Основы построения компьютерных сетей (стр. 14 )

З. З.З. Экранированная проводка

Экранирование кабельной проводки является темой многих дискуссий. Основных целей экранирования две — расширить полосу частот, передаваемых по кабелю витая пара, и улучшить электромагнитную совместимость кабельной системы с остальными источниками и приемниками помех.

Расширение полосы частот в первую очередь ограничено значением параметра ACR. Для того чтобы сигнал на рабочих частотах был распознаваемым, значение параметра ACR должно быть положительным. Экранирование отдельных пар позволяет снизить перекрестные помехи — повысить значение NEXT. Правда, при этом увеличивается и затухание сигнала Att, но в целом удается повысить частоту, на которой значение ACR=NEXT-Att еще положительно.

Экранирование всего кабеля позволяет снизить внешнее излучение и чувствительность к наводкам извне. Снижение внешнего излучения особенно существенно в случаях, когда требуется обеспечение строгой конфиденциальности коммуникаций, а также при использовании в жилых помещениях и медицинских учреждениях.

Для того чтобы экранирование было эффективным, экран должен быть непрерывным по всей длине соединения. Главным препятствием для этого являются коннекторы, и в особенности модульные соединители, которые изначально экрана не предусматривали. Требование совместимости экранированных и неэкранированных соединителей не позволяет добиться высоких и устойчивых (повторяемых) показателей качества соединения экрана.

Экранированная проверка заметно дороже неэкранированной как по цене компонента, так и по установке. Положительного эффекта можно добиться только при корректном заземлении экрана. Здание, в котором устанавливается экранированная проводка, должно иметь устройство «сигнального» (а не только защитного) заземления. Некорректное заземление или разрыв экрана может приводить и к обратному результату. Кроме того, наличие экрана, который требуется заземлять с обоих концов кабеля, может вызвать проблему обеспечения равенства «земляного» по7енциала в пространственно разнесенных точках.

Коммутационные панели для экранированной проводки обычно имеют специальные заземляющие шины с хомутами для присоединения экрана каждого подходящего кабеля. Эти шипы и являются главной точкой заземления проводки и должны соединяться с заземлением здания.

Модульные соединители для экранированных кабелей механически взаимно совместимы с обычными неэкранированными. Существуют два варианта — полностью экранированные (full shielded), в которых розетка и вилка заключены в сплошные экранирующие кожухи, и частично экранированные (grounded). Последние лишь обеспечивают электрический контакт экранов соединяемых кабелей. Экранированные коннекторы, кроме соединения экранов, только снижают внешнее электромагнитное излучение (частично экранированные не делают и эго1о) и чувствительность к внешним полям. Снижать перекрестные помехи между парами экран не позволяет, поскольку конструкция соединителей и принятые раскладки не позволяют вводить экранирующие перегородки между парами. Разъемы имеют металлические хомутики, охватывающие экран подводимого кабеля по всему периметру. Способы подсоединения экрана специфичны — это

может быть и накрутка, и обжим, и их комбинация (но всяко без папки). Трудоемкость оконцовки кабелей для экранированной системы гораздо выше. Пример установки экранированной модульной розетки фирмы АМР показан на рис. 3.51.

Рис. 3.51. Установка экранированной розетки: а — укладка кабеля; б, в, г— присоединение и изоляция экрана

Экранированные модульные вилки устапавливачь в «полевых» условиях довольно сложно. Решившись па установку экранированной проводки, имее-i смысл приобретать экранированные шпуры фабричного изготовления — в целом это может оказаться дешевле соос-юенпых «упражнении» по окопцовке.

Кроме экранирования снижению излучения и псрскрссшых помех способствует тщательная сбалансированность витых пар кабеля. Так, например, кабели UTP семейства Po\\erSLim фирмы Lucent Technology, с. чтящиеся хорошей сбалансированностью, при пспользоваппп прп. южсппп класса D пполпе пригодны для применения в жилых помещениях. Что касается ипформгщпошюп ос. юпас-ности, то для них охранная зона (внутри которой возможен «сскотакшып съем информации) составляет всего 1 м. Для экранированного кабс. чя при качссгвсп-ном исполнении проводки и заземления для сьема информации нсоиходпмо прямое подключение. Утечке пнформацпп можно препятс^юваи^ и иными мерами — например, маскированием сигналов, которое естественным образом происходит при переходе от разделяемой среды к коммутируемоп (см. 6.7).

