Помехи Оптоволокно
На оптоволоконные кабели совершенно не воздействуют электромагнитные помехи (ЕМІ), радиочастотные помехи (RFI), молнии и скачки высокого напряжения. Они не страдают от проблем емкостных или индуктивных сопряжений. При правильном проектировании на оптоволоконные кабели не должны воздействовать электромагнитные импульсы от ядерных взрывов и фоновой радиации. (Это известие утешит большую часть населения после ядерной войны!)
В дополнение к этому факту оптоволоконные кабели не создают никаких электромагнитных илй радиочастотных помех. Это свойство очень ценно для производства вычислений, обработки видео — и аудиоинформации, где все более важным для возросщего качества воспроизведения и записи становится окружение с низким шумом.
На обычные кабели влияют внешние помехи. В зависимости от типов кабелей и степеней их экранирования, они в разной степени подвержены электромагнитным и радиопомехам через индуктивные, емкостные и резистивные связи. Системы связи на основе традиционных кабелей полностью выходят из строя под действием электромагнитных импульсов ядерных взрывов.
Обычные кабели также излучают электромагнитные волны, что может вызвать помехи в других кабельных системах связи. Объем излучения зависит от величины передаваемого сигнала и качества экрана.
1.2.5. ЭлЕктроизодяция Оптоволокно
Оптоволоконные кабели обеспечивают полную гальваническую развязку между обоими концами кабеля. Непроводимость волокон делает кабели нечувствительными к скачкам напряжения. Это устраняет электромагнитные и эфирные помехи, которые могут быть вызваны контурами заземления, синфазными напряжениями, а также смещениями и короткими замыканиями потенциала земли. Оптоволоконный кабель действует как длинный изолятор. Поскольку оптические волокна не излучают волны и не подвержены помехам, еще одним их преимуществом является отсутствие взаимного влияния кабелей (то есть воздействия излучения одного кабеля связи на другой, проложенной рядом с ним).
Традиционные кабели, просто работая по своему предназначению, предоставляют электрическое соединение между своими концами. Следовательно, они восприимчивы к электромагнитным и эфирным помехам от контуров заземления, синфазных напряжений и смещений потенциала земли. Они также подвержены проблемам взаимного влияния.
- Расстояния передачи Оптоволокно
- Сравнение оптоволоконных и ка6ельных систем
- Рекомендации по выбору бизнеса
- Строительное оборудование МСД
- Тепловые насосы
Преимущества и недостатки оптических волокон
Оптическое волокно с каждым днем набирает все большую популярность как среда для передачи информации. Это обусловлено множеством преимуществ по сравнению с медными парами. Рассмотрим основные преимущества и недостатки оптических волокон.
Преимущества оптических волокон:
- Помехозащищенность.
Никакие виды электромагнитных помех не влияют на качество передачи информации в оптическом волокне. Благодаря этому, оптическое волокно может располагаться вблизи таких мощных источников электромагнитных помех как: радиоантенны, неоновая реклама, оборудование АТС (особенно декадно шаговых), станки на заводах и др. Кроме того, многие ЛЭП уже имеют в своем составе ВОЛС, вмонтированную в грозо трос.
- Вследствие того, что оптическое волокно не проводит электрический сигнал, то обеспечивается полная гальваническая развязка между передатчиком и приемником. Это облегчает схема технику канало образующего оборудования.
- Электро магнитная совместимость и информационная безопасность
Оптическое волокно не только не чувствительно к внешним электро магнитным воздействиям, но и само не излучает никаких сигналов в окружающую среду. Последнее существенно усложняет перехват информации, которая передается по оптическому волокну. Для того, чтобы перехватить информацию, необходимо удалить слой за слоем оболочку оптического кабеля до самого оптического волокна. (см рисунок 1). Далее необходимо изогнуть оптическое волокно, после чего часть сигнала будет выходить за пределы волокна. Эта часть излучения и может быть перехвачена. Вместе с тем, этот изгиб (макро изгиб) оптического волокна легко зафиксировать при помощи оптического рефлектометра. В отличии от этого, подняв в неподходящий момент трубку домашнего аналогового (если у кого-то остался) телефона можно случайно «подслушать» соседа, или послушать радио.
Рисунок 1 – оптоволоконный кабель
Такой способ «врезки» в оптическое волокно активно используется связистами для организации служебного канала связи. В качестве устройства для ответвления трафика в этом случае используются ответвители-прищепки.
