Do tej pory kable krosowe z wtyczkami RJ45 były zwykle używane do okablowania własnej sieci firmowej. Takie rozwiązanie sprawdzało się w praktyce, ponieważ było opłacalne i zawsze działało dobrze.
Kable miedziane mają jednak również swoje wady. Im wyższe prędkości transmisji danych, tym bardziej negatywny może być wpływ indukcyjnych i pojemnościowych właściwości kabla miedzianego. Do tego dochodzą problemy z zakłóceniami i różnymi potencjałami napięciowymi.
Ponieważ zapotrzebowanie na duże ilości danych stale rośnie, firmy, urzędy i inne organizacje musiały znaleźć lepsze rozwiązanie do transmisji danych za pomocą kabli krosowych. Jest ono teraz dostępne również w postaci światłowodowych kabli przyłączeniowych. Z przyjemnością wyjaśnimy, jak działa światłowodowy kabel konfekcjonowany i jaka technologia za nim stoi.
W przeciwieństwie do przewodów elektrycznych, w których elektrony są wykorzystywane do przesyłania napięcia, transmisja sygnału w światłowodach odbywa się za pomocą światła (fotonów). Nie działają one jednak ze światłem widzialnym, ale raczej ze światłem w zakresie podczerwieni.
Cienki przewodnik (1) wykonany z włókien szklanych, kwarcowych lub plastikowych działa jak tunel, przez który prowadzone jest światło. Zanim to jednak nastąpi, przesyłane sygnały, np. z połączenia sieciowego, muszą zostać przetworzone. Wymaga to wzmocnienia sygnałów cyfrowych (2), aby można było sterować diodą emitującą światło lub diodą laserową (3). Sygnały optyczne diod, które w tym przypadku służą jako nadajniki, są następnie przesyłane za pomocą kabla światłowodowego.
Po stronie odbiornika fototranzystor (4) przekształca sygnały optyczne z powrotem w sygnały elektryczne. Te z kolei mogą być dalej przetwarzane w zwykły sposób po wzmocnieniu (5).
Aby móc przesyłać sygnały analogowe za pomocą kabla światłowodowego, różne wartości napięcia muszą najpierw zostać zdigitalizowane za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego (6). Po wzmocnieniu i transmisji, przetwornik cyfrowo-analogowy (7) generuje oryginalny sygnał analogowy po stronie odbiornika.
Mechaniczne połączenie kabla światłowodowego odbywa się za pomocą specjalnych wtyczek i złączek, które omówimy bardziej szczegółowo poniżej.
Kabel światłowodowy ma strukturę koncentryczną, podobną do kabla antenowego. Struktura od wewnątrz do zewnątrz jest następująca:
(1) Rdzeń włókna
Światłowód ma centralny rdzeń wykonany z tworzywa sztucznego lub szkła kwarcowego. Dlatego też kable światłowodowe są często nazywane kablami z włókna szklanego. W wielu przypadkach sam rdzeń składa się z czystego szkła kwarcowego (SiO2), w którym współczynnik załamania światła lub gęstość optyczna zostały zwiększone poprzez celowe dodanie (domieszkowanie) fosforu lub germanu.
(2) Okładziny (Cladding)
Okładzina jest również wykonana z czystego szkła kwarcowego, ale bez dodatków, co daje jej niższy współczynnik załamania światła. Taka kombinacja zapewnia całkowite odbicie w rdzeniu pod odpowiednim kątem, a światło może być przesyłane niemal bezstratnie przez rdzeń światłowodu.
Ważne: okładzina musi mieć zawsze niższy współczynnik załamania światła niż rdzeń. Możliwe jest również zbudowanie rdzenia z czystego szkła kwarcowego w celu poprawy transmisji w niebieskim i ultrafioletowym zakresie widmowym. W takim przypadku do szkła kwarcowego okładziny należy dodać bor lub fluor, aby zmniejszyć współczynnik załamania światła.
(3) Podstawowa powłoka ochronna (Coating)
Aby chronić rdzeń i poszycie przed uszkodzeniami mechanicznymi i wilgocią, są one otoczone ochronną powłoką z tworzywa sztucznego.
