Optické sítě Vláknová optika

Transkript

1 Optické sítě Vláknová optika Ing. Jaromír Šíma 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 Strana 1

2 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

3 Vlnová optika Rychlost světla v optickém prostředí c = c 0 / 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] mm Ultrafialové světlo Infračervené světlo Frekvence optických vln leží v oblasti 3x10 11 až 6x10 16 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

4 Paprsková optika Úhel lomu Snellův zákon n 1. sinθ 1 = n 2. sinθ 2 Totální = úplný odraz = paprsek je odražen zpět do prostředí mezní úhel n 2 = n 1. sinθ S (n 1 > n 2 ) θ 2 Lom θ S θ 1 Odraz n 1 sklo vzduch n 2 Optická vlákna Strana 4

5 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 = sinθ a = (n 12 -n 22 ) θ a N1 > N2 Strana 5

6 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 SiO 2 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

7 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

8 Výkon optického záření Výkon je měřen v dbm (mw) 0 dbm = 1mW Útlum/Zisk Bell = log 10 (výkon na výstupu/ výkon na vstupu) db = 10 log 10 (P out / P in ) Výkon zdroje optického záření +20 až -70 dbm + 10 db = 10 log (P out = 10 x P in ) + 3 db = 10 log (P out = 2 x P in ) 0 db = 10 log (P out = P in ) -3dB = 10 log (P out = 0,5 x P in ) -10dB = 10 log (P out = 0,1 x P in ) -20dB = 10 log (P out = 0,01 x P in ) Útlum optického vlákna Strana 8

9 Útlum optického vlákna MM vlákna SM vlákna 850 nm 1300 nm 1550 nm Vícevidová optická vlákna Strana 9

10 MM optická vlákna Vlákno vlnová délka měrný útlum šířka pásma 62,5/125µm 850 nm 3,5dB/km 200Mhz.km 1300 nm 1,5dB/km 500Mhz.km 50/125µm 850 nm 3,0dB/km 500Mhz.km 1300 nm 1,5dB/km 600Mhz.km Omezení daná topologií a přenosovým protokolem 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 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

11 Vidy v optických vláknech Vidová disperze (DMD) Strana 11

12 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 Overfilled Launch VCSEL Laser Laser Launch Strana 12

13 Buzení optických vláken LED VCSEL Nelinearita gradientního vlákna Ve středu vlákna Na okraji vlákna Strana 13

14 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

15 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 Gradientní vlákno 62,5/125 µm Rozměry vlákna [µm] Nasvícení MM vlákna LED LASER + offset Strana 15

16 Vidový kondicionér Optický rozvaděč MM 62,5/125 Optický rozvaděč MM 62,5/125 MM 62,5/125 MM 62,5/125 offset MM 62,5/125 offset SM 9/125 SM 9/125 RX TX Gigabit switch 1000BASE-LX RX TX Gigabit switch 1000BASE-LX Třídy MM vláken Třída průměr jádra šířka pásma [MHz.km] pro 850nm 1300nm laser 850nm OM 1 50 nebo 62,5 µm OM 2 50 µm OM 3 50 µm OS1 9/125 µm SM (G.652) Strana 16

17 Aplikace MM vláken Požadované třídy pro různé aplikace: Třída linky Fast Ethernet 100BASE-FX Gigabit Ethernet 100BASE-SX 100BASE-LX 10GEthernet 10GBASE-SR 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 OM2 Plus Tyco (AMP) NetConnect (600/1200 MHz.km) Jednovidová optická vlákna Strana 17

18 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

19 Útlum standardního a LWP vlákna (low water peak) Standardní vlákno (oblast 1310 a 1550nm) LWP vlákno G.652.C (1260 až 1625 nm) 850 nm 1310 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

20 Optický detektor PIN fotodioda APD (Avalanche Photo Diode) Spektrum FP laser Strana 20

21 Spektrum - DFB laser Spektrum - DFB laser Strana 21

22 Chromatická disperze Chromatická disperze Strana 22

23 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 ps/(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

