ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПАССИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Основные параметры передаваемых и принимаемых сигналов и линий связи
Асимметричная передача – один из проводников имеет постоянный потенциал (передача по коаксиальному кабелю).
Симметричная передача – оба провода равноправны, информативна разность потенциалов между ними.
A, B, L – источник и приемник сигналов, линия связи.
Pa, Pb – мощность передаваемого сигнала.
Ua, Ub – напряжение передачи и приема сигнала.
rl,ra,rb- волновое сопротивление (ом) линии, источника и приемника.
Att - затухание (Attenuation в дБ.).
Att = -10*lg(Pb/Pa) = -20*lg(Ub/Ua) » -6 – 0.15*f
где f – частотная характеристика кабеля типа «витая пара» в Мгц.
Погонное затухание – затухание на единице длины (дБ/м) или на заданном отрезке длины (например, 100м).
RL - возвратные потери (дБ), параметр линии (Return Loss), учитывающий несогласованность волновых сопротивлений A, L и B.
Ura - амплитуда отраженного сигнала на источнике.
RL = -20*lg(Ura/Ua)
Uxa, Uxb – амплитуда помехи на А или В.
NEXT – ослабления перекрестной помехи на ближнем конце, которым является передатчик. Оценивает влияние перекрестной наводки при применении кабеля с несколькими витыми парами.
NEXT = -20*lg(Uxa/Ua) » -54 + 0.26*f
FEXT – ослабление перекрестной наводки на дальнем (В) конце.
FEXT = -20*lg(Uxb/Ua)
ELFEX T – нормированное значение FEXT.
ELFEXT = FEXT - Att
DNEXT - запас по параметру NEXT при применении многопарного (гибридного) кабеля, одновременно обслуживающего нескольких абонентов.
DNEXT = 6 + 10*lg(n + 1)
где n – количество соприкасаемых кабелей с оцениваемым кабелем в одном жгуте.
ACR - отношение затухания сигнала к ослаблению перекрестной помехи (Attenuation-to-Crosstalk Ratio - отношение сигнал/шум), оценивает возможность применения кабельного соединения для дуплексной связи.
|
|
ACR = NEXT – Att
R - сопротивление постоянному току (ом).
Rпог. – погонное сопротивление обоих проводов для витой пары (ом/100м).
Tз - времязадержкираспространениясигналанаеденицудлины(обычно задаетсядля100м).
ll - длиналиниисвязи(м).
Tз.пол. – полноевремязадержкираспространениясигнала.
Tз.пол. = ll* Tз
1.1 Коаксиальные (несимметричные) кабели и аксессуары для сети Ethernet
Применяются в устаревших сетях Ethernet с топологией шины (10Base5 – Thick Ethernet, 10Base2 – Thin Ethernet) при включении шинных фрагментов в основную топологию «звезда». Типовые коаксиальные кабели приведены в таблице № А_1.1.1
Таблица № А_1.1.1
Коаксиальные кабели
| Тип сети | Тип кабеля | Волновое сопрот.rl,ом | Внешний диаметр, мм | Диаметр жилы, мм | Кол-во жил |
| Thin Ethernet (тонкий,10Base2) | RG-58 /U | 0.66 или 0.695 | одна | ||
| RG/58 A/U | 0.66 или 0.78 | много | |||
| PK-50 | |||||
| Thick Ethernet (толстый,10Base5) | RG-8 | одна |
Аксессуары.
Коннекторы – для соединения отрезков коаксиальных кабелей. Должны иметь сопротивление, равное rl.
Вилки, разъемы – оформление окончаний отрезка кабеля для соединения с коннекторами или терминаторами.
Терминаторы – резисторы с сопротивлением rl.Терминаторы могут быть внешними (располагаются на концах сегмента кабеля) и внутренними (располагаются внутри подключаемых устройств).
Вампиры (Tap-адаптеры) – специальные коннекторы для подсоединения абонентского дополнительного кабеля к основной шине методом прокалывания (Thick Ethernet). Обычно вампир соединяется с трансивером (активным блоком, содержащим приемо-передающие цепи).
|
|
Тонкий кабель (Thin Ethernet).
Для тонкого кабеля применяются аксессуары типа BNC (байонетные разъемы) – фиксация соединения выполняется с помощью штифта на неподвижном гнезде и прорези на поворотной части вилки. Применяются следующие BNC-коннекторы:
обжимной и гнездо – для оформления окончания отрезка кабеля;
I-коннектор – для соединения отрезков кабелей;
навинчивающийся – для соединения с толстым кабелем – переходник к N-коннектору;
T-коннектор – для подсоединения активного оборудования (подключение к сетевому адаптеру компьютера), коннекторы бывают T-,Y-, h-образные (Y-, h- для єкономии места и удобства подсоединения);
терминаторы – без заземления и с заземлением.
