eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #3/2011
А.Микилев, М.Павлычев
Оптические волокна компании OFS для сетей широкополосного доступа
Оптические волокна компании OFS для сетей широкополосного доступа
Просмотры: 3730
Сегодня постоянно растет потребность в оптическом волокне, предназначенном для кабелей "последней мили". Такое волокно должно обладать рядом специфических свойств, в основном связанных с тем, что условия прокладки оптического кабеля в жилых домах и в промышленных сооружениях зачастую далеки от идеальных. В статье рассказывается о требованиях к такому оптоволокну со стороны Международного союза электросвязи (ITU) и о решениях, предлагаемых одним из ведущих мировых производителей оптических волокон – компанией OFS.
Необходимость подключения массового абонента к современным широкополосным сетям передачи данных, цифрового кабельного телевидения и различного рода конвергентным услугам связи посредством оптического волокна (ОВ) определила бурный рост сетей FTTx во всем мире [1]. Для решения этой задачи особый интерес представляют распределительные пассивные оптические сети (PON) , обеспечивающие доставку сигнала "по оптике" непосредственно до квартиры абонента, что в первую очередь актуально для многоквартирных домов [2]. Инфраструктуры FTTx могут с успехом удовлетворять сегодняшние запросы пользователей, "оставляя открытой дверь" для перехода к сетям PON. Но какая бы архитектура ни использовалась, она все равно повлечет за собой прокладку оптоволокна на уровне доступа [3].
Основу установленной базы оптических кабелей (ОК) магистральной и городской сети связи сегодня составляет стандартное одномодовое ОВ, соответствующее рекомендации ITU-T G.652. Причем в последнее десятилетие используется ОВ без "пика воды" подкатегории G.652D, к которой принадлежит ОВ семейства AllWave ZWP [4]. В отличие от магистральной сети, инсталляция ОВ на последних метрах PON всегда связана с риском увеличения затухания в местах перегибов, особенно на длинных волнах (1550–1625 нм). Возможно даже механическое повреждение ОВ. Именно необходимость обеспечивать малый прирост затухания при прокладке ОК с радиусом изгиба порядка 5–10 мм и привела ведущих производителей оптоволокна к созданию "гибких" (bend-insensitive или bend-optimized) оптических волокон и кабелей [5] и повышению активности разработчиков в области стандартизации таких ОВ и ОК. В результате в декабре 2006 года появилась рекомендация ITU-T G.657 "Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля, не чувствительного к потерям на макроизгибе, для использования в сетях доступа", а затем в ноябре 2009 года – ее новая редакция.
Термин bend-insensitive fiber – "нечувствительное к изгибу волокно" – не следует понимать буквально, поскольку в любом ОВ изгибы в той или иной мере приводят к дополнительным потерям оптического сигнала. Причем эти потери возрастают с ростом длины волны (от 1275 до 1653 мкм) и с уменьшением радиуса изгиба (от 20 до 5 мм). Первым промышленным волокном из категории «гибких» было одномодовое ОВ типа Depressed Cladding, разработанное подразделением волоконной оптики компании OFS (в то время еще подразделение AT&T). Это ОВ отличалось пониженным показателем преломления отражающей облочки в виде кольца, что и привело к уменьшению оптических потерь. С развитием технологий FTTx /PON разработки "гибких", в первую очередь одномодовых волокон, вышли на новый уровень. Возникла необходимость создания соответствующих технических норм.
В первой редакции документа ITU-T G.657 (2006 г.) для сетей доступа рекомендовалось два класса (категории) волокна – G.657А и G.657B. Класс G.657А представляет собой, по сути, стандартное ОВ с несколько более жесткими требованиями к затуханию на изгибах по сравнению с G.652D. В то же время класс G.657B включал в себя "нестандартные" конструкции ОВ, в частности – ОВ с уменьшенным диаметром модового поля (ДМП). Иначе говоря, волокно класса А соответствует широко используемому стандарту G.652D, а волокно класса В – нет. Соответственно, решив применять ОВ класса G.657B, заказчик должен помнить о возможных проблемах с совместимостью и свариваемостью со стандартным ОВ.
В плане совместимости первоочередное внимание следует уделять значению ДМП. Один из известных способов снижения потерь на изгибах заключается в уменьшении диаметра сердцевины ОВ, и как следствие – в снижении ДМП в спецификации волокна. Однако при уменьшении диаметра сердцевины волокна возрастают оптические потери при его сварке с другим ОВ, имеющим стандартный диаметр сердцевины. Например, при сварке ОВ с ДМП = 6,3 мкм (минимум согласно рекомендации G.657B) с оптоволокном со стандартным ДМП = 9,2 мкм расчетное среднее значение затухания соединения составляет 0,6 дБ, что достаточно ощутимо для энергетического бюджета сети PON (порядка 10 дБ).
