Optické sítě Vláknová optika

Optické sítě Vláknová optika Ing. Jaromír Šíma [email protected] www.optickesite.cz www.rlc.cz

Agenda 1.den • Výhody optických vláken, princip vláken • Optická vlákna, ztráty, útlum, disperze • Měření optických vláken • Optické konektory, SFF konektory • Optické kabely • Spojování optických vláken • Technologie WDM • FTHx topologie, komponenty 2.den • Mechanická spojka Fibrlok 3M, NCP konektor • Soutěž – spojování vláken spojkou Fibrlok • Soutěž – montáž optického rozvaděče

Školení Vláknová optika

Strana 1

Výhody optických vláken • •

•

Přenosová kapacita = morální životnost MM vlákna – pro 62,5/125µm, 1300nm je min. šířka pásma 500MHz.km = 5GHz na 100m – pro 50/125µm, 850nm je min. šířka pásma 400MHz.km = 4GHz na 100m – pro 50/125µm, 1300nm je min. šířka pásma 600MHz.km = 6GHz na 100m – Pro OM3 50/125µm, 850nm je min. šířka pásma (laser) 2000 MHz.km = 10Giga Ethernet na 300m – WDM multiplex = přenos více vlnových délek paralelně = 4 x 2,5 Gbit/s = 10 Giga Ethernet na vzdálenost 300m SM vlákna – Dnes více než 160 kanálů á 40Gbit/s …. 6,4 Tbit/s

Výhody optických vláken • •

• • •


Nízký útlum = větší dosažitelná vzdálenost Elektromagnetická imunita - dielektrikum – bez možnosti rušení, možno instalovat v souběhu se silovými kabely – bez přeslechů a vnějšího vyzařování energie – oddělení elektrických potenciálů Menší průměr a váha optického kabelu Bezpečnost provozu – bez možnosti vzniku jiskry, nebezpečného dotykového napětí Odolnost proti odposlechu

Strana 2

Vlnová optika •

Rychlost světla v optickém prostředí c = c0 / n (rychlost světla ve vakuu / index lomu) n>1 (index lomu je vždy větší než 1) λ=c/ν (vlnová délka = rychlost světla / frekvence vlny) Vlnová délka [nm]

10

390

455

622

492

760

1 mm

Infračervené světlo

Ultrafialové světlo 1016

1012

Frekvence optických vln leží v oblasti

3x1011

až

6x1016

Hz

Paprsková optika úhel odrazu = úhel dopadu paprsku světla Odraz = paprsek je odražen zpět na rozhraní dvou prostředí Lom světla = paprsek je vychýlen při změně rychlosti šíření světla na rozhraní dvou prostředí

Lom

Odraz sklo


vzduch

Strana 3

Paprsková optika Úhel lomu → Snellův zákon

n1. sinθ1 = n2. sinθ2 Totální = úplný odraz = paprsek je odražen zpět do prostředí mezní úhel → n2= n1. sinθS (n1 > n2)

θ2 θS

θ1

Lom

Odraz n1

sklo

vzduch

n2

Optická vlákna


Strana 4

Typy optických vláken •

•

•

Plastová optická vlákna – pro osvětlování – pro přenos pomalých signálů na krátké vzdálenosti • 980/1000 µm POF Vlákna sklo/plast (HCS-PCF), sklo/sklo – pro průmyslové aplikace, speciální účely • 200/230 µm • 100/140 µm Telekomunikační vlákna – vícevidová gradientní vlákna (multimode MM) • 50/125 µm (OM2, OM2+, OM3) • 62,5/125 µm (OM1) – jednovidová vlákna (singlemode SM) • 9/125 µm (G.652, G.652C, G.655, ……)

Optické vlákno •

Numerická apertura NA = sinθa = √ (n12 - n22)

θa N1 > N2


Strana 5

Výroba optických vláken •

Metody výroby „preformy“

• • •

OVD - Outside Vapor Deposition VAD - Vapor-Phase Axial Deposition MCVD - Modified Chemical Vapor Deposition – Trubice z čistého křemenného skla SiO2 – Dopování čistými prvky Ge, P, F, Al, Nd, Yb, Ho, Tm, …)

•

Tažení vlákna z preformy – nanesení primární ochrany 250 µm – kontrola pevnosti v tahu – kontrola geometrických a optických parametrů – měření šířky pásma, vložného útlumu

Výroba optických vláken Modified Chemical Vapor Deposition - MCVD deposition Reaction products Rotating substrate tube Deposited layers Traversing H2/O2 burner

collapse Collapsed rod - preform

tube jacketing Final preform diameter Glass preform Jacketing tube


Strana 6

Výroba optického vlákna

Ztráty v optickém vlákně •

•

•


Útlum – ztráty energie – Nečistoty materiálů – Zpětný rozptyl – Odrazy na spojích – Nepřizpůsobení spojů – Mikroohyby – Makroohyby Disperze signálu – ztráta informace – Vidová – Chromatická – Polarizační Nelineární jevy

Strana 7

Výkon optického záření • •

•

Výkon je měřen v dBm (mW) 0 dBm = 1mW Útlum/Zisk • Bell = log10 (výkon na výstupu/ výkon na vstupu) • dB = 10 log10 (Pout/ Pin) Výkon zdroje optického záření +20 až -70 dBm + 10 dB = 10 log (Pout = 10 x Pin) + 3 dB = 10 log (Pout = 2 x Pin) 0 dB = 10 log (Pout = Pin) - 3 dB = 10 log (Pout = 0,5 x Pin) - 10 dB = 10 log (Pout = 0,1 x Pin) - 20 dB = 10 log (Pout = 0,01 x Pin)

Útlum optického vlákna


Strana 8

Útlum optického vlákna MM vlákna SM vlákna

850 nm

1300 nm

1550 nm

Vícevidová optická vlákna


Strana 9

MM optická vlákna • • • • •

Vlákno vlnová délka 62,5/125µm 850 nm 1300 nm 50/125µm 850 nm 1300 nm

•

Omezení daná topologií a přenosovým protokolem – 802.2 FOIRL, Fast Ethernet 100BASE-FX (100BASE-SX) Omezení daná vložným útlumem trasy – 2000m pro všechny technologie do rychlosti 155 Mbps Omezení daná šířkou pásma – ATM 622Mbps, Fibre Channel, Gigabit Ethernet, 10GE

• •

měrný útlum 3,5dB/km 1,5dB/km 3,0dB/km 1,5dB/km

šířka pásma 200Mhz.km 500Mhz.km 500Mhz.km 600Mhz.km

Vidy v optických vláknech – Při „rozšiřování“ jádra optického vlákna se vláknem začíná šířit více vidů – Počet vidů závisí na vlnové délce světla – Jednovidové vlákno – mezní vlnová délka (CutOff wavelenght)

Lineární vid Sinusiodální vid Spirální vid = kombinace všech vidů


Strana 10

Vidy v optických vláknech

Vidová disperze (DMD)


Strana 11

Vidová disperze signálu •

U vícevidových vláken - vidová disperze – (DMD Differential Mode Delay)

•

62,5/125 µm – větší jádro, více vidů, menší šířka pásma 50/125 µm – menší průměr jádra, méně vidů, větší šířka pásma

•

Šířka pásma – MM vlákno • •

Pokles špičky přenášeného signálu o 3dB (na polovinu) při zvyšování modulační rychlosti U vícevidových - multimódových vláken se udává v MHz.km – Standardní měření – plně vybuzené vlákno (LED) • Overfilled Launch Bandwidth – Měření s podbuzeným vláknem • Effective Laser Launch Bandwidth LED LED

Overfilled Launch

VCSEL VCSEL

Laser Laser


Laser Launch

Strana 12

Buzení optických vláken

LED

VCSEL

Nelinearita gradientního vlákna Ve středu vlákna


Na okraji vlákna

Strana 13

Nelinearita ve středu vlákna

Princip vidového kondicionéru • • •


Přechod ze SM vlákna do MM vlákna s offsetem Signál se převádí pouze v jednom směru Různé hodnoty offsetu pro vlákna 50/125 a 62,5/125 um

Strana 14

Vidový „kondicionér“ • • • •

Pro rozhraní typu 1000BASE-LX, 10GBASE-LX4, 10GBASE-LRM Pro standardní vícevidová vlákna – Je předepsán SM fiber offset-launch mode-conditioning patch cord Jednovidový laser 1310 nm na MM vláknech Problém s nelinearitou gradientního profilu indexu lomu v jádře standardního MM vlákna Index Lomu 1.487 1.482 1.477

Gradientní vlákno 62,5/125 µm

1.472 1.467 1.462 1.457 -70.00

-50.00

-30.00

-10.00

10.00

30.00

50.00

70.00

Rozměry vlákna [µm]

Nasvícení MM vlákna LED


LASER + offset

Strana 15

Vidový „kondicionér“ Optický rozvaděč

Optický rozvaděč

MM 62,5/125

MM 62,5/125 MM 62,5/125

offset

MM 62,5/125 MM 62,5/125

SM 9/125

offset

SM 9/125

RX TX

RX TX

Gigabit switch 1000BASE-LX

Gigabit switch 1000BASE-LX

Třídy MM vláken •

Třída

průměr jádra

•

OM 1

50 nebo 62,5 µm

šířka pásma [MHz.km] pro 850nm 1300nm laser 850nm 200 500 --

•

OM 2

50 µm

500

500

--

•

OM 3

50 µm

1500

500

2000

•

OS1

9/125 µm SM (G.652)


Strana 16

Aplikace MM vláken •

Požadované třídy pro různé aplikace:

Třída linky

Fast Ethernet 100BASE-FX

OF300

OM1

OM2

OM1 + M.C. (OM2 + M.C.)

OM3

OF500

OM1

OM2

OM1 + M.C (OM2 + M.C)

OS1

OF2000

OM1

--

OM2 Plus

OS1

•

Gigabit Ethernet 100BASE-SX 100BASE-LX

10GEthernet 10GBASE-SR

OM2 Plus – Tyco (AMP) NetConnect (600/1200 MHz.km)

Jednovidová optická vlákna


Strana 17

Omezení SM optických vláken •

•

Lineární jevy – Útlum, ztráty na spojích – Disperze • Chromatická • Polarizační Nelineární jevy – FWM – Four Wave Mixing – SPM – Self Phase Modulation (Kerr efect) – Soliton – XPM – Cross Phase Modulation – SRS – Stimulated Raman Scattering – Brillouin scattering efect

Typy SM vláken Rozdělení SM vláken dle ITU-T G.xxx (International Telecommunication Union) •

•

•

• •

• •


G.652 (verze .A nebo .B) – USF – Un-Shifted Fiber, standardní jednovidové optické vlákno 9/125um, odpovídá specifikaci Corning SMF-28, match-cladding MC G.652.C (nebo .D) – Low Water Peak jednovidové optické vlákno, Corning SMF-28C, bez zvýšení útlumu vlivem OH iontů (METRO) G.653 – DSF – Dispersion Shifted Fiber, vlákno s posunutou chromatickou disperzí do pásma 1550 nm G.654 – CSF – Cut off Shifted Fiber, nízký útlum 1550 nm, podmořské kabely G.655 – NZ-DSF – Non Zero Dispersion Shifted Fiber – vlákna s nenulovou posunutou disperzí, pro systémy DWDM pro pásmo 1550 nm G.656 – NZ-DSF – pro širokopásmové systémy DWDM a CWDM (S+C+L pásmo) G.657 (G. 657.A, G.657.B) – Nový standard, vlákno necitlivé na ohyby, G.657.A je kompatibilní s G.652.D

Strana 18

Útlum standardního a LWP vlákna (low water peak)

Standardní vlákno (oblast 1310 a 1550nm)

850 nm

1310 nm

„LWP“ vlákno G.652.C (1260 až 1625 nm)

1550 nm

Laser - modulace •


Dosažená vzdálenost pro danou přenosovou rychlost závisí na transceiveru a způsobu a typu modulace => odolnost vůči CD a PMD. – Přímá modulace – chirp – Nepřímá modulace – externí modulátor – NRZ (Non Return to Zero) – RZ (Return to Zero) - pro rychlosti 40Gbit/s a výše – Duobinary, DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)

Strana 19

Optický detektor •

PIN fotodioda

•

APD (Avalanche Photo Diode)

Spektrum – FP laser


Strana 20

Spektrum - DFB laser

Spektrum - DFB laser


Strana 21

Chromatická disperze

Chromatická disperze


Strana 22

Chromatická disperze • •

•

Chromatic Dispersion (CD) Koeficient CD se udává v ps/(nm * km) – O kolik pikosekund se rozšíří přenášený impuls po uběhnutí jednoho kilometru, když zdroj záření má spektrální šířku jeden nm. Standardní SM vlákno G.652 – Koeficient CD < 3 ps/nm.km pro 1310 nm < 18 ps/nm.km pro 1550 nm

• •

Chromatická disperze závisí na spektrální šířce laserového zdroje Chromatická disperze musí být menší než 20 % délky pulsu

•

Parametry transceiverů – dosažitelná délka pro G.652 - 18ps/(nm.km) • Např pro transceiver 80km … 1440 ps/nm • Dispersion penalty .. 2 dB

Polarizační disperze • • • •

•


Polarization Mode Dispersion (PMD), koeficient ps/√ km Typická hodnota je cca 0,1 až 0,5 ps/√ km PMD je cca 20 až 1000 krát menší než CD PMD závisí na – Kvalitě vyrobených vláken a kabelů, způsobu pokládky, namáhání kabelu při provozu, teplotě kabelu, tlaku atd. – koeficient PMD se mění v čase v závislosti na vnějších podmínkách – Pro starší kabely je nutná kontrola (měření) pro rychlosti 10Gbit/s a více PMD nesmí být větší než 10 % délky pulsu

Strana 23

Four Wave Mixing

Four Wave Mixing

Výkon cca 3dBm/kanál


Strana 24

Self Phase Modulation • • •

Lokální změna indexu lomu vlivem intensity energie pulsu (Kerrův efekt) Obrácené působení oproti CD, možnost částečné kompenzace CD Kritický výkon 10 mW/kanál

Cross Phase Modulation XPM • • • •


Pouze u WDM systémů Signál z jednoho kanálu ovlivňuje fázi jiného kanálu obdoba SPM Kritický výkon 10 mW/kanál

Strana 25

Stimulated Raman Scatering • • •

Vzniká interakcí fotonů optických vln a vibracemi molekul křemenného skla, rozptyl do všech směrů Přenos energie mezi kanály, od krátkých vlnových délek směrem k větším vlnovým délkám, největší efekt pro rozdíl 100 nm (13,2 THz) Kritický výkon 1 mW/kanál

Ramanův optický zesilovač


Strana 26

Stimulated Brillouin Scattering • • •

Stimulovaný Brillouinův rozptyl Ztráta signálu rozptylem Vysoký optický výkon indukuje vznik periodických změn indexu lomu Virtuální mřížka generuje rozptýlené vlny proti směru šíření optického signálu. Frekvenční posun o cca 30 GHz. Více významný pouze při několika málo kanálech WDM Kritický výkon 5 mW/kanál

• • •

Optický systém - komponenty


• • • •

Optický konektor Optický kabel Pasivní optické komponenty – filtry, …. Elektronické prvky s optickým rozhraním

• • •

Optická zásuvka Optický rozvaděč Optické úložné spojky

• •

Montážní a servisní nářadí Měřící přístroje

Strana 27

Optické konektory

Optický konektor •

Rozebíratelné spojení optických vláken – běžný optický konektor = sameček, – samička = „coupling“ spojka pro vystředění konektorů navzájem

•

Části optického konektoru – ferule - „kolík“ • materiál: plast, kov, zirkoniová keramika, sklo • typ broušení: FC, PC, PC+, super PC, HPC, APC (8°) – tělo konektoru (plast, kov) – zámek (bajonet, matice, ..) – kabelová koncovka


Strana 28

Typy broušení ferule konektoru

8° Broušení typu FC (Flat Contact)

Broušení typu PC (Point Contact)

Broušení typu APC (Angle Point Contact)

Standardní optické konektory •

FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard)

•

FOCIS number

– – – – – – –


1 2 3 3A 4 4A 5, 5A

typ

výrobce

BICONIC ST SC SC/APC FC FC/APC MTP/MPO

3M Telecom Syst. Div. Lucent Technologies NTT NTT

USConec

Strana 29

Běžné typy konektorů ST

FC/PC

SC

Konektor ST


Strana 30

Konektor FC/PC, FC/APC

Konektor SC, SC/APC


Strana 31

Optické spojky - coupling Spojka – coupling FC

Ferrule konektoru

Spojka – coupling SC – ST

Další typy konektorů • • • • • •


FDDI - duplexní konektor, pro sítě FDDI, MM a SM, dnes bývá nahrazen duplexním SC ESCON - obdoba konektoru FDDI SMA - pro průmyslové aplikace, horší než ST, vhodný jen pro MM vlákno E2000 - firma Diamond, vícevrstvá ferule, kvalitní, APC provedení pro SM D4, mini BNC - dnes nepoužívané typy MU - miniaturní obdoba SC, od NTT

Strana 32

SFF optické konektory •

FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard) ANSI/TIA/EIA-604-x

•

FOCIS number

– – – – – – – –

6 7 8 9 10 11 12 13

typ

výrobce

FJ (OJ) SG (VF-45) (Mini-MT) (Mini-MAC) LC (SCDC/SCQC) MT-RJ LX-5

Panduit Corp. 3M Telecom Syst. Div. Siecor Corp. Berg Electronics Lucent Technologies Siecor, Siemens, IBM AMP, Siecor, USConec ADC

Konektor OptiJack (FJ) • • •


Výrobce Panduit Ferrule 2,5 mm Montáž - lepení a leštění

Strana 33

Konektor VF-45 (SG) • • • • •

Vyvinula firma 3M, kabelový systém Volition™ Nový typ – bez použití ferule, vlákno je centrováno ve Vdrážce. Pro zásuvku je použito standardní optické vlákno Pro propojovací kabel – patchcord je použito vlákno GGP Montáž - leštění

Princip spojení VF-45™ 2.

1. Zásuvka

Krycí dvířka

Keystone držák

Zástrčka

Optická vlákna 4.

3.

Optické spojení

Vlákna vstupují do „V“ drážky


Přítlačná síla udržuje optický kontakt

Strana 34

GGP Optické vlákno GGP (Glass/Glass/Polymer) optické vlákno s trvalou plastovou povrchovou ochranou Standardní vlákno

GGP vlákno 62.5 µm jádro 100 µm plášť 125 µm plášť 25 µm polymer

250 µm primární ochrana Kompatibilní se standardními vlákny

Úhlové spojení vláken VF-45 • Zkosený konec vlákna: – Zvýšení kontaktního tlaku mezi vlákny – Snížení opotřebení „V“ drážky – Snížení znečištění optického kontaktu při zasouvání do „V“ drážky

• Úhlové spojení: – zvyšuje útlum zpětného odrazu GGP vlákno v zástrčce

úhel osmi stupňů


Standardní vlákno v zásuvce

zkosený konec vlákna

Strana 35

Konektor LC • • •

Výrobci – Avaya, Lucent,Luminent, Fujikura, IBM, Infineon, Molex, Senko, … Simplexní/duplexní verze Verze konektoru s integrovanou spojkou

Konektor MT-RJ • • •


Výrobci –TYCO (AMP), Fujikura, Molex, Sumitomo, Siecor, US Conec Zástrčka bez trnů, zásuvka s naváděcími trny Verze AMP s integrovanou spojkou

Strana 36

Konektor MT-RJ

MT-RJ samička


Strana 37

MT-RJ sameček - samička • •

Male – sameček – zásuvka/panel/aktivní prvek Female – samička – patch kabel

Male - trny

Female - díry

Konektor LX-5 • •


ADC, simplex/duplex - stejná velikost jako SC FOCIS 13

Strana 38

Konektor MU • •

Miniaturní verze SC – NTT 1,25 mm ferrule, simplex/duplex

Konektor LSH – E2000 • • •


Diamond, Huber+Suhner,R&M Simplex, Duplex, Compact duplex, 2.5mm ferrule Multimode, singlemode, APC

Strana 39

Konektory pro plastová vlákna • • • • • • • • •

ST (BFOC-2.5) – kovová ferrule F-SMA FO7 (standard JIS C-5976) – duplexní konektor PN – modifikovaná FO7 (standard IEC1754-16) – Zpětně kompatibilní s F07 F05 – simplexní konektor – Audio DNP (FO5) - Toslink Agilent Versatile Link OMJ konektor DNP (...dry non polish), Mini DNP Další proprietární verze - Mitsubishi, Hirschmann,…

Konektor F07 a PN


Strana 40

F07 a PN konektor • • • •

10,6 mm rozteč ferrulí PN-I – precizní verze, odpružená ferrule 2,5 mm, – POF a HCS vlákna (IEC 793-2 vlákna typu A4a,A4d,A3c,A3d) PN-II – levná verze, pevná ferrule 2,5 mm – Pouze POF vlákna, (IEC 793-2 vlákna typu A4a,A4d) Vzájemně kompatibilní, kompatibilita s F05

Digital Audio – F05 • • •

TOSLINK, EIAJ CP-1201 standard, IEC61937 EIAJ RC-5720 (FO5), JIS F05 a IEC 874-17 "SPDIF" Sony/Philips digital interface

•

Vzdálenost 5m – Transmitter • Wavelength: 660 nm ± 30 nm • Power output level: –21 dB (minimum), –17 dB (typical), –15 dB (maximum) • Maximum operating frequency: 12,8 MHz • Typical intrinsic jitter: 0,0128 UI peak-to-peak – Receiver • Minimum decode power sensitivity (at 660 nm ± 3 nm): –24 dB • Minimum jitter tolerance: 0,40 UI peak-to-peak


Strana 41

Agilent Versatile Link • • • • • • •

Vlnová délka 660 nm 1 mm plastové optické vlákno POF Přenosová rychlost 40 kBd až 5 MBd Pracovní teplota 0 až 70st. Vzdálenost závisí na aplikaci a rychlosti – od 5 až 100 m Konektor Simplex a Duplex, jednoduchý nebo se západkou Útlum konektoru 0.7 až 2.8 dB

Agilent Versatile Link


Strana 42

Optické kabely

Optické kabely •

•


Ochrana optických vláken před vnějšími vlivy – vlákno 125 µm je z výroby opatřeno primární akrylátovou ochranou 250 µm Dvojí konstrukce – standardní optické kabely – kabel s volnou sekundární ochranou = vlákna uložena volně v trubičce, plněné gelem nebo suché, běžně 1, 4, 6, 8 nebo max. 12 vláken v jedné trubičce. Pro více vláken je v kabelu použito více trubiček – kabel s těsnou sekundární ochranou, na primární ochraně nanesena jedna nebo více vrstev, vnější průměr 900 µm. Toto vlákno „tight“ neboli „pigtailové vlákno“ lze přímo konektorovat na místě instalace. Pro kratší vzdálenosti a vertikální rozvody.

Strana 43

Konstrukce optických kabelů •

Tažný prvek – Kevlar (Aramidová příze), skelná příze, sklolaminátové pruty, ocelové struny

•

Výplňové prvky

•

Plášť kabelu - kombinace více vrstev materiálů – podle požadavků - odolnost proti UV, chemikáliím, tlaku, teplotní rozsah, odolnost při požáru, způsob uložení, ... – PVC, LSZH, Nehořlavé materiály, PE, MDPE, PP, Nylon, Teflon, ... – Kov - měď, hliník, ocel

Kabely při požáru • LSZH – Low Smoke Zero Halogen • FRNC – Flame Retarded Non Corosive • • •

Flame Retarded ČSN EN 50265 – šíření plamene – kabel (bývalá IEC 332-1, 332-2) ČSN EN 50266 – šíření plamene – kabely ve svazcích (bývalá IEC 332-3)

• •

Non Corosive ČSN EN 50267 – obsah kyselinotvorných plynů, stupeň kyselosti

• •

Low Smoke ČSN EN 50268 – hustota kouře

• •

ČSN IEC 60331 – celistvost obvodu - funkční schopnost kabelu při požáru (15, 30, 45, 60, 90, 120, 180 min)


Strana 44

Značení optických kabelů • • • • • • • • • • • •

J A V D Q F (ZN) Y 2Y H B (SR)

vnitřní použití vnější použití těsná sekundární ochrana vícevláknová sekundární ochrana vodoblokující páska plněná kabelová duše dielektrické tahové prvky pod pláštěm PVC plášť PE plášť LSZH plášť (IEC 60332-3A) armování, zesílená mechanická ochrana armování zvlněnou ocelovou páskou