(4) Wtórna powłoka ochronna (Buffering)
Wtórna powłoka ochronna służy przede wszystkim do utrzymywania nacisku mechanicznego i naprężeń mechanicznych z dala od wewnętrznego włókna szklanego.
(5) Płaszcz zewnętrzny (Jacket)
Płaszcz zewnętrzny służy do ochrony kabla przed wpływami zewnętrznymi. W zależności od przeznaczenia, może mieć różne struktury, być trudnopalny lub posiadać dodatkowe włókna wzmacniające (6).
Złącze wtykowe
Niestety, nie ustalono znormalizowanego kształtu złącza dla światłowodowych kabli krosowych. Z tego powodu istnieje wiele różnych złączy do światłowodowych kabli przyłączeniowych, którym chcielibyśmy przyjrzeć się bliżej poniżej.
Choć światłowody są genialną technologią, ich łączenie i podłączanie okazało się bardzo trudne. W niektórych przypadkach konieczne było zastosowanie skomplikowanych technik splatania lub złożonego specjalistycznego sprzętu do łączenia lub stykania. Najmniejsze błędy w połączeniu natychmiast miały negatywny wpływ na jakość transmisji danych, co oznaczało, że nie można było już wykorzystać zalet technologii światłowodowej.
Problemy te należą już jednak do przeszłości. Połączenia wtykowe na wstępnie zmontowanych kablach światłowodowych są teraz absolutnie niezawodne i łatwe w obsłudze. Jednak trzeba dokładnie wiedzieć, które połączenie wtykowe jest odpowiednie lub wymagane. Wynika to z faktu, że istnieje wiele różnych wersji kabli światłowodowych, z których najpopularniejsze chcielibyśmy przedstawić bardziej szczegółowo.
Złącze LC
Złącze LC (local conector) dzięki swojej smukłej konstrukcji umożliwia dużą gęstość ułożenia w nawet w najmniejszych przestrzeniach. Dlatego jest bardzo popularne w przełącznikach światłowodowych i stanowi jeden z najczęściej używanych typów złączy w sieciach światłowodowych.
Złącze SC
Chociaż złącze SC (złącze subskrybenta) umożliwia nieco mniejszą gęstość ułożenia w porównaniu do złącza LC, jest nadal niewielkim typem złącza (SFF) i jest często używane w nowych instalacjach.
Złącze E2000
Złącze E2000 lub pierwotnie złącze LSH jest również złączem SFF. Gdy nie jest podłączone, ruchoma osłona chroni kabel światłowodowy przed zanieczyszczeniem, a ludzkie oko przed światłem lasera.
Złącze ST
Złącze ST (prosta końcówka) jest powszechnie stosowane w starszych sieciach światłowodowych lub w sieciach lokalnych z kablami światłowodowymi. Znane jest również jako złącze BFOC (bagnetowe złącze światłowodowe) ze względu na mechanizm blokady bagnetowej.
Złącze MPO
Złącze MPO zostało zaprojektowane jako wielowłóknowe i może pomieścić do 72 włókien. Posiada maksymalnie sześć rzędów połączeń, z których każdy pomieści 12 włókien. Złącza MPO są preferowane w centrach danych.
Złącze FC
Złącze FC przestało mieć duże znaczenie w podłączaniu sieci lokalnych, ale nadal jest bardzo popularne w technologii pomiarowej i medycznej oraz w sprzęganiu światłowodów laserów z uwagi na bardzo dobrą stabilność połączenia.
Uwaga:
Światłowodowe kable krosowe są często wyposażone w to samo złącze po obu stronach. W takim przypadku możliwe są kombinacje LC-LC, ST-ST lub SC-SC. Jednak ten sam typ złącza nie musi być koniecznie używany na obu końcach podczas montażu. Kable krosowe są również dostępne z kombinacjami złączy, takimi jak LC-E2000, LC-SC, LC-ST lub SC-ST.
