mk_z33t_kir

КАБЕЛСКИ ДИСТРИБУТИВНИ СИСТЕМИ - ЕЛЕМЕНТИ НА ОПТИЧКАТА КАБЕЛСКА ДИСТРИБУТИВНА МРЕЖА


I Z33T home page I страници на македонски јазик I


Миле Кокотов (2010)

Елементи на оптичката дистрибутивна мрежа од КДС
Оптичката дистрибутивната мрежа се состои од повеќе елементи. Најопшто земено, тие се делат на пасивни и активни елементи. Пасивните елементи ги сочинуваат елементи на кои не им е потребно напојување со електрична струја. Тоа се, например: оптичките кабли, оптичките разделници, сплајс-кутиите, оптичките конектори, печ-корди, пиг-тејли, печ-панели и др. Активни елементи на оптичката дистрибутивна мрежа се оптичките предаватели, оптичките нодови, оптичките приемници за повратен пат, медија конвертори и др.

Оптички кабли
Оптичките кабли се составени од повеќе оптички влакна, a сите оптички влакна заедно се обвиткани со надворешна обвивка на кабелот. На почетокот од својот развој оптичките кабли имале релативно мал број оптички влакна (2, 4, 6 или 8 оптички влакна). Денес се произведуваат оптички кабли со по неколку десетици или стотици оптички влакна. Во моментов кога го пишувам ова, нашироко се употребуваат оптички кабли со по 24, 48, 64, 72, 90, 128 или 144 оптички влакна.

opticki_kabli1 opticki_kabli2

opticki_vlakna

Оптичките влакна во кабелот се групирани во неколку заеднички пластични обвивки кои се нарекуваат „туби“. Секоја туба може да содржи различен број оптички влакна, во зависност од производителот на кабелот.
За полесна идентификација на оптичките влакна надворешната обвивка на секое влакно е обоена со различни бои. Секоја боја си има свој идентификационен број.


Во една туба обично има оптички влакна само со различна боја. Исто така и тубите се обоени со различна боја за да можат да се разликуваат.
Доколку во една туба има повеќе од 12 оптички влакна, бидејќи има само 12 различни бои, втората група од 12 влакна се обоено со две бои. На пример сина–бела боја или сина боја со бела линија итн.


Во следнава табела се прикажани боите со соодветни кодови за идентификација на оптичките влакна:

tabela_boi

Освен тубите и оптичките влакна, оптичките кабли имаат и материјал за зајакнување кој ги штити тенките оптички влакна од надворешни сили.

 

Оптички сплитери (разделници)
Оптичките сплитери, слично како кабелските сплитери за RF сигнал имаат еден влез и два или повеќе излези. Тие го делат оптичкиот сигнал на два или повеќе делови, при што секој излез може да има еднакво или различно ниво на оптички сигнал.


При нарачката на оптичките сплитери може да се бира кој сооднос на оптичкиот сигнал ќе го има на соодветните излези од оптичкиот сплитер. Соодносот може да биде било каков. Од 99%/1% до 50%/50%.


Оптичките сплитери се произведуваат така што на своите краеви можат да имаат оптички конектори или слободни оптички влакна (пигтејли). Оптичките сплитери со пигтејли треба да се сплајсуваат за да се интегрираат во системот. Оптичките сплитери со конектори се малку поскапи, конекторите имаат поголемо слабеење на оптичкиот сигнал (0,5 dB по конекторски пар), но предноста е во тоа што може често и едноставно да се превклучуваат.

opticki_spliter

На оптичкиот сплитер обично има залепено налепница со детални податоци за распределбата на сигналите и нивното слабеење за секој од излезите.

 

Поврзување на оптички влакна со сплајсување и со оптички конектори
Оптичките влакна можат да се спојуваат (поврзуваат) или наставуваат на неколку начини. Со меѓусебно трајно поврзување кое се нарекува „сплајсување“ (splicing) или преку конектори.
Сплајсувањето се прави со специјални уреди кои се нарекуваат „сплајсери“. Сплајсувањето може да биде најчесто со фузија, односно меѓусебно стопување на стаклените влакна или механичко  сплајсување. Претходно оптичките влакна мора да се подготват, да се исчистат, да се исечат со специјален нож за сечење наречен „кливер“, и да се постават во уредот за сплајсување (сплајсер). Понатаму сплајсерот автоматски ги порамнува оптичките влакна кои треба да се спојат, и со помош на електричен лак ги растопува и меѓусебно трајно ги спојува.

splajsuvanje

Добар спој на две оптички влакна со помош на фузиски сплајсер има од 0,01 до 0,1 dB слабеење на оптичкиот сигнал. Споевите направени со механички сплајсери имаат поголемо слабеење (околу 0,2 dB). Најголемо слабеење има меѓусебното спојување со помош на конектори.

