ВОЛС (волоконно-оптические линии связи)
Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы). Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду).
Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем.
Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания. Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи.
Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём.
Преимущества ВОЛС
При грамотном проектировании будущей системы (этот этап подразумевает решение архитектурных вопросов, а также выбор подходящего оборудования и способов соединения несущих кабелей) и профессиональном монтаже применение волоконно-оптических линий обеспечивает ряд существенных преимуществ:
- Высокую пропускную способность за счёт высокой несущей частоты. Потенциальная возможность одного оптического волокна – несколько терабит информации за 1 секунду.
- Волоконно-оптический кабель отличается низким уровнем шума, что положительно сказывается на его пропускной способности и возможности передавать сигналы различной модуляции.
- Пожарная безопасность (пожароустойчивость). В отличие от других систем связи, ВОЛС может использоваться безо всяких ограничений на предприятиях повышенной опасности, в частности на нефтехимических производствах, благодаря отсутствию искрообразования.
- Благодаря малому затуханию светового сигнала оптические системы могут объединять рабочие участки на значительных расстояниях (более 100 км) без использования дополнительных ретрансляторов (усилителей).
- Информационная безопасность. Волоконно-оптическая связь обеспечивает надёжную защиту от несанкционированного доступа и перехвата конфиденциальной информации. Такая способность оптики объясняется отсутствием излучений в радиодиапазоне, а также высокой чувствительностью к колебаниям. В случае попыток прослушки встроенная система контроля может отключить канал и предупредить о подозреваемом взломе. Именно поэтому ВОЛС активно используют современные банки, научные центры, правоохранительные организации и прочие структуры, работающие с секретной информацией.
- Высокая надёжность и помехоустойчивость системы. Волокно, будучи диэлектрическим проводником, не чувствительно к электромагнитным излучениям, не боится окисления и влаги.
- Экономичность. Несмотря на то, что создание оптических систем в силу своей сложности дороже, чем традиционных СКС, в общем итоге их владелец получает реальную экономическую выгоду. Оптическое волокно, которое изготавливается из кварца, стоит примерно в 2 раза дешевле медного кабеля, дополнительно при строительстве обширных систем можно сэкономить на усилителях. Если при использовании медной пары ретрансляторы нужно ставить через каждые несколько километров, то в ВОЛС это расстояние составляет не менее 100 км. При этом скорость, надёжность и долговечность традиционных СКС значительно уступают оптике.
- Срок службы волоконно-оптических линий составляет полрядка четверти века. Через 25 лет непрерывного использования в несущей системе увеличивается затухание сигналов.
- Если сравнивать медный и оптический кабель, то при одной и той же пропускной способности второй будет весить примерно в 4 раза меньше, а его объём даже при использовании защитных оболочек будет меньше, чем у медного, в несколько раз.
- Перспективы. Использование волоконно-оптических линий связи позволяет легко наращивать вычислительные возможности локальных сетей благодаря установке более быстродействующего активного оборудования, причем без замены коммуникаций.
Область применения ВОЛС
Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.
К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.
Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.
Технологии соединения ВОЛС
Длина коммуникационных магистралей ВОЛС может достигать сотен километров (например, при постройке коммуникаций между городами), тогда как стандартная длина оптических волокон составляет несколько километров (в том числе потому, что работа со слишком большими длинами в некоторых случаях весьма неудобна). Таким образом, при построении трассы необходимо решить проблему сращивания отдельных световодов.
Различают два типа соединений: разъёмные и неразъёмные. В первом случае для соединения применяются оптические коннекторы (это связано с дополнительными финансовыми затратами, и, кроме того, при большом количестве промежуточных разъёмных соединений увеличиваются оптические потери).
Для неразъёмного соединения локальных участков (монтажа трасс) применяются механические соединители, клеевое сращивание и сваривание волокон. В последнем случае используют аппараты для сварки оптических волокон. Предпочтение тому или иному методу отдаётся с учётом назначения и условий применения оптики.
Наиболее распространённой является технология склеивания, для которой используется специальное оборудование и инструмент и которая включает несколько технологических операций.
В частности, перед соединением оптические кабели проходят предварительную подготовку: в местах будущих соединений удаляются защитное покрытие и лишнее волокно (подготовленный участок очищается от гидрофобного состава). Для надёжной фиксации световода в соединителе (коннекторе) используется эпоксидный клей, которым заполняется внутреннее пространство коннектора (он вводится в корпус разъёма с помощью шприца или дозатора). Для затвердевания и просушки клея применяется специальная печка, способная создать температуру 100 град. С.
После затвердевания клея излишки волокна удаляются, а наконечник коннектора шлифуется и полируется (качество скола имеет первостепенное значение). Для обеспечения высокой точности выполнение данных работ контролируется с помощью 200-кратного микроскопа. Полировка может осуществляться вручную или с помощью полированной машины.
Самое качественное соединение с минимальными потерями обеспечивает сваривание волокон. Этот метод используется при создании высокоскоростных ВОЛС. Во время сваривания происходит оплавление концов световода, для этого в качестве источника тепловой энергии могут использоваться газовая горелка, электрический заряд или лазерное излучение.
Каждый из методов имеет свои преимущества. Лазерная сварка благодаря отсутствию примесей позволