Distâncias de transmissão de fibra óptica. Velocidade de comunicação de fibra óptica com largura de banda de fibra óptica

através de um cabo físico de fibra óptica. Este aumento na capacitância do cabo é conseguido com base num princípio fundamental da física. Consiste no fato de que raios de luz com comprimentos de onda diferentes não interagem entre si. A ideia básica dos sistemas WDM é usar múltiplos comprimentos de onda (ou frequências) para transmitir um fluxo de dados separado em cada um. Graças a isso, foi possível aumentar a largura de banda do canal por fibra em 16-160 vezes [16]. O circuito de multiplexação é mostrado na Fig. 3.13. Na entrada do canal, os sinais são combinados em uma fibra comum por meio de um prisma. Na saída, esses sinais são separados por um prisma semelhante. O número de fibras na entrada e na saída pode chegar a 32 ou mais (em vez de prismas, recentemente foram usados ​​​​espelhos em miniatura, onde é usada a varredura de comprimento de onda).

Arroz. 3.13.

Isto é conseguido usando vários componentes. Primeiro, os dados transmitidos devem ser enviados em um comprimento de onda portador específico. Geralmente acena multiplexação O WDM é realizado na janela de transparência de 1530-1560 nm, onde o mínimo atenuação de sinal até 0,2 dB/km. Normalmente, os sistemas de fibra óptica usam 3 comprimentos de onda - 850, 1310 e 1550 nm. Se o sinal de entrada for óptico e transmitido em um desses comprimentos de onda, ele deverá ser convertido para transmitir no comprimento de onda da janela de transparência WDM. Quando existem vários sinais de entrada independentes, cada um deve ser convertido para transmitir em um comprimento de onda diferente dentro dessa faixa. Esses sinais são então combinados usando um sistema óptico de modo que a maior parte da potência de todos os sinais seja transmitida por uma única fibra óptica. Na outra extremidade da linha, os sinais luminosos são divididos por meio de um divisor 5 um dispositivo projetado para dividir um sinal em várias partes.(outro sistema de lentes) em vários canais. Cada um desses canais passa por filtros que separam apenas um dos comprimentos de onda. Em última análise, cada um dos comprimentos de onda separados atinge o seu próprio receptor, que o converte na sua forma original (óptica nos comprimentos de onda 850, 1310 e 1550 nm ou cobre).

Existem dois tipos de sistemas WDM que fornecem granulação grossa (CWDM) multiplexação com grande espaçamento de portadora ou divisão densa de escala de comprimento de onda (DWDM). Os sistemas CWDM normalmente fornecem transmissão de 8 a 16 comprimentos de onda em incrementos de 20 nm, de 1310 a 1630 nm. Os sistemas DWDM operam em até 144 comprimentos de onda, normalmente em incrementos inferiores a 2 nm em aproximadamente a mesma faixa de comprimento de onda. WDM (CWDM ou DWDM) é normalmente usado em uma de duas aplicações.

A primeira e mais importante é aumentar a quantidade de informação transmitida via fibra óptica. Neste caso, um grande número de fluxos de dados é transmitido através de um pequeno número de cabos ópticos. Isso permite aumentar significativamente o rendimento do cabo óptico. Então, a uma velocidade de 10 Gbit/s por canal rendimento total cada fibra terá 1,25 Tbit/s (ou seja, 12.500.000.000.000 bits por segundo). É claro que, na maioria dos casos, esse nível de velocidade não é necessário; uma tarefa comum é transmitir vários fluxos Gigabit Ethernet em um único par de fibras quando não há pares adicionais disponíveis. Em muitos casos, instalar um novo cabo óptico é muito caro ou simplesmente impossível. Então o uso da tecnologia WDM se torna a única opção para aumentar o rendimento.

A segunda aplicação do WDM surgiu há relativamente pouco tempo, quando um número crescente de clientes começou a usar canais de comunicação de alta velocidade. Nesse caso, a operadora de telecomunicações disponibiliza aos clientes de escritórios em diversos pontos da cidade comprimentos de onda em seus cabos para organização de canais ponto a ponto. Por exemplo, uma grande empresa que possui dois edifícios em partes diferentes da cidade pode definir a tarefa de fundi-los. Para resolver este problema, a operadora pode implantar uma rede. Ao utilizar o WDM, a operadora não precisa se preocupar com qual protocolo ou tecnologia é utilizada pelos clientes, o que permite uma entrega de serviços mais flexível. O uso de WDM em redes de acesso de assinantes será discutido mais adiante.

Os dispositivos para organizar o WDM são passivos, ou seja, não requerem fonte de alimentação. No entanto, muitos deles requerem uma temperatura constante. Para isso, são instalados dispositivos de controle de temperatura e requerem uma fonte de alimentação remota. Em seguida, é utilizado um cabo misto que, junto com as fibras ópticas, contém condutores de cobre. Para garantir padrões de atenuação na transmissão de informações por meio de cabos ópticos, são utilizados regeneradores e amplificadores de sinal.

Ao transmitir um único sinal óptico (ver Fig. 3.13 a), cada regenerador converte o sinal óptico em elétrico, ajusta os parâmetros de temporização, extrai a informação transmitida e, como resultado, controla o transmissor laser para regenerar o sinal e converter o sinal óptico em sinal elétrico requer custos elevados porque utiliza componentes muito caros (lasers e eletrônicos de ultra-alta velocidade).

Sistemas de transmissão imOptical: a) com regeneração linear; b) Sinal composto DWDM com uma seção de divisão de comprimento de onda; c) Sinal composto DWDM com um amplificador óptico para entrada serial de informações em um cabo óptico para transmiti-las através da próxima seção.

O diagrama mostrado na Fig. 3.13b, transmite um sinal WDM composto. Neste caso, em cada secção do regenerador o sinal composto é dividido em sinais separados. Em seguida, ocorre a conversão individual para a forma elétrica e a regeneração individual. É mais preferível usar amplificadores ópticos que possam amplificar o sinal em todos os comprimentos de onda que compõem o sinal WDM. Um amplificador óptico baseado em fibra dopada com érbio (Erbium-Doped Fiber Amplifier - EDFA) é um pedaço de fibra óptica do tipo EDFA e um diodo laser semicondutor como fonte de “bombeamento”. O amplificador pega o sinal atenuado e gera um sinal de alta potência em um cabo óptico dopado com érbio. Quando expostos a um sinal poderoso, os átomos de érbio são excitados e geram fótons na mesma fase e direção do sinal enviado. O resultado é um efeito de amplificação. Esses amplificadores podem ser projetados para todas as faixas de comprimento de onda. O uso de amplificadores reduz a necessidade do uso de regeneradores, conforme mostrado na Fig. 3.13 b. Neste caso, há uma limitação no número de amplificadores instalados em série. No entanto, a instalação de amplificadores permite aumentar a distância entre os regeneradores e a conversão óptica-electrónica associada para centenas e milhares de quilómetros.