- Оптическое волокно имеет малое погонное затухание. Уровень затухания сигнала зависит от рабочей длины волны, но он имеет намного меньшие значения чем медный кабель. Вследствие этого, возможна организация протяженных высокоскоростных систем передачи. (Например, применение одного оптического усилителя позволяет передавать цифровую информацию со скоростью до 10 Гбит/с на расстояние до 250 км.)
- Оптические волокна имеют большую широкополосность и пропускную способность. Благодаря улучшенной очистке оптического волокна, удалось расширить количество окон прозрачности, что привело к появлению систем волнового уплотнения WDM (СWDM, DWDM. DWDM мультиплексирование позволяет по одному оптическому волокну организовать до 160 независимых каналов передачи, в каждом из которого передавать информацию со скоростью до 40 а то и больше Гбит/с.
- Оптические кабели имеют меньшие габариты и вес, а зачастую и стоимость.
Недостатки оптических волокон
Основным недостатком оптических волокон являются повышенные требования к обслуживающему персоналу как на этапе монтажа оптического кабеля, так и в ходе обслуживания. Львиная доля повреждений в ВОЛС как раз и связана с недостатком знаний и навыков по работе с активными и пассивными компонентами ВОЛС. Среди основных проблем, которые допускаются по незнанию или халатности можно выделить грязные коннекторы и макро изгибы.
Рисунок 2 – грязный коннектор
Еще одним недостатком является появление микротрещин и повышение затухания оптического волокна за счет водородной коррозии. Распространенным заблуждением является утверждение, что оптическое волокно не боится попадания воды в оптическую муфту. Посмотрим на рисунок 3.
Рисунок 3 – зависимость погонного затухания в оптическом волокне от длины волны
На рисунке видно три “холма”, которые называются также водяными пиками. Эти повышения потерь обусловлены повышенным содержанием в сердцевине оптического волокна примесей SiOH. Если разобраться в химической формуле, то:
- Si – кремний, его достаточно в оптическом волокне. (это основной элемент, из которого оно изготовлено)
- О – кислород
- Н – водород.
Если теперь обратить внимание на формулу воды Н2О, то видим, что в ней присутствует и кислород и водород. Конечно, сигнал передается только в сердцевине оптического волокна, поэтому требуется время чтобы под воздействием внешних факторов из воды и кремния получится SiOH, а после произошла диффузия этой примеси в сердцевину оптического волокна через его оболочку и буферный слой. В результате – вода негативно влияет на характеристики оптического волокна, однако, в отличие от медного кабеля, такое воздействие имеет отсрочку во времени и необратимо.
Вебинар “Теоретические основы передачи информации по оптическому волокну”
Стенограмма вебинара «Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне»
В данном вебинаре будут рассмотрены теоретические основы передачи информации по оптическому кабелю. Рассмотрим как происходит распространение сигнала по оптическому волокну и что приводит к основным проблемам: отражениям и потерям. Поговорим также о том, какие эффекты приводят к возникновению потерь и отражений.
Начать хотелось бы с преимуществ оптического волокна, но, конечно же, по сравнению с медными парами.
- Никакие виды электромагнитных помех не влияют на качество передачи в оптическом волокне. Это и приводит к тому, что оптическое волокно сейчас очень часто встраивается в грозотрос, который используется в высоковольтных системах передачи электроэнергии. Также оно может быть размещено в любых местах, где есть очень большие импульсные или другие электромагнитные помехи. Например, на заводах, где есть станки с ЧПУ, пусковые эффекты приводят к выбросам электромагнитных помех при переходных процессах. Также неоновая реклама создаёт помехи, телефонная станция, особенно декадно шаговая, создаёт импульсные и другие помехи. Очень много примеров, где есть очень большие электромагнитные помехи. Оптическое волокно не принимает на себя этих помех, и передача информации абсолютно не зависит от того, есть ли эти помехи вокруг оптического волокна или нет.
- Обеспечивается полная гальваническая развязка между передатчиком и приёмником. Может быть, нам как пользователям, это не сильно важно, но разработчикам систем это крайне важно. Потому как сама собой решается задача не пропустить питающее напряжение одного устройства — передатчика в приёмник. Оптическое волокно не является в данном случае проводником электрических сигналов, поэтому эта проблема решается сама собой.