3.3.4. Инструменты, монтаж и тестирование

Для установки кабельной проводки па шпой паре требуется ипструмсш для заделки проводов в IUC-разьсмы модульных розеток, кроссовых нацелен и коммутационных панелей, а также обжимной инструмент для yciaiiouKii модульных вилок (если не пользоваться только покупными шпурами).

Для заделки проводов в IDC-разъемы типа SIIO и им подобных, а также типа S66 применяются специальные инструменты, называемые набивными или забив-ными. Самым удобным (и дорогим) является ударный ипотр^меит (impact tool), изображенный на рис. 3.52, а. У этого инструмента пружинныИ механизм преобразует плавное нажатие на рукоятку в резкий удар, завершающий забивку щю-^ода. Провода укладываются в прорези основания (wiring block) пли самих ило-ков коннекторов типа SIIO. Инструмент устапавлипается на провод (рис. 3.52, 6),

И на рукоятку нажимают до характерного удара Сила удара и отпускания 'и

регулируется вращением барабанов. Двусторонний сменный клинок (blade) можно вставлять двояко — для забивки с отсечением кончика провода и без отсечения. Для соединения шлейфом (кроссировка телефонии) используется сторона клинка без лезвия.

Рис.-3.52. Ударный инструмент: а — инструмент с клинками для SIIO/S210 и S66, б — забивка в SIIO с отсечением

Для контактов типа S66 применяют клинки иной формы (см. рис. 3.52, а), при работе контакт коннектора входит в полость клинка. Эти клинки тоже двусторонние — с ножом и без него. Провод заводят в прорезь контакта, после чего забивают клинком инструмента, при необходимости отрезая кончик.

Другой вариант ударного инструмента — групповой — изображен на рис. 3.53. Инструмент предназначен и для забивки проводов, и для установки блока коннекторов типов SIIO/S210. Для заделки проводов в головку вставляется блок клинков. В зависимости от того, как вставить клинки, забивка будет с подрезанием кончиков пли без. Сменные головки выпускаются для 4-парных и 5-парпых блоков, клинки различаются по количеству пар и типу (SIIO или S210). Работа с групповым инструментом требует большего усилия, но производительность труда выше.

Рис. 3.53. Групповой ударный инструмент

Для забивки проводов есть и недорогие инструменты без ударного механизма — это просто клинок с рукояткой (рис. 3.54). Клинки (для S66 и SIIO) обычно двусторонние, с отсекающим ножом и без него. Есть и простейшие варианты пластмассовых инструментов, отсечение кончиков они, естественно, не делают, и ресурс у них (количество заделанных проводов) невелик. Для заделки проводов (без отсечения) в коннекторы модульных розеток и коммутационных панелей можно пользоваться и пластмассовыми колпачками, входящими в их комплект. Применение обычной плоской отвертки для заделки проводов в контакты типа

SIIO недопустимо, поскольку может вызвать деформацию ножевых контактов. Если фирменный инструмент недоступен, то можно жало плоской отвертки заточить на манер клинка, изображенного на рис. 3.52, б.

Рис. 3.54. Безударный инструмент

Для установки блоков коннекторов типа SIIO и КАТТ в основания для укладки поводов (см. рис. 3.20) применяют специальные аппликаторы (рис. 3.55). Для установки блоков SIIO и S210 применяют насадки на ударный (безударный) инструмент, для коннекторов КАТТ применение ударного инструмента не разрешается. Без инструмента (аппликатора или насадки) блоки (особенно па 4-5 пар) устанавливаются с трудом. Блок нужно вдавливать до тех пор, пока не защелкнутся все его зацепы.