На следнава фотографија се гледаат оптичките влакна поставени во сплајсерот помеѓу електродите, подготвени за сплајсување:

splajser

 

Добар конектор има релативно големо слабеење: од 0,25 до 0,5 dB. Меѓутоа, предноста на спојувањето со конектори е тоа што може повеќекратно да се спојуваат и раздвојуваат оптичките влакна и воедно да се бира кое со кое влакно да се спојува преку таканаречен „печ-панел“ (pach panel) каде што завршуваат влакната од еден или повеќе оптички кабли.


Добар конектор има слабеење колку еден до два километри оптички кабел!!!


Со помош на конекторите и пач-панелот може едноставно да се реконфигурираат постојните споеви помеѓу оптичките влакна. Од друга страна, конекторите се места во оптичкиот систем каде се најчесто се јавуваат проблеми. Проблемите обично се поради несовршениот механички спој помеѓу конекторите или пак загадената површина на конекторот (прашина или нечисти раце на техничарот кој врши спојување на конекторите)


Секој премин од оптичко влакно кон воздух создава околу 0,18 dB слабеење. Две оптички влакна меѓусебно поврзани преку конектори имаат секој по 0,18 dB слабеење, бидејќи секое влакно посебно има сопствен премин од стакленото јадро кон воздушна среднина (во самиот конектор). Така, еден спој на две оптички влакна преку конектор обично има околу 0,36 dB слабеење.

Видови на оптички конектори
Постојат повеќе видови на конектори кои се развиени во текот на изминатите години. Веројатно дека во иднина ќе се појават и нови, подобри конектори. Во следнава табела се прикажани некои од најчесто користените оптички конектори:

tabela_opticki_konektori


Во моментов актуелни се SC фамилијата на конектори. Тоа се мали однадвор пластични конектори со релативно мало слабеење на оптичкиот сигнал и добро повратно прилагодување доколку површината на конекторот е перфектно чиста.
Во внатрешноста има тенок, долг керамички цилиндар (ferrule) со помош на кој се порамнуваат оптичките влакна чии краеви се полирани.

 

konektor_pigtail

Керамичкиот цилиндар (ferrule) во средината е продупчен со отвор чиј дијаметар е малку поголем од дијаметарот на надворешната стаклена обвивка (cladding) на оптичкото влакно. Во тој отвор фабрички е ставено (цементирано) едно кратко оптичко влакно со полиран крај.
Оптичкото влакно кое фабрички е поврзано со конекторот се нарекува „пигтејл“ (pigtail). Другиот крај од пигтејлот се сплајсува на крајот од оптичкото влакно од оптичкиот кабел и на тој начин се монтира конекторот на крајот од оптичкото влакно.

 

Ултра полирани конектори (UPC) и Аголно полирани конектори (APC)

SC конекторите како и некои други видови на конектори се произведуваат со рамен, високополиран крај на конекторот или пак со закосен, аголно полиран крај. Рамниот  (SC-UPC) вид на конектор овозможува помало слабеење кога е исчистен прописно, но има за околу 5dB полошо (помало) повратно слабеење отколку закосениот тип на SC конектори (SC-APC). Причината за помала рефлексија на SC-APC конекторите може да се види на следнава слика:

apc_upc_konektor

На следнава слика е прикажан (ultra physical contact) конектор SC-UPC кој има сина боја:

sc-upc

На следнава слика е прикажан (angled physical contact) конектор SC-АPC кој има боја. Се гледа закосениот крај на конекторот:

sc-apc

Кај оптичките системи, повратното слабеење треба да биде поголемо од 40 dB за да не се зголеми шумот во системот, бидејќи директно модулираните ласерски диоди се многу осетливи на рефлектирани зраци.

Чистење на оптичките конектори
Со оптичките конектори треба да се ракува со нужно внимание. Незаштитениот крај на конекторот може многу лесно да се загади (извалка) од прашината во воздухот или нечисти раце. Треба да се има на ум дека дијаметарот на јадрото на оптичкото влакно е 8-10 илјади пати помало од еден милиметар, така што и најмала прашина може да направи пречки во преносот на сигналот.


Конекторот секогаш кога не е приклучен, треба да има ставено заштитно капаче на крајот од конекторот кое го штити од валкање и можни ситни гребнатинки.
Никогаш не треба да се допира крајот од конекторот каде што завршува оптичкото влакно.


Чистење на оптичките конектори е потребно секогаш кога конекторот се вади или повторно поставува на своето место.
Многу проблеми во оптичките системи се предизвикани од извалкани или недоволно добро исчистени конектори. За чистење на оптичките конектори се употребуваат специјални ленти за чистење или може да се употреби чист изопропил алкохол (isopropyl alcohol). Во крајна нужда може да се употреби чист 99% етил алкохол.


Откако ќе се исчисти конекторот веднаш треба да се приклучи во своето место пред да се контаминира (извалка) од нечист воздух или прашината која секогаш ја има во воздухот.


Не е препорачливо чистење на конекторите со други материјали или „дување“ на нечистотијата со уста. За продувување на конекторите се користи специјален спреј со компримиран чист воздух.