24 Four Wave Mixing Four Wave Mixing Výkon cca 3dBm/kanál Strana 24

25 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

26 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

27 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

28 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

29 Typy broušení ferule konektoru Broušení typu FC (Flat Contact) Broušení typu PC (Point Contact) 8 Broušení typu APC (Angle Point Contact) Standardní optické konektory FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard) FOCIS number typ výrobce 1 BICONIC 3M Telecom Syst. Div. 2 ST Lucent Technologies 3 SC NTT 3A SC/APC NTT 4 FC 4A FC/APC 5, 5A MTP/MPO USConec Strana 29

30 Běžné typy konektorů ST FC/PC SC Konektor ST Strana 30

31 Konektor FC/PC, FC/APC Konektor SC, SC/APC Strana 31

32 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 E firma Diamond, vícevrstvá ferule, kvalitní, APC provedení pro SM D4, mini BNC - dnes nepoužívané typy MU - miniaturní obdoba SC, od NTT Strana 32

33 SFF optické konektory FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard) ANSI/TIA/EIA-604-x FOCIS number typ výrobce 6 FJ (OJ) Panduit Corp. 7 SG (VF-45) 3M Telecom Syst. Div. 8 (Mini-MT) Siecor Corp. 9 (Mini-MAC) Berg Electronics 10 LC Lucent Technologies 11 (SCDC/SCQC) Siecor, Siemens, IBM 12 MT-RJ AMP, Siecor, USConec 13 LX-5 ADC Konektor OptiJack (FJ) Výrobce Panduit Ferrule 2,5 mm Montáž - lepení a leštění Strana 33

34 Konektor VF-45 (SG) Vyvinula firma 3M, kabelový systém Volition Nový typ bez použití ferule, vlákno je centrováno ve V- drážce. Pro zásuvku je použito standardní optické vlákno Pro propojovací kabel patchcord je použito vlákno GGP Montáž - leštění Princip spojení VF Zásuvka Krycí dvířka 2. Keystone držák Zástrčka Optická vlákna Optické spojení Vlákna vstupují do V drážky Přítlačná síla udržuje optický kontakt Strana 34

35 GGP Optické vlákno GGP (Glass/Glass/Polymer) optické vlákno s trvalou plastovou povrchovou ochranou Standardní vlákno 62.5 µm jádro 100 µm plášť 125 µm plášť 25 µm polymer 250 µm primární ochrana GGP vlákno 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 Standardní vlákno v zásuvce úhel osmi stupňů zkosený konec vlákna Strana 35

36 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

37 Konektor MT-RJ MT-RJ samička Strana 37

38 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

39 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

40 Konektory pro plastová vlákna ST (BFOC-2.5) kovová ferrule F-SMA FO7 (standard JIS C-5976) duplexní konektor PN modifikovaná FO7 (standard IEC ) 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

41 F07 a PN konektor 10,6 mm rozteč ferrulí PN-I precizní verze, odpružená ferrule 2,5 mm, POF a HCS vlákna (IEC vlákna typu A4a,A4d,A3c,A3d) PN-II levná verze, pevná ferrule 2,5 mm Pouze POF vlákna, (IEC 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 "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

42 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

43 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

44 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 šíření plamene kabel (bývalá IEC 332-1, 332-2) ČSN EN šíření plamene kabely ve svazcích (bývalá IEC 332-3) Non Corosive ČSN EN obsah kyselinotvorných plynů, stupeň kyselosti Low Smoke ČSN EN hustota kouře ČSN IEC celistvost obvodu - funkční schopnost kabelu při požáru (15, 30, 45, 60, 90, 120, 180 min) Strana 44

45 Značení optických kabelů J vnitřní použití A vnější použití V těsná sekundární ochrana D vícevláknová sekundární ochrana Q vodoblokující páska F plněná kabelová duše (ZN) dielektrické tahové prvky pod pláštěm Y PVC plášť 2Y PE plášť H LSZH plášť (IEC A) B armování, zesílená mechanická ochrana (SR) armování zvlněnou ocelovou páskou Simplex patch kabel Jedno vlákno Plášť LSZH J-V(ZN)H Plášť PVC J-V(ZN)Y Strana 45

46 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

47 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

48 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

49 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

50 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

51 Instalace optického kabelu Utěsnění konců kabelu vůči pronikání vlhkosti Instalace optického kabelu S cívkou kutálet po směru návinu Strana 51

52 Instalace optického kabelu Kabel neodvíjet přes boky cívky Zabránit vytváření smyček na kabelu a kroucení kabelu Instalace optického kabelu Rozvinutý kabel při instalaci ukládat do tvaru 8 Strana 52

53 Instalace optického kabelu Při zatahování kabelu použít obratlík Instalace optického kabelu Při pokládce nevytvářet smyčky kabelu s malým poloměrem ohybu Zabránit prolomení kabelu ve smyčce Strana 53

54 Instalace optického kabelu Při pokládce nevytvářet smyčky kabelu s malým poloměrem ohybu Zabránit poškození kabelu ostatními silovými kabely Instalace optického kabelu Kabel neohýbat přes ostré rohy Zajistit minimální poloměr ohybu kabelu a vláken Strana 54

55 Instalace optického kabelu Neutahovat příliš vázací pásky Pro pohyblivé přívody chránit kabel přídavnou chráničkou Spojování optických vláken Strana 55

56 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

57 Geometrické parametry vláken podle normy IEC 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

58 Mechanické optické spojky Strana 58

59 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

60 Spojka Fibrlok II Přímé konektorování optických vláken Strana 60

61 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

62 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

63 Nástěnné optické rozvaděče 19 optické rozvaděče Strana 63

64 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

65 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

66 Měření SM optických vláken Vložný útlum (db) optické trasy pro vlnovou délku 1310 nm 1550 nm ( 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 850 nm 3,5 db/km 500 Mhz.km 1300 nm 1,5 db/km 500 Mhz.km 62,5/ nm 3,5 db/km 200 Mhz.km 1300 nm 1,5 db/km 500 Mhz.km 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 Strana 66

67 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 :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 :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

68 Ethernet 100BASE-FX Norma IEEE FO PMD parametry vychází z FDDI (ISO/IEC ) 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 / Útlum optické trasy < 11,0 db (62,5/125 µm, 1300 nm) Ethernet 100BASE-FX Optický konektor SC duplex (ANSI X ) MIC, key M (FDDI PHY, ISO/IEC :1989) BFOC/2.5 (IEC :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

69 100 Mbit/s Ethernet na 850nm 100Base-FX Fast Ethernet 1300 nm 2000 m 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,. = autodetekce 10/100 Mbit/s, nižší cena 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 1550 nm Mimo standard SM vlákno Strana 69

70 Gigabit Ethernet 1000Mbit/s 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 Gigabit Ethernet 1000Mbit/s 1000Base-SX 850nm délka útlum 62,5/ MHz.km 220 m 2,33 db 62,5/ MHz.km 275 m 2,53 db 50/ MHz.km 500 m 3,25 db 50/ Mhz.km 550 m 3,43 db 1000Base-LX 1300nm nutnost použití vidového kondicionéru pro standardní MM vlákna 62,5/ MHz.km 550 m 2,32 db 50/ /500 MHz.km 550 m 2,32 db SMF 9/ m 4,50 db Strana 70

71 1G Ethernet transceivery GBIC transceiver (Giga-Bit Interface Converter) SC duplex SFP tranceiver (Small Formfactor Pluggable) Někdy také jako mini-gbic LC duplex (nebo MT-RJ, VF45) Vysokorychlostní aplikace 10G Ethernet Strana 71

72 10 Gigabit Ethernet 10Gbit/s Pracovní skupina IEEE 802.3ae Zůstává Ethernetový rámec a velikost 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 MM 850 nm serial 65 m 10GBASE-LW SM 1310 nm serial m 10GBASE-EW SM 1550 nm serial m -W WAN interface sublayer Strana 72

73 Konkurence LX4 a LRM Nedostupnost a vyšší cena transceiverů s rozhraním LX4 = vývoj standardu LRM 10G Ethernet LAN Značení vlákno šířka pásma vzdálenost 10GBASE-SR MM 62,5/ /200 (OM1) 26/33 m MM 50/ /500 (OM2) 66/82 m MM 50/ (OM3) 300 m 10GBASE-LX4 MM 62,5/ (OM1) 300 m MM 50/ (OM1) 240 m MM 50/ (OM2) 300 m 10GBASE-LX4 SM 9/125 (OS1) m 10GBASE-LR SM 9/125 (1310nm) (OS1) m 10GBASE-ER SM 9/125 (OS1) m 10GBASE-LRM MM 62,5/ /500 (OM1) 220 m MM 50/ /500 (OM2) 220 m MM 50/ /500 (OM3) 220 m Strana 73