Рис. 3.55. Аппликатор КАТТ

Инструмент для заделки проводов в блоки Krone специфичен (рис. 3.56). У него отличается форма клинка (с расчетом па повернутые контакты), а вместо лезвия-отсекателя для подрезки проводов используются встроенные ножницы, срабатывающие в конце нажатия. Если подрезка не требуется, ножницы можно заблокировать поворотом рычажка. Кроме ножа для заделки проводов} инструмент имеет выдвижные приспособления (клинки-усики) для вынимания проводов и снятия блоков. Для коннекторов Krone непригоден ипструмепт (ножи), предназначенный для коннекторов SIIO. Однако есть инструмент для Krone, поз-, воляющий заделывать провода и в коннекторы SIIO (вместо срубания провода здесь тоже используются ножницы Krone).

Рис. 3.56. Инструмент Krone

.^Для подготовки кабеля — снятия внешнего чулка, а также расплетенпя прово-,'*^~" можно пользоваться специальными стриперами-препараторамп (рис. 3.57). ^^Трумент, изображенный слева, имеет сменный блок лезвий — кроме кабеля jp^P и ScTP (FTP) с его помощью можно зачищать и коакспал. Можно пользо-

ваться ii обычным ножом (есть риск порезать изоляцию проводников), а также лезвиями обжимного инструмента (см. рис. 3.58).

Рис. 3.57. Инструменты для подготовки кабеля

Для обжима модульных вилок используются обжимной инструмент-кримпер (crimp tool). Универсальный инструмент (рис. 3.57) имеет сменные губки для разных типов вилок. Обычно достаточно иметь два комплекта губок: для 8-пози-ционных (обозначаются RJ-45) и для 6-иозиционных (RJ-11). Обжимной инструмент снабжается еще и стриперами для подрезания чулка кабеля и ножами-кусачками для подравнивания проводов. У хорошего инструмента во время обжима губки движутся по прямой, у дешевого — по дуге.

Рис. 3.58. Кримпер для модульных вилок: 1 — сменные губки, 2 — отрезной нож, 3 — нож для снятия чулка

Процедура установки модульной вилки требует ловкости рук, брак в работе приводит к безвозвратной потере вилки. Первым делом на кабель одевается защитный колпачок. С кабеля снимается чулок, провода раскладываются в соответствии с рис. 3.58 (здесь-то и удобны вилки с сепараторами). Расплетепие mi «той пары больше чем на сантиметр (точнее, 0,5 дюйма) не допускается, llpoi«);i. i подравниваются и вставляются в вилку - Внимательно их осмотрев, убежд;п"1"я в правильности раскладки (по цветам). Все провода должны доходит)) до vii()i).i. Вилку с проводом вставляют в гнездо инструмента и обжимают.

При использовании блоков коннекторов типа SI 10/210, S66 и других c. i(-.i\vi придерживаться стандартных правил нумерации и цветовой маркировки п. ц) проводов. Контакты на блоках нумеруются так, чтобы в установленном поло^'-нии нумерация шла слева направо и сверху вниз. Каждая пара проводов раскладывается на два соседних контакта, причем сначала идет прямой провод (Tip), потом обратный (Ring). При использовании 4-парных проводов с основным вариантом маркировки цвета на нечетных контактах будут белые провода (с цветной риской), а на четных — цветные. Цвет каждой пары наносится на верхнюю часть коннектора SIIO (рис. 3.60). Повсеместное использование этого правила

существенно ускоряет и раскладку проводов, и проверку соединений, и поиск-ошибок. Чтобы цветовая маркировка кабеля и коннектора совпадала, для раскладки 4-парных кабелей на 25-, 50-парные (и кратные им) блоки SIIO следует применять 4-парные блоки коннекторов, хотя при этом будет пропадать по одной паре на каждом ряду (6х4=24). Многопарные кабели раскладывают по порядку цветов, указанному в табл. 3.11 (последняя графа).