Исто така, треба да се внимава да не се чисти конекторот додека е присутен оптичкиот сигнал затоа што може трајно да се оштети површината на конекторот од моќноста на ласерскиот зрак (доколку моќноста на ласерскиот зрак е голема на местото каде се наоѓа конекторот).

opticki_konektori_razni

 

На конекторите кои не се во употреба треба да има ставено заштитна „капа“ која ги штити од нечистотија.

Сплајс-кутии

Сплајс-кутиите се пластични или метални кутии во кои се подредени сплајсуваните оптички влакна од еден, два или повеќе оптички кабли. Внатре, оптичките влакна уредно се свиткани и логички подредени и обележани за полесно снаоѓање и идентификување на оптичките врски. Во една сплајс-кутија може да има и повеќе десетици оптички влакна.

На следнава фотографија се прикажани: апарат за сплајсување – лево, и сплајс кутија – десно на сликата:

splajs_kutija

На следнава фотографија се гледа шахта со оптички кабел и сплајс-кутија надвор од шахтата:

sahta_splajs_kutija

На следнава фотографија е прикажана сплајс-кутија со туби и оптички влакна во различни бои:

splajs_box_tubi

Секое наставување (продолжување) на оптички кабел, или пак поврзување со други кабли се врши во соодветна сплајс-кутија.
Сплајс-кутиите обично се поставуваат во шахти, ормани или пак на бандера, кога се работи за надземно поставени оптички кабли.

На следнава фотографија е прикажана сплајс-кутија со туби и оптички влакна во различни бои:

splajs_box_tubi1

 

Печ-панели

Печ-панелите се еден вид мини ормани каде завршуваат оптичките влакна со сплајсувани оптички конектори на своите краеви.

patch_paneli

Обично печ-панелите се поставуваат во главни станици, потстаници или контролни соби, каде оптичките влакна можат да се поврзуваат меѓусебе со оптички конектори.

 

Печ-корд (Patch cord)
Печ-корд претставува парче на оптички кабел (едно оптичко влакно со подебела пластична изолација) кое на двете страни има оптички конектор.

patch_cord

Должината на печкордот може да биде различна. Има печкорди пократки од еден метар како и долги, по неколку десетици метри.
Печкордот служи за поврзување на два оптички уреди во рамките на една просторија, поврзување помеѓу оптичките печ-панели и слично...

 

Оптички предаватели (трансмитери)
Оптичките предаватели по својата функција се слични на модулаторите. Модулаторите генерираат RF-сигнал и на него го втиснуваат корисниот сигнал (аудио-видео или дата сигнал) Притоа, RF-сигналот се користи како „носител“ или транспортер на корисната информација преку коаксијалниот кабел.
Слично на ова, оптичкиот предавател генерира светлински зрак и на него го втиснува корисниот сигнал (модулирани RF сигнали, дата сигнали и сл.


Како генератор (извор) на светлински зрак, се употребуваат два вида на диоди. LED (лед диода) и LD (ласерска диода).
Лед диодата е поевтина, поедноставна и генерира некохерентна светлина со мала моќност. Ласерската диода е многу поскапа, генерира кохерентен ласерски зрак со голема моќност и многу тесен спектар на бранова должина. Од друга страна, лед диодата има поголема линеарност од ласерската диода, но емитуваната светлина е со широк спектар на бранови должини.

opticki_transmiter_shema

Во кабелските дистрибутивни системи се употребува линеарна амплитудна модулација на ласерската диода при што комплетниот RF спектар со сите носечки RF-сигнали се модулираат (втиснуваат во ласерскиот зрак и понатаму преку оптичките кабли се пренесуваат до оптичките нодови или приемници. Линеарната амплитудна модулација на ласерската диода е релативно осетлива на шум.

На следнава фотографија можат да се видат два оптички предаватели и оптички EDFA засилувач во средината:

opticki_predavatel_edfa

Потребната моќност на оптичкиот предавател се одбира во зависност од проектираната должина на оптичкиот линк, односно слабеењето на оптичкиот сигнал во оптичките влакна и другите оптички елементи (оптички буџет)
Моќноста на оптичкиот предавател може да биде изразена во mW или во dBm. (0 dBm = 1 mW, +3dBm = 2 mW, +6 dBm = 4 mW, +9dBm = 8 mW, +12 dBm = 16 mW, +15 dBm = 32 mW итн.)

Оптички приемници
Оптичките приемници се уреди кои го примаат ласерскиот зрак од оптичкото влакно (со помош на фотодиода) и го претвораат во електрични сигнали идентични на сигналите со кои се модулирал оптичкиот предавател.
Оптичките приемници треба да бидат доволно линеарни и осетливи за да можат да го примат релативно ниското ниво на оптичкиот сигнал кој доаѓа преку оптичкото влакно.
За оптимална работа на оптичкиот приемник (со релативно ниско ниво на шум) оптичкиот сигнал на влезот на приемникот треба да има оптичко ниво не помало од 0 dBm.

opticki_rx_sema

Моќноста на оптичкиот предавател (ласерскиот зрак) е ограничена на  +12 до +17 dBm поради „SBSStimulated Brillouin Scattering“ и другите нелинеарни оптички влијанија, додека нивото на приемниот оптички сигнал треба да биде околу 0 dBm за да се зачува потребниот сигнал/шум во приемникот. Така, вредноста од околу 17 dBm практично го претставува „оптичкиот буџет“ за типичен широкопојасен оптички линк.