3. Хотелось бы сказать про информационную безопасность. Оптическое волокно не только не принимает на себя никаких помех, но и само не выдаёт в эфир ничего. Поэтому и затрудняется съём информации с оптического волокна. По сути, чтобы подслушать, что идёт в оптическом волокне, необходимо:
- разделать оптический кабель
- снять верхнюю оболочку кабеля
- снять оболочку с модуля или тубу (как его ещё называют)
В этом случае на изгибе свет из оптического волокна выходит или может выйти. Его можно перехватить или подслушать, если это разговор. Кстати, на изгибе можно как вывести сигнал из волокна, так и ввести его туда. Но факт в том, что такой изгиб оптического волокна уже является повреждением, так называемым — макроизгибом. Его легко обнаружить даже самыми простыми оптическими рефлектометрами примерно за 2000 долларов. Поэтому очень легко решается вопрос локализации места, где произошла такая ситуация в отличие от медных кабелей. Имеется ввиду, что чтобы снять информацию с медной пары, не надо даже прикасаться к ней. Поэтому очень сложно обнаружить такие устройства. На некоторых конференциях мне приходилось общаться с представителями компании, которая занимается информационной безопасностью, которая защищает информацию от подслушивания, съёма информации, оптических линий, помещения, компьютера и т. д. Для передачи информации они рекомендуют использовать только оптическое волокно.
Оптическое волокно также стало очень популярно из-за маленького затухания. Я рассказывал на прошлом вебинаре, и вы сами наверняка знаете, что потери в оптическом волокне намного меньше чем в медной паре. Соответственно, это ещё раз подталкивает использовать оптическое волокно. Если привести пример, то использование одного оптического усилителя позволяет передать информацию со скоростью до 10 Гбит в секунду на расстоянии до 250 км. Это достаточно много. Поэтому это тоже одно из достоинств.
Габариты и вес также достоинства, хотя сравнение, которое я привёл на слайде, несколько некорректно. Потому что очень сложно сравнивать оптическое волокно и медную пару. Даже без всякого сравнения, без всяких цифр, я думаю, всем понятно, что оптическое волокно намного легче, чем медный кабель.
Пытался я найти хоть какие-то недостатки оптических волокон. Вместе с тем, считаю, что у меня не сильно получилось это. Если их перечислить, то оптические волокна боятся влияния радиации. Вместе с тем, когда я начал более глубоко изучать этот вопрос, оказалось, что хоть они и боятся радиации, но уровень радиации, которого они боятся, даже более страшен людям. Поэтому если уровень радиации будет таким, что волокна потемнеют, то передавать какую-то информацию уже не будет кому по ним. Поэтому это как недостаток, в общем, и не считается. Кроме того, появление микротрещин за счёт водородной коррозии приводит к увеличению затухания. На этом пункте стоит остановиться более подробно. Очень распространёно заблуждение, что оптическое волокно не боится воды. Я хочу вас предостеречь – заблуждение в том, что оно боится воды. Просто вода не так быстро влияет на качество передачи в оптическом волокне, как это происходит в медном кабеле. В медном кабеле если попала вода, то сразу пошли шумы и сразу качество ухудшилось. В оптическом волокне хочу объяснить ситуацию, которая происходит, и хочу обратить ваше внимание на этот график.
Это график распределения затухания сигнала по различным длинам волн в оптическом волокне. Здесь вы видите вот такие три пики.
Они называются водные пики или пики, обусловленные примесями CiOH. Эти примеси есть в волокне, они всегда есть. На этапе производства их стараются уменьшить. Но тем не менее чем меньше качество волокна, тем больше этих примесей. Что такое CiOH? Ci – это кремний, кремния в волокне предостаточно, потому как оно сделано в основном из кремния. O – кислород, H – водород. Если вы помните, то формула воды звучит так – H2O. Там тоже есть кислород и водород. Поэтому если вода попадает в оптическое волокно или окружает оптическое волокно, то, конечно, сразу оно не превратится в H2O или CiOH. Но с течением времени и каких-то факторов, я не могу сейчас сказать, каких именно, может, просто время, может, температура, может, ещё какие-то, но рано или поздно через несколько лет этот эффект происходит и в результате есть такое понятие – волокно мутнеет или темнеет. Что это значит? Это значит, что эти гидроксидные пики начинают расти и расширяться.
Сначала, конечно, на длинах волн 1400 нм, не помню, сколько там: 90 или 80, и 1270 нм, тут точно в частотах не помню. В каких-то местах они начинают расти и постоянно увеличиваться по амплитуде и расширяться в стороны. Таким образом, через какое-то время этот пик доходит и до 1310 нм и до 1550 нм. Но, конечно, проходит время. Может, пройти и пять лет. Но тем не менее нельзя говорить, что вода не влияет на оптическое волокно. Поэтому не зря в муфту кладут пакетик с силикагелем, который впитывает влагу и не зря муфты герметизируют.
Чтобы задать вопрос докладчику вебинара отправьте письмо на адрес: info@fibertop.ru
Смотрите также:
- Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне
- Окно прозрачности оптического волокна.
