Анализ и выбор оптического волокна при проектировании систем

При проектировании структурированных кабельных систем (СКС) часто возникают ситуации, когда необходимо объединить два или несколько достаточно удаленных друг от друга сегментов сетей или требуется подключить удаленное на значительное расстояние оборудование. Другими словами – возникают ситуации, когда использовать соединение нескольких сегментов с помощью медного кабеля витая пара не обеспечивает необходимую пропускную способность на заданном расстоянии.

В таких случаях при проектировании магистральных подсистем структурированной кабельной системы в качестве магистрального кабеля используются волоконно-оптические кабели (ВОК). Основные преимущества волоконно-оптических кабелей перед линиями на основе медных пар очевидны – это низкий коэффициент затухания, позволяющий строить участки линий связи на большие расстояния, а так же высокая полоса пропускания, ограниченная только возможностями оконечного активного оборудования, составляющая на сегодняшний день 10 Гбит/с и выше. Уже сейчас есть решения у производителей для 40 и 100 Гбит/с.

При введении в СКС оптических сегментов, на этапе проектирования необходимо определиться с тем, какой тип оптических кабелей необходимо использовать в тех или иных условиях. Основные вопросы, которые решает проектировщик, при построении волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и критерии выбора в ходе разработки проекта СКС:

o Какой тип и категорию оптоволокна применять на данном объекте?

o Какой кабель выбрать — кабель с плотным или свободным буфером?

o Какой тип внешнего покрытия волоконно-оптического кабеля выбрать?

В названии типа волокна ест корень «модовое» и это не случайно. Чтобы понять, что такое «мода», вспомним принцип работы оптического волокна (рисунок 1). Сейчас мы не будем рассматривать множество защитных слоев, а рассмотрим только среду передачи. Оптическое волокно состоит из двух частей с различными коэффициентами преломления – сердцевины (б) nс и оболочки (а) nо. При nс> nо существует такой угол падения, при котором луч, проходящий через сердцевину волокна испытывает полное отражение от границы раздела с оболочкой. При размерах сердцевины, значительно больших, чем длина волны луча (рисунок 1 верхняя картинка), возможно множество траекторий (мод), а при диаметре сердцевины близких к длине волны – только одна (рисунок 1 нижняя картинка).

При передаче светового импульса через многомодовое оптическое волокно (рисунок 1-1) луч проходит по нескольким путям различной длины. Поэтому на приемной стороне импульс «расплывается», и при попытке отправки пакета сигналов на слишком большое расстояние приемная аппаратура может просто не различить один сигнал от другого. Этот эффект называется «расширением задержки» (delay spread), и именно он в наибольшей степени ограничивает дальность и полосу пропускания для многомодовых систем.

Этот эффект называется межмодовой дисперсией. При использовании одномодовых волокон, луч движется по одной единственной траектории (рисунок 1-1), поэтому в них этот эффект отсутствует, и дальность связи ограничивается только затуханием сигнала и возможностями протокола связи.

В связи с указанными особенностями, существуют рекомендации по применению различных типов волокон в зависимости от длины сегмента и используемого приложения. Например, для Gigabit Ethernet, при длине сегмента до 550 м можно использовать многомодовый кабель, а до 2 км и выше – одномодовый. Для 10 Gigabit Ethernet 10GBase_SR/SW при длине сегмента до 300 м можно использовать многомодовый кабель категории ОМ3, свыше 300 метров – одномодовый кабель.

Другая сторона выбора между одномодовыми и многомодовыми волокнами – стоимость портов активного оборудования. Несмотря на то, что стоимость одномодовых кабелей несколько ниже, передатчики для одномодового волокна значительно дороже (приемники в обоих случаях используются одинаковые) передатчиков для многомодового волокна.