На следнаве фотографии е прикажан оптички приемник за повратен пат:

opticki_rx_front

opticki_rx_back

Оптичките предаватели и оптичките приемници сами за себе не се линеарни уреди, туку уреди со „квадратна“ зависност од моќноста на влезниот сигнал. Така, емитуваната излезна моќност на оптичкиот предавател е пропорционална со јачината на струјата на влезниот RF сигнал, односно со квадратниот корен од моќноста на влезниот RF сигнал. На другата страна од оптичкиот линк, во оптичкиот приемник (оптичкиот детектор), добиената RF излезна моќност е пропорционална со квадратниот корен од моќноста на оптичкиот сигнал на влезот од приемникот. На тој начин, вкупниот оптички линк е практично линеарен.
Поради „квадратната зависност“ на оптичкиот приемник од оптичката моќност на влезниот сигнал, промената од 1dB на оптичко ниво на влезот од приемникот, ќе резултира со 2dB промена на нивото на RF сигнал добиен од оптичкиот приемник.

Оптички засилувачи
Оптичките засилувачи го засилуваат нивото на амплитудно модулираниот оптички сигнал без да има потреба од претворање на оптичкиот сигнал во електричен RF сигнал, потоа RF засилување и повторно претворање на RF сигналот во оптички.


За да се разбере принципот на работа на оптичките засилувачи, потребно е знаење од атомската физика која е надвор од темата на овој труд.
Најчесто се употребува таканаречениот EDFA оптички засилувач (Erbium-Doped Fiber Amplifier) кој се употребува за засилување на оптичкиот сигнал со бранова должина од 1550 nm.


Составен дел на EDFA засилувачот е специјално оптичко влакно кај кое јадрото е изработено од чисто кварцно стакло збогатено со атоми на ербиум (ербиумот е многу редок хемиски елемент). Во тоа оптичко влакно се инјектира енергија од ласер со голема моќност кој емитува ласерски зрак со бранова должина од 980 nm.

edfa_princip

Кога слабиот оптички сигнал со бранова должина од 1550 nm ќе влезе во оптичкото влакно на EDFA засилувачот, ласерскиот зрак ги стимулира атомите на ербиумот да ја ослободат акумулираната енергија како додатна 1550 nm ласерска светлина. Овој процес продолжува како што сигналот поминува низ оптичкото влакно на EDFA засилувачот, така сигналот станува сѐ појак и појак. Фотоните го засилуваат влезниот оптички сигнал, зголемувајќи ја неговата амплитуда без речиси никакви активни елементи, освен додатниот 980 nm ласер што служи како „пумпа“ за инјектирање на (980 nm) ласерски зрак кој служи како еден вид катализатор. Моќниот 980 nm ласер придонесува атомите од ербиумот во оптичкото влакно на EDFA засилувачот, да „скокнат“ во повисоко енергетско ниво. Кога истите атоми под дејство на слабиот влезен оптички сигнал од 1550 nm ќе се вратат во нивните нормални енергетски нивоа, разликата во енергиите го засилува сигналот од 1550 nm.
Ширината на „ербиум“ прозорот со бранови должини при кои може да се употребува EDFA оптичкиот засилувач изнесува само околу 30 nm (1530 nm до 1560 nm).


Постојат и дуал банд оптички засилувачи DBFA – Dual Band Fiber Amplifiers кај кои ширината на брановата должина при која можат да се употребуваат е во границите од 1528 nm до 1610 nm. DBFA засилувачот практично е составен од два оптички засилувачи. Едниот е сличен на EDFA оптичкиот засилувач а другиот е наречен EBFA – Extended Band Fiber Amplifier.

 

Оптички нодови

Оптичкиот нод е уред кој ја прима модулираната ласерска светлина од оптичкиот предавател  и ја конвертира во ист повеќеканален (downstream) RF сигнал каков што бил донесен во оптичкиот предавател.
Downstream сигналот е мултиплексен сигнал кој во себе ги содржи сите аналогни и дигитални ТВ канали, како и сигналите од дојдовниот интернет сообраќај кои се испраќаат од главната станица кон крајните корисници.

Понатаму овој downstream RF сигнал се засилува (во склоп на оптичкиот нод има и RF засилувач) и преку коаксијалната кабелска мрежа се пренесува до крајните корисници. RF-сигналот кај корисниците може директно да се прима со помош на ТВ приемник (само аналогните ТВ канали).

opticki_nod_blok_sema

При користење на двонасочна мрежа за пренос на интернетот по EuroDOCSIS стандардот, појдовниот интернет сообраќај во вид на RF сигнал од кабелскиот модем кај корисниците се пренесува преку повратниот пат на коаксијалната кабелска мрежа до оптичкиот нод.