Sumário breve

• A transmissão de informações via cabo de fibra óptica apresenta uma série de vantagens em relação à transmissão via cabo de cobre: ​​ampla largura de banda, baixa atenuação do sinal de luz na fibra, baixo nível de ruído, imunidade a interferências eletromagnéticas, baixo peso e volume, alta segurança contra acesso não autorizado. , Isolamento galvânico elementos de rede, segurança contra incêndio, redução de requisitos para estruturas de cabos lineares, eficiência, longa vida útil.
• Um cabo de fibra óptica contém três elementos principais: trança, capa e núcleo.
• O núcleo - um elemento condutor de luz de fibra é cercado por uma concha, que possui um índice de refração de luz mais baixo. Isso faz com que a maioria dos raios de luz no núcleo sejam refletidos no núcleo.
• O ângulo máximo no qual a reflexão interna total é garantida para a radiação luminosa introduzida na fibra é denominado abertura numerica.
• Ao construir redes, podem ser usados ​​cabos multicore.
• As fibras ópticas que permitem que os raios percorram vários caminhos até o receptor são chamadas de multimodo.
• Os raios atrasados ​​levam à expansão dos pulsos transmitidos. Este fenômeno é chamado de dispersão. A quantidade desta expansão é diretamente proporcional à largura do pulso e inversamente proporcional à velocidade de transmissão.
• A taxa de transferência de um cabo óptico, que é caracterizada pelo fator de largura de banda (BDF - Bandwidth Distance Factor).
• As fibras que apresentam um salto no índice de refração na interface revestimento-núcleo são chamadas de fibras de índice escalonado.
• Fibras com índice de refração variável de acordo com a lei acima são chamadas gradiente e têm um coeficiente de banda larga duas ordens de grandeza maior que as fibras escalonadas.
• A atenuação é medida em dB/km e é determinada pela perda devido à absorção ou espalhamento da radiação em uma fibra óptica. As perdas por absorção dependem da transparência do material de que a fibra é feita. As perdas por dispersão dependem da falta de homogeneidade refrativa do material.
• A dispersão cromática ocorre quando o sinal de luz consiste em diferentes comprimentos de onda. A dispersão cromática é um dos mecanismos limitadores de largura de banda dos cabos de fibra óptica que prejudica a propagação de pulsos de sinal que consistem em diferentes cores de luz transmitida (incoerência de sinal).
• A dispersão cromática consiste em componentes de material e guia de ondas e ocorre durante a propagação em fibras monomodo e multimodo.
• O componente material reflete as propriedades da dependência do índice de refração da fibra no comprimento de onda. A expressão para a dispersão de uma fibra monomodo inclui uma característica do material, nomeadamente, a dependência do indicador no comprimento de onda. Este componente é determinado pela taxa (diferencial) de aumento ou diminuição do índice de refração dependendo do comprimento de onda. À medida que o comprimento de onda aumenta, este indicador pode ser positivo (o índice de refração aumenta) ou negativo (o índice de refração diminui).
• A dispersão da onda é determinada pelo tempo de propagação do sinal dependendo do comprimento de onda. É sempre positivo (o tempo de propagação só aumenta com o aumento do comprimento de onda).
• Em um determinado comprimento de onda (aproximadamente para uma fibra monomodo escalonada), ocorre a compensação mútua das dispersões do material e da onda, e a dispersão resultante torna-se zero. O comprimento de onda em que isso ocorre é chamado de comprimento de onda de dispersão zero. Normalmente, uma certa faixa de comprimentos de onda é especificada, dentro da qual pode variar para aquela fibra específica.
• Foi estabelecido que para um determinado formato de sinal ele tem a menor dispersão. Tais impulsos são chamados sólitons.
• Existem dois tipos de dispositivos que convertem um sinal elétrico em luz - LEDs e diodos laser. LEDs (Diodo Emissor de Luz LED) geram radiação incoerente (o sinal contém componentes de vários comprimentos de onda). O princípio da radiação LED permite a modulação apenas pela intensidade da radiação. A potência de emissão dos LEDs pode atingir várias dezenas de microwatts.
• O diodo laser fornece radiação coerente. Seu feixe possui um espectro mais estreito em comparação com um LED. O princípio da radiação dos diodos laser permite o uso de modulação de acordo com os parâmetros da onda de luz, por exemplo frequência.
• Os diodos laser têm um design mais complexo e cargas elétricas mais altas em comparação aos LEDs, mas são inferiores a estes em confiabilidade. fácil de usar e custo.
• Nos fotodiodos convencionais, é gerada uma corrente dependendo da intensidade da radiação incidente, eles se diferenciam pela boa linearidade e estabilidade de operação, curto tempo de resposta, mas não proporcionam amplificação da fotocorrente;
• Fototransistores Possuem alta sensibilidade e bom ganho, mas devido à grande capacitância de barreira possuem longo tempo de resposta, ou seja, as características de frequência são piores que as dos diodos.
• pin são mais sensíveis que os LEDs. Sua capacitância de barreira é pequena, o que garante boas características de frequência (frequência de corte - até 1 GHz).
• Os diodos Avalanche são caracterizados por alta sensibilidade, alto ganho e alta velocidade, porém seu uso é dificultado pela complexidade, alto custo, altas tensões de operação, necessidade de estabilização de tensões e temperaturas e operação apenas em modo de amplificação de sinal fraco.
• Algumas das áreas críticas dos sistemas de fibra são as emendas e conectores de fibra. A perda de luz no conector é de 10 a 20%. Para efeito de comparação: a soldagem de fibras leva a perdas não superiores a 1-2%.
• Uma cruz projetada para cabo óptico é uma cruz de alta densidade, ou seja, o número de pares conectados por unidade de área excede os sistemas anteriores (por exemplo, sistemas de compactação digital).
• Multiplexação por Divisão de Onda -

5.2 DIFERENÇA NOS LIMITES DE TEMPO DE VIAGEM

CAPACIDADE DA LINHA DE COMUNICAÇÃO

As previsões optimistas sobre a enorme capacidade dos cabos ópticos e das comunicações mencionadas no § 4.1 baseiam-se na consideração de que a largura de banda do sinal transmitido deve ser sempre um pouco inferior à própria frequência portadora.

A capacidade de carga da fibra de vidro não é ilimitada.

Para transmitir uma conversa telefônica como uma sequência de pulsos, é necessário transmitir um grande número (especificamente 64.000) caracteres binários por segundo (64.000 bps ou 64 kbps). Para converter a corrente do microfone continuamente variável em um sinal binário, ela deve primeiro ser reproduzida usando pulsos. Os valores de amplitude encontrados serão agora representados como um número binário e enviados como sinais binários entre duas rajadas de pulso. No lado do receptor, segue-se a mesma conversão inversa. Para transmitir um sinal com maior qualidade, é necessário distinguir pelo menos 256 valores de amplitude da corrente do microfone. Portanto, é necessário um sistema de oito códigos (8 caracteres binários por palavra de código) para cada valor de pulso. Para transmitir uma imagem de televisão em movimento, é necessária uma taxa de transmissão de 80 milhões de bits por segundo (80 Mbps).

Como largura de banda linha - seja feita de cobre ou vidro - é aceita a velocidade mais alta de transmissão de sinal através desta linha, medida em bits por segundo (bit é um dígito binário).

Uma unidade de informação binária pode ser convertida aproximadamente em uma largura de banda de frequência correspondente, como é comumente feito na tecnologia de transmissão analógica para indicar as características de sinais ou cabos. Como a transmissão de informações a 2 bps requer teoricamente uma largura de banda de pelo menos 1 Hz (praticamente em torno de 1,6 Hz), podemos aproximar a taxa de transmissão do sinal ou largura de banda em bits por segundo e a largura de banda correspondente em hertz.

Tomemos como exemplo um sinal telefônico codificado binário. Cada sinal nesta sequência (um único pulso de corrente ou luz) não deve durar mais que 1/64.000 s para não interferir nos sinais subsequentes. A capacidade de uma linha é fundamentalmente maior, quanto mais curtos forem os pulsos que podem ser transmitidos através dela.

Da mesma forma, existem limites para o guia de luz. O princípio de seu funcionamento foi mencionado anteriormente: a luz se propaga em zigue-zague no núcleo condutor de luz devido à reflexão interna total das paredes, cuja face externa é adjacente a um meio com baixo índice de refração - o revestimento. Esse reflexão total está sujeito a uma condição. O ângulo entre o feixe de luz e o eixo óptico do guia de luz não deve ser superior ao ângulo máximo de reflexão interna total. É determinado pela proporção dos índices de refração no núcleo e no revestimento :

Poderíamos preferir uma fibra com uma diferença de índice de refração maior, uma vez que ela pode obviamente aceitar e transmitir mais luz de uma fonte com um ângulo de emissão maior. Esta vantagem seria verdadeiramente decisiva se os requisitos fossem apenas para o maior rendimento possível da fibra óptica.

5.3 CAPACIDADE DE FIBRA

É diferente em fibras monomodo (monomodo) e multimodo (mais em fibras monomodo devido à espessura da haste). A dispersão temporal dos elementos do sinal de saída causada por diferentes comprimentos de caminho no guia de luz e, como consequência, a dissipação de parte da energia na saída do guia de luz é chamada de dispersão de modo. Infelizmente, esta não é a única razão para a limitação da largura de banda. Também é necessário adicionar a chamada dispersão de material. Consiste no fato de que o índice de refração da haste guia de luz depende do comprimento de onda. Os raios vermelhos de comprimento de onda longo são desviados menos do que os raios azuis de comprimento de onda curto. Este efeito não seria significativo para a tecnologia de comunicação de luz se as fontes utilizadas emitiam luz de apenas um comprimento de onda. Infelizmente, isso não acontece. Embora a largura espectral de um laser semicondutor seja relativamente estreita, ele emite luz em uma faixa de comprimento de onda de vários nanômetros de largura. O diodo emissor de luz é significativamente superior nesse aspecto - em aproximadamente 30 - 40 nm. Limitar esta banda é impossível sem perda de energia. São esses diferentes componentes espectrais da radiação que passam através do guia de luz em diferentes velocidades.
, o que, obviamente, leva ao alargamento do pulso e limita o rendimento da fibra.