Powierzchnie styku
Oprócz konstrukcji złącza, ważną rolę odgrywa również fizyczny typ styku włókna kabla przyłączeniowego. W tym celu koniec włókna światłowodowego jest utrzymywany przez tuleję ochronną (ferrulę ceramiczną). Istnieją różne opcje fizycznego przetwarzania końcówek włókien szklanych.
Złącze PC
Najprostszym złączem jest PC, gdzie litery oznaczają kontakt fizyczny. W tym przypadku wyszlifowany punkt styku włókna jest okrągły i ustawiony pod kątem 90° do przebiegu włókna. W celu utrzymania tłumienia na jak najniższym poziomie na całej długości kabla światłowodowego, dwa punkty styku na włóknie muszą leżeć płasko jeden na drugim z jak najmniejszą szczeliną powietrzną.
Złącze APC
Złącze APC to kątowe złącze PC. Jednak to nie złącze jest ustawione pod kątem, ale polerowana powierzchnia styku na obu końcach włókna. Ze względu na kątowe położenie krawędzi cięcia, które zwykle wynosi 8°, generowanych jest znacznie mniej odbić wstecznych (patrz żółte strzałki) niż w przypadku złącza PC. Znacząco minimalizuje to zakłócenia sygnału.
Złącze UPC
Zasadniczo złącza UPC (Ultra Physical Contact) są zoptymalizowaną wersją złącza PC. W uproszczeniu można powiedzieć, że charakter powierzchni styku włókna w złączu UPC został zoptymalizowany poprzez rodzaj polerowania. Znacząco zmniejsza to tłumienie spowodowane odbiciem wstecznym. Aby utrzymać tę przewagę jakościową w dłuższej perspektywie, złącza UPC nie powinny być często podłączane i odłączane.
Uwaga:
Prawidłowe oznaczenie złączy w sieciach światłowodowych powinno zatem zawsze składać się z konstrukcji złącza i odpowiedniego sposobu podłączenia światłowodu. Możliwe kombinacje to na przykład złącze LC APC, złącze SC APC. Złącze LC UPC lub złącze FC PC.
Funkcja kabla światłowodowego zależy od jego wewnętrznej struktury, która dzieli się na trzy główne grupy: 9/125, 50/125 i 62,5/125. Pierwsza liczba zawsze oznacza średnicę rdzenia w µm, a druga średnicę płaszcza w µm. Jednak istnieją również kable światłowodowe o innych wymiarach..
Jako że w kablu światłowodowym 9/125 propagowany może być tylko jeden mod światła, kable te nazywane są również jednomodowymi. Kable światłowodowe typu 50/125 lub 62,5/126 są w stanie transmitować kilka modów światła ze względu na większą średnicę rdzenia. Dlatego też kable światłowodowe o takiej konstrukcji nazywane są również wielomodowymi.
Prędkość rozchodzenia się światła w różnych konstrukcjach
Jednomodowy
W kablu jednomodowym średnica rdzenia jest tak mała, że transmitowany jest tylko jeden tryb światła. Ponieważ wiązka biegnie praktycznie równolegle do osi optycznej przewodnika, nie ma odbicia na przejściu między rdzeniem a okładziną. Oznacza to, że transmisja jest niskostratna i najszybsza w przypadku światłowodu jednomodowego.
Wielomodowy
W kablach wielomodowych średnica rdzenia jest wystarczająco duża, aby umożliwić transmisję wielu setek fal. Przechodzą one przez przewodnik optyczny kabla wielomodowego zygzakiem i różnią się prędkością rozchodzenia się oraz rozkładem pola w zależności od kąta padania światła
*Tryby to kształty fal świetlnych występujące w kablu światłowodowym, które powstają w wyniku rozchodzenia się światła o tej samej długości fali.
Kable światłowodowe są podzielone na różne kategorie w zależności od właściwości transmisyjnych i obszarów zastosowań. Kategorie od OM1 do OM5 są dostępne dla światłowodów wielomodowych. Światłowody jednomodowe dzielą się na kategorie OS1 i OS2.