Рис. 3.59. Установка модульных вилок

Рис. 3.60. Раскладка проводов на блоках SIIO

При укладке проводов пары не следует специально расплетать — лучше к контактам подвести ближайшую «волну». Чулок с кабеля следует снимать ровно настолько, сколько требуется для раскладки пар — так и меньше шансов перепутать провода разных кабелей, и меньше шансов излишнего сближения пар разных кабелей. При раскладке проводов следует избегать их резких изгибов. При монтаже розеток кабель должен обязательно закрепляться на плате или корпусе розетки, причем той частью, которая находится в чулке. На розетках цветовая маркировка не всегда бывает регулярной (этим грешат «непородистые» розетки и коммутационные панели). В этом случае подсказкой ^правильной раскладке может быть раздельная цветовая маркировка для каждого провода пары или же Цифровая маркировка номера контактов гнезда. Напомним, что цветовая маркировка проводов для розеток RJ-45 зависит от принятой раскладки (Т568А или Т568В), а розетки с раскладкой USOC в кабельной проводке категории 5 и выше применять нельзя.

Для проверки правильности соединений желательно использовать специальные тестеры, поскольку прозвонка всех проводов обычным омметром занимает слишком много времени. Кабельную проводку проверяют от розетки рабочего места до порта коммутационной панели. Шнуры проверяют, естественно, от разъема до разъема. Тестер для проверки на постоянном токе (например, модели SLT3 фирмы MOD-TAP) состоит из двух блоков (см. рис. 3.61). На каждом блоке имеется набор гнезд под несколько раскладок проводов (здесь есть USOC, Т568А и Т568В). Задающий блок (master) имеет генератор с 4-фазным распределителем импульсов и 4 светодиодных индикатора. В каждой фазе возбуждается ток в одной из проверяемых пар. Второй блок (slave) чисто пассивный, в нем кроме гнезд имеется 4 пары светодиодов. Если тестируемая пара подключена правильно, загорается зеленый, если перевернута — красный. Таким образом, при подключении блоков к правильному шнуру на каждом блоке зеленые индикаторы мигают по кругу. Нарушение порядка или красные сигналы указывают на ошибки соединения. Таким тестером легко проверять соединения, концы которых расположены в разных помещениях. Для умелых рук изготовление такого тестера не будет трудной задачей (2 микросхемы КМОП, светодиоды, резисторы, гнезда и батарейка — все что нужно), а экономию времени он дает колоссальную. Тестер выявляет ошибки типа обрыва, замыкания, переворота проводов пары (reversed pair, рис. 3.62, б), пересечение пар (crossed pairs, рис. 3.62, в). Однако он не способен уловить ошибки типа «расщепленная пара» (splitted pair, рис. 3.62, г). Их можно выявить либо тщательным визуальным контролем, либо прибором для динамических измерений.

Рис. 3.61. Тестер для проверки кабельной проводки

Приборы для динамических измерений имеют различные метрологические возможности. Простейшие из них, кроме измерения статических параметров, позволяют определять карту проводов (wire map), включая определение расщепленных пар. Расщепленная пара определяется по аномально высоким перекрестным наводкам. Более сложные приборы позволяют оценивать (и даже измерять) некоторые параметры линий, в том числе и импеданс. Приборы, снабженные рефлектометром TDR (Time Domain Reflectometer), позволяют измерять расстояния до точек аномалий импеданса (короткие замыкания, обрывы) и перекрестных наводок. И, наконец, самые совершенные приборы позволяют производить сертификационные испытания — измерять все параметры кабельных соединений, специфицированные стандартами. Примером такого прибора является кабельный тестер DSP-100 Cablemeter фирмы Fluke. Он позволяет выполнять все измерения на частотах до 155 МГц с точностью, удовлетворяющей требованиям Level 11 TSB-67 (см. 5.1.2). Прибор состоит из двух блоков — основ-

ного и выносного (remote). Блоки подключаются к обоим концам тестируемой линии. На основном выбирается режим тестирования (ручной— автоматический), режим индикации (цифровой—графический), тип тестируемого кабеля (UTP, STP, FTP, ScTP, коаксиальный), стандарт, на соответствие которому производится тестирование (категории 3, 4, 5 568А, классы А, В, С, D 11801, сетевые приложения lOBase-xx, 100 Base-xx, Token Ring, lOOVG-AnyLAN). Прибор хранит в памяти результаты тестирования до 500 линий, их можно вывести па печать или сохранить в виде файла. Полный цикл измерений линии выполняется за 17 секунд. При обнаружении неисправности в линии легко получить детальную информацию, включая расстояние до аномалии или развертку интересующих параметров (NEXT, импеданс) по длине линии. Если использовать интеллектуальный удаленный блок (в его роли может выступать и 'основной блок другого тестера), то прибор измеряет NEXT в обоих направлениях. При простом удаленном блоке каждую линию приходится тестировать дважды, меняя местами положение основного и удаленного блоков. К блокам могут быть подключены трансиверы для тестирования оптических волокон. Питаются блоки как от аккумуляторов, так и от сети.

Рис. 3.62. Правильный монтаж и ошибки для модульных соединителей витой пары: а — правильно, б — переворот, в — пересечение, г — расщепление пар

Похожими возможностями обладают и другие тестеры — например, популярный PentaScanner фирмы Microtest, который работает несколько медлеппее, .зато имеет больший объем памяти для результатов измереппП.

Внимание. При работе кабельных тестеров рядом с портативными радиостанциями в момент работы передатчиков возможны искажения результатов измерения из-за помех, при которых тест линии не проходит. Повторное тестирование в этом случае дает положительный результат.

3.3.5. Сетевые технологии с симметричной передачей

Ьсе современные сетевые технологии имеют версии, использующие медный кабель (в основной, витую пару) в качестве среды передачи. Их требования к среде передачи различны даже при одних и тех же скоростях передачи данных. Эти требования приведены в табл. 3.13,3.1^, информация для них была взята с Web-саита компании Lucent Technologies. Согласно стандартам на СКС (см. главу 5), ' ° Ячестве интерфейса используются 8-позиционпые модульные соединители, ^использование контактов приведено в табл. 3.10 на стр. 105.

оптическИй передачи

Передача информацик по оптическим лпппям связи имеет всего лишь 50-летнюю, но весьма бурную историк). В основе оптической передачи лежит эффект полного впутрспиего отражения луча, падающего па границу двух сред с различными показателями преломления. Саетовод представляет собой тонкий двухслойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя (/?i) больше, чем наружного (^). Если в торен такого стержня ввести световой луч под углом к осп, не превышающим некоторый критический угол, то луч будет полностью отражаться от новерхности раздела слоев и распространяться вдоль световода. При этом световод можно изгибать (в определенных пределах), и проходящий световой ноток также будет изгибаться. Световод, управляемый источник света и фотодстектор образуют канал оптической передачи информации, протяженность которого может достигать десятков километров. Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм ( им), но пока практически используется только диапазон им (часть видимого спектра и инфракрасного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковолновых (около 800 им) систем. По мере совершенствования технологий производства излучателей и приемников уходят в сторону более длинных волн — через 1300 и 1500 к ^800 им, передача которых может быть эффективнее. Высокая частота электромагнитных колебании этого диапазона (10' ^—10^ Гц) дает потенциальную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется существующими источниками и приемниками сигналов — в настоящее время освоены скорости до нескольких гнгабит в секунду.

4.1. Структура световода и режимы прохождения луча

Устройство световода иллюстрирует рис. 4.1. Внутренняя часть световода называется сердцевиной (core, иногда переводят как «ядро»), внешняя — оптической оболочкой волокна, нлн просто оболочкой (cladding). В зависимости от траекторий распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно. Многолюдовое волокно (multi mode fiber, MMF) имеет довольно большой диаметр сердцевины — 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм или 100 мкм при оболочке 140 мкм. Одномодовое волокно (single mode fiber, SMF) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5 мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет защитное покрытие (coating) толщиной 60 мкм, называемое также защитной оболочкой. Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием называется оптическим волокном. Оптоволокно в первую очередь характеризуется диаметрами сердцевины и оболочки, эти размеры в микрометрах записываются через дробь: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Наружный диаметр волокна (с покрытием) тоже стандартизован, в телекоммуникациях в основном используются волокна с диаметром 250 мкм. Применяются также и волокна с буферным покрытием, или просто буфером (buffer), диаметром 900 мкм, нанесенным на первичное 250-мкм покрытие.

Рис. 4.1. Оптоволокно в буфере: а — одномодовое, б— многомодовое. 1 — сердцевина, 2 — оптическая оболочка, 3 — защитное покрытие, 4 — буфер (необязательный)

Распространение света в волокне иллюстрирует рис. 4.2. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более некоторого критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA и определяется через абсолютные показатели преломления слоев по формуле

NA = sin 0 = ^п, - п^ .

В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины п^ и оболочки п^ различаются всего на 1-1,5% (например, п^'.п^= 1,515: 1,50). При этом апер-

тура NA=0,2~0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом волокне показатели преломления различаются еще меньше (^ : п^ = 1,505 : 1,50), апертура Л^Л^О,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания (см. ниже). Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала — световоды, источники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры соединяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Рис. 4.2. Ввод света в оптоволокно. 1 — входной конус, 2 — осевая мода, 3 — мода низкого порядка, 4 — мода высокого порядка

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается уравнениями Максвелла. Возможные решения уравнений Максвелла соответствуют различным световым модам. В большинстве случаев можно пользоваться приближением геометрической оптики. Если рассматривать распространение сигнала с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различными углами, будут распространяться по разным траекториям (рис. 4.3). Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, — они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут проходить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции — показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки — и длины волны.

Рис. 4.3. Распространение волн в световодах: а — в одномодовом; б — в многомодовом со ступенчатым профилем; в — в многомодовом с градиентным профилем. 1 — профиль показателя преломления, 2 — входной импульс, 3 — выходной импульс

Световой импульс, проходя по волокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму — «размажется». Дисперсия бывает трех видов: модовая, молекулярная и волноводная.

Модовая дисперсия (modal dispersion) в многомодовом волокне возникает из-за разности длин путей, проходимых лучами различных мод. Эта дисперсия определяется как разность времени прохождения единицы длины волокна различными модами, для нее типичны значения 15-30 нс/км для волокна со ступенчатым профилем. Ее можно уменьшать, сокращая количество мод — уменьшая диаметр сердцевины (в пределе до одномодового). Кроме того, эту дисперсию уменьшает применение градиентного профиля показателя преломления. Как видно из рисунка 4.3, применение сердцевины с градиентным изменением показателя преломления в многомодовом волокне позволяет уменьшить количество мод, а следовательно, и уменьшить искажение выходного импульса. Кроме того, лучи, идущие по длинным траекториям, значительную часть пути проходят по среде с меньшей плотностью — их скорость больше, и приходят они почти одновременно с лучами более коротких траекторий.

Спектральная дисперсия, называемая также молекулярной или материальной, вызвана тем, что волны с разной длиной распространяются в одной и той же среде с различной скоростью, что обусловлено особенностями молекулярной структуры. Поскольку источник излучает не одну волну, а спектр (пусть и узкий), лучи различной длины волны будут достигать приемника не одновременно. В области около 850 им более короткие волны по световоду движутся медленнее, чем более длинные. В области 1550 им ситуация обратная. В области около 1300 им дисперсия нулевая. Молекулярная дисперсия определяется как разность времени прохождения по волокну излучения различных длин воли, отнесенная к разности длин этих волн и длине волокна (единица измерения — пс/нм/км). Молекулярная дисперсия существенна для одномодового волокна (в многомодовом ее влияние малозаметно). Снизить ее влияние можно уменьшением ширины полосы излучения источника и выбором оптимальной длины волны.

Волноводная дисперсия, актуальная для одномодового волокна, обусловлена разностью скоростей распространения волн по сердцевине и оболочке.