Em uma fibra com perfil de índice de refração escalonado, o modo de dispersão predomina devido à grande diferença nos tempos de percurso entre os raios axiais e de limite. Em uma fibra gradiente com um perfil de índice de refração ideal, ambas as dispersões tornam-se aproximadamente iguais. Em contraste, na fibra monomodo, a dispersão do modo não é importante e apenas a dispersão do material determina o desempenho da transmissão.

E o terceiro fator que influencia a qualidade da transmissão é dispersão de guia de ondas. Ocorre apenas em fibras monomodo, nomeadamente porque o único modo capaz de propagação tem uma velocidade de propagação que depende do comprimento de onda.

Uma análise das causas e influência da dispersão do material nas características de transmissão permitiu-nos tirar conclusões de excepcional interesse para a prática e que têm uma influência decisiva no desenvolvimento da tecnologia de guia de luz. Em primeiro lugar, descobriu-se que o alargamento do pulso causado pela dispersão do material é em grande parte determinado pela microestrutura da dependência do comprimento de onda do índice de refração de um determinado material condutor de luz. Se houver uma seção no gráfico de tal dependência onde a curva tende a zero, então neste comprimento de onda pode-se esperar um alargamento mínimo do pulso e negligenciar a influência da dispersão do material.

Na verdade, tal ponto pode ser encontrado nas curvas do perfil do índice de refração, por exemplo, para vidro de quartzo em
. Isto significa que se entre as fontes de luz de banda estreita existem aquelas para as quais a dispersão do material é zero, então, consequentemente, o rendimento assume um valor máximo.

Com base nos valores de dispersão do material, é possível calcular o alargamento do pulso para diferentes comprimentos de onda e a partir disso a velocidade de transmissão para o laser (largura espectral de cerca de 2 nm) e para o diodo emissor de luz (largura espectral de cerca de 40 nm). Mesmo para um diodo emissor de luz nesta região de comprimento de onda, podem ser esperadas taxas de transmissão superiores a 1 Gbit/s por km. Para lasers, foi obtido experimentalmente um valor de 1,4 Gbit/s por 1 km! É claro que esta região de comprimentos de onda de dispersão zero da fibra óptica é de grande interesse.

As características de transmissão que acabamos de mencionar são reais e indicam as possibilidades técnicas existentes nas fibras multimodo simples e que ainda não foram esgotadas hoje. Não devemos esquecer, no entanto, que taxas de transmissão tão elevadas só podem ser alcançadas garantindo parâmetros óptimos do díodo emissor de luz para um determinado comprimento de onda, o que cria piores condições de transmissão para outros comprimentos de onda. Além disso, é necessário manter tolerâncias muito pequenas na fabricação do guia de luz para garantir o perfil de índice de refração necessário, o que sem dúvida aumenta o custo do guia de luz.

As considerações acima também são interessantes e importantes: em qualquer caso, uma fibra com rendimento máximo não pode ser criada. Para a maioria das áreas, o rendimento da fibra é suficiente. Neste caso, é possível utilizar conectores elétricos mais simples e obter maior eficiência na conexão, etc.

5.4 CABOS ÓPTICOS, SEUS PROJETOS E PROPRIEDADES

Um único circuito de dois fios, um único par coaxial, é um fenômeno raro na tecnologia de comunicação elétrica. Normalmente, um cabo elétrico consiste em vários pares. A armadura geral os protege de vários tipos de influências ambientais - danos causados ​​por roedores, umidade e influências mecânicas.

Um guia de luz, como um condutor elétrico, além de ser utilizado como único condutor de luz, está incluído em um cabo óptico e está sujeito a requisitos semelhantes aos dos cabos elétricos.

No entanto, os condutores eléctricos e as fibras ópticas são tão diferentes que seria surpreendente se os cabos eléctricos e ópticos não diferissem entre si em design, métodos de instalação, colocação e operação. Ao mesmo tempo, há muitos anos de experiência na proteção mecânica de condutores finos (fios de cobre com décimos de milímetro de espessura são amplamente utilizados), que podem ser usados ​​para proteger fibras de vidro sensíveis.

Quando se trata da diferença entre guias de luz e condutores de cobre, é necessário citar a principal propriedade que ainda não foi nomeada: a absoluta insensibilidade do guia de luz em relação às interferências de elétrico E Campos magnéticos. Aqui pode-se dizer que blindar cabos elétricos para protegê-los de interferências eletromagnéticas externas é absolutamente desnecessário em cabos ópticos.

O papel principal é desempenhado, é claro, pelo próprio material - o vidro, que agora atua como substituto do valioso metal não ferroso - o cobre. Esse material substituto leva a grandes ganhos económicos. As reservas mundiais de cobre estão constantemente a esgotar-se e os preços estão a subir. Segundo algumas previsões, até o final do século, as jazidas terrestres hoje conhecidas estarão esgotadas. O principal material para fibras ópticas de vidro, a areia de quartzo, está disponível em grandes quantidades. Na tecnologia de comunicações, vários quilogramas de cobre podem ser substituídos por 1 g de vidro de alta pureza, se for tomada como base a mesma capacidade do cabo.

Essa relação leva a outra vantagem: cabos ópticos mais fácil elétrico. Isto é especialmente perceptível em cabos de alta largura de banda devido ao pequeno diâmetro da fibra. É claro que ambas as propriedades são uma vantagem imediata em muitas aplicações.

Por fim, é necessário salientar o fator de isolamento galvânico do transmissor e do receptor. Num sistema óptico, eles são eletricamente completamente isolados um do outro, e muitos dos problemas associados ao aterramento e à remoção de potencial que até então surgiam ao conectar cabos elétricos não são mais válidos.

Junto com esses parâmetros úteis, é necessário, claro, citar outros em que as fibras ópticas são inferiores ao cobre e que o projetista do cabo deve levar em consideração.

Isto é antes de tudo sensibilidade fibra desprotegida ao vapor de água. Esta propriedade crítica foi descoberta muito rapidamente, mas uma contramedida também foi descoberta: revestir diretamente o guia de luz com uma película protetora de vários micrômetros de espessura, diretamente durante o processo de trefilação da fibra.

Esta bainha protetora, composta principalmente de polímero, protege completamente o guia de luz. Também aumenta a resistência mecânica do guia de luz e a sua elasticidade. Além disso, são garantidos parâmetros constantes sob condições ambientais desfavoráveis; sem uma casca protetora, eles declinam em poucas horas ou dias.

Resistência à tração mecânica para fibra é bastante alto e corresponde à resistência do aço. No entanto, o vidro é frágil; a fibra não suporta dobras com raio pequeno e quebra. Mas esta desvantagem também é relativa: a fibra de vidro, equipada com a já mencionada fina camada protetora, pode ser facilmente enrolada no dedo, e algumas variedades podem até ser enroladas em um lápis fino. Dada esta propriedade típica do vidro, é obviamente necessário tomar medidas de proteção nos casos em que várias fibras ópticas são combinadas num único cabo, que posteriormente irá dobrar e torcer. Isso acontece durante o enrolamento no tambor e durante o assentamento. O desenho do cabo deve ser tal que elimine sobrecargas mecânicas do guia de luz. Mas não só a destruição das fibras é perigosa, mas também a microflexão. Eles ocorrem quando fibras condutoras de luz ficam sobre uma superfície áspera sob força de tração e podem causar perda adicional de luz. Este fenômeno pode ser observado em um experimento de demonstração quando a luz visível, por exemplo, de um laser He-Ne, é fornecida a uma fibra condutora de luz enrolada firmemente, volta a volta, em um tambor. Todo o tambor emite uma luz vermelha brilhante, indicando perda de luz causada por microcurvatura.

Para reduzir o estresse mecânico nas fibras, várias soluções foram tentadas. Os condutores individuais são colocados livremente na seção transversal do cabo; Durante o processo de fabricação do cabo, certifique-se de que as fibras sejam ligeiramente mais longas que o cabo. A figura mostra um design concêntrico; é usado com muita frequência. Neste caso, os guias de luz ficam livremente em tubos finos e flexíveis ou é aplicado isolamento poroso sobre eles.

Ao hesitar temperatura ambiente As forças mecânicas que atuam no guia de luz dependem significativamente do projeto do cabo. O único ponto fraco parece ser o revestimento das fibras de índice de degrau. Seu índice de refração, que é apenas um pouco menor que o índice de refração do núcleo, pode em casos desfavoráveis ​​​​aumentar em baixas temperaturas, o que violará as condições de reflexão interna total e, consequentemente, surgirão perdas adicionais de radiação.

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A óptica abre grandes oportunidades onde são necessárias comunicações de alta velocidade com alto rendimento. Esta é uma tecnologia comprovada, compreensível e conveniente. No domínio do Audiovisual, abre novas perspectivas e fornece soluções não disponíveis através de outros métodos. A óptica penetrou em todas as áreas-chave – sistemas de vigilância, salas de controle e centros de situação, instalações militares e médicas e áreas com condições operacionais extremas. As linhas de fibra óptica fornecem um alto grau de proteção de informações confidenciais e permitem a transmissão de dados não compactados, como gráficos e vídeos de alta resolução, com precisão de pixels. Novos padrões e tecnologias para linhas de comunicação de fibra óptica. A fibra é o futuro do SCS (sistemas de cabeamento estruturado)? Estamos construindo uma rede empresarial.

Cabo de fibra óptica (também conhecido como fibra óptica)- este é um tipo de cabo fundamentalmente diferente em comparação com os dois tipos de cabo elétrico ou de cobre considerados. As informações nele contidas não são transmitidas por um sinal elétrico, mas por um sinal luminoso. Seu principal elemento é a fibra de vidro transparente, através da qual a luz percorre grandes distâncias (até dezenas de quilômetros) com atenuação insignificante.

A estrutura do cabo de fibra óptica é muito simples e é semelhante à estrutura de um cabo elétrico coaxial (Fig. 1.). Somente em vez de um fio de cobre central, aqui é usada fibra de vidro fina (cerca de 1 a 10 mícrons de diâmetro) e, em vez de isolamento interno, é usado um invólucro de vidro ou plástico, que não permite que a luz escape além da fibra de vidro. Neste caso, estamos falando do modo da chamada reflexão interna total da luz a partir da fronteira de duas substâncias com índices de refração diferentes (o invólucro de vidro tem um índice de refração muito menor que a fibra central). Geralmente não há trança metálica no cabo, uma vez que não é necessária blindagem contra interferência eletromagnética externa. No entanto, às vezes ainda é usado para proteção mecânica do meio ambiente (esse cabo às vezes é chamado de cabo blindado; pode combinar vários cabos de fibra óptica sob uma bainha).

O cabo de fibra óptica tem desempenho excepcional na imunidade ao ruído e no sigilo das informações transmitidas. Em princípio, nenhuma interferência eletromagnética externa pode distorcer o sinal de luz e o próprio sinal não gera radiação eletromagnética externa. É quase impossível conectar-se a este tipo de cabo para espionagem de rede não autorizada, pois isso comprometeria a integridade do cabo. A largura de banda teoricamente possível desse cabo chega a 1.012 Hz, ou seja, 1.000 GHz, que é incomparavelmente maior que a dos cabos elétricos. O custo do cabo de fibra óptica está em constante queda e agora é aproximadamente igual ao custo do cabo coaxial fino.

Atenuação típica de sinal em cabos de fibra óptica nas frequências utilizadas em redes locais varia de 5 a 20 dB/km, o que corresponde aproximadamente ao desempenho dos cabos elétricos em baixas frequências. Mas no caso de um cabo de fibra óptica, à medida que a frequência do sinal transmitido aumenta, a atenuação aumenta ligeiramente e, em altas frequências (especialmente acima de 200 MHz), suas vantagens sobre um cabo elétrico são simplesmente inegáveis; concorrentes.

As linhas de comunicação de fibra óptica (FOCL) permitem transmitir sinais analógicos e digitais por longas distâncias, em alguns casos até dezenas de quilômetros. Eles também são usados ​​em distâncias menores e mais “controláveis”, como no interior de edifícios. Exemplos de soluções para construção de SCS (sistemas de cabeamento estruturado) para construção de uma rede corporativa estão aqui: Construindo uma rede corporativa: Diagrama de construção de SCS - Óptica horizontal. , Construindo uma rede empresarial: Esquema de construção SCS - Sistema centralizado de cabos ópticos. , Construindo uma rede empresarial: Esquema de construção SCS - Sistema de cabos ópticos de zona.

As vantagens da óptica são conhecidas: imunidade a ruídos e interferências, cabos de pequeno diâmetro e grande largura de banda, resistência a hackers e interceptação de informações, dispensa de repetidores e amplificadores, etc.
Antigamente existiam problemas com a terminação de linhas ópticas, mas hoje eles foram amplamente resolvidos, então trabalhar com essa tecnologia ficou muito mais fácil. Há, no entanto, uma série de questões que devem ser consideradas apenas no contexto das áreas de aplicação. Tal como acontece com a transmissão por cobre ou rádio, a qualidade da comunicação por fibra óptica depende de quão bem o sinal de saída do transmissor e o estágio de entrada do receptor são combinados. A especificação incorreta da potência do sinal resulta em taxas de erro de bit de transmissão aumentadas; muita potência e o amplificador receptor “supersatura”, muito pouca e surge um problema de ruído, pois começa a interferir no sinal útil. Aqui estão os dois parâmetros mais críticos de uma linha de fibra óptica: a potência de saída do transmissor e as perdas de transmissão - atenuação no cabo óptico que conecta o transmissor e o receptor.

Existem dois tipos diferentes de cabo de fibra óptica:

* cabo multimodo ou multimodo, mais barato, mas de qualidade inferior;
* cabo monomodo, mais caro, mas com melhores características em relação ao primeiro.

O tipo de cabo determinará o número de modos de propagação, ou “caminhos”, que a luz percorre dentro do cabo.

Cabo multimodo, mais comumente utilizado em pequenos projetos industriais, residenciais e comerciais, possui o maior coeficiente de atenuação e funciona apenas em distâncias curtas. O tipo mais antigo de cabo, 62,5/125 (esses números caracterizam os diâmetros interno/externo da fibra em mícrons), muitas vezes chamado de "OM1", tem largura de banda limitada e é usado para transmitir dados em velocidades de até 200 Mbps.
Recentemente, foram introduzidos cabos 50/125 “OM2” e “OM3”, oferecendo velocidades de 1 Gbit/s em distâncias de até 500 me 10 Gbit/s em distâncias de até 300 m.

Cabo monomodo utilizado em conexões de alta velocidade (acima de 10 Gbit/s) ou em longas distâncias (até 30 km). Para transmissão de áudio e vídeo o mais indicado é utilizar cabos “OM2”.
Rainer Steil, vice-presidente de marketing da Extron Europe, observa que as linhas de fibra óptica tornaram-se mais acessíveis e são cada vez mais utilizadas para redes no interior de edifícios, levando a um aumento na utilização de sistemas AV baseados em tecnologias ópticas. Steil afirma: “Em termos de integração, as linhas de fibra óptica já oferecem hoje diversas vantagens importantes.
Em comparação com infraestruturas similares de cabos de cobre, a óptica permite o uso de sinais de vídeo analógicos e digitais simultaneamente, fornecendo uma solução de sistema único para trabalhar com formatos de vídeo existentes e futuros.
Além disso, porque A óptica oferece um rendimento muito alto, o mesmo cabo funcionará com resoluções mais altas no futuro. O FOCL se adapta facilmente aos novos padrões e formatos emergentes no processo de desenvolvimento de tecnologias AV.”