Оптичкиот нод во себе има оптички предавател за upstream сигналот од повратниот пат. RF сигналот (upstream) кој доаѓа од кабелските модеми кај корисниците, преку повратниот пат на коаксијалната кабелска мрежа доаѓа до конекторите за коаксијален кабел на нодот (RF out1  и RF out1). Понатаму, (во диплексер филтерот на нодот), овој upstream-сигнал се одвојува од downstream-сигналот, се модулира во оптичкиот предавател на нодот, и се испраќа преку друго оптичко влакно до главната станица каде има оптички приемник за повратниот сигнал.

Оптичкиот приемник го прима оптичкиот сигнал (upstream) од повратниот пат и го претвора во електричен RF сигнал кој понатаму, со коаксијален кабел се води до CMTS уредот во главната станица на кабелскиот дистрибутивен систем.


Потребното оптимално ниво на (downstream) оптичкиот сигнал на влезот на оптичкиот приемник (во нодот) изнесува 0 dBm.  Пониско ниво од оптималното многу бргу го смалува односот сигнал/шум на детектираниот RF сигнал и на тоа треба многу да се внимава при проектирањето на оптичкиот сегмент од кабелската дистрибутивна мрежа.


Постојат оптички нодови кај кои се користи само едно оптичко влакно за двонасочен пренос. На пример, за сигналите од главната станица до оптичките нодови се користи предавател со бранова должина од 1310 nm, а од оптичкиот нод, за сигналите од повратнот пат, преку предавател со бранова должина од 1550 nm, низ едно исто влакно се пренесуваат до главната станица, односно до оптичкиот приемник за повратниот пат.

Нодовите можат да се напојуваат со електрична енергија на ист начин како CATV засилувачите во коаксијалниот сегмент на КДС, односно од далечен извор на 220 V и трансформатор (220/65V) преку коаксијалниот кабел, или од локален извор на 220 V во орманот каде е сместен нодот.

На следниве фотографии е прикажан оптички нод од надвор и од внатре:

opticki_nod_nadvor

opticki_nod_vnatre

Медија конвертори

Во системите каде се применува LAN мрежа за пренос на интернетот, се употребуваат специјални уреди (оптички примопредаватели) кои се нарекуваат медија конвертори. Медија конверторите во себе имаат оптички приемник и оптички предавател кои се всушност и конвертори кои ги претвораат електричните дигитални „дата“ компјутерски сигнали во оптички и обратно.


За разлика од линеарната модулација која се употребува за пренос на сигналите помеѓу главната станица и нодовите, медија конверторите употребуваат многу поедноставна дигитална модулација на ласерскиот зрак, односно „прекинувачка“ (пулсирачка) ласерска светлина во зависност од „единиците“ и „нулите“ на бинарниот дигитален дата сигнал.

На следнава фотографија се прикажани два медија конвертори. Левиот медија конвертор е со две оптички влакна, а десниот медија конвертор е со едно оптичко влакно:

media_konvertori

Приемниот дел на медија конверторите треба само да детектира присуство или отсуство на ласерска светлина и адекватно го репродуцира оригиналниот бинарен дата сигнал. Дигиталната модулација е многу поедноставна за разлика од линеарната. Исто така, при преносот на сигналите со дигитална модулација може да се толерира многу повисоко ниво на шум.
Современите дигитални оптички системи можат да постигнат брзина од 10 Gbps. Истовремено, можат да се толерираат загуби во оптичкиот линк, помеѓу оптичкиот предавател и приемник дури до 30 dB па и повеќе.
Денес се употребуваат 100 мегабитни, како и гигабитни медија конвертори во зависност од брзината која ја поддржуваат.

Примена на оптичката технологија во КДС

Во современите хибридни оптичко коаксијални (HFC) кабелски мрежи, оптичката технологија е широко употребувана. Најчесто се користи 1310 нанометарска технологија која е постара. Денес сѐ почесто се употребува и 1550 нанометарска технологија која е понова и поскапа, но има помало слабеење низ оптичката кабелска мрежа.
За пренос на аналогните ТВ канали се употребува аналогна модулација. Целиот RF спектар на сигнали од 85 до 862 MHz во главната станица се доведува во оптички предавател (трансмитер) каде се врши амплитудна модулација на ласерската диода која емитува ласерски модулиран зрак во оптичката кабелска мрежа. Ласерскиот зрак преку оптичките кабли се пренесува до повеќе јазли (оптички приемници – нодови).

На следниве три фотографии се прикажани ормани со оптички нодови и придружни елементи од кои понатаму продолжуваат коаксијални кабли и други елементи на коаксијалниот сегмент од кабелската дистрибутивна мрежа, сѐ до крајните корисници:

orman1

Метален орман со оптички нод, сплајс кутија, напонски внесувач, трансформатор за напојување на засилувачите преку коаксијалниот кабел, автоматски осигурувачи и други елементи по потреба.