Типовая последовательность расположения коннекторов на сегменте шины:
терминатор без заземления,
((обжимной, обжимной, T-кон.), …, обжимной, обжимной, I-кон.),...,
терминатор с заземлением.
Минимальная длина отрезка тонкого кабеля – 0.5 м., максимальная длина кабельного сегмента – 185 м., допустимое число точек подключения – до 30.
При применении стационарной проводки с тонким кабелем подсоединение каждого компьютера требует применение двух коаксиальных розеток, двух отрезков кабеля длинной не менее 0.5 м. и одного T-коннектора.
Толстый кабель (Thick Ethernet).
Для толстого кабеля применяются аксессуары типа N – винтовая фиксация соединений.
Применяются следующие N-коннекторы:
вилка, розетка – для оформления окончания отрезка кабеля;
I-коннектор – для соединения отрезков кабелей;
|
|
терминаторы – без заземления и с заземлением, с разъемом типа вилки или розетки;
переходник к BNC–коннектору;
Tap-адаптеры (вампиры) – для подключения отводного абонентского кабеля к шине.
Типовая последовательность расположения коннекторов на сегменте шины:
терминатор без заземления, вилка/розетка (в зависимости от вида терминатора),
((вампир, …, вампир), розетка, I-кон., розетка),..., вилка/розетка,
терминатор с заземлением.
Максимальная длина кабельного сегмента – 500 м., допустимое число точек подключения – до 100. Кабель имеет разметочные риски через 2.5 м., обозначающие возможные точки подключения или отреза. Если сегмент включает нескольких отрезков кабелей рекомендуется выбирать их длину равной 23.4*n м., где n – нечетное целое число.
Компьютер подключается к трансиверу, который присоединяется снизу к вампиру: Подсоединение компьютера выполняется через розетку (тип DB-15S), трансиверный кабель (до 50 м.) и вилку (тип DB-15P).
Гибридный кабель (толстый + тонкий)
Устанавливается следующее соотношение длин кабелей
Max(LThin) = (500 - LThick)/3.28
где LThin, LThick– длина тонкого и толстого кабелей в м.
Допустимое количество подсоединений в сегменте 30 – 100.
1.2 Витая пара - симметричные кабели (Twisted Pair cable или TP)
1.2.1 Реализация витой пары
Витая пара – скрученная пара проводников. Чем меньше шаг скрутки, тем меньше внешние и собственные наводки, но тем больше погонное затухание и время распространения сигнала. Полоса пропускания витой пары может достигать 600 Мгц. (в коаксиальных кабелях – 100 Мгц.). Различают витую пару как провод, кабель, шнур.
Провод – два скрученных изолированных проводника, применяется для трассировки внутри коммутационных шкафов. Провод может иметь 2 – 4 витых пары. В таблице № А_1.2.1 приведены, согласно стандарту AWG (American Wire Gauge), параметры проводов типовых калибров.
Таблица № А_1.2.1
Параметры медных проводов по AWG
| Калибр (номер по AWG) | Диаметр d, мм. | Сечение S, мм2 | Сопротивление R, ом/км. | Допустимый ток, i, А |
| 0.40 | 0.13 | 0.378 | ||
| 0.45 | 0.16 | 0.477 | ||
| 0.50 | 0.20 | 87.5 | 0.588 | |
| “-“ | 0.55 | 0.24 | 72.3 | 0.715 |
| “-” | 0.60 | 0.28 | 60.7 | 0.850 |
| 0.65 | 0.33 | 51.7 | 1.000 | |
| “-“ | 0.70 | 0.39 | 44.6 | 1.160 |
| “-“ | 0.75 | 0.44 | 38.9 | 1.320 |
| 0.80 | 0.50 | 34.1 | 1.510 | |
| “-“ | 0.85 | 0.57 | 30.2 | 1.700 |
При применении медных проводов с другими диаметрами и допустимом токе 3 А/мм2 параметры проводов определяются так:
d мм; S = p*d2/4 мм2; R = r*l/S = 0.017*1000/S ом/км.
Кабель – витые пары заключены в изоляционной оболочке, при этом каждая витая пара может иметь собственную изоляционную оболочку (для частот свыше 250 Мгц каждая пара заключена в экран из фольги). Типовые кабели имеет 2-4 витые пары. Кабели могут иметь до 50 витых пар. Кабели различаются по категориям (стандарт EIA/TIA 568A) в зависимости от применяемого частотного диапазона передачи (ACR>0, см. таблицу №А_1.2.2).