Outro especialista reconhecido na área é Jim Hayes, presidente da Fiber Optic Association of America, que foi fundada em 1995 e promove o profissionalismo na área de fibra óptica e conta com mais de 27.000 profissionais qualificados em instalações ópticas. Ele diz o seguinte sobre a crescente popularidade das linhas de fibra óptica: “O benefício é a velocidade de instalação e o baixo custo dos componentes. A utilização da óptica nas telecomunicações está a crescer, especialmente em sistemas Fiber-To-The-Home* (FTTH). sem fio habilitado, e no domínio da segurança (câmaras de vigilância).
O segmento FTTH parece estar a crescer mais rapidamente do que outros mercados em todos os países desenvolvidos. Aqui nos EUA, redes de controle de tráfego, serviços municipais (administração, bombeiros, polícia) e instituições educacionais (escolas, bibliotecas) são construídas em fibra óptica.
O número de utilizadores da Internet está a crescer - e estamos a construir rapidamente novos centros de processamento de dados (DPCs), para cuja interligação é utilizada fibra óptica. Na verdade, ao transmitir sinais a uma velocidade de 10 Gbit/s, os custos são semelhantes aos das linhas de “cobre”, mas a óptica consome significativamente menos energia. Durante muitos anos, os defensores da fibra e do cobre têm lutado entre si pela prioridade nas redes corporativas. Perda de tempo!
Hoje, a conectividade WiFi tornou-se tão boa que os usuários de netbooks, laptops e iPhones deram preferência à mobilidade. E agora, em redes locais corporativas, a óptica é usada para comutação com pontos de acesso sem fio.”
Na verdade, o número de aplicações da óptica está a aumentar, principalmente devido às vantagens acima mencionadas sobre o cobre.
A óptica penetrou em todas as áreas-chave – sistemas de vigilância, salas de controle e centros de situação, instalações militares e médicas e áreas com condições operacionais extremas. A redução dos custos dos equipamentos tornou possível o uso da tecnologia óptica em áreas tradicionalmente baseadas em cobre - salas de conferências e estádios, centros de varejo e transportes.
Rainer Steil da Extron comenta: “O equipamento de fibra óptica é amplamente utilizado em ambientes de saúde, por exemplo, para comutação de sinais de vídeo locais em salas de cirurgia. Os sinais ópticos não têm nada a ver com eletricidade, o que é ideal para a segurança do paciente. Os FOCLs também são perfeitos para escolas médicas, onde é necessário distribuir sinais de vídeo de várias salas de cirurgia para várias salas de aula para que os alunos possam acompanhar “ao vivo” o andamento da operação.
As tecnologias de fibra óptica também são preferidas pelos militares, uma vez que os dados transmitidos são difíceis ou mesmo impossíveis de “ler” do exterior.
As linhas de fibra óptica fornecem um alto grau de proteção de informações confidenciais e permitem a transmissão de dados não compactados, como gráficos e vídeos de alta resolução, com precisão de pixels.
A capacidade de transmitir a longas distâncias torna a óptica ideal para sistemas de sinalização digital em grandes centros comerciais, onde o comprimento das linhas de cabos pode atingir vários quilómetros. Se para um cabo de par trançado a distância é limitada a 450 metros, então para a óptica 30 km não é o limite.”
Quando se trata da utilização de fibra óptica na indústria audiovisual, dois factores principais estão a impulsionar o progresso. Em primeiro lugar, trata-se do desenvolvimento intensivo de sistemas de transmissão de áudio e vídeo baseados em IP, que dependem de redes de alta largura de banda - as linhas de fibra óptica são ideais para eles.
Em segundo lugar, existe uma exigência generalizada de transmissão de vídeo HD e imagens de computador HR em distâncias superiores a 15 metros - e este é o limite para a transmissão HDMI através de cobre.
Há casos em que o sinal de vídeo simplesmente não pode ser “distribuído” por um cabo de cobre e é necessário o uso de fibra óptica - situações que estimulam o desenvolvimento de novos produtos. Byung Ho Park, vice-presidente de marketing da Opticis, explica: “A largura de banda de dados UXGA de 60 Hz e cores de 24 bits exigem uma velocidade total de 5 Gbps, ou 1,65 Gbps por canal de cor. HDTV tem largura de banda um pouco menor. Os fabricantes estão pressionando o mercado, mas o mercado também está incentivando os players a usarem imagens de maior qualidade. Existem certos aplicativos que exigem monitores capazes de exibir de 3 a 5 milhões de pixels ou profundidade de cor de 30 a 36 bits. Por sua vez, isso exigirá uma velocidade de transmissão de cerca de 10 Gbit/s.”
Hoje, muitos fabricantes de equipamentos de comutação oferecem versões de extensores de vídeo (extensores) para trabalhar com linhas ópticas. ATEN Internacional, TRENDNet, Rextron, Gefen e outros produzem vários modelos para diversos formatos de vídeo e computador.
Neste caso, os dados de serviço - HDCP** e EDID*** - podem ser transmitidos usando uma linha óptica adicional e, em alguns casos - através de um cabo de cobre separado conectando o transmissor e o receptor.
Como o HD se tornou o padrão para o mercado de transmissão,“Outros mercados – mercados de instalação, por exemplo – também começaram a usar proteção contra cópia para conteúdo nos formatos DVI e HDMI”, afirma Jim Giachetta, vice-presidente sênior de engenharia da Multidyne. “Usando nosso dispositivo HDMI-ONE, os usuários podem enviar um sinal de vídeo de um DVD ou Blu-ray player para um monitor ou monitor localizado a até 1.000 metros de distância. "Anteriormente, nenhum dispositivo multimodo suportava proteção contra cópia HDCP."

Quem trabalha com linhas de fibra óptica não deve se esquecer de problemas específicos de instalação - terminação de cabos. Nesse sentido, muitos fabricantes produzem os próprios conectores e kits de instalação, que incluem ferramentas especializadas, além de produtos químicos.
Enquanto isso, qualquer elemento de uma linha de fibra óptica, seja um cabo de extensão, um conector ou uma junção de cabo, deve ser verificado quanto à atenuação do sinal usando um medidor óptico - isso é necessário para avaliar o orçamento total de energia (orçamento de energia, o principal indicador calculado de uma linha de fibra óptica). Naturalmente, você pode montar conectores de cabos de fibra manualmente, “de joelhos”, mas a qualidade e a confiabilidade verdadeiramente altas são garantidas apenas ao usar cabos “cortados” prontos, produzidos na fábrica, que foram submetidos a testes completos em vários estágios.
Apesar da enorme largura de banda das linhas de comunicação de fibra óptica, muitos ainda desejam “amontoar” mais informações em um único cabo.
Aqui, o desenvolvimento está indo em duas direções - multiplexação espectral (WDM óptico), quando vários raios de luz com comprimentos de onda diferentes são enviados para um guia de luz, e a outra - serialização/desserialização de dados (Inglês SerDes), quando o código paralelo é convertido em serial e vice-versa.
No entanto, o equipamento de multiplexação de espectro é caro devido ao design complexo e ao uso de componentes ópticos em miniatura, mas não aumenta a velocidade de transmissão. Os dispositivos lógicos de alta velocidade utilizados nos equipamentos SerDes também aumentam o custo do projeto.
Além disso, hoje são produzidos equipamentos que permitem multiplexar e demultiplexar dados de controle - USB ou RS232/485 - a partir do fluxo luminoso total. Nesse caso, os fluxos de luz podem ser enviados ao longo de um cabo em direções opostas, embora o preço dos dispositivos que realizam esses “truques” geralmente exceda o custo de um guia de luz adicional para retornar dados.

A óptica abre grandes oportunidades onde são necessárias comunicações de alta velocidade com alto rendimento. Esta é uma tecnologia comprovada, compreensível e conveniente. No domínio do Audiovisual, abre novas perspectivas e fornece soluções não disponíveis através de outros métodos. Pelo menos sem esforço de trabalho significativo e custos financeiros.

Dependendo da principal área de aplicação, os cabos de fibra óptica são divididos em dois tipos principais:

Cabo interno:
Ao instalar linhas de fibra óptica em espaços fechados, geralmente é usado um cabo de fibra óptica com um buffer denso (para proteção contra roedores). Usado para construir SCS como tronco ou cabo horizontal. Suporta transmissão de dados em distâncias curtas e médias. Ideal para cabeamento horizontal.

Cabo externo:
Cabo de fibra óptica com buffer denso, blindado com fita de aço, resistente à umidade. É usado para assentamento externo ao criar um subsistema de rodovias externas e conectar edifícios individuais. Pode ser instalado em dutos de cabos. Adequado para instalação direta no solo.

Cabo de fibra óptica autoportante externo:
O cabo de fibra óptica é autoportante, com cabo de aço. Usado para instalação externa em longas distâncias em redes telefônicas. Suporta transmissão de sinal de TV a cabo, bem como transmissão de dados. Adequado para instalação em dutos de cabos e instalações aéreas.