74 10GEthernet transceiver X2 XFP XPAK XENPAK 300 pin Transceivery 10 Gbit/s 300PIN (300pinmsa.org) pro 10 Gb a 40 Gb SDH, DWDM transponder XENPAK ( SC duplex Agilent, Agere, 10 G Ethernet MSA, 4 XAUI (850 SR, 1310 LX4, 1310 LX, ) X2 ( Menší verze XENPAK Původně do 10km (Ethernet, FC, SDH, PCI) XPAK ( XFP ( LC duplex, serial Ethernet, SDH, FC, DWDM Strana 74

75 Jaký typ vlákna zvolit? Délka trasy FastEthernet 1GEthernet 10GEthernet 0 < 100 m OM1 OM1 OM1/OM2 (Plus) 100 < 275 m OM1 OM1 OM3 (OM1/OM2) 275 < 300 m OM1 OM1/OM2 OM3 (OM1/OM2) 300 < 500 m OM1 OM1/OM2 OS1 500 < 1500 m OM1 OM2 Plus/OM3 OS < 2000 m OM1 OM2 Plus/OM3 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

76 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) 2 x 2 Strana 76

77 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 1 PORT 2 PORT 3 Cirkulátor - aplikace Měřící přístroje, optické zesilovače, DWDM, filtry, kompenzátory disperze, Obousměrná komunikace po jednom vlákně na stejné vlnové délce!! PORT 1 PORT 2 PORT 1 PORT 2 optické vlákno PORT 3 PORT 3 Switch A Switch B Strana 77

78 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

79 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

80 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

81 Aktivní prvky xwdm Aplikace CWDM Strana 81

82 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

83 Vliv disperze Chromatická disperze pro 75 km a 1610 nm (cca 22ps/nm.km) 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 TRX Power Budget = 0 ( 28) = 28 db > 27,1 db OK!! Strana 83

84 Technologie DWDM ITU-T Recommendation G Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid Základ GHz Odstup 100 GHz Další rastry 200 GHz, 50 GHz, 25 GHz, 12,5 GHz Přepočet na vlnovou délku pomocí c 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 Optically Amplified Wavelengths ATM OEO DWDM Mux (Filter) OA OA ESCON/ FC OEO Wavelength Multiplexed Signals Optical Amplifier Low Cost MM/SM 850nm/1310nm ITU-T Grid 15xxnm Transponders Strana 84

85 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

86 Aplikace DWDM TP TP TP TP DWDM without amplifiers 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: dB (16ch) Reduce with 2dB for 32ch. TP TP Max 22dB Max 22dB Strana 86

87 Amplifiers EDFA + Raman Raman Amplifier Terrestrial and submarine applications Distances up to 50 60dB ( km) 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 30 db DWDM C-band DWDM L-band g a i n 25 db 20 db 15 db Wavelengths standardized by ITU. G DWDM-spacings: 12.5GHz, 25GHz, 50GHz, 100GHz... G CWDM-spacing: 20nm Strana 87

88 Kombinace CWDM + DWDM Kombinace C/DWDM GWDM Strana 88

89 Kombinace CWDM + DWDM 8 ch DWDM 100G ch CWDM M/D Fiber 16 ch DWDM 100G Kombinace CWDM + DWDM ch CWDM M/D Fiber ch DWDM 100G 1610 Expand Strana 89

90 Aplikace CWDM + DWDM CWDM DWDM In commercial confidence Aplikace - 72 ch DWDM Strana 90

91 Obousměrná komunikace DWDM po jednom vlákně DWDM Multiplexer a Demultiplexer Dvě vlákna Mux + Demux Jedno vlákno Mux/Demux Strana 91

92 Interleaver DWDM 100GHz DWDM 200GHz lichá DWDM 200GHz sudá i i Pásmový filtr GW-DM Filtr GW-DM Strana 92

93 Uzel DWDM v trase EDFA CLA RLC, vyrobeno ve spolupráci s CESNET Strana 93