Таблица № А_1.2.2
Категории кабелей на витой паре
| Категория | Класс линии | Полоса частот, Мгц | Типовое приложение |
| A | 0.1 | Аналоговая телефония | |
| B | Цифровая телефон.,ISDN | ||
| C | Ethernet (10Base-T) | ||
| - | Token Ring 16 Мбит/с | ||
| D | Fast Ethernet (100Base-TX) | ||
| 5e | D | Gigabit Ethernet (1000Base-Tx) | |
| E1 | 200 (250) | Нет стандарта | |
| F1 | “-“ |
Витые пары в кабеле бывают неэкранированные (Unshielded Twisted Pair – обозначается UTP, разновидности: S/UTP, STP (фирмы AMP), ScTP, FTP, SFTP) и экранированные (Shielded Twisted Pair – обозначается STP, разновидности: PIMF, SSTP). В маркировку кабеля может входить калибр провода (например, 24 AWG). Провод может быть жестким одножильным (для стационарной проводки) или гибким многожильным (обычно из 7 проволочек). Обычно волновое сопротивление кабеля UTP равно 100 ом, а кабеля STP – 150 ом. (допускается и 120 ом.). Отмеченное исполнение кабеля следует учитывать при выборе соединительной аппаратуры.
Шнур – отрезок гибкого многожильного 4-х парного кабеля длиной 1-5 м. с модульными 8-контактными вилками (RJ-45) на концах, используемый для коммутационных целей.
1.2.2 Типовая соединительная аппаратура.
Соединители обеспечивают интерфейс проводов, кабелей и шнуров, представляют собой набор коннекторов, объединенных в блоки. Кроме соединителей соответствующих типов применяются вилки, тестовые адаптеры. Коннекторы реализуют неразъемные или разъемные соединения:
S110, S66, Krone – типовые соединители с неразъемными коннекторами;
RJ-11,RJ-14,RJ-21,RJ-25,RJ-45,RJ-61 и др. – типовые разъемные соединители.
Неразъемные соединители.
Аппаратура типа S110.
Соединитель типа S110 – имеет основание (гребенка (пластмассовая линейка на число пар проводников, кратное 25) с рисками через 5 пар) с V-образными пружинными контактами для укладки проводников и блоки коннекторов с такими же контактами на2, 3, 4 или 5 пар проводов, которые вставляются в гребенку. Соединяемые провода забиваются в прорези контактов, ножевые пластины которых под прямыми углами к проводу прорезают его изоляцию и соединяются с медной жилой. Сами блоки фиксируются с основанием специальными зацепами, требующих специального инструмента. Коннекторы типа S110 отвечают требованиям категории 5. Соединители применяются в кросспанелях для соединения горизонтальных (абонентских) и вертикальных (стационарных) кабелей.
Блоки с дисконнекторами S110T – в отличие от обычных коннекторов здесь противоположные коннекторы соединяются пружинными контактами. Дисконнектор является пластмассовой пластиной, вставка которой разрывает соединение провода. Это позволяет упростить контроль соединения проводов.
Вилка типа S110 – оформляет окончание коммутационных шнуров, удовлетворяющее требованиям категории 5e. Вилка выполняется на 1, 2, 3, 4 и 5 пар контактов.
Тестовые адаптеры для S110 – вилка, соединенная с модульной розеткой, применяется для тестирования соединения кабелей.
Соединители,блоки коннекторов,вилки,тестовые адаптеры типа S210 – модернизация S110, удовлетворяющая требованиям категории 6, применяются для кабелей UTP.
Аппаратура типа S66.
В отличие от S110 коннекторы S66 имеют контактные пластины, которые допускают перемонтаж. Перемонтаж выполняется с помощью перестановки специальных клипс-перемычек, соединяющих различные контакты. Контакты имеют вид V-образной пружины,в прорезь которой вставляется и забивается по одному одножильному проводу калибра 22-26 AWG. Контакты могут быть объединены по 1, 2, 3, 4 или 6 и образуют контактный блочок. Эти блочки крепятся на несущей панели и образуют коннекторный блок. Контакты в блоке располагаются рядами по 4, 6, 8 или 10 контактов. Выпускаются блоки 6*6, 6*12, 4*25, 6*25, 8*25, 4*50, 6*50, 8*50, 10*50. Конструктивное выполнение коннекторов S66 может отвечать требованиям категорий 3, 4, 5 и 5e. В качестве аксессуаров используются: различные клипсы (перемычки, маркеры, расширители), индикаторы состояния линий, тестовые адаптеры на 2, 3, 4 пары контактов с модульными розетками, тестовые адаптеры с 25-парным разъемом, устройства защиты по току (клипсы-мосты со встроенными предохранителями) и напряжению (модули с варисторами (ограничителями напряжения на 7, 27, 68 В и др.)). Блоки S66 применяются для кроссировки кабелей.