Новая редакция ITU-T G.657 (2009 г.), действующая и сегодня, разделила категории А и В на подкатегории A1/A2 и B2/B3 (табл.1). Волокно категории А1/A2 пригодно для применения в диапазоне длин волн 1260–1625 нм. Оно имеет те же передаточные параметры и свойства совместимости при соединениях, что и соответствующее рекомендации G.652D. Подкатегория G.657 A1 предпочтительна для минимального радиуса изгиба ОВ до 10 мм, а подкатегория G.657 A2 – для радиуса до 7,5 мм. То есть "новая" подкатегория A1 соответствует "старой" подкатегории A рекомендации G.657 и обратно совместима с G.652D.
Оптические волокна категории B в новой редакции G.657 подходят для применения на длинах волн 1310, 1550, 1652 нм на ограниченные расстояния. Свойства свариваемости и соединения этих ОВ могут отличаться от требований G.652D, однако их преимущество – очень малый допустимый радиус изгиба – до 7,5 мм (G.657 B2) или до 5,0 мм (G.657 B3).
Некоторые существенные параметры ОВ, определяемые рекомендациями ITU-T G.652 и G.657, приведены в табл.1. Для сравнения в табл.2 указаны те же параметры ОВ производства компании OFS – "гибкого" ОВ типа AllWave Flex ZWP и "сверхгибкой" модификации ОВ типа A2. Видно, что AllWave Flex ZWP – это в некотором смысле наиболее универсальное ОВ, поскольку соответствует одновременно требованиям и рекомендации G.652D, и новой редакции G.657 A1, A2, B2.
Одно из основных преимуществ волокна AllWave Flex ZWP: будучи по существу стандартным ОВ, оно обладает примерно в 10 раз меньшими потерями при изгибе, и без каких-либо проблем сваривается со стандартным волокном – средние потери на стыке не превышают 0,02 дБ [5]. Поэтому именно у AllWave Flex наиболее велики шансы стать "массовым" для сетей PON. Применение этого ОВ позволяет снизить затраты на строительство сети в целом – как за счет снижения требований к объему размещения ОВ в оптических муфтах, коробках, телекоммуникационных шкафах и пр., так и благодаря менее строгим требованиям к монтажникам и обслуживающему персоналу.
В отличие от некоторых конструкций ОВ предшествующих лет, использующих "траншееобразный" профиль показателя преломления, для Allwave Flex не существует проблем с распознаванием волокна сварочным аппаратом. Для монтажников работа с этим ОВ абсолютно ничем не отличается от работы со стандартным волокном, поэтому не нужно никакого дополнительного обучения персонала.
Для самых жестких требований к радиусу изгиба компания OFS предлагает технологию EZ-Bend-кабелей, в которые заложено "сверхгибкое" ОВ с параметрами, близкими к волокну OFS A2 (см. табл.2). В отличие от ОВ Flex, у волокна А2 несколько меньше ДМП, но и значительно ниже потери на изгибах. Если при подводе распределительного ОК к абоненту требуется радиус изгиба до 5 мм, кабели типа EZ‑Bend представляются одним из самых надежных решений. Компания OFS предлагает две модификации распределительных кабелей типа EZ-Bend – с наружным диаметром 4,8 и 3,0 мм. При радиусе изгиба 5 мм допустимое затухание на длине волны 1550 нм для этих кабелей не превышает 0,1 дБ.
Таким образом, ОВ стандарта G.657, в отличие от G.652, характеризуется малым приростом затухания при изгибах ОВ, в остальном же параметры ОВ G.657 близки к параметрам стандартного ОВ. Поэтому оно наиболее перспективно для применения в кабелях, предназначенных для прокладки внутри зданий, с возможностью множественных изгибов. Это кабельная инфраструктура "последней мили", сети – FTTH, PON и им подобные. Данному типу соответствуют ОВ марки AllWave FLEX (категория G.657 A1) и недавно появившееся ОВ марки AllWave FLEX+ (категория G.657A2), которые получают самое широкое распространение для подключения конечных абонентов к сети широкополосного доступа по ОВ, а объем их применения в ближайшем будущем составит существенную часть от общего объема потребления ОВ всех типов. При этом одним из наиболее часто задаваемых вопросов у практиков всегда будет, по-видимому, вопрос совместимости нескольких типов ОВ на сети широкополосного доступа – в отношении как разных марок и типов, так и разных производителей ОВ.
