1. Hohe Ausrüstungskosten.
• 2. Sowohl bei der Installation als auch im Betrieb ist eine teure technologische Ausstattung erforderlich. Wenn ein optisches Kabel bricht, sind die Kosten für seine Wiederherstellung viel höher als für die Wiederherstellung eines Kupferkabels.
• 3. Optische Kabel sind nicht strahlungsbeständig.

FOCL basiert auf optischen Kabeln aus

einzelne Lichtleiter - optische Fasern.

Glasfaser ist ein dünner zweilagiger Faden, bestehend aus einem Kern und einer Hülle mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Um die Faser vor atmosphärischen und mechanischen Einflüssen zu schützen, wird über dem reflektierenden Mantel eine Schutzschicht aufgebracht. Der Aufbau einer Lichtleitfaser mit Schutzmantel ist in Abb. 7.12 dargestellt.

Reis. 7.12.

Es werden 3 Arten von Lichtwellenleitern verwendet: Polymer-Lichtwellenleiter (POF = Plastic Optical Fiber), Quarz-Polymer-Lichtwellenleiter (PCF = Polymer Cladded Fiber), Quarz-Lichtwellenleiter (GOF = Glass Optical Fiber).

Optische Polymerfasern werden aus Polymermaterialien mit hohen optischen Eigenschaften hergestellt. Lichtwellenleiter aus polymeroptischen Fasern zeichnen sich durch eine gute Flexibilität aus (bei einem Faserdurchmesser von 1,5 mm beträgt der zulässige Faserbiegeradius 8 mm) und bieten einen Durchsatz von bis zu 2,5 Gbit/s, was deutlich über dem von Twisted Pair liegt (maximal 1 Gbit/s). Reichweite der Datenübertragung - bis zu 80 m.

POF ist derzeit weit verbreitet. Es wird für dekorative, architektonische und Landschaftsbeleuchtungssysteme, zur Beleuchtung von Schwimmbädern und zur sicheren Beleuchtung von Gefahrenbereichen verwendet. Als weiteres Anwendungsgebiet kann die Verwendung von POF zur Herstellung optischer Anzeigesysteme für Informationstafeln in der Unterhaltungs-, Automobil-, Industrie- und Medizinelektronik angesehen werden. SOV wird verwendet, um schnelle, kostengünstige, elektromagnetische störungsfreie Datenübertragungsleitungen weiter zu schaffen kurze Distanzen(technologische Prozessautomatisierungssysteme, Übertragung von Signalen von Videokameras, optische Sensoren; lokale Netzwerke). Beispielsweise werden POV-Kabel im Industriestandard PROFIBUS verwendet. Abbildung 7.13 zeigt das Aussehen eines solchen Kabels mit installiertem Stecker.

Quarz-Polymer-Lichtwellenleiter bestehen aus einem Quarzkern und einer reflektierenden Polymerummantelung und sind für Intra- und Inter-Objekt-Kommunikationssysteme ausgelegt. Datenübertragungsreichweite bis zu 400 m, Radius mehrerer Kabelbiegungen - nicht weniger als

75mm. PCF-Kabel werden vorgeschnitten mit installierten Steckern geliefert. Aussehen Eines dieser Kabel ist in Abb. 1 dargestellt. 7.13.

Reis. 7.13.

Quarz-Lichtwellenleiter bestehen aus hochreinem Quarzglas (Kern und reflektierender Mantel) und werden dort eingesetzt, wo große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit und über große Distanzen – bis zu mehreren Kilometern (Long Distance, Intra- und Inter- Objektkommunikationssysteme: lokale Computernetzwerke LAN (Local Area Networks), MAN-Netzwerke (Metropolitan Area Networks), WAN-Netzwerke (Wide Area Networks)).

Die Übertragung optischer Energie durch eine optische Faser erfolgt durch den Effekt der Totalreflexion. Quarzglasfaser ist ein zweilagiger zylindrischer Lichtleiter (Abb. 7.14).

Reis. 7.

in Faser

Das Material des inneren Kerns hat einen Brechungsindex n und und das Material der äußeren Schicht ist Nr. 2, dabei n > n 2, d.h. das Material des inneren Kerns ist optisch dichter als das Material der Hülle. Für Strahlung, die unter kleinen Winkeln zur Zylinderachse in den Zylinder eintritt, ist die Bedingung der Totalreflexion erfüllt: Wenn Strahlung auf die Grenze zum Mantel trifft, wird die gesamte Strahlungsenergie in den Kern der Faser reflektiert. Dasselbe passiert mit allen nachfolgenden Reflexionen; infolgedessen breitet sich die Strahlung entlang der Faserachse aus, ohne durch den Mantel auszutreten. Der maximale Achswinkel, bei dem noch Totalreflexion auftritt, ist gegeben durch

Wert Eine 0 wird die numerische Apertur des Lichtwellenleiters genannt und wird bei der Anpassung des Lichtwellenleiters an den Emitter berücksichtigt. Strahlung trifft schräg auf die Stirnfläche y> yo(Out-of-Aperture-Strahlen), wenn sie mit der Hülle interagieren, werden sie nicht nur reflektiert, sondern auch gebrochen; ein Teil der optischen Energie verlässt die Faser. Letztendlich wird diese Strahlung nach mehreren Begegnungen mit der Kern-Mantel-Grenze vollständig von der Faser gestreut.