Аппаратура типа Krone.
Коннекторы Krone более качественные чем у S110 и S66. Базовым элементом Krone является дисконнектор с тремя портами: 2 порта для соединения проводов (А и В) и центральный порт (С), в который могут вставляться: изолирующая вставка (для размыкания проводов А и В), тестовые адаптеры (без разрыва цепи, с разрывом соединения только А, только В или одновременно А и В), специальные вилки коммутационных шнуров (на 1, 2 и 4 пары контактов), грозозащитные вилки. Ножевые плоскости контакта расроложены под 45о, что сохраняет большую “живучесть” сечения провода и повышает качество соединения. Различные реализации коннекторов Krone отвечают требованиям категорий 5, 5е, 6 и могут работать с частотами до 350 Мгц. Наряду с блоками на 8, 10, 25, 50 пар проводов выпускаются блоки до 600 пар проводов.
Разъемные соединители.
Модульные соединители.
К разъемным соединителям относятся стандартизованные наборы комплектов, включающих розетки (Modular Jack) и вилки (Modular Plug). Такие комплекты характеризуются количеством позиций (общим количеством контактных связей), количеством контактов (используемых), количеством пар проводов, типами раскладки (способами распределения номеров позиций между подключаемыми парами проводов), наличием дополнительных встраиваемых розеток и вилок, используемыми аксессуарами, конструктивными особенностями и др. Модульные соединители, наиболее часто используемые для связи 1-, 2-, 3-,4-парных кабелей, обозначаются RJ (Registered Jack – зарезервированное гнездо). Наиболее часто используются 6-позиционные (RJ-11) и 8-позиционные соединители (RJ-45). В системах передачи данных применяются 8-позиционные соединители (RJ-45 и др.). Допускается включение меньших (по количеству позиций) вилок в большие розетки. Основные характеристики модульных соединителей приведены в таблице № А_1.2.3.
Таблица № А_1.2.3
Характеристики модульных соединителей
| Типы модульных соединителей | Кол-во позиций | Кол-во контактов | Обозначение (примеры) | Кол-во пар проводников | Тип раскладки | Категория | Примечание |
| RJ-11C | 6P | 4C | 6P4C | P-позиция,С-контакеы | |||
| RJ-14C | 6P | ||||||
| RJ-21C | 50P | 50C | |||||
| RJ-25C | 6P | ||||||
| RJ-45 | 8P | 8C | P-8-8-вилка | USOC | 3, 5 | Без ключа | |
| RJ-45S | 8P | 8C | J-8-8-розетка | С ключом | |||
| RJ-46S | 8P | 8C | С ключом | ||||
| RJ-47S | 8P | 8C | С ключом | ||||
| RJ-48C | 8P | 8C | PS-8-8 | Вилка экранированныя | |||
| RJ-48X | 8P | 8C | 4, 2 пары запараллелены | Пары 1-2 и 4-5 запараллелены | |||
| RJ-61C | 8P | 8C | |||||
| MMJ | 6P | 6C | Модифицированные |
1.2.3 Допустимые параметры при выполнении сетей Ethernet с медным кабелем
При проектировании сетей Ethernet выбирается один из следующих вариантов сети:
Ethernet – при требованиях к скорости передачи данных до 10 Мбит/с.;
Fast Ethernet – при требованиях к скорости передачи данных до 100 Мбит/с.;
Gigadit Ethernet - при требованиях к скорости передачи данных до 1000 Мбит/с..
В общем случае выбору сети предшествует анализ объекта, эксплоатирующего сеть, и расчет требуемых информационных потоков. Возможно совместное применение различных сетей. При выборе варианта сети следует учитывать, что при нагрузке сети более (30-40)% от номинальной в сетях Ethernet увеличивается влияние коллизий, которые, в конечном итоге, могут привести к полной блокировке сети (прекращается передача информации). Это необходимо учитывать при оценке информационного развития объекта, а значит продолжительности эффективной работы проектируемой сети. Обычно это связано с необходимостью подключения дополнительных компьютеров и с расширением возможностей соединительных средств (активной и пассивной аппаратуры). При выборе этих средств следует предусматривать расширение её использования на (30-50)%.