Vantagens das linhas de comunicação de fibra óptica:

• A transmissão de informações por meio de linhas de fibra óptica apresenta diversas vantagens em relação à transmissão por cabo de cobre. A rápida implementação de Vols em redes de informação é consequência das vantagens decorrentes das características de propagação do sinal em fibra óptica.
• Largura de banda ampla - devido à frequência portadora extremamente alta de 1014 Hz. Isto torna possível transmitir fluxos de informação de vários terabits por segundo através de uma fibra óptica. A alta largura de banda é uma das vantagens mais importantes da fibra óptica em relação ao cobre ou qualquer outro meio de transmissão de informações.
• Baixa atenuação do sinal luminoso na fibra. A fibra óptica industrial atualmente produzida por fabricantes nacionais e estrangeiros tem uma atenuação de 0,2-0,3 dB em um comprimento de onda de 1,55 mícron por quilômetro. A baixa atenuação e a baixa dispersão permitem construir trechos de linhas sem retransmissão com extensão de até 100 km ou mais.
• O baixo nível de ruído no cabo de fibra óptica permite aumentar a largura de banda transmitindo diversas modulações de sinais com baixa redundância de código.
• Alta imunidade a ruídos. Como a fibra é feita de um material dielétrico, ela é imune à interferência eletromagnética dos sistemas de cabeamento de cobre e equipamentos elétricos circundantes que podem induzir radiação eletromagnética (linhas de energia, motores elétricos, etc.). Os cabos multifibra também evitam o problema de diafonia eletromagnética associado aos cabos de cobre multipares.
• Baixo peso e volume. Os cabos de fibra óptica (FOC) têm menos peso e volume em comparação aos cabos de cobre para a mesma largura de banda. Por exemplo, um cabo telefônico de 900 pares com diâmetro de 7,5 cm pode ser substituído por uma única fibra com diâmetro de 0,1 cm se a fibra estiver “revestida” com muitas bainhas protetoras e coberta com armadura de fita de aço, o diâmetro de. esse cabo de fibra óptica terá 1,5 cm, várias vezes menor que o cabo telefônico em questão.
• Alta segurança contra acesso não autorizado. Como o FOC praticamente não emite na faixa de rádio, é difícil ouvir as informações transmitidas por ele sem interromper a recepção e a transmissão. Os sistemas de monitoramento (monitoramento contínuo) da integridade da linha de comunicação óptica, utilizando as propriedades de alta sensibilidade da fibra, podem desligar instantaneamente o canal de comunicação “hackeado” e soar um alarme. Os sistemas de sensores que utilizam os efeitos de interferência dos sinais de luz propagados (tanto através de diferentes fibras quanto de diferentes polarizações) têm uma sensibilidade muito alta a vibrações e pequenas diferenças de pressão. Tais sistemas são especialmente necessários ao criar linhas de comunicação no governo, no setor bancário e em alguns outros serviços especiais que possuem requisitos aumentados de proteção de dados.
• Isolamento galvânico de elementos de rede. Esta vantagem da fibra óptica reside na sua propriedade isolante. A fibra ajuda a evitar loops de aterramento elétrico que podem ocorrer quando dois dispositivos de rede não isolados conectados por cabo de cobre têm conexões de aterramento em pontos diferentes do edifício, como em andares diferentes. Isto pode resultar numa grande diferença de potencial, que pode danificar o equipamento de rede. Para a fibra este problema simplesmente não existe.
• Explosão e segurança contra incêndio. Devido à ausência de faíscas, a fibra óptica aumenta a segurança da rede em refinarias químicas e de petróleo, no atendimento a processos tecnológicos de alto risco.
• Custo-benefício das linhas de comunicação de fibra óptica. A fibra é feita de quartzo, que tem como base dióxido de silício, um material muito difundido e, portanto, barato, ao contrário do cobre. Atualmente, o custo da fibra em relação ao par de cobre é de 2:5. Ao mesmo tempo, o FOC permite transmitir sinais por distâncias muito maiores sem retransmissão. O número de repetidores em linhas longas é reduzido ao usar FOC. Ao utilizar sistemas de transmissão soliton, alcances de 4.000 km foram alcançados sem regeneração (ou seja, usando apenas amplificadores ópticos em nós intermediários) em taxas de transmissão acima de 10 Gbit/s.
• Longa vida útil. Com o tempo, a fibra sofre degradação. Isto significa que a atenuação no cabo instalado aumenta gradualmente. Porém, graças ao aperfeiçoamento das modernas tecnologias de produção de fibras ópticas, esse processo é significativamente desacelerado e a vida útil do FOC é de aproximadamente 25 anos. Durante esse período, diversas gerações/padrões de sistemas transceptores podem mudar.
• Fonte de alimentação remota. Em alguns casos, é necessária a alimentação remota de um nó da rede de informação. A fibra óptica não é capaz de desempenhar as funções de um cabo de alimentação. Porém, nestes casos, pode-se utilizar um cabo misto quando, junto com as fibras ópticas, o cabo for equipado com um elemento condutor de cobre. Este cabo é amplamente utilizado na Rússia e no exterior.

No entanto, o cabo de fibra óptica também apresenta algumas desvantagens:

• O mais importante deles é a alta complexidade de instalação (é necessária precisão de mícrons na instalação dos conectores; a atenuação no conector depende muito da precisão do corte da fibra de vidro e do grau de seu polimento). Para a instalação dos conectores, utiliza-se soldagem ou colagem com um gel especial que possui o mesmo índice de refração da luz da fibra de vidro. Em qualquer caso, isto requer pessoal altamente qualificado e ferramentas especiais. Portanto, na maioria das vezes, o cabo de fibra óptica é vendido na forma de peças pré-cortadas de diferentes comprimentos, em ambas as extremidades das quais já estão instalados os tipos de conectores necessários. Deve-se lembrar que a má instalação do conector reduz drasticamente o comprimento permitido do cabo, determinado pela atenuação.
• Devemos lembrar também que o uso de cabos de fibra óptica requer receptores e transmissores ópticos especiais que convertem sinais luminosos em sinais elétricos e vice-versa, o que às vezes aumenta significativamente o custo da rede como um todo.
• Os cabos de fibra óptica permitem a ramificação do sinal (para isso são produzidos divisores passivos especiais (acopladores) para 2 a 8 canais), mas, via de regra, são usados ​​​​para transmitir dados apenas em uma direção entre um transmissor e um receptor. Afinal, qualquer ramificação enfraquece inevitavelmente o sinal luminoso e, se houver muitas ramificações, a luz pode simplesmente não chegar ao fim da rede. Além disso, o divisor também possui perdas internas, de modo que a potência total do sinal na saída é menor que a potência de entrada.
• O cabo de fibra óptica é menos durável e flexível que o cabo elétrico. O raio de curvatura permitido típico é de cerca de 10 a 20 cm; com raios de curvatura menores, a fibra central pode quebrar. Não tolera estiramentos mecânicos e de cabos, bem como influências de esmagamento.
• O cabo de fibra óptica também é sensível à radiação ionizante, o que reduz a transparência da fibra de vidro, ou seja, aumenta a atenuação do sinal. Mudanças repentinas de temperatura também têm um impacto negativo e a fibra de vidro pode rachar.
• O cabo de fibra óptica é usado apenas em redes com topologia estrela e anel. Não há problemas de coordenação ou aterramento neste caso. O cabo fornece isolamento galvânico ideal de computadores em rede. No futuro, esse tipo de cabo provavelmente substituirá os cabos elétricos ou, pelo menos, os substituirá bastante.

Perspectivas para o desenvolvimento de linhas de comunicação de fibra óptica:

• Com as crescentes demandas de novas aplicações de rede, o uso de tecnologias de fibra óptica em sistemas de cabeamento estruturado está se tornando cada vez mais importante. Quais são as vantagens e características da utilização de tecnologias ópticas no subsistema de cabos horizontais, bem como nos locais de trabalho dos usuários?
• Tendo analisado as mudanças nas tecnologias de rede nos últimos 5 anos, é fácil ver que os padrões SCS de cobre ficaram para trás na “corrida armamentista de rede”. Sem ter tempo para instalar o SCS da terceira categoria, as empresas tiveram que passar para a quinta, agora para a sexta, e a utilização da sétima categoria está chegando.
• Obviamente, o desenvolvimento das tecnologias de rede não irá parar por aí: o gigabit por local de trabalho em breve se tornará um padrão de facto e, posteriormente, de jure, e para LANs (redes locais) de uma grande ou mesmo média empresa, 10 Gbit/s A Internet não será incomum.
• Portanto, é muito importante utilizar um sistema de cabeamento que possa lidar facilmente com as velocidades crescentes das aplicações de rede por pelo menos 10 anos - esta é a vida útil mínima do SCS definida pelos padrões internacionais.
• Além disso, ao alterar os padrões dos protocolos LAN, é necessário evitar a retransmissão de novos cabos, o que anteriormente causava custos significativos para a operação do SCS e simplesmente não é aceitável no futuro.
• Apenas um meio de transmissão no SCS satisfaz esses requisitos – a óptica. Os cabos ópticos têm sido utilizados em redes de telecomunicações há mais de 25 anos e, recentemente, também encontraram ampla utilização em televisão a cabo e LANs.
• Nas LANs, eles são usados ​​principalmente para construir canais de cabos de backbone entre edifícios e nos próprios edifícios. , garantindo ao mesmo tempo altas velocidades de transferência de dados entre segmentos dessas redes. No entanto, o desenvolvimento de modernas tecnologias de rede está atualizando o uso da fibra óptica como principal meio de conexão direta dos usuários.