 

orman2

Метален орман со елементи од КДС

 

orman3

Метален орман со елементи од КДС

 

Во нодовите ласерската светлина се прима и повторно се конвертира во ист повеќеканален RF-сигнал каков што беше донесен во оптичкиот предавател. Понатаму овој RF-сигнал се засилува (во склоп на оптичкиот нод има и RF засилувач) и преку коаксијалната кабелска мрежа се пренесува до крајните корисници. RF-сигналот кај корисниците може директно да се прима со помош на ТВ приемник.

При користење на двонасочна мрежа за пренос на интернетот по EuroDOCSIS стандардот, појдовниот интернет сообраќај во вид на RF сигнал од кабелскиот модем кај корисниците се пренесува преку повратниот пат на коаксијалната кабелска мрежа до оптичкиот нод. Оптичкиот нод во себе има оптички предавател за повратниот пат. RF сигналот од повратниот пат се модулира во оптичкиот предавател на нодот и се испраќа преку друго оптичко влакно до главната станица каде има оптички приемник за повратниот сигнал. Ова е прикажано на следнава слика:

blok_sema_hfc1

 

Но, може да се користи и само едно оптичко влакно за двонасочен пренос. На пример, за сигналите од главната станица до оптичките нодови се користи предавател со бранова должина од 1310 nm, а од оптичкиот нод, за сигналите од повратнот пат преку предавател со бранова должина од 1550 nm преку едно исто влакно се пренесуваат до главната станица. Ова е прикажано на следнава слика:

blok_sema_hfc2

 

Примена на оптичката технологија за LAN интернет во КДС


Како што спомнав порано во овој труд, постојат кабелски дистрибутивни системи кај кои преносот на интернетот се врши преку паралелна LAN мрежа. Коаксијалниот сегмент во овој случај може да биде еднонасочен бидејќи нема потреба од повратен пат. Засилувачите во коаксијалната мрежа исто така можат да бидат еднонасочни.


RF сигналите на аналогната и дигиталната ТВ во главната станица се доведуваат во оптички предавател (трансмитер) каде со аналогна модулација се модулира ласерската диода. Модулираниот ласерски зрак се испраќа преку оптички кабли до еднонасочни нодови кои ги примаат ласерските зраци. Ги претвораат во RF сигнали и преку коаксијалната кабелска мрежа ги пренесуваат до крајните корисници. Притоа, оптичките нодови не мора да имаат предавател за повратниот пат. Интернетот се пренесува преку паралелна оптичка и LAN мрежа.


За пренос на интернетот преку оптичкиот сегмент на кабелскиот дистрибутивен систем, овде се употребуваат специјални уреди наречени медија конвертори. Медија конверторот е уред кој во себе има оптички предавател и оптички приемник и конвертори од оптички сигнали во електрични дигитални сигнали какви што се користат во LAN компјутерските мрежи.

Медија конверторот има LAN (ethernet) конектор за FTP кабел и оптички конектор за оптички кабел односно оптичко влакно. FTP кабелот има 8 бакарни жици (4 пара меѓусебно упредени бакарни жици). Преку едниот пар бакарни жици на FTP кабелот се пренесува појдовниот интернет сообраќај,  а дојдовниот интернет сообраќај се пренесува преку друг пар на упредените бакарни жици од истиот FTP кабел.


Постојат медија конвертори со два оптички конектори при што се користат две оптички влакна. Едното оптичко влакно за појдовниот интернет сообраќај (TX), а преку другото оптичко влакно се пренесува дојдовниот интернет сообраќај (RX). Ова е прикажано на следнава слика:

blok_sema_hfc_lan1

 

Постојат медија конвертори (обично поскапи) кои имаат само еден оптички конектор и тие користат само едно влакно за пренос и на појдовниот и дојдовниот интернет сообраќај (RX/RX). Притоа користат WDM мултиплекс (wavelength division multiplex) за пренос на два различни сигнали преку истото влакно.
Преносот на сигналот во едната насока се врши преку модулиран 1310 nm ласерски зрак, додека преносот на сигналот во другата насока се врши со помош на 1550 nm ласерски зрак преку едно исто оптичко влакно. Ова е прикажано на следнава слика:

blok_sema_hfc_lan2

 

Пресметка на слабеењето на оптичкиот сигнал преку
оптички линк (оптички буџет)

При пресметка на слабеењето на елементите од пасивната оптичка мрежа (PON-Pasive optical Network) појдовна точка ни е моќноста на оптичкиот предавател и нивото на оптичкиот сигнал во приемникот кое треба да изнесува 0 dBm.
Ова се податоци за слабеењето на елементите на оптичката мрежа:

1. Оптичкиот кабел има слабеење од 0,33 dB/km за бранова должина од 1310nm,  и 0,23 dB/km за бранова должина од 1550 nm.

2. Точките на меѓусебно спојување на оптичките кабли (сплајсови) внесуваат околу 0,02 до 0,1 dB (за пресметка ја користиме вредноста од 0,1 dB). Притоа треба да имаме на ум дека оптичките кабли се испорачуваат во котури од по 2000 м (2km) така што за големи должини треба на слабеењето на оптичкиот кабел да го додадеме и слабеењето на секој сплајс посебно.