Работа сети и расширение её возможностей должны обеспечивать соответствие допустимым параметрам выбранной сети, что особенно важно для технологии Ethernet. К этим параметрам относятся характеристики кабеля (категория, сечение, сопротивление постоянному току, волновое сопротивление), его Att, NEXT, Tз и др. В таблице № А_1.2.4 приведены соответствующие допустимые параметры, которые следует использовать как контрольные при оценке действительных параметров проектируемой сети. Реальные параметры должны быть или меньше заданных (для Att, Tз, ll и др.) или больше (NEXT, FEXT, ELFEXT и др.). Проверка на равенство может рассматриваться как определение предельных характеристик сети.
Таблица № А_1.2.4
Требования к параметрам Ethernet для медного кабеля (витая пара (стандарты IEEE 802.3))
| Параметры | Ethernet 10Base-T | Fast Ethernet | Gigabit Ethernet | ||
| 100Base-TX | 100Base-T4 | 100Base-T2 | |||
| Скорость пере- дачи, Мбит/с | 10 (полный дуплекс) | 100 (полный дуплекс) | 100 (полный дуплекс) | 1000 (полный дуплекс) | |
| Метод кодирования | Манчестерский | MLT-3 | 8B/6T | PAM-5 | PAM-5 |
| Частота передачи (скорость в линии) Мбит/с | 33.33 на парру (25М троичных сисволов нв пару) | 50 на пару | 250 на пару | ||
| Уровень ошибок, бит | 1 на 106 | 1 на 1012 | 1 на 108 | 1 на 1010 | 1 на 1010 |
| Амплитуда сигнала, В | 2.2-2.8 | 1.9-2.1 | 3.15-3.85 | 2.14-2.4 | 1.0 |
| Уровень шума (амплитуда помехи) | <264 mB | NEXT<105mB | NEXT<182mB FEXT<54.4mB внешние<25mB | <30mB | |
| Требования к UTP | Категории 3,4,5 | Категория 5 | Категории 3,4,5 | Категории 3,4,5 | Категория 5 |
| Длина витой пары, м. | Катег.-100 Катег.-140 Катег.-150 | ||||
| Число пар | |||||
| Используемые контакты | 1,2 и 3,6 | 1,2 и 3,6 | Все 8 | 1,2 и 3,6 | Все 8 |
| Требования к среде передачи | На 10 Мгц. Att<11.5дБ MEXT>30дБ | На 16Мгц Att<10дБ NEXT>40.5дБ | На 2-12.56 Мгц Att<12.5дБ NEXT>33дБ ELFEXT>23дБ | На 16 Мгц Att<14.6дБ NEXT>19.5дБ ELFEXT>20.9дБ PSNEXT>19дБ PSELFEXT>19.9дБ | На 100 Мгц Att<24.0.6дБ NEXT>27.5дБ ELFEXT>17дБ PSELFEXT>19.9дБ RL>8дБ |
| Задержка распространения | <100нс | <570нс | <570нс | <570нс | <570нс |
| Примечание | Поддерживаютсч кабели 120 и 150 ом | Поддерживаются STP 150 ом | Поддерживаются кабели 150 ом |
В таблице № А_1.2.5 приведены краткие характеристики методов кодирования, указанных в таблице № А_1.2.4.
Таблица № А_1.2.5
Способы кодирования информации в сетях Ethernet, приведенных в таблице № А_1.2.4
| Способы кодирования | Избыточ- ность | Накладные расходы по кол-ву битовых интервалов | Особенности | Сетевая технология |
| 4B/5B – 5 выхо-дных кодируют 4 входных бита | 25/24= | (5-4)/4*100=25%- коэф. использов. полосы пропускания | Используются служебные 5-ти битовые последовательности для синхронизации передачи | 100Base-FX/TX |
| 8B/10B-10 вых-одных кодируют 8 входных бит | 210/28= | (10-8)/8*100= 25% | Кроме служебных символов, в выходном потоке обеспечивается стабильное соотношение “0” и“1” – важно для лазерных передатчиков (вероятность ошибки 10-12) | 1000Base-SX/LX/CX |
| 8B/6T | 36/28= 2.85 | Шесть троичных выходных цифр (-,0,+) кодируют 8 входных бит. Скорость передачи троичных символов в линию меньше битовой скорости их поступления на кодирование | 100Base-T4 | |
| MLT-3 | 3/2= 1.5 | Трехуровневне кодирование со скремблированием (подавление сильных спектральных составляющих)..Благодаря чередованию трех уровней (+V,0,-V) уменьшается требуемая полоса частот | 100Base-TX | |
| PAM-5 (Plus Amplitude Modulation) | 5/22= 1.25 | 2 бита кодируются одним из 5 уровней потенциала. Требуется полоса частот вдвое меньше битовой скорости | 1000Base-T | |
| Манчестерский | Требуется увеличенная в 2 раза ширина спектра канала, код самосинхронизирующийся | 10Base-T |
1.3 Оборудование оптической связи
1.3.1 Терминология и основные параметры оптической связи
Сердцевина (ядро – core) – внутрення часть световода.