Optische Fasern sind durch zwei wichtige Parameter gekennzeichnet: Dispersion und Dämpfung.

Die Dispersion, also die Abhängigkeit der Svon der Strahlungswellenlänge, ist der wichtigste Parameter einer optischen Faser. Da eine LED oder ein Laser bei der Informationsübertragung ein bestimmtes Wellenlängenspektrum emittiert, führt die Dispersion zu einer Verbreiterung der Pulse bei der Ausbreitung entlang der Faser und erzeugt dadurch eine Signalverzerrung. Bei der Beurteilung der Dispersion wird der Begriff "Bandbreite" verwendet - der Kehrwert der Impulsverbreiterung, wenn er eine Strecke von 1 km entlang der Glasfaser durchläuft. Die Bandbreite wird in Megahertz pro Kilometer (MHz km) gemessen. Die Streuung erlegt dem Übertragungsbereich und dem oberen Wert der Frequenz von übertragenen Signalen Beschränkungen auf.

Dämpfung wird durch die Verluste durch Absorption und Streuung von Strahlung in der optischen Faser bestimmt. Der Absorptionsverlust hängt von der Reinheit des Materials ab, und der Streuverlust hängt von der Inhomogenität seiner Brechungsindizes ab. Die Dämpfung hängt auch von der Wellenlänge der in die Lichtleitfaser eingebrachten Strahlung ab.

Die Dämpfung wird durch die Formel quantifiziert

wobei Pin die Leistung des optischen Eingangssignals ist; R ex- Leistung des optischen Ausgangssignals; / - die Länge der Faser.

Die Einheit der Dämpfung ist Dezibel pro Kilometer (dB/km).

Die Dämpfungs- und Dispersionswerte unterscheiden sich z verschiedene Typen Glasfasern aus Quarz.

Je nach Durchmesser und Verlauf des Brechungsindex in Richtung vom Zentrum zur Peripherie im Faserquerschnitt werden sie in Multimode-Fasern mit gestuftem Brechungsindex-Profil, Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern mit a unterteilt Gradientenänderung des Brechungsindex. Auf Abb. 7.15 zeigt die Lichtausbreitungswege in verschiedenen Arten von Lichtwellenleitern.

Reis. 7.15.

Die Faser in (Abb. 7.15, a) wird Stufenindex- und Multimode-Faser genannt, da es viele mögliche Wege oder Moden für die Ausbreitung eines Lichtstrahls gibt. Dieser Satz von Moden führt zu einer Impulsdispersion (Verbreiterung), da jeder Mode einen anderen Weg durch die Faser zurücklegt und daher unterschiedliche Moden unterschiedliche Übertragungsverzögerungen haben, wenn sie von einem Ende der Faser zum anderen wandern. Das Ergebnis dieses Phänomens ist eine Begrenzung der maximalen Frequenz, die für eine gegebene Faserlänge effizient übertragen werden kann. Das Erhöhen entweder der Frequenz oder der Länge der Faser über die Grenzwerte hinaus führt im Wesentlichen zum Verschmelzen aufeinanderfolgender Impulse, wodurch sie nicht mehr unterschieden werden können. Für eine typische Multimode-Faser liegt diese Grenze bei ungefähr 15 MHz km. Das bedeutet, dass ein Videosignal mit einer Bandbreite von beispielsweise 5 MHz über eine maximale Entfernung von 3 km übertragen werden kann (5 MHz? 3 km = 15 MHz km). Der Versuch, ein Signal über eine größere Entfernung zu übertragen, führt zu einem fortschreitenden Verlust hoher Frequenzen. Bei Multimode-Fasern beträgt der Durchmesser des Lichtstrangs 50; 62,5; 85; 140 um.

Singlemode-Fasern (Abb. 7.15, b) reduzieren sehr effektiv die Streuung, und die daraus resultierende Bandbreite - viele GHz km - macht sie ideal für lange Verbindungen. Idealerweise breitet sich nur eine Welle durch Singlemode-Fasern aus. Sie haben einen viel niedrigeren Dämpfungskoeffizienten (je nach Wellenlänge um das 2 ... 4- und sogar 7 ... 10-fache) im Vergleich zu Multimode- und die höchste Bandbreite, da das Signal in ihnen fast nicht verzerrt wird. Dafür muss aber der Durchmesser des Faserkerns der Wellenlänge entsprechen. Praktisch beträgt der Durchmesser 8 ... 10 Mikrometer. Leider erfordert eine Faser mit einem so kleinen Durchmesser die Verwendung eines leistungsstarken, genau ausgerichteten und daher relativ teuren Laserdiodenemitters, was ihre Attraktivität für viele Anwendungen verringert.