Simplex patch kabel • • •


Jedno vlákno Plášť LSZH J-V(ZN)H Plášť PVC J-V(ZN)Y

Strana 45

Duplex zipcord patch kabel • • •

Dvě vlákna Plášť LSZH J-V(ZN)H Plášť PVC J-V(ZN)Y

Heavy duplex zipcord kabel • • •


Dvě vlákna, dvojitý plášť Plášť LSZH J-V(ZN)HH Plášť PVC J-V(ZN)YY

Strana 46

Breakout kabel • • •

4 až 24 vláken, možnost přímého konektorování Plášť LSZH J-V(ZN)HH Plášť PVC J-V(ZN)YY

UNI Distribution kabel • • •


2 až 24 vláken, těsná sekundární ochrana, univerzální použití Plášť LSZH J/A-V(ZN)H Plášť PVC J/A-V(ZN)Y

Strana 47

Sub Unitised Distribution kabel • • •

36 až 72 vláken, těsná sekundární ochrana Plášť LSZH J/A-V(ZN)HH Plášť PVC A-V(ZN)YY

Central Loose Tube • • •


2 až 24 vláken, volná sekundární ochrana Plášť LSZH J/A-DQ(ZN)BH Plášť PE A-DQ(ZN)B2Y

Strana 48

Multi Loose Tube • • •

6 až 216 vláken, volná sekundární ochrana Plášť PE A-DQ(ZN)2Y Plášť PE A-DF(ZN)2Y

Armování ocelovou páskou • •


Aplikovatelné na Central a Multi Loose Tube Do 144 vláken

Strana 49

Optické mikrokabely •

Standardní Loose tube kabely – Velký průměr – Pracnější zakončování

•

72 vláken

Mikrokabely – Minimalizovaný průměr – Určeny pro aplikace FTTx – Snadná práce s vlákny

144 vláken

432 vláken Ø 19,5 mm

Instalace optického kabelu • • • •


Protahovací pero upevnit za Kevlar (tahový prvek) i plášť kabelu !! Dodržovat maximální povolenou sílu v tahu Dodržovat minimální poloměr ohybu = 20 x průměr kabelu Pro instalaci zásuvky ponechat v rozvaděči nebo zásuvce délkovou rezervu

Strana 50

Instalace optického kabelu •

Utěsnění konců kabelu vůči pronikání vlhkosti



S cívkou kutálet po směru návinu

Strana 51

Instalace optického kabelu • •

Kabel neodvíjet přes boky cívky Zabránit vytváření smyček na kabelu a kroucení kabelu



Rozvinutý kabel při instalaci ukládat do tvaru „8“

Strana 52


Při zatahování kabelu použít obratlík



Při pokládce nevytvářet smyčky kabelu s malým poloměrem ohybu Zabránit prolomení kabelu ve smyčce

Strana 53


Při pokládce nevytvářet smyčky kabelu s malým poloměrem ohybu Zabránit poškození kabelu ostatními silovými kabely



Kabel neohýbat přes ostré rohy Zajistit minimální poloměr ohybu kabelu a vláken

Strana 54


Neutahovat příliš vázací pásky Pro pohyblivé přívody chránit kabel přídavnou chráničkou

Spojování optických vláken


Strana 55

Spojování optických vláken • • •

Svařování optických vláken Spojení pomocí optických konektorů Mechanické optické spojky

•

Spojení dvou vláken - minimální útlum spoje – stejné geometrické parametry spojovaných vláken – hladké čelo vlákna – vystředění spojovaných vláken – dokonalý kontakt čel

Vložný útlum spoje • • • •

kvalita zalomení vlákna geometrická přesnost spojení – souhlas os, fyzický kontakt čel geometrie vlákna - dané výrobou rozdílné typy spojovaných vláken

MM 62,5/125µm

SM 9/125µm

Nesouosost 5µm

Útlum cca 0,5 dB


Útlum cca 5 dB

Strana 56

Geometrické parametry vláken • •

podle normy IEC 793-2 průměr vlákna • MM : 62,5 +/- 3µm / 125 +/- 2µm • SM : 8/125 +/- 1µm nesouosost os jádra a pláště • MM : méně než 3µm • SM : méně než 0,8µm nekruhovost • MM : plášť méně než 2% • jádro méně než 6% • SM : plášť méně než 1%

•

•

Svařování optických vláken • • • • •


Odstranění primární ochrany vláken Zalomení vláken v lámačce Založení do V drážek svářečky Svaření vláken Ochrana svaru – teplem smrštitelná v pícce nebo krimpovací

Strana 57

Mechanické optické spojky


Strana 58

Princip mechanické optické spojky • očištění vlákna • • • • • •

zalomení v lámačce - děličce vláken založení do spojky - „V“ drážka, kapilára, … zajištění fyzického kontaktu – imerzní gel mechanická fixace polohy případné „doladění“ uložení do kazety

Typy optických spojek


Strana 59

Spojka Fibrlok II

Přímé konektorování optických vláken


Strana 60

Technologie konektorování •

Technologie lepení – Lepení Epoxy – Lepení „rychlolepidlem“ – HotMelt Technologie 3M

•

Krimpování vláken bez lepení – Crimplok 3M – LightCrimp AMP

•

Předbroušený konektor s integrovanou spojkou – LightCrimp PLUS AMP – 3M NPC konektor

LightCrimp PLUS ST


Strana 61

HotMelt technologie 3M • • • • • • • • •

HotMelt adhesivní technologie - “obrácená” epoxy Předplnění konektoru pryskyřicí ve výrobě Pro konektory MM typu ST, SC, FC/PC Pícka pro 220V nebo přenosná (baterie) Rychlá instalace (1min ohřev, celkem cca 5min) Snadné jednostupňové leštění Možnost přímého konektorování Stabilní provedení s časovou stálostí Cenově výhodnější než epoxy technologie

Optické rozvaděče


Strana 62

Nástěnné optické rozvaděče

19“ optické rozvaděče


Strana 63

Montáž optických rozvaděčů • • • • •

Dostatečná kabelová rezerva – podle typu 2 až 5 m Rezerva v rozvaděči 1 až 2 m Vlákna v primární ochraně pouze v optické kazetě Vlákna v těsné sekundární ochraně pouze v rozvaděči Minimální poloměr ohybu vlákna 40 mm (30 mm)

•

Příslušenství – Čelní panel s otvory – Spojky – couplingy – Záslepky – Optická kazeta – Víčko kazety – Hřebínek – držák svarů/mech. spojek