В одномодовом волокне, кроме ступенчатого профиля показателей преломления, применяют и более сложные: W-образный двухступенчатый с депрессиро-ванной двойной оболочкой и треугольный, — наиболее эффективно подавляющие паразитные моды. Этим достигается снижение влияния дисперсии на форму передаваемого сигнала, за что такое волокно называют Tme wave — истинная волна.

Режим передачи — одномодовый или многомодовый — определяется способом ввода света в волокно (инжекции), конструкцией волокна и длиной волны источника. Ввод света для одномодового режима должен осуществляться узким лучом точно вдоль оси волокна, здесь в качестве источника можно использовать только лазер. Для многомодовой передачи может использоваться и более дешевый светодиодный излучатель, имеющий более широкую диаграмму направленности. Передача в одномодовом режиме возможна лишь при длине волны, превышающей некоторое пороговое значение (cut-off wavelength). Эта пороговая длина волны определяется конструкцией волокна (диаметром сердцевины). Волокно для одиомодовой передачи на длине волны 1300 нм имеет пороговую длину волны около 1200 мкм. Следовательно, в таком волокне на длине волны

850 нм одномодовая передача невозможна. При одномодовой передаче луч передается и по внутренней части оболочки, поэтому ее прозрачность, как и прозрачность сердцевины, влияет па затухание сигнала. Здесь световой луч характеризуется диаметром медового пятна — области сечения волокна, через которую он распространяется (больше, чем сердцевина). В многомодовом волокне через оболочку свет не идет, так что ее прозрачность несущественна.

При работе лазерного источника на многомодовое волокно при некоторых условиях на неоднородностях среды луч может расщепиться на несколько мод, распространяющихся по сильно различающимся траекториям. Этот эффект дифференциальной медовой задержки, DMD (Differential Mode Delay), приводит к дрожанию fitter) сигнала на приемном конце, степень которого зависит от длины волокна. Эффект DMD по действию напоминает меновую дисцерсию. Влияние DMD для волокна с градиентным профилем показателя преломления можно ослабить, если луч вводить не точно по центру сердцевины, а со смещением от оси на 10-15 мкм. Смещение осуществляется либо в передатчике, либо в специальном переходном шнуре МСР (media conditioning patch-cord).

Для многомодового волокна существует понятие равновесного распределения мод — РРМ, ему соответствует английский термин EMD (equilibrium mode distribution). Эффективность переноса энергии в разных модах различив — потери в высоких модах больше потерь в низких. В реалы 1ых волокнах из-за изгибов и неоднородностей по мере движения свет может переходить из одной моды в другую. В переполненном волокне в переносе энергии участвуют и неэффективные моды. В ненаполненном волокис используются только моды низких порядков. Изначально модовое распределение определяется источником света: светодиод обычно переполняет волокно, лазер не наиолияет волокно. По мере удаления от источника, переполняющего волокно, паступает состояние равновесного распределения мод (РРМ), и дальше переходов не происходит. Иитересио то, что до наступления равновесия погонное затухание ироиорциональпо длине волокна, а после наступления — ироиорциоиальио квадратному корню из длины. Для стеклянного волокна РРМ наступает на расстоянии, измеряемом километрами, для пластикового — метрами. Степень паиолиепия волокна влияет на результаты измерения его характеристик, а также на результаты измерений потерь, вносимых стыком.

Измерение вносимых потерь для соединения в условиях РРМ даст большее значение, но оно отражает реальное затухание, вносимое стыком в длинную линию. Достижения РРМ на малой длине можно добиться, обернув волокно 5 раз вокруг стержня, диаметр которого равеи двукратному минимально допустимому (для данного волокна) радиусу изгиба.

4.2. Мощность сигнала, потери и усиление

Мощность оптического сигнала измеряется в логарифмических единицах дБм (децибел к милливатту): уровню 0 лБм соответствует сигнал с мощностью 1 мВт. Иногда пользуются единицей дБмк: уровню 0 дБмк соответствует сигнал с мощностью 1 мкВт.