dc – диаметр ядра в мкм: 8, 9.5, 50, 62.5, 100.
nc – показатель преломления ядра: для одномодового волокна (SM) nc=1.505, для многомодового волокна (MM) nc=1.515.
Оптическая оболочка – внешняя часть световода (оболочка - cladding).
dоб – диаметр оболочки в мкм: 125, 140.
nоб – показатель преломления оболочки nc=1.500.
Защитное покрытие (coating) – обрамление оболочки с диаметром 250мкм.
Оптоволокно(волокно) – световод (ядро в оболочке) с защитным покрытием
dв – диаметр волокна 250 мкм.
Волокно характеризуется отношением размеров dс / dоб. Применяются волокна 8/125, 9.5/125, 50/125, 62.5/125, 100/140.
Буфер – покрытие волокна (может отсутствовать). Диаметр буфера 900 мкм..
q - критический угол, вне которого входной поток света не распространяется по волокну (полностью поглощается оболочкой).
 |
Числовая апертура (NA) – показатель возможности передачи светового потока (характеристика источника света и волокна), значение синуса критического угла.
Для одномодового волокна NA = 1.22 и q < 7°, а для многомодового волокна
NA = 0.2 – 0.3 и q < (12° - 18°)
Искажения светового сигнала определяются влияниями дисперсий: модовой, молекулярной (спектральной или молекулярной) и волновой.
Модовая дисперсия (Dispмод) – задержка во времени луча с большой модой от луча с меньшей модой, измеряется как разность времени прохождения единицы длины волокна (нс/км).
Молекулярная дисперсия (Dispмол) – разные длины волн излучателя (измеряются в нм., используются типовые области длин волн 850 нм., 1300 нм., 1550 нм.) распространяются в одной среде с разной скоростью. Измеряется как разность времени (в пс.) прохождения по волокну различных длин волн, отнесенная к разности длин этих волн на длине волокна (пс/(нм/км)).
Волноводная дисперсия (Dispвол) – определяется разностью скоростей распространения волн по сердцевине и оболочке.
Мода – передача волны вдоль сердцевины сопровождается преломлением от оптической оболочки.
Одномодовая волокно (Single Mode - SM) – волна распространяется по сердцевине без преломления.
Многомодовое волокно (Multi Mode - MM) – распространение волны сопровождается многократными (более одного) преломлениями от оптической оболочки. Некоторые параметры для волокон SM и MM приведены в таблице № А_1.3.1.
Режим передачи – определяется способом ввода света в волокно, конструкцией волокна, длиной волны источника. Передача в одноволновом режиме требует, чтобы длина волны была больше некоторого порогового значения, определяемого диаметром сердцевины.
Модовое пятно – область сечения волокна, через которую распространяется луч.
Истинная волна (True wave) – название волокна с профилем показателя преломления (профиль W,∆), который обеспечивает минимальное искажение сигнала на выходе световода.
Таблица № А_1.3.1
Параметры SM- и MM-волокон
| Параметры | Одномодовое волокно SM | Многомодовое волокно MM | |
| Ступенчатый профиль | Градиентный профиль | ||
| dс – диаметр ядра мкм | 8, 9.5 | 50, 62.5 | 50, 62.5 |
| dоб – диаметр оболочки, мкм | |||
| dв – диаметр волокна, мкм | |||
| dбуф – диаметр буфера, мкм | |||
| dк – диаметр кабеля, мм | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| Отношение nc / nоб, % | »0.35 | »1 | »1.5 |
| Апертура NA=Sin(q) | <0/122 | »0,2 | »0,3 |
| Критический угол q,°C | <7 | <12 | <18 |
| Количество мод | единицы-десятки | меньше ступенчатого | |
| Путь луча для кабеля длиной l и макс. моды | (единицы-десятки)*l | меньше ступенчатого | |
| Влияние различных помех: | |||
| - модовая – разница длин путей | (15 - 30) нс/км | меньше ступенчатого | |
| - молекулярная для длин волн источника в области: 850 нм 1300 нм 1550 нм | существенноt скорость на коротких волнах меньше чем на длиных скорости одинаковы скорости на длинных волнах меньше чем на коротких | не учитывается | не учитывается |
| - волноводная | существенноt | не учитывается | не учитывается |
| Диаметр модового пятна | > dс +a*dоб, a<1 | dс | dс |
| Способ ввода света в волокно | лазерный излучатель | светодиодный или лазерный излучатель | светодидный или лазерный излучатель |
| Используемые длины волн излучателя | 1300 нм, 1500 нм | 850 нм, 1300 нм | 850 нм, 1300 нм |
| Погонное затухание дБ/км | 0.35 0.25 | 2.7 0.7 | 2.7 0.7 |
Ненаполненное волокно – в передаче участвуют только моды низких порядков (лазерный источник).