Měření optických vláken


Strana 64

Optická trasa •

Optické vlákno zakončené optickými konektory – jeden optický kabel – více optických kabelů spojených za sebou – optický kabel v hlavní trase spojený s odbočným kabelem

•

Parametry trasy – typ konektorů, typ vlákna, technologie spojování vláken – délka jednotlivých kabelových úseků – Vložný útlum, odrazy na spojích, celková délka trasy

•

Napojení na koncová zařízení – napojení propojovacími patch kabely, různé typy konektorů – spojení více tras pomocí propojovacích patch kabelů

Měření MM optických vláken •

• • •


Vložný útlum (dB) optické trasy pro vlnovou délku 850 nm 1300 nm Délka kabelu - odečtením, OTDR, pulzní měření Přímá transmisní metoda – základní měření optický zdroj a měřič optického útlumu Měření pomocí reflektometru – rozšířené měření měřicí přístroj OTDR

Strana 65

Měření SM optických vláken •

Vložný útlum (dB) optické trasy pro vlnovou délku 1310 nm 1550 nm ( + 1625 nm) Délka kabelu - odečtením, OTDR, pulzní měření Měření polarizační vidové disperze Měření chromatické disperze

• • • •

Přímá transmisní metoda optický zdroj a měřič optického útlumu Měření pomocí reflektometru měřicí přístroj OTDR

•

Optické kabely - EIA 568-B.3 •

Měrný útlum optického vlákna

• • • • •

Multimode 50/125 µm

• • • •

Singlemode - vnitřní instalace 9/125 µm 1310/1550 nm 1,0 dB/km Singlemode - venkovní instalace 9/125 µm 1310/1550 nm 0,5 dB/km


62,5/125

850 nm 1300 nm 850 nm 1300 nm

3,5 dB/km 1,5 dB/km 3,5 dB/km 1,5 dB/km

500 Mhz.km 500 Mhz.km 200 Mhz.km 500 Mhz.km

Strana 66

Maximální hodnota útlumu • • •

Útlum konektoru 0,75 dB Útlum svaru-mech.spojky 0,3 dB Mezní měrný útlum optického vlákna

• • •

Max.útlum = počet konektorů x 0,75 + počet svarů x 0,3 + délka kabelu x měrný útlum vlákna

Ethernet 10BASE-FL •

•

•


Optické vlákno 62,5/125 µm – IEC 60793-2:1992, typ A1b (3,5 dB/km, 200MHz.km) – ANSI/TIA/EIA-568-A-1995 – Měrný útlum 3,75 dB/km pro 850 nm – Šířka pásma 160 MHz.km pro 850 nm Optický konektor – BFOC/2.5 (IEC 60874-10:1992) = ST – Maximální vložný útlum 1 dB – Útlum zpětného odrazu ORL > 25 dB Útlum optické trasy < 12.5 dB (62,5/125 µm, 850nm)

Strana 67

Ethernet 100BASE-FX • • • •

•

•

Norma IEEE 802.3 FO PMD parametry vychází z FDDI (ISO/IEC 9314-3) Vlnová délka 1300 nm Optical transmit average power (min) - 20 dBm – Optical maximum transmit power - 14 dBm – MM fiber 62,5/125 µm Optical receive power (min) - 31 dBm – Bit error rate (BER) < 1 / 1012 Útlum optické trasy < 11,0 dB (62,5/125 µm, 1300 nm)

Ethernet 100BASE-FX •

•


Optický konektor – SC duplex (ANSI X3.237-1995) – MIC, key M (FDDI PHY, ISO/IEC 9314-1:1989) – BFOC/2.5 (IEC 60874-10:1992) = ST Optická trasa – Pro Model 1 – collision domain diameter • Přímé spojení dvou DTE 412 m • Jeden opakovač class I 272 m • Jeden opakovač class II 320 m • Dva opakovače class II 228 m – Full duplex 2000 m

Strana 68

100 Mbit/s Ethernet na 850nm •

100Base-FX Fast Ethernet – pro plný duplex

•

100Base-SX Fast Ethernet 850 nm 300 m – Short Wavelenght Fast Ethernet Alliance • 3M, Allied Telesyn, AMD, AMP, BATM, Belden,Corning, DIGI, Honeywell, IMC, Lucent, Micro Linear, Siecor, SpecTran, Sumitomo, Transition, ……. www.fols.org = autodetekce 10/100 Mbit/s, nižší cena

•

1300 nm

2000 m

Gigabit Ethernet 1000Mbit/s •

1000Base-SX 850 nm – laserové diody VCSEL, MM vlákna 50/125 a 62,5/125 µm

•

1000Base-LX 1300 nm – SM laserové diody – MM vlákna 50/125 a 62,5/125 µm – SM vlákno – nutnost použití vidového „kondicionéru“ pro standardní vlákna

•

1000BASE-EX – Mimo standard – SM vlákno


1550 nm

Strana 69


Typ konektoru – SC duplex Maximální útlum všech konektorů a spojů (svarů nebo opt. mech. spojek) v trase je – 1,5 dB pro MM trasu – 2,0 dB pro SM trasu Útlum zpětného odrazu konektoru – ORL > 20 dB pro MM trasu – ORL > 26 dB pro SM trasu

•

•


• •

1000Base-SX 850nm – 62,5/125 – 62,5/125 – 50/125 – 50/125

160 MHz.km 200 MHz.km 400 MHz.km 500 Mhz.km

délka 220 m 275 m 500 m 550 m

útlum 2,33 dB 2,53 dB 3,25 dB 3,43 dB

1000Base-LX 1300nm nutnost použití vidového „kondicionéru“ pro standardní MM vlákna – 62,5/125 500 MHz.km 550 m 2,32 dB – 50/125 400/500 MHz.km 550 m 2,32 dB – SMF 9/125


5 000 m

4,50 dB

Strana 70

1G Ethernet transceivery

GBIC transceiver (Giga-Bit Interface Converter)

SFP tranceiver (Small Formfactor Pluggable) Někdy také jako „mini-GBIC“

SC duplex

LC duplex (nebo MT-RJ, VF45)