- Архитектура сети доступа. Распространенные и перспективные технологии.
- Производство оптических волокон. Основные этапы технологического процесса.
- Какие характеристики важны и какие не важны при выборе сварочного аппарата для оптических волокон?
- Способы построения PON сети в коттеджном поселке
Преимущества и недостатки оптических волокон
Оптическое волокно с каждым днем набирает все большую популярность как среда для передачи информации. Это обусловлено множеством преимуществ по сравнению с медными парами. Рассмотрим основные преимущества и недостатки оптических волокон.
Преимущества оптических волокон:
- Помехозащищенность.
Никакие виды электромагнитных помех не влияют на качество передачи информации в оптическом волокне. Благодаря этому, оптическое волокно может располагаться вблизи таких мощных источников электромагнитных помех как: радиоантенны, неоновая реклама, оборудование АТС (особенно декадно шаговых), станки на заводах и др. Кроме того, многие ЛЭП уже имеют в своем составе ВОЛС, вмонтированную в грозо трос.
- Вследствие того, что оптическое волокно не проводит электрический сигнал, то обеспечивается полная гальваническая развязка между передатчиком и приемником. Это облегчает схема технику канало образующего оборудования.
- Электро магнитная совместимость и информационная безопасность
Оптическое волокно не только не чувствительно к внешним электро магнитным воздействиям, но и само не излучает никаких сигналов в окружающую среду. Последнее существенно усложняет перехват информации, которая передается по оптическому волокну. Для того, чтобы перехватить информацию, необходимо удалить шар за шаром оболочку оптического кабеля до самого оптического волокна. (см рисунок 1). Далее необходимо изогнуть оптическое волокно, после чего часть сигнала будет выходить за пределы волокна. Эта часть излучения и может быть перехвачена. Вместе с тем, этот изгиб (макро изгиб) оптического волокна легко зафиксировать при помощи оптического рефлектометра. В отличии от этого, подняв в неподходящий момент трубку домашнего аналогового (если у кого-то остался) телефона можно случайно «подслушать» соседа , или послушать радио.
Рисунок 1 – оптоволоконный кабель
Такой способ «врезки» в оптическое волокно активно используется связистами для организации служебного канала связи. В качестве устройства для ответвления трафика в этом случае используются ответвители-прищепки.
- Оптическое волокно имеет малое погонное затухание. Уровень затухания сигнала зависит от рабочей длины волны, но он имеет намного меньшие значения чем медный кабель. Вследствие этого, возможна организация протяженный высокоскоростных систем передачи. (Например, применение одного оптического усилителя позволяет передавать цифровую информацию со скоростью до 10 Гбит/с на расстояние до 250 км.)
- Оптические волокна имеют большую широкополосность и пропускную способность. Благодаря улучшенной очистке оптического волокна, удалось расширить количество окон прозрачности, что привело к появлению систем волнового уплотнения WDM (СWDM, DWDM. DWDM мультиплексирование позволяет по одному оптическому волокну организовать до 160 независимых каналов передачи, в каждом из которого передавать информацию со скоростью до 40 а то и больше Гбит/с.
- Оптические кабели имеют меньшие габариты и вес, а зачастую и стоимость.
Недостатки оптических волокон
Основным недостатком оптических волокон являются повышенные требования к обслуживающему персоналу как на этапе монтажа оптического кабеля, так и в ходе обслуживания. Львиная доля повреждений в ВОЛС как раз и связана с недостатком знаний и навыков по работе с активными и пассивными компонентами ВОЛС. Среди основных проблем, которые допускаются по незнанию или халатности можно выделить грязные коннекторы и макро изгибы.
Рисунок 2 – грязный коннектор
Еще одним недостатком является появление микротрещин и повышение затухания оптического волокна за счет водородной коррозии. Распространенным заблуждением является утверждение, что оптическое волокно не боится попадания воды в оптическую муфту. Посмотрим на рисунок 3.
Рисунок 3 – зависимость погонного затухания в оптическом волокне от длины волны
На рисунке видно три “холма”, которые называются также водяными пиками. Эти повышения потерь обусловлены повышенным содержанием в сердцевине оптического волокна примесей SiOH. Если разобраться в химической формуле, то:
- Si – кремний, его достаточно в оптическом волокне. (это основной элемент, из которого оно изготовлено)
- О – кислород
- Н – водород.