Переполненное волокно – в передаче участвуют и неэффективные моды (источник светодиод).
Дифференциальная модовая задержка (DMD – Differential Mode Delay) – вызвана расщеплением лазерного луча на несколько мод при передаче по многомодовому волокну. Для уменьшения этой задержки лазерный луч в волокно вводится со смещением 10-15 мкм от оси. Смещение выполняется в передатчике или в специальном переходном шнуре MCP (Mtdia Conditioning Patch - cord).
Равновесное распределение мод (PPM) – неизменное распределение мод, устанавливающееся на некотором удалении от источника. Для стеклянного волокна PPM устанавливается через несколько километров, для пластикового волокга – через несколько метров. Для достижения PPM на малом расстоянии от излучателя волокно 5 раз накручивают вокруг стержня с диаметром
dcтерж = 2* rдоп
где rдоп – минимальный допустимый радиус изгиба для данного волокна.
1.3.2 Параметры оптического сигнала и способы кодирования информации в линии
Мощность оптического сигнала – определяется характеристикой источника и измеряется в дБм (децибел к милливатту) или дБмк (децибел к микроватту): 0 дБм – сигнал мощностью 1мвт; 0 дБмк – сигнал с мощностью 1 мквт.
Потери оптического сигнала – изменение мощности сигнала на отдельном i-ом элементе от входной мощности Pin_i до выходной мощности Pout_i
Lossi = -10*lg(Pin_i / Pout_i
Затухание оптического сигнала – уменьшение сигнала по мере распространения луча. Основные причины затухания: поглощение (переход энергии света в тепловую) и рассеяние (выход лучей из световода при его изгибах).
Погонное затухание – затухание на единице длины волокна. Типовые значения:
длина волны 850 нм – затухание 3 дБ/км,
1300 нм - 1 дБ/км,
1550 нм - 0.25 дБ/км.
Типовые значения отдельных потерь:
- потери прохождения сигнала через стык (собственные потери) – Losscт = (0.1 - 1) дБ;
- потери на стыке за счет обратного отражения (френелевские потери) стык стекло-воздух Lossфр = 0.17 дБ,
стык стекло-воздух-стекло Lossфр = 0.34 дБ;
- потери от несогласованности диаметров волокон передающего (d1) и принимающего элементов (d2):
при d2<d1 Lossd = -20*lg(d2/d1) дБ,
при d2>d1 Lossd = 0,
d2 и d1 - диаметры ядер для многомодовых волокон,
- диаметры модового пятна для одномодовых волокон;
- потери от несоответствия числовых апертур передающего (NA1) и принимающего элементов(NA2):
при NA2< NA1 LossA = -20*lg(NA2/NA1) дБ,
при NA2> NA1 LossA = 0.
Потери в отдельных участках оптической связи:
- потери от передатчика к волокну (Lossп) и от волокна к приемнику (Lossпр)
(Lossп или Lossпр) = Losscт + Lossфр + Lossd + LossA + Lossзап
где Lossзап = (0.1 - 1) – запас на потери от неучтенных явлений;
- потери в i-ом волокне (Lossвi) и полные потери во всех отдельных волокнах (Lossв)
n n
Lossв = å Lossвi = å Attвi*lвi
i = 0 i = 0
где lвi – длина i-го волокна в км,
n - количество волокон;
- потери в (n-1) стыках волокон (Lossст)
n - 1
Lossст = å Lossстi
i = 0
- потери в линии связи (общие - Loss)
Loss = Lossп + Lossв + Lossст + Lossпр
Усилитель сигнала – оптический усилитель: отрезок волокна, легированный эрбием. Эрбиевый усилитель проходящий сигнал с длиной волны 1550 нм усиливает на (30-40)дБ. Дополнительная энергия берется от лазера накачки с длиной волны 980 нм.