Vysokorychlostní aplikace 10G Ethernet


Strana 71

10 Gigabit Ethernet 10Gbit/s • • • • • • • • •

Pracovní skupina IEEE 802.3ae Zůstává Ethernetový rámec a velikost 802.3 Podpora rozšíření 802.3ad – agregace linky Kódování rozšířeno na 64B/66B (10,3 Gbaud) Optické transcievery pro 850, 1310 a 1550 nm WWDM pro 1310 nm LAN PHY – lokální sítě, samostatné vlákno WAN PHY – využití vrstvy SONET/SDH Ethernet PON – na pasivních SM sítích

10G Ethernet WAN PHY • • • • •

Komunikace v síti WAN pomocí existujících rozhraní SONET OC-192c/SDH STM-64 Bitová rychlost 9,95328 Gbps Rozšířený prostor mezi pakety pro změny rychlosti Kompatibilita s DWDM

• • •

10GBASE-SW 10GBASE-LW 10GBASE-EW -W


MM 850 nm serial SM 1310 nm serial SM 1550 nm serial

65 m 10 000 m 40 000 m

WAN interface sublayer

Strana 72

Konkurence LX4 a LRM •

Nedostupnost a vyšší cena transceiverů s rozhraním LX4 = vývoj standardu LRM

10G Ethernet LAN Značení 10GBASE-SR

vlákno MM 62,5/125 MM 50/125 MM 50/125

šířka pásma 160/200 (OM1) 400/500 (OM2) 2000 (OM3)

vzdálenost 26/33 m 66/82 m 300 m

10GBASE-LX4

MM 62,5/125 MM 50/125 MM 50/125

500 (OM1) 400 (OM1) 500 (OM2)

300 m 240 m 300 m

10GBASE-LX4 10GBASE-LR 10GBASE-ER

SM 9/125 (OS1) SM 9/125 (1310nm) (OS1) SM 9/125 (OS1)

10 000 m 10 000 m 40 000 m

10GBASE-LRM

MM 62,5/125 MM 50/125 MM 50/125

220 m 220 m 220 m


200/500 (OM1) 500/500 (OM2) 1500/500 (OM3)

Strana 73

10GEthernet transceiver X2

XFP

XENPAK

XPAK

300 pin

Transceivery 10 Gbit/s • •

• • •


300PIN (300pinmsa.org) pro 10 Gb a 40 Gb – SDH, DWDM transponder XENPAK (www.xenpag.org) SC duplex – Agilent, Agere, … – 10 G Ethernet MSA, 4 XAUI (850 SR, 1310 LX4, 1310 LX, …) X2 (www.x2msa.org) .. Menší verze XENPAK – Původně do 10km (Ethernet, FC, SDH, PCI) XPAK (www.xpak.org) XFP (www.xfpmsa.org) LC duplex, serial – Ethernet, SDH, FC, DWDM

Strana 74

Jaký typ vlákna zvolit ? Délka trasy FastEthernet 0 < 100 m OM1 100 < 275 m OM1 275 < 300 m OM1 300 < 500 m OM1 500 < 1500 m OM1 1500 < 2000 m OM1 • • • • •

1GEthernet OM1 OM1 OM1/OM2 OM1/OM2 OM2 Plus/OM3 OM2 Plus/OM3

10GEthernet OM1/OM2 (Plus) OM3 (OM1/OM2) OM3 (OM1/OM2) OS1 OS1 OS1

Vlákno 50/125 Třída vlákna podle max. vzdálenosti Rezerva v trase pro budoucí pokládku SM vlákna Pokládka kombinovaných kabelů MM + SM Pro rozhraní 10GBASE-LRM „stačí“ i vlákno OM2 – Možná volba – lepší vlákno OM2 = OM2 plus

WDM technologie sdílení vláken


Strana 75

Sdílení optických vláken • •

•

Stejná vlnová délka – dva směry proti sobě, jeden přenosový kanál na jednom vlákně Zajištění minimálních odrazů v trase – Coupler 50:50 % – Cirkulátor Různá vlnová délka, dvě vlákna nebo jedno vlákno s různým směrem sousedních vlnových délek – WDM - dvě až čtyři vlnové délky) – CWDM - 8 nebo 16 (18) vlnových délek – DWDM - 32, 40 a více vlnových délek

Konstrukce odbočnice - coupler •

Pomocí optických prvků

• •

Použití optických vlnovodů - optický čip Technologie svařování (FTB - fused biconic taper) 2x2


Strana 76

Cirkulátor •

•

Circulator - optické pasivní zařízení, které slouží k sloučení/oddělení optického signálu na stejné vlnové délce. Světlo je směrováno od portu k portu pouze jedním směrem. Standardně 3 porty. Vstup z portu 1 je směrován na port 2, vstup z portu 2 je směrován na port 3.

PORT 2

PORT 1

PORT 3

Cirkulátor - aplikace • •

Měřící přístroje, optické zesilovače, DWDM, filtry, kompenzátory disperze, … Obousměrná komunikace po jednom vlákně na stejné vlnové délce !! PORT 1

PORT 1

PORT 2

PORT 2

optické vlákno PORT 3

Switch A


PORT 3

Switch B

Strana 77

WDM technologie • •

WDM – 850/1300 nm, 1310/1550 nm WWDM pro MM vlákna, 4 kanály á 25nm – 1275, 1300, 1325, 1350 nm pro 10GBASE-LX4 CWDM – pro SM vlákna, až 18 kanálů á 20nm DWDM, desítky kanálů, odstup 100 GHz, 50 GHz, …

• •

WDM Multiplexer a Demultiplexer Dvě vlákna – Mux + Demux

Jedno vlákno – Mux/Demux


Strana 78

CWDM technologie

Technologie CWDM •

Použití „levných“ pasivních multiplexerů/demultiplexerů

•

Běžné aktivní prvky Ethernet a Fibre Channel s výměnnými optickými transceivery

•

CWDM optické moduly – transcievery GBIC/SFP

•

Výhody – Dostupná a levná technologie – Snadné použití se stávajícími prvky – Snadné rozšiřování a změna konfigurace


Strana 79

Konfigurace CWDM sítě

Aplikace CWDM •

• •


Použití přepínače Ethernet s porty SFP, do kterých se zasunou SFP transceivery požadovaného typu – uživatelské rozhraní – UTP, MM 1000BASE-SX, SM 1000BASE-LX – linkový transceiver CWDM o požadovaném výkonu Připojení transceiverů na pasivní filtry – Mux/Demux Vytvoření přenosových kanálů oddělením pomocí VLAN