Novos padrões e tecnologias para linhas de comunicação de fibra óptica:

Nos últimos anos, surgiram no mercado diversas tecnologias e produtos que tornam muito mais fácil e barato o uso de fibra óptica em um sistema de cabeamento horizontal e sua conexão às estações de trabalho dos usuários.

Entre essas novas soluções, gostaria de destacar, em primeiro lugar, os conectores ópticos com fator de forma pequeno - SFFC (conectores de fator de forma pequeno), diodos laser planares com cavidade vertical - VCSEL (lasers emissores de superfície de cavidade vertical) e fibras ópticas multimodo de nova geração.

Deve-se notar que o tipo recentemente aprovado de fibra óptica multimodo OM-3 tem uma largura de banda de mais de 2.000 MHz/km em um comprimento de onda de laser de 850 nm. Este tipo de fibra fornece transmissão serial de fluxos de dados do protocolo Ethernet de 10 Gigabit em uma distância de 300 m. O uso de novos tipos de fibra óptica multimodo e lasers VCSEL de 850 nanômetros garantem o menor custo de implementação de soluções Ethernet de 10 Gigabit.

O desenvolvimento de novos padrões para conectores de fibra óptica tornou os sistemas de fibra óptica um sério concorrente das soluções de cobre. Tradicionalmente, os sistemas de fibra óptica exigiam o dobro de conectores e patch cords que os sistemas de cobre – os locais de telecomunicações exigiam uma área ocupada muito maior para acomodar equipamentos ópticos, tanto passivos quanto ativos.

Os conectores ópticos de fator de forma pequeno, introduzidos recentemente por vários fabricantes, fornecem o dobro da densidade de portas das soluções anteriores porque cada conector de fator de forma pequeno contém duas fibras ópticas em vez de apenas uma.

Ao mesmo tempo, os tamanhos dos elementos ópticos passivos - conexões cruzadas, etc., e dos equipamentos de rede ativos são reduzidos, o que permite reduzir quatro vezes os custos de instalação (em comparação com soluções ópticas tradicionais).

De referir que os organismos de normalização americanos EIA e TIA decidiram em 1998 não regulamentar a utilização de nenhum tipo específico de conectores ópticos de formato pequeno, o que levou ao aparecimento no mercado de seis tipos de soluções concorrentes nesta área: MT -RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 e SCDC. Também há novos desenvolvimentos hoje.

O conector miniatura mais popular é o conector do tipo MT-RJ, que possui uma única ponta de polímero com duas fibras ópticas em seu interior. Seu design foi projetado por um consórcio de empresas liderado pela AMP Netconnect com base no conector multifibra MT desenvolvido no Japão. A AMP Netconnect já disponibilizou hoje mais de 30 licenças para a produção desse tipo de conector MT-RJ.

O conector MT-RJ deve muito do seu sucesso ao seu design externo, que é semelhante ao do conector RJ-45 modular de cobre de 8 pinos. O desempenho do conector MT-RJ melhorou significativamente nos últimos anos - a AMP Netconnect oferece conectores MT-RJ com chaves que evitam conexões erradas ou não autorizadas ao sistema de cabos. Além disso, diversas empresas estão desenvolvendo versões monomodo do conector MT-RJ.

Os conectores LC da empresa são bastante procurados no mercado de soluções de cabos ópticos Avaya(http://www.avaya.com). O design deste conector é baseado na utilização de uma ponta de cerâmica com diâmetro reduzido para 1,25 mm e um invólucro plástico com trava externa tipo alavanca para fixação no soquete da tomada de conexão.

O conector está disponível nas versões simplex e duplex. A principal vantagem do conector LC é a baixa perda média e seu desvio padrão, que é de apenas 0,1 dB. Este valor garante uma operação estável do sistema de cabos como um todo. A instalação do garfo LC segue um procedimento padrão de colagem e polimento de epóxi. Hoje, os conectores encontraram sua utilização entre os fabricantes de transceptores de 10 Gbit/s.

A Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) produz conectores LC e MT-RJ. Para ela, a indústria SCS optou pelos conectores MT-RJ e LC. A empresa lançou recentemente o primeiro conector MT-RJ monomodo e versões UniCam dos conectores MT-RJ e LC, que apresentam curto tempo de instalação. Ao mesmo tempo, para instalar conectores tipo UniCam, não há necessidade de usar cola epóxi e poli

As tecnologias de transmissão óptica de dados tornaram-se um avanço no campo das telecomunicações e redes de dados que requerem altas velocidades de transmissão. Nos últimos anos, a pesquisa levou ao surgimento de sistemas capazes de transmitir dados a velocidades de 10 Gb/s e superiores. Uma das principais vantagens do cabo óptico é a sua capacidade de transmitir sinais ópticos de alta velocidade em longas distâncias. Este artigo é dedicado ao cabo óptico, aos princípios de seu funcionamento, bem como aos principais blocos de sistemas de transmissão de dados por fibra óptica.

A tecnologia de fibra óptica simplesmente usa luz para transmitir dados. A utilização do cabo óptico começou por volta de 1970, quando foi possível reduzir o custo de produção do cabo óptico e os custos associados.

Usando um cabo óptico

Os cabos de fibra óptica são usados ​​em uma ampla gama de aplicações, desde detecção médica até redes de dados de defesa de alta velocidade. A transmissão de dados é realizada por meio de transmissores ópticos que transmitem sinais de alta velocidade para receptores ópticos especiais. Neste caso, os sinais digitais são convertidos em sinais ópticos e vice-versa. A velocidade de transferência de dados via cabo óptico chega a 10 Gb/s.

Hoje, existem dois tipos de cabo óptico: monomodo (SM) e multimodo (MM). Recentemente, têm sido ouvidas cada vez mais declarações de que o multimodo é mais promissor, proporcionando desempenho mais de cem vezes superior em relação ao cabo óptico monomodo.

O uso mais ativo de cabos ópticos ocorre na indústria de telecomunicações. Inicialmente, as companhias telefônicas usavam cabos ópticos para transportar grandes volumes de tráfego de voz entre centrais telefônicas. Desde a década de 1980, as companhias telefônicas começaram a implantar redes ópticas em todos os lugares.

O rendimento de um cabo óptico é sua característica mais importante e significativa. Quanto maior a largura de banda, maior será a velocidade de transmissão e maior será o tráfego. O cobre tem largura de banda muito limitada e severas limitações no comprimento do cabo, tornando o par de cobre menos adequado para a transmissão de sinais de alta velocidade em longas distâncias.

Usar um cabo óptico oferece as seguintes vantagens:

• Alta largura de banda para transmissão de voz ou vídeo.
• As fibras ópticas podem transportar milhares de vezes mais informações do que o fio de cobre. Por exemplo, apenas um fio de fibra pode transmitir todas as conversas telefônicas dos Estados Unidos durante a hora do rush.
• O cabo óptico é aproximadamente 10 vezes mais leve que o cobre.
• Baixas perdas. Quanto maior a frequência do sinal, maiores serão as perdas no par de cobre. A perda de sinal em um cabo óptico é a mesma em todas as frequências, com exceção das frequências ultra-altas.
• Confiabilidade - O cabo óptico é mais confiável e tem vida útil mais longa que o cabo de cobre.
• Segurança – as fibras ópticas não emitem campos eletromagnéticos e são insensíveis a interferências.

Mecanismo físico para transmissão de sinais ópticos

Nas aplicações modernas, os cabos ópticos são divididos em multimodo (MM) e monomodo (SM), mas ambos são baseados nos mesmos princípios. A transmissão do sinal através de um cabo óptico é possível devido a um fenômeno denominado reflexão interna total. Isso torna possível transmitir sinais ópticos em alta velocidade por longas distâncias.