Потери (loss) сигнала в каком-либо элементе определяются через отношение выходной Роит мощности ко входной pin как

Loss—10 lg(PouT/^N)=10 lg(PrN/^ouT) #

Знак «минус» перед логарифмом позволяет выражать затухание положительными величинами. Тогда большее затухание будет соответствовать и большим потерям сигнала, что удобно при расчетах.

По мере распространения луча происходит его затухание, вызванное рассеянием и поглощением. Поглощение — преобразование в тепловую энергию — происходит во вкраплениях примесей; чем чище стекло, тем эти потери меньше. Рассеяние — выход лучей из световода — происходит в изгибах волокон, когда лучи более высоких мод покидают волокно (см. рис. 4.4). Рассеяние происходит и в микроизгибах, и на прочих дефектах поверхности границы сред.

Рис. 4.4. Рассеяние света на изгибах

Для волокна указывают погонное затухание (д Б/км), и для получения значения затухания в конкретной линии погонное затухание умножают на ее длину. Затухание имеет тенденцию к снижению с увеличением длины волны, но при этом зависимость немонотонна, что видно из рис. 4.5. На нем видны окна прозрачности многомодового волокна в областях с длинами волн 850 мкм и 1300 мкм. Для одномодового волокна окна находятся в диапазонах около 1300 и мкм. Естественно, что с целью повышения эффективности связи аппаратура настраивается на длину волны, находящуюся в одном из окон. Одномо-довое волокно используется для волн 1550 и 1300 нм, при этом типовое погонное затухание составляет 0,25 и 0,35 дБ/км соответственно. Многомодовое волокно используется для волн 1300 и 850 нм, где погонное затухание — 0,75 и 2,7 дБ/км.

В оптической передаче самые сложные задачи связаны с концами и стыками волокон. Это генерация световых импульсов и ввод их в волокно, прием и детектирование сигналов, и «просто» соединение отрезков волокон между собой. Луч, падающий на торец волокна, входит в него не весь: он частично отражается обратно, часть проходящей энергии рассеивается на дефектах (шероховатости) поверхности торца, часть «промахивается» мимо конуса, принимающего свет. То же самое происходит и на выходе луча из волокна. В итоге каждый стык вносит потери проходящего сигнала (типовое значение 0,1-1 дБ), ^уровень отраженного сигнала может находиться в пределах -(15-60) дБ. Для снижения потерь и отражений применяют различные конструктивные ухищрения. Рассмотрим основные источники неприятностей на стыках.

Рис. 4.5. Зависимость затухания от длины волны

При прохождении луча через границу двух сред, различающихся по показателям преломления, происходит его частичное обратное отражение. Это отражение, называемое френелевским, тем больше, чем больше различаются показатели преломления (неважно, в какую сторону). Для пары стекло-воздух потери на френелевском отражении при нормальном падении составляют 0,17 дБ. Таким образом, на стыке двух волокон с малейшим воздушным зазором потери только на этом отражении составят 0,34 дБ (стекло—воздух—стекло). В многомодовом режиме, когда свет падает на границе раздела не перпендикулярно, потери будут больше. Для устранения этого отражения в зазор между волокнами вводят каплю геля, совпадающего со стеклом по показателю преломления. В разъемных соединениях обратное отражение снижают другими способами.

Потери в соединениях складываются из собственно затухания Lossc и возможных потерь от несогласованности диаметров и апертур соединяемых элементов. Потери от несоответствия диаметров возникают, когда диаметр принимающего элемента (1)2) меньше диаметра передающего элемента (£)i). Тогда

Loss^-IO lg(ZVA)^20 lg(A/^2).

Потери, рассчитанные по этой формуле, будут иметь положительное значение. При Di > Dt эти потери отсутствуют. Для многомодовых волокон в этой формуле участвуют диаметры сердцевин, для одномодовых — диаметры модово-го пятна.

Потери от несоответствия числовых апертур возникают, когда апертура принимающего элемента (NA^) меньше диаметра передающего элемента (NA^. Тогда