Strana 80

Aktivní prvky xWDM

Aplikace CWDM


Strana 81

Příklad – CWDM trasa • •

Jedno vlákno G.652, 8ch CWDM, 75 km (IL pro 1550 nm = 16,9 dB) 8x GBE (transponder/muxponder) … 2x GBE => 2,5 Gbit/s 75km 16,9dB

• • •

Útlum pro 2x 8ch Mux/Demux = 3,2 dB Systémová rezerva = 2,0 dB Požadovaný překlenutelný útlum = 16,9 + 3,2 + 2,0 = 22,1 dB + je třeba zahrnout vliv disperze a útlum pro jiné vlnové délky

Průběh útlumu vlákna

•


Útlum pro 1470 nm ….. typicky + 0,04 dB/km oproti 1550 nm …. Navýšení útlumu pro 75 km = 3 dB

Strana 82

Vliv disperze

•

Chromatická disperze pro 75 km a 1610 nm (cca 22ps/nm.km)….. 1650 ps/nm pro transceiver CWDM Multirate 80km ……2 dB

Parametry CWDM transceiverů Transmode

• •


Požadovaný překlenutelný útlum transceiveru = 22,1 + 3,0 + 2,0 = 27,1 dB TRX100015 Power Budget = 0 – (– 28) = 28 dB > 27,1 dB

OK !!

Strana 83

Technologie DWDM •

•

ITU-T Recommendation G.694.1 „Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid“ – Základ 193 100 GHz – Odstup 100 GHz – Další rastry 200 GHz, 50 GHz, 25 GHz, 12,5 GHz – Přepočet na vlnovou délku pomocí „c“ • 299792458 m/s (rychlost světla ve vakuu) Komponenty – Transpondéry, Agregátory – DWDM Mux/Demux, Add/Drop – EDFA zesilovače – Kompenzace disperze – Variabilní Attenuátory

Princip DWDM systému

GE

OEO

ATM

OEO

Optically Amplified Wavelengths

DWDM Mux (Filter)

ESCON/ FC

OEO

OA

Wavelength Multiplexed Signals

OA

Optical Amplifier

Low Cost ITU-T Grid MM/SM 15xxnm 850nm/1310nm Transponders


Strana 84

Porovnání CWDM a DWDM •

CDWM (Coarse WDM) ─ Méně než 16 vlnových délek ─ Rychlost max. 2,5 GBit/s ─ Nižší cena ─ Menší nároky na komponenty ─ Nechlazené lasery ─ Jednoduchý systém ─ Nižší nároky na energii a prostor ─ Menší vzdálenosti ─ Bod-bod max. 120km ─ Použití opakovačů - repeaterů

•

DWDM (Dense WDM) ─ 32 a více vlnových délek ─ Rychlost 10 GBit/s a více ─ Vyšší cena ─ Vyšší nároky na komponenty ─ Teplotně chlazené lasery ─ Komplexní systém ─ Větší nároky na energii a prostor ─ Delší dosah bez regenerace ─ Více než 500 km ─ Použití optických zesilovačů

Aplikace DWDM


Strana 85

Aplikace DWDM DWDM without amplifiers TP

TP

TP

TP

Allowed fiber loss 2.5G without FEC: 27dB (8ch) Allowed fiber loss 2.5G with FEC: 30dB (8ch) Allowed fiber loss 10G with FEC: 16dB (8ch) Reduce allowed fiber loss with 2dB if 16ch are used. Reduce allowed fiber loss with 2+4dB if 32ch are used.

TP

TP

TP

TP

DWDM with pre amplifiers Allowed fiber loss 2.5G without FEC: 34dB (8ch) Allowed fiber loss 2.5G with FEC: 39dB (8ch) Allowed fiber loss 10G with FEC: 26.5dB (8ch) Reduce allowed fiber loss with 1dB if 16ch are used Reduce allowed fiber loss with 1+2dB if 32ch are used

TP

TP

TP

TP

DWDM with pre + booster amplifiers Allowed fiber loss 10G with FEC: 39dB (8ch) Reduce allowed fiber loss with 3dB if 16ch are used Reduce allowed fiber loss with 6dB if 32ch are used

Aplikace DWDM DWDM with 1 OADM Allowed fiber loss 10G with FEC: 26+26dB (16ch) Reduce with 1dB for 32ch. TP

TP

Max 22dB

DWDM with 2 OADM Allowed fiber loss 10G with FEC: 25+25+25dB (16ch) Reduce with 2dB for 32ch. TP

TP

Max 22dB


Max 22dB

Strana 86

Amplifiers EDFA + Raman

Raman Amplifier Terrestrial and submarine applications Distances up to 50 – 60dB (200 – 250km) without intermediate amplifier sites

OSC used for security.

Separate 1U unit, integrated with node manager

Kombinace CWDM + DWDM Optical Amplifier (EDFA) gain curve CWDM Outside DWDM-band

DWDM C-band

DWDM L-band

30 dB

gain

25 dB 20 dB 15 dB

Wavelengths standardized by ITU. G.694.1 DWDM-spacings: 12.5GHz, 25GHz, 50GHz, 100GHz .... G.694.2 CWDM-spacing: 20nm


Strana 87

Kombinace CWDM + DWDM

Kombinace C/DWDM … GWDM


Strana 88

Kombinace CWDM + DWDM 1470 8 ch DWDM 100G

1490

8 ch CWDM M/D

1510 1530

Fiber

1550 16 ch DWDM 100G

1570 1590 1610

Kombinace CWDM + DWDM 1470 1490

4 ch CWDM M/D

Fiber

1590 1610 Expand 32 ch DWDM 100G


Strana 89

Aplikace CWDM + DWDM CWDM

DWDM

In commercial confidence

Aplikace - 72 ch DWDM


Strana 90

Obousměrná komunikace DWDM po jednom vlákně

DWDM Multiplexer a Demultiplexer Dvě vlákna – Mux + Demux

Jedno vlákno – Mux/Demux


Strana 91

Interleaver DWDM 100GHz

DWDM 200GHz lichá

DWDM 200GHz sudá

i

i

Pásmový filtr GW-DM

Filtr GW-DM


Strana 92

Uzel DWDM v trase

EDFA CLA – RLC, vyrobeno ve spolupráci s CESNET


Strana 93

Optické sítě Vláknová optika

Recommend Documents