Cabo óptico monomodo ou multimodo?

Os cabos SM e MM diferem em tamanho, o que por sua vez afeta o sinal que passa pela fibra. Os cabos SM usam uma espessura de fibra central de 8 a 10 mícrons, o que permite a transmissão de apenas um comprimento de onda. Os cabos MM, por outro lado, usam uma fibra de núcleo mais espessa de aproximadamente 50-60 mícrons, o que permite a transmissão simultânea de vários comprimentos de onda. Os cabos SM possuem menor atenuação, o que possibilita sua utilização em longas distâncias. O cabo MM permite transferir mais dados. Que. O cabo MM é normalmente usado em distâncias curtas onde os dados precisam ser transferidos em altas velocidades, como em sistemas de armazenamento de dados.

Blocos de construção de sistemas de fibra óptica

Um projeto típico de sistema de fibra óptica consiste em um transmissor, um cabo óptico e um receptor. O transmissor converte sinais elétricos digitais em ópticos, que são então transmitidos através de um cabo óptico, proporcionando altas velocidades de transmissão e independência de interferências eletromagnéticas.
Um cabo óptico consiste em uma fibra óptica e dois conectores nas extremidades, geralmente ST, SC ou FC, dependendo da configuração do receptor e do transmissor.

Uma fibra óptica consiste em uma fibra central com vários mícrons de espessura, um revestimento que fornece reflexão óptica completa do sinal e uma trança externa que fornece proteção e identificação do cabo óptico.

Assim, a construção e operação de sistemas de fibra óptica são orientadas por hardware para transmissão de sinais em longas distâncias. Muitas vezes a tarefa é definida exatamente desta forma: usar um cabo óptico para transmitir um sinal de alta velocidade por longa distância com baixa atenuação e com um nível aceitável de custos financeiros.

Projeto de cabo óptico

consiste em vários elementos. Um cabo óptico consiste em vários elementos: um núcleo, um revestimento e uma cobertura externa. Um cabo óptico é baseado em um núcleo através do qual os sinais de luz são transmitidos. O núcleo é baseado em silício e germânio. A bainha que envolve o núcleo do cabo óptico é feita de silício e possui um índice de refração ligeiramente inferior ao do núcleo central. O índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um material. A velocidade da luz no vácuo é de 300 milhões de metros por segundo. Quanto maior o índice de refração, menor a velocidade da luz no material. Por exemplo, o índice de refração da luz no ar limpo é 1, o que significa que a velocidade da luz no ar é 300.000 km/s. O índice de refração do vidro é 1,5, o que significa que a velocidade da luz no vidro é de 200.000 km/s.

Várias camadas de revestimento tampão protegem o núcleo central. A proteção serve para reduzir o estresse físico no cabo, como estiramento, flexão, etc. A trança externa protege contra influências externas, como ambientais (temperatura, umidade, ambiente agressivo).

Os conectores SC são usados ​​com mais frequência para conectar cabos ópticos. O conector SC fornece a mais alta densidade de embalagem. Os administradores de sistema devem considerar as características do cabo óptico e do equipamento ativo para selecionar o tipo de conector apropriado.

Tipos de cabo óptico

O cabo óptico monomodo possui um núcleo muito pequeno, normalmente de 8 a 10 mícrons, que permite a transmissão de sinais de luz sem repetidores em distâncias de até 80 km, dependendo do tipo de equipamento. O cabo óptico SC tem um enorme potencial de informação devido ao fato de possuir largura de banda praticamente ilimitada.

O multimodo pode transmitir múltiplas ondas de luz e possui um núcleo mais espesso medindo cerca de 50 ou 62,5 mícrons. Devido à dispersão, o cabo óptico multimodo possui maior atenuação.

Óptica

Qualquer sistema óptico consiste em três componentes: o transmissor, o meio (cabo de fibra) e o receptor. O transmissor converte sinais elétricos em luz e os envia ao longo da fibra. O receptor recebe o sinal luminoso e o converte em sinal elétrico
sinal. Existem dois tipos de transmissores: diodo laser ou LED.

A potência de saída de um transmissor indica a quantidade de energia emitida em um intervalo de tempo específico. Quanto maior a potência, maior será a distância de transmissão do sinal. O transmissor tem a capacidade de alterar a taxa de transmissão para atender às necessidades de largura de banda do sistema. A faixa de comprimentos de onda emitidos pela fonte do sinal está na largura espectral.

Os transceptores são sensíveis às condições ambientais. O diodo laser requer tensão e temperatura estáveis. Os LEDs são menos sensíveis às flutuações ambientais. Os diodos laser são mais caros. As fontes ópticas de LED têm vida útil mais curta, mas são mais fáceis de instalar e mais econômicas.

Conclusão

Embora o desenvolvimento do uso do cabo óptico tenha começado no ambiente de telecomunicações, hoje já é comum. Muitas empresas e indústrias têm aproveitado os sistemas de fibra óptica para aumentar a sua produtividade. Um dos desafios que algumas empresas enfrentam é como conectar equipamentos e infraestruturas existentes a um sistema de fibra óptica sem atualizações dispendiosas. Usando conversores de mídia que permitem conectar canais de rede convencionais baseados em par trançado de cobre e fibra óptica, é possível conectar praticamente qualquer equipamento de rede. Os conversores de mídia são projetados para facilitar a transição para o uso de cabo óptico, minimizando o custo da solução de problemas que surgirem.

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Para sistemas de fibra óptica simples e de baixo custo, são possíveis distâncias entre repetidores de até 5 km. Distâncias de repetidor de até 300 km estão agora prontamente disponíveis para sistemas comerciais de alta qualidade. Sistemas (sem repetidores) foram desenvolvidos para distâncias de até 400 km em condições de laboratório.

Já foram alcançadas distâncias próximas de 1000 km, mas ainda não estão disponíveis no mercado. Uma empresa europeia anunciou que está actualmente a desenvolver um cabo de fibra óptica que pode ser colocado ao longo do equador terrestre e, sem repetidores, será possível transmitir um sinal de uma ponta à outra! Como isso é possível? Com uma camada ligeiramente radioativa, os fótons de baixa energia que chegam excitam os elétrons da camada, que por sua vez emitem fótons de energia mais alta. Isso cria alguma forma de amplificação automática. Os capítulos seguintes explicarão os termos usados ​​ao leitor.

No mercado de cabos de par trançado de 4 Mbps, estão disponíveis distâncias de repetidor de até 2,4 km. Para cabos coaxiais com velocidades inferiores a 1 Mbit/s, são possíveis distâncias de até 25 km entre repetidores.

].2.5. Tamanho e Peso Fibra Óptica

Comparados a todos os outros cabos de transmissão, os cabos de fibra óptica têm diâmetro muito pequeno e são extremamente leves. Um cabo de fibra óptica de quatro núcleos pesa aproximadamente 240 kg/km, enquanto um cabo de fibra óptica de *36 núcleos pesa apenas aproximadamente 3 kg a mais. Por serem menores em tamanho do que os cabos tradicionais com a mesma capacidade, geralmente são mais fáceis de instalar em ambientes existentes, e o tempo e o custo de instalação são geralmente mais baixos porque são leves e fáceis de trabalhar.

O cabo tradicional pode pesar de 800 kg/km para cabo de 36 pares trançados a 5 t/km para cabo coaxial de grande diâmetro e alta qualidade.

1.2.6. Uso em ambientes com gases inflamáveis ​​Fibra óptica

As fibras multimodo que funcionam com fontes de luz LED são adequadas para uso em áreas inflamáveis. Até recentemente, acreditava-se que todos os tipos de fibras eram adequados para utilização em áreas inflamáveis; no entanto, pesquisas mostraram que certos sistemas de fibra com fontes de luz de alta potência (lasers) podem aumentar a temperatura da superfície metálica sobre a qual brilham até o ponto de ignição de gases inflamáveis, e também podem causar faíscas sob certas condições.

A menos que os sistemas tradicionais de comunicação baseados em cabos sejam projetados de forma muito rigorosa e cumpram certos padrões de segurança internos, eles não são adequados para uso em áreas inflamáveis. Os cabos convencionais, mesmo aqueles que transportam correntes baixas, podem criar faíscas ou arcos entre si, a menos que meios limitadores de corrente sejam utilizados nos circuitos de transmissão.

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