Если теперь обратить внимание на формулу воды Н2О, то видим, что в ней присутствует и кислород и водород. Конечно, сигнал передается только в сердцевине оптического волокна, поэтому требуется время чтобы под воздействием внешних факторов из воды и кремния получится SiOH, а после произошла диффузия этой примеси в сердцевину оптического волокна через его оболочку и буферный слой. В результате – вода негативно влияет на характеристики оптического волокна, однако, в отличие от медного кабеля, такое воздействие имеет отсрочку во времени и необратимо.
Вебинар “Теоретические основы передачи информации по оптическому волокну”
Смотрите также:
- Преимущества и недостатки оптических волокон
- Архитектура сети доступа. Распространенные и перспективные технологии
- Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне
- Окно прозрачности оптического волокна
- Способы построения PON сети в коттеджном поселке
- Какие характеристики важны и какие не важны при выборе сварочного аппарата для оптических волокон?
- Сварочные аппараты для оптоволокна
- Оптические рефлектометры
- Оптические тестеры
- Чистка оптики
Сигналы и помехи в оптическом волокне
В отличии от кабелей на основе медных проводников, оптические кабели не чувствительны к внешним помехам. Почему? Потому что свет не может попасть в сердцевину оптического волокна, за исключением единственной точки — конца кабеля, на котором находится передатчик. Волокно покрыто буферным материалом и внешней пластиковой оболочкой, которые не дают свету проникать во внутрь либо выходить за пределы оптического кабеля.
Импульсы света, которые передаются по одному из волокон, не оказывают воздействия на сигналы, передающиеся по любому из соседних волокон, поэтому для оптических волокон не существует проблем с наводками, в отличие от кабелей на основе медных проводников. Кроме того, качество оптоволоконных соединений достаточно высоко и соответствует новейшим стандартам, в котором указано, что максимальная длина оптоволоконных каналов может быть больше 2 км. Структуры, которые реализованы на оптических средах, позволяют использовать технологию Ethernet в региональных и распределенных сетях.
Для передачи больших объемов данных на большие расстояния наилучшим типом соединений являются оптические. Однако они все же имеют свои ограничения при передаче данных. Когда световая энергия проходит через оптическое волокно, некоторая ее часть теряется. Такое затухание сигнала может быть вызвано несколькими факторами, связанными со строением оптического волокна. Один из наиболее важных факторов — рассеивание. Рассеивание происходит на микроскопических неоднородностях (дефектах) в оптическом волокне, которые вызывают отражение и рассеивание некоторой части световой энергии, как показано на рисунке 1.
Рис. 1. Рассеивание
Поглощение — еще один фактор, вызывающий ослабление сигнала. Когда световые лучи встречают на своем пути в волокне некоторые химические примеси, эти примеси могут поглотить часть энергии луча. Эта часть световой энергии переходит в тепловую. Поглощение делает световой сигнал менее ярким.
К факторам, которые вызывают затухание сигнала, относятся также неточности в изготовлении волокна и шероховатость границы сердцевина-оболочка. Потери энергии происходят из-за несоответствия среды условию полного внутреннего отражения на таких неровных поверхностях и неоднородностях. Если в оптическом волокне встречаются микроскопические различия в диаметре сердцевины либо ее симметрии, это также приводит к несоблюдению правила полного внутреннего отражения, и тогда часть световой энергии проходит в оболочку и поглощается в ней.
Дисперсия светового импульса ограничивает максимальное расстояние, на которое может быть использован оптический кабель. Дисперсия — технический термин, который описывает «расползание» светового импульса и искажение его фронтов при его прохождении через оптическое волокно рисунок 2.
Рис. 2. Дисперсия
Многомодовое оптическое волокно с градиентным коэффициентом преломления было разработано для компенсации различных расстояний, которые проходят разные моды в сердцевине кабеля с большими размерами. В одномодовом оптическом волокне не возникает проблем со множеством световых путей. Но в то же время хроматическая дисперсия является общей проблемой обоих типов оптического волокна. Световые волны с определенной длиной волны распространяются в прозрачных средах с меньшими скоростями, чем остальные. Такое различие скорости и вызывает хроматическую дисперсию. Призма способна разделить различные длины волн именно благодаря данному эффекту. В идеале светодиод или лазер должны воспроизводить всего лишь одну длину волны, и проблема хроматической дисперсии не должна существовать.
К сожалению, лазеры и особенно светодиоды излучают целый набор световых волн разной длины, и поэтому хроматическая дисперсия в оптоволокне существует и ограничивает максимальное расстояние передачи по оптическому волокну. Если попробовать передать сигнал на большее расстояние, то до приемника на втором конце волокна дойдут «размазанные» и ослабленные импульсы света, и приемник не сможет различить единицы и нули в сигнале.