Литература
1. Барсков А. Абсолютный FTTx. – Журнал сетевых решений LAN, 2010, №6.
2. Гаскевич Е., Убайдуллаев Р. Активная пассивность. Сети PON. – Connect! Мир связи, 2010, №8.
3. Логинов С.Н. Сети связи широкополосного доступа. – Сети и системы связи, 2008, № 7.
4. Микилев А.И., Павлычев М.И. Эволюция характеристик затухания одномодовых ОВ, применяемых на сети связи России. – LightWave Russian Edition, 2007, № 2.
5. Микилев А.И., Павлычев М.И. Оптика в квартиру – гибкие и сверхгибкие оптические кабели. – Технологии и средства связи, 2009, № 2.
Основу установленной базы оптических кабелей (ОК) магистральной и городской сети связи сегодня составляет стандартное одномодовое ОВ, соответствующее рекомендации ITU-T G.652. Причем в последнее десятилетие используется ОВ без "пика воды" подкатегории G.652D, к которой принадлежит ОВ семейства AllWave ZWP [4]. В отличие от магистральной сети, инсталляция ОВ на последних метрах PON всегда связана с риском увеличения затухания в местах перегибов, особенно на длинных волнах (1550–1625 нм). Возможно даже механическое повреждение ОВ. Именно необходимость обеспечивать малый прирост затухания при прокладке ОК с радиусом изгиба порядка 5–10 мм и привела ведущих производителей оптоволокна к созданию "гибких" (bend-insensitive или bend-optimized) оптических волокон и кабелей [5] и повышению активности разработчиков в области стандартизации таких ОВ и ОК. В результате в декабре 2006 года появилась рекомендация ITU-T G.657 "Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля, не чувствительного к потерям на макроизгибе, для использования в сетях доступа", а затем в ноябре 2009 года – ее новая редакция.
Термин bend-insensitive fiber – "нечувствительное к изгибу волокно" – не следует понимать буквально, поскольку в любом ОВ изгибы в той или иной мере приводят к дополнительным потерям оптического сигнала. Причем эти потери возрастают с ростом длины волны (от 1275 до 1653 мкм) и с уменьшением радиуса изгиба (от 20 до 5 мм). Первым промышленным волокном из категории «гибких» было одномодовое ОВ типа Depressed Cladding, разработанное подразделением волоконной оптики компании OFS (в то время еще подразделение AT&T). Это ОВ отличалось пониженным показателем преломления отражающей облочки в виде кольца, что и привело к уменьшению оптических потерь. С развитием технологий FTTx /PON разработки "гибких", в первую очередь одномодовых волокон, вышли на новый уровень. Возникла необходимость создания соответствующих технических норм.
В первой редакции документа ITU-T G.657 (2006 г.) для сетей доступа рекомендовалось два класса (категории) волокна – G.657А и G.657B. Класс G.657А представляет собой, по сути, стандартное ОВ с несколько более жесткими требованиями к затуханию на изгибах по сравнению с G.652D. В то же время класс G.657B включал в себя "нестандартные" конструкции ОВ, в частности – ОВ с уменьшенным диаметром модового поля (ДМП). Иначе говоря, волокно класса А соответствует широко используемому стандарту G.652D, а волокно класса В – нет. Соответственно, решив применять ОВ класса G.657B, заказчик должен помнить о возможных проблемах с совместимостью и свариваемостью со стандартным ОВ.
В плане совместимости первоочередное внимание следует уделять значению ДМП. Один из известных способов снижения потерь на изгибах заключается в уменьшении диаметра сердцевины ОВ, и как следствие – в снижении ДМП в спецификации волокна. Однако при уменьшении диаметра сердцевины волокна возрастают оптические потери при его сварке с другим ОВ, имеющим стандартный диаметр сердцевины. Например, при сварке ОВ с ДМП = 6,3 мкм (минимум согласно рекомендации G.657B) с оптоволокном со стандартным ДМП = 9,2 мкм расчетное среднее значение затухания соединения составляет 0,6 дБ, что достаточно ощутимо для энергетического бюджета сети PON (порядка 10 дБ).
Новая редакция ITU-T G.657 (2009 г.), действующая и сегодня, разделила категории А и В на подкатегории A1/A2 и B2/B3 (табл.1). Волокно категории А1/A2 пригодно для применения в диапазоне длин волн 1260–1625 нм. Оно имеет те же передаточные параметры и свойства совместимости при соединениях, что и соответствующее рекомендации G.652D. Подкатегория G.657 A1 предпочтительна для минимального радиуса изгиба ОВ до 10 мм, а подкатегория G.657 A2 – для радиуса до 7,5 мм. То есть "новая" подкатегория A1 соответствует "старой" подкатегории A рекомендации G.657 и обратно совместима с G.652D.