Idealerweise wird eine Faser mit der gleichen Bandbreite wie eine Singlemode-Faser, aber mit dem gleichen Durchmesser wie eine Multimode-Faser benötigt, um den Einsatz kostengünstiger LED-Sender zu ermöglichen. Diese Anforderungen werden zum Teil durch eine Multimode-Faser mit Gradientenänderung des Brechungsindex erfüllt (Abb. 7.15, c). Sie ähnelt der oben diskutierten Stufenindex-Multimode-Faser, aber der Brechungsindex ihres Kerns ist ungleichmäßig – sie ändert sich sanft von einem Maximalwert in der Mitte zu niedrigeren Werten an der Peripherie. Dies führt zu zwei Konsequenzen. Erstens bewegt sich das Licht auf einem leicht gekrümmten Weg, und zweitens, und was noch wichtiger ist, sind die Unterschiede in der Ausbreitungsverzögerung zwischen den verschiedenen Moden minimal. Dies liegt daran, dass die hohen Moden, die in einem größeren Winkel in die Faser eintreten und einen längeren Weg zurücklegen, tatsächlich beginnen, sich schneller auszubreiten, wenn sie sich von der Mitte weg in die Zone bewegen, in der der Brechungsindex abnimmt, und sich im Allgemeinen schneller ausbreiten als niedriger -Ordnungsmoden, die nahe an der Faserachse bleiben, im Bereich mit hohem Brechungsindex. Die Erhöhung der Geschwindigkeit kompensiert gerade die größere zurückgelegte Strecke.

Gradienten-Multimode-Lichtwellenleiter sind vorzuziehen, weil sich in ihnen erstens weniger Moden ausbreiten und zweitens ihre Einfalls- und Reflexionswinkel weniger unterschiedlich sind und folglich die Übertragungsbedingungen günstiger sind.

Obwohl Multimode-Gradientenindexfasern nicht ideal sind, weisen sie dennoch eine sehr gute Bandbreite auf. Daher ist in den meisten Systemen mit kurzer und mittlerer Länge die Wahl dieses Fasertyps vorzuziehen.

Das optische Signal wird in allen Fasern mit einer Rate gedämpft, die von der Wellenlänge des Lichtquellensenders abhängt. Es gibt drei Wellenlängen, bei denen die Dämpfung einer Glasfaser normalerweise minimal ist - 850, 1310 und 1550 nm. Diese werden als Transparenzfenster bezeichnet. Für Multimode-Systeme ist das 850-nm-Fenster das erste und am häufigsten verwendete (kostengünstigste Glasfaserverbindung). Bei dieser Wellenlänge weist eine abgestufte Multimode-Faser guter Qualität eine Dämpfung in der Größenordnung von 3 dB/km auf, was eine Kommunikation über Entfernungen von mehr als 3 km ermöglicht.

Bei einer Wellenlänge von 1310 nm zeigt dieselbe Faser eine noch geringere Dämpfung - 0,7 dB / km, wodurch eine proportionale Erhöhung der Kommunikationsreichweite auf etwa 12 km ermöglicht wird; 1310 nm ist auch das erste Betriebsfenster für Singlemode-Glasfasersysteme mit einer Dämpfung von etwa 0,4 dB/km, das Ihnen in Kombination mit Laserdiodensendern ermöglicht, Verbindungen über 50 km Länge herzustellen. Das zweite Transparenzfenster – 1550 nm – wird verwendet, um noch längere Kommunikationsleitungen zu schaffen (Faserdämpfung – weniger als 0,24 dB/km).

Die Dämpfungswerte in verschiedenen Transparenzfenstern in Multimode- und Singlemode-Fasern sind in Tabelle 1 angegeben. 7.3.

Tabelle 7.3

Dämpfungswerte in Multimode- und Singlemode-Fasern

Zur Verbindung von Empfänger und Sender wird ein Glasfaserkabel (FOC) verwendet, bei dem Glasfasern mit Elementen ergänzt werden, die die Elastizität und Festigkeit des Kabels erhöhen und das Kabel vor äußeren Einflüssen schützen. Es gibt Kabel für die Innenverlegung, Kabel für den Außenbereich (Kabel, die im Boden vergraben werden können; Kabel, die in speziellen Abwasserkanälen verlegt werden; Kabel, die im offenen Raum aufgehängt werden), Kabel für lange Unterwasserkommunikationsleitungen.

Nahezu alle europäischen Hersteller versehen Lichtwellenleiter mit Kennzeichnungen nach dem System DIN VDE 0888. Nach dieser Norm wird jedem Kabeltyp eine Buchstaben- und Zahlenfolge zugeordnet, die alle Merkmale von Lichtwellenleitern enthält. heimische Produzenten verwenden ihre eigene Klassifikation und Notation.

Vorübergehender Ausfall eines optischen Kabels oder die Unfähigkeit, ein Kabel zu verlegen, die Notwendigkeit eines hohen Schutzes gegen elektromagnetische Störungen und Abhören führte zur Schaffung von drahtlosen optischen Kommunikationsleitungen mit unterschiedlichen Kommunikationsreichweiten.

Optische Kommunikationsleitungen ohne Verwendung von Glasfaserkabeln werden in optische Langstreckenleitungen und lokale drahtlose optische Leitungen unterteilt.

Die Ideologie der kabellosen Optik basiert darauf, dass der optische Kanal das Kabel ersetzt.