Форма светового сигнала – импульсы двухуровневой дискретной формы (есть - нет).
Полоса пропускания (А) волокна – максимальная частота импульсов, различимая приемником на предельном расстоянии от передатчика, измеряется в Мгц*км. Значение А является параметром многомодового кабеля и составляет А = (160 – 500) Мгцкм.
Ширина полосы пропускания (BW) – измеряется в Мгц:
- для многомодового волокна BW = A/lв,
- для одномодового волокна BW = 0.187/(Dispмол*SW*lв),
где Dispмол - значение помехи молекулярной дисперсии,
SW - ширина спектра источника.
Одномодовые кабели с лазерными источниками на длине линии 100 км обеспечивают ширину полосы пропускания до 1 Gгц (технология 1000Base-LH).
Применяются способы кодирования 4B/5B, 8B/10B, 8B/6T, PAM 5 (см. таблица № А_1.2.5, стр.21).
1.3.3 Источники и приемники излучения
Светодиоды (LED – Light Emited Diode) – источники некогерентного излучения в некоторой непрерывной области спектра (в диапазоне волн 850 нм, 1300 нм) шириной (30-50нм). Различают светодиоды с поверхностным и боковым излучением. Применяются до скоростей передачи 622 Мгц/с. При этом с учетом накладных расходов при кодировании 4B/5B или 8B/10B (см. таблица№ А_1.2.5, стр.21) скорость в линии составляет 622*1.25=777.5 бод.
Лазеры – источники когерентного излучения с малой шириной спектра (1-3 нм), с длиной волны 1300 нм, 1550 нм. Мощность излучения зависит от температуры, поэтому выполняется регулировка тока. Лазеры чувствительны к обратным отражениям, менее устойчивы и долговечны, чем светодиоды. Применяются в основном для одномодового волокна.
Фотодиоды – детекторы излучения, являются основой приемника. Различают фотодиоды: со структурой pn – низкая чувствительность и большое время отклика;
со структурой pin – большое быстродействие, при приложении напряжения от единиц до десятков вольт время отклика составляет единицы наносекунд;
лавинные – максимальная чувствительность при приложении напряжения сотни вольт. Характеристики диода сильно зависят от температуры.
Чувствительность фотодиодов имеет явно выраженный максимум при определенных длинах волн.
Светодиоды, лазеры и фотодиоды являются основными компонентами приемо-передающей оптической аппаратуры (передатчик (трансмитер - transmitter), приемник (ресивер - receier), приемопередатчик (трансивер - transceiver)). Компоненты имеют электрический интерфейс ТТЛ или ЭСЛ и оптический интерфейс – специальные оптические коннекторы.
Передатчик – излучатель со схемой управления. Основные параметры передатчика:
выходная мощность – одинаковые передатчики выпускаются с разными мощностями (малой, средней, большой);
длина волны – 850 нм, 1300 нм, 1550 нм;
спектральная ширина – 50 нм – 0 нм;
быстродействие – время изменения сигнала от 10% до 90% и наоборот;
долговечность – время, через которое из-за разрушения кристалла мощность излучения падает до 3 дБ (106 - 107 часов).
Приемник – детектор с усилителем. Основные параметры приемника:
диапазон принимаемых волн – 850 нм, 1300 нм, 1550 нм;
чувствительность – минимальная принимаемая оптическая мощность;
динамический диапазон – разница между детектируемыми мощностями Pmax и Pmin. Если принимаемая мощность Pout>Pmax, то происходит насыщение приемника и нарушается прием. В этом случае для обеспечения Pmax>Pout>Pmin применяется аттенюатор, устанавливаемый на коннекторе со стороны приемника. В аттенюаторе принимаемая световая мощность понижается путем ввода воздушного зазора между волокном и коннектором. Больший динамический диапазон легче получить при выборе кодирования, у которого P1 и P0 отличаются минимально;
быстродействие – полоса пропускания BW = 0.35/tr, где tr, - время отклика.
Приемопередатчик – обеспечивает двунаправленную связь, включает передатчик и приемник с согласованными параметрами. Кроме ранее названных параметров характеризуется значением
бюджета мощности – разницы между выходной мощностью и чувствительностью приемника (в дБ). Для современных сетевых технологий бюджет мощности составляет (11-20) дБ (20 дБ соответствует значению Pin/Pout = 100, т.е. до приемника достигает только 1 % мощности источника).
1.3.4 Топология соединений