Tabela przeglądowa dla światłowodów
| Typ | Struktura | Kolor | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| OM1 | 62,5/125 µm | Pomarańczowy | Aplikacja oparta na diodach LED |
| OM2 | 50/125 µm | Pomarańczowy | Aplikacja oparta na diodach LED |
| OM3 | 50/125 µm | Niebieski | 10/40/100 Gbit Ethernet lub kanał światłowodowy |
| OM4 | 50/125 µm | Fioletowy | 10/40/100 Gbit Ethernet lub kanał światłowodowy |
| OM5 | 50/125 µm | Zielony | 10/40/100 Gbit Ethernet lub kanał światłowodowy |
| OS1 | 9/125 µm | Żółty | Dla dużych odległości i wysokich przepustowości |
| OS2 | 9/125 µm | Żółty | Dla dużych odległości i wysokich przepustowości |
Uwaga:
Typy OM1 i OM2 wciąż były optymalizowane dla światła o długości fali 1300 nm.
W międzyczasie jednak preferowana była długość fali 850 nm, dzięki czemu kabel OM4 ma znacznie większą modularną szerokość pasma w tym zakresie niż kabel OM3.
W kablu OM5 użyteczny zakres częstotliwości został rozszerzony z 850 nm do 953 nm (Wide Band Multimode Fibre), co oznacza, że do 4 długości fal może być przesyłanych jednocześnie przy użyciu laserów VCSEL jako źródła światła w procesie SWDM (Short Wave Division Multiplexing).
Oprócz wspomnianych już głównych zalet, takich jak niezawodna transmisja ogromnych ilości danych nawet na duże odległości, kable światłowodowe oferują również inne decydujące zalety. Pokrótce podsumowaliśmy najważniejsze z nich:
· Niewrażliwość na zakłócenia powodowane przez pola elektromagnetyczne
· Brak zakłóceń powodowanych przez kable równoległe
· Wyjątkowa odporność na przepięcia, ponieważ nie występuje promieniowanie elektromagnetyczne
· Brak potencjałów, co oznacza brak problemów z uziemieniem
· Kompaktowa konstrukcja i niska waga ułatwiają instalację
· Brak złożonych wymagań w zakresie ochrony przeciwpożarowej
· Możliwość układania w strefach zagrożonych wybuchem
· Prosta obsługa wstępnie zmontowanych kabli
Jaka jest różnica między światłowodowym kablem uniwersalnym a światłowodowym kablem instalacyjnym?
Kabel instalacyjny jest przeznaczony do stałej i trwałej instalacji w budynkach. W przeciwieństwie do kabli wewnętrznych, które są przewidziane wyłącznie do instalacji wewnątrz budynków oraz kabli zewnętrznych, kable uniwersalne mogą być stosowane zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków.
Jaka jest różnica między wielomodowym OM3 a wielomodowym OM4?
Oba zoptymalizowane laserowo wielomodowe kable światłowodowe mogą być używane do prędkości 10 Gbit/s, 40 Gbit/s i 100 Gbit/s. Główna różnica polega na strukturze wewnętrznej. Oznacza to, że przy użyciu kabla OM4 można uzyskać wyższe przepustowości modalne i większe odległości niż w przypadku kabla OM3.
Kabel krosowy jednomodowy czy kabel krosowy wielomodowy - co jest lepsze?
Nie ma konkretnej odpowiedzi na pytanie, czy lepsze są kable krosowe jednomodowe czy wielomodowe. Jednomodowe kable krosowe oferują bardzo niskie wartości tłumienia, a tym samym duże odległości transmisji. Przesunięcie opóźnienia sygnałów jest również minimalne. Jednomodowe kable krosowe wymagają jednak drogich wiązek laserowych do zasilania. W przypadku wielomodowych kabli krosowych szerokość pasma modalnego jest niższa, a użyteczny zasięg transmisji krótszy niż w przypadku kabli światłowodowych jednomodowych. Włókna wielomodowe nie stawiają jednak tak wysokich wymagań przed zasilającym źródłem światła.