3. Слабеењето на оптичките конектори изнесува околу 0,5 dB за конекторски пар. Бидејќи секој конекторски пар има дури 10 пати поголемо слабеење од еден сплајс, треба да ја избегнуваме употребата на конектори секаде каде тоа е можно. Се разбира дека конекторот е неопходен на местата каде се приклучуваат оптичкиот предавател и оптичкиот приемник. Треба да се земе предвид слабеењето на конекторите во печ-панелот, во главната станица или во потстаницата, доколку ги има.

4. Оптичките сплитери внесуваат слабеење на оптичкиот сигнал во зависност од бројот на излезни сигнали. За секој излез од оптичкиот сплитер треба да се вкалкулира соодветното слабеење. Така на пример, оптички сплитер со два еднакви излези има околу 3,5 dB слабеење за секој излез. Во зависност од потребите, може да се одбере сплитер со било каков однос на распределба на оптичката моќност помеѓу излезните порти на сплитерот.

Со помош нa следнава табела може лесно да се определи слабеењето на сплитерот во dB ако е дадена моќноста на секој излез од сплитерот во во % и обратно:

tabela_dB

На едната страна од оптичкиот линк се наоѓа оптичкиот предавател со определена излезна оптичка моќност, а на другата страна од оптичкиот линк се наоѓа оптичкиот приемник на чиј влез треба да пристигне оптички сигнал со ниво не помало од 0dBm.
Моќноста на оптичкиот предавател е изразена во mW или во dBmW.
Во следнава табела е прикажан односот помеѓу тие две величини:

tabela_db-dbmw

 

Поради нелинеарните оптички карактеристики на оптичкото влакно, кои покрај другото, зависат и од излезната моќност на ласерскиот зрак, моќноста на оптичкиот предавател е ограничена на 17 dBmW. Од друга страна, нивото на приемниот оптички сигнал треба да биде околу 0 dBm за да се зачува потребниот сигнал/шум во приемникот. Така, вредноста од околу 17 dBm практично го претставува оптичкиот буџет за типичен широкопојасен оптички линк.
Ако го пресметаме слабеењето на оптичкото влакно (кабелот), конекторите кај предавателот и приемникот и по еден сплајс на секои 2 километри кабел (кабелот се испорачува во котури од по 2 km) ќе добиеме дека максималната должина на оптичкиот широкопојасен линк со линеарна модулација, може да изнесува околу 50 до 55 километри максимално.
Должината на оптичкиот линк за пренос на дигитални сигнали (дигитална импулсна модулација)  може да биде двојно поголема бидејќи дигиталната модулација е многу поотпорна на шумови и нелинеарни изобличувања при оптичкиот пренос на сигнали.

Мерни инструменти за мерење на оптичкиот сигнал во
оптичкиот сегмент на хибридните оптичко-коаксијални мрежи

Мерач на моќност на оптичкиот сигнал (Optical Power Meter)
За прописно инсталирање и одржување на оптичкиот сегмент од кабелскиот дистрибутивен систем, како и секаде каде се инсталираат оптички комуникациски системи, еден од неопходните инструменти е мерачот на моќност на оптичкиот сигнал. Всушност, овој инструмент ја мери моќноста на ласерската светлина присутна во оптичкото влакно. Оваа светлина може да биде емитувана директно од излезот на некој оптички предавател, медија конвертор или пак некој тест генератор на ласерска светлина.
Мерачот на моќност на оптичкиот сигнал е баждарен во dBmW или во mW.

 

optikmetar

 

За оптимална работа на оптичките уреди (нодови, оптички приемници, медија конвертори и сл.) на нивниот влез е потребно да се осигура прописно ниво на оптичкиот сигнал. Иако претходно, при дизајнирањето на оптичкиот линк, со помош на пресметки се определува приближното ниво на сигналот, сепак, на крајот откако ќе се инсталира системот, мора точно да се провери нивото на оптичкиот сигнал, а тоа се прави со помош на овој инструмент.
Понатаму, во текот на експлоатацијата на оптичките линкови, повремено, во процесот на одржување, се јавува потреба од проверка на нивото на оптичкиот сигнал во определени точки на системот. Со овој инструмент може да се провери слабеењето на оптичкиот кабел, оптичките конектори, сплитери и сите други оптички елементи во состав на оптичкиот систем.

Оптички рефлектометар во временски домен
(OTDR – Optical Time Domain Reflectometers)

OTDR-от е високософистициран и релативно скап инструмент за мерење на разни величини во комуникациските мрежи со оптички влакна.
За да може правилно да се употребува, потребна е обука на техничарите и инженерите кои ќе ракуваат со него.


Добро обучен техничар со помош на OTDR, на многу брз начин, од едно место, може да се види дали местата каде се поврзани оптичките влакна (сплајсовите) се во ред. Дали оптичкото влакно некаде е прикинато и на кое растојание од мерното место е прекинот. Исто така може да се видат конекторите и нивниот квалитет. Доколку две оптички влакна од различен оптички кабел со различен квалитет се споени (сплајсувани), може да се определи кое оптичко влакно има помало слабеење.


