Optické sítě Vláknová optika

Optické sítě Vláknová optika Ing. Jaromír Šíma sima@rlc.cz 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 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 = 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] 10 390 455 492 622 760 1 mm Ultrafialové světlo Infračervené světlo 10 16 10 12 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

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

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

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

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 = 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

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

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 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 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 Overfilled Launch VCSEL 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 1.472 Gradientní vlákno 62,5/125 µm 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 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 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 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

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) 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

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 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

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 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

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-45 1. Zásuvka Krycí dvířka 2. Keystone držák Zástrčka Optická vlákna 3. 4. 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 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

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 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 60332-3A) 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

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 Instalace optického kabelu S cívkou kutálet po směru návinu Strana 51

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

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

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

Instalace optického kabelu 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 850 nm 3,5 db/km 500 Mhz.km 1300 nm 1,5 db/km 500 Mhz.km 62,5/125 850 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

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 / 10 12 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 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,. www.fols.org = 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

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 62,5/125 160 MHz.km 220 m 2,33 db 62,5/125 200 MHz.km 275 m 2,53 db 50/125 400 MHz.km 500 m 3,25 db 50/125 500 Mhz.km 550 m 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) SC duplex SFP tranceiver (Small Formfactor Pluggable) Někdy také jako mini-gbic 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 MM 850 nm serial 65 m 10GBASE-LW SM 1310 nm serial 10 000 m 10GBASE-EW SM 1550 nm serial 40 000 m -W WAN interface sublayer Strana 72

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 62,5/125 160/200 (OM1) 26/33 m MM 50/125 400/500 (OM2) 66/82 m MM 50/125 2000 (OM3) 300 m 10GBASE-LX4 MM 62,5/125 500 (OM1) 300 m MM 50/125 400 (OM1) 240 m MM 50/125 500 (OM2) 300 m 10GBASE-LX4 SM 9/125 (OS1) 10 000 m 10GBASE-LR SM 9/125 (1310nm) (OS1) 10 000 m 10GBASE-ER SM 9/125 (OS1) 40 000 m 10GBASE-LRM MM 62,5/125 200/500 (OM1) 220 m MM 50/125 500/500 (OM2) 220 m MM 50/125 1500/500 (OM3) 220 m Strana 73

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 (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 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 OS1 1500 < 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

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

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

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 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

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 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: 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 30 db DWDM C-band DWDM L-band g a i n 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 8 ch DWDM 100G 1470 1490 1510 1530 1550 8 ch CWDM M/D Fiber 16 ch DWDM 100G 1570 1590 1610 Kombinace CWDM + DWDM 1470 1490 4 ch CWDM M/D Fiber 1590 32 ch DWDM 100G 1610 Expand 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