Оптические волокна категории B в новой редакции G.657 подходят для применения на длинах волн 1310, 1550, 1652 нм на ограниченные расстояния. Свойства свариваемости и соединения этих ОВ могут отличаться от требований G.652D, однако их преимущество – очень малый допустимый радиус изгиба – до 7,5 мм (G.657 B2) или до 5,0 мм (G.657 B3).
Некоторые существенные параметры ОВ, определяемые рекомендациями ITU-T G.652 и G.657, приведены в табл.1. Для сравнения в табл.2 указаны те же параметры ОВ производства компании OFS – "гибкого" ОВ типа AllWave Flex ZWP и "сверхгибкой" модификации ОВ типа A2. Видно, что AllWave Flex ZWP – это в некотором смысле наиболее универсальное ОВ, поскольку соответствует одновременно требованиям и рекомендации G.652D, и новой редакции G.657 A1, A2, B2.
Одно из основных преимуществ волокна AllWave Flex ZWP: будучи по существу стандартным ОВ, оно обладает примерно в 10 раз меньшими потерями при изгибе, и без каких-либо проблем сваривается со стандартным волокном – средние потери на стыке не превышают 0,02 дБ [5]. Поэтому именно у AllWave Flex наиболее велики шансы стать "массовым" для сетей PON. Применение этого ОВ позволяет снизить затраты на строительство сети в целом – как за счет снижения требований к объему размещения ОВ в оптических муфтах, коробках, телекоммуникационных шкафах и пр., так и благодаря менее строгим требованиям к монтажникам и обслуживающему персоналу.
В отличие от некоторых конструкций ОВ предшествующих лет, использующих "траншееобразный" профиль показателя преломления, для Allwave Flex не существует проблем с распознаванием волокна сварочным аппаратом. Для монтажников работа с этим ОВ абсолютно ничем не отличается от работы со стандартным волокном, поэтому не нужно никакого дополнительного обучения персонала.
Для самых жестких требований к радиусу изгиба компания OFS предлагает технологию EZ-Bend-кабелей, в которые заложено "сверхгибкое" ОВ с параметрами, близкими к волокну OFS A2 (см. табл.2). В отличие от ОВ Flex, у волокна А2 несколько меньше ДМП, но и значительно ниже потери на изгибах. Если при подводе распределительного ОК к абоненту требуется радиус изгиба до 5 мм, кабели типа EZ‑Bend представляются одним из самых надежных решений. Компания OFS предлагает две модификации распределительных кабелей типа EZ-Bend – с наружным диаметром 4,8 и 3,0 мм. При радиусе изгиба 5 мм допустимое затухание на длине волны 1550 нм для этих кабелей не превышает 0,1 дБ.
Таким образом, ОВ стандарта G.657, в отличие от G.652, характеризуется малым приростом затухания при изгибах ОВ, в остальном же параметры ОВ G.657 близки к параметрам стандартного ОВ. Поэтому оно наиболее перспективно для применения в кабелях, предназначенных для прокладки внутри зданий, с возможностью множественных изгибов. Это кабельная инфраструктура "последней мили", сети – FTTH, PON и им подобные. Данному типу соответствуют ОВ марки AllWave FLEX (категория G.657 A1) и недавно появившееся ОВ марки AllWave FLEX+ (категория G.657A2), которые получают самое широкое распространение для подключения конечных абонентов к сети широкополосного доступа по ОВ, а объем их применения в ближайшем будущем составит существенную часть от общего объема потребления ОВ всех типов. При этом одним из наиболее часто задаваемых вопросов у практиков всегда будет, по-видимому, вопрос совместимости нескольких типов ОВ на сети широкополосного доступа – в отношении как разных марок и типов, так и разных производителей ОВ.
Литература
1. Барсков А. Абсолютный FTTx. – Журнал сетевых решений LAN, 2010, №6.
2. Гаскевич Е., Убайдуллаев Р. Активная пассивность. Сети PON. – Connect! Мир связи, 2010, №8.
3. Логинов С.Н. Сети связи широкополосного доступа. – Сети и системы связи, 2008, № 7.
4. Микилев А.И., Павлычев М.И. Эволюция характеристик затухания одномодовых ОВ, применяемых на сети связи России. – LightWave Russian Edition, 2007, № 2.
5. Микилев А.И., Павлычев М.И. Оптика в квартиру – гибкие и сверхгибкие оптические кабели. – Технологии и средства связи, 2009, № 2.
Отзывы читателей