Овој инструмент не треба да се употребува за точно мерење на слабеењето на оптичките влакна или слабеењето на комплетниот оптички линк. За таа цел се употребува стабилен извор на оптички сигнал и мерач на моќноста на оптичкиот сигнал кој е опишан претходно.


За разлика од изворот на оптички сигнал и мерачот на моќност на оптичкиот сигнал кои го мерат слабеењето на оптичкиот сигнал директно, OTDR-от работи индиректно. Всушност, овој инструмент емитува кратки оптички импулси и ја мери рефлексијата на емитуваниот сигнал низ оптичкиот линк. Рефлексијата на оптичкиот сигнал низ оптичкото влакно е многу зависна од брановата должина на сигналот. Колку брановата должина е помала толку и рефлексијата е помала. Намалување на брановата должина на оптичкиот сигнал за два пати, ќе ја намали рефлексијата за 16 пати.


Ова можеме да го забележиме во сончев ден кога небото ни изгледа обоено со сина боја, иако сончевата светлина е бела и составена од сите бои на светлината. Но, бидејќи сината боја има поголема бранова должина од другите бои, таа многу повеќе се рефлектира од молекулите на воздухот во атмосферата. Така на набљудувачот му изгледа дека небото е сино.


Минувајќи низ оптичкото влакно, оптичкиот сигнал се одбива од структурата (молекулите, атомите и фотоните) на оптичкото влакно во сите насоки (вклучувајќи ја и насоката назад кон изворот) како на следнава слика:

refleksija

 

OTDR-от го користи наназад одбиениот оптички сигнал за да ги прави своите мерења. Тој испраќа во оптичкото влакно многу моќен краткотраен оптички сигнал во вид на импулс и потоа го мери нивото на светлината што се одбива наназад.
Бидејќи е можно да се калибрира брзината на пулсот при неговото поминување низ оптичкото влакно, OTDR-от може да пресмета од која далечина се одбил некој дел од сигналот и тоа да го прикаже за целата должина на оптичкото влакно на својот екран, како на следнава слика:

otdr_displej

 

Слабеењето на моќноста на оптичкиот сигнал низ оптичкото влакно е еквивалентно на логаритамска функција, така што мерењата се изразени во dB. Велат дека „една слика вреди 1000 зборови“. За да се опише една слика од екранот на OTDR-от (или „trace“ како што се нарекува) со сите информации кои ги носи со себе, потребни се многу зборови. Еве уште една слика на ОТДР-дисплеј:

otdr_displej2

Карактеристично за овој мерен инструмент е тоа што на почетокот (помеѓу инструментот и оптичкото влакно кое се мери) мора да се употреби едно парче оптичко влакно со должина од 200 до 800 метри, кое се нарекува „пред-влакно“ или „стартно влакно“, а конекторите кои се употребуваат за приклучок на стартното влакно мора да бидат најдобрите можни конектори за да има што помалку рефлексија од нив.


На следниве слики се некои типични оптички „појави“ (сплајсови помеѓу исти и различни оптички влакна ) прикажани на екранот на еден OTDR:

otdr_sliki

 

Како секој мерен инструмент, така и OTDR-от има свои ограничувања. Резолуцијата на инструментот е дефинирана како способност на OTDR-от да разликува блиски конектори, сплајсови и други неправилности кои се нарекуваат „појави“ (events). Поради должината на оптичкиот тест пулс кој се емитува од OTDR-от (должината на пулсот изнесува 5 до 500 метри во оптичкото влакно) овој инструмент не може да ги разликува блиските „појави“. Тоа може да се види на следнава слика:

otdr_pulse

Резолуцијата на OTDR-от е ограничена од должината на оптичкиот тест пулс за мерење и тоа може да се види на следнава слика:

otdr_rezolucija

На пример, ако имаме некое премногу свиткано (прекршено) оптичко влакно внатре во печ-панелот со оптички конектори, OTDR-от нема да ги разликува конекторот од премногу свитканото влакно и ќе ги претстави на екранот како една „појава“ (која ќе ни заличи на лош конектор). Така и по промената на конекторот, проблемот кој го предизикува пресвитканото влакно ќе остане. При вакви појави може многу да помогне извор на видлив (обично црвен) ласер . Црвената ласерска светлост се пушта во оптичкото влакно и со помош на детален визуелен преглед можеме да го откриеме превитканото (прекршено) оптичко влакно бидејќи од него ќе „истекува“ црвената ласерска светлина...
OTDR-от е многу корисен инструмент кој бара добро обучени техничари за да ракуваат со него и да можат брзо и точно да ги распознаат проблемите кои можат да се јават во една оптичка мрежа.

otdr_jdsu

Професионален OTDR инструмент - модел „JDSU MTS 6000L“

 

Истовремено пренесување на повеќе оптички сигнали преку едно
оптичко влакно (оптичко мултиплексирање по бранови должини)

 


 

I Z33T home page I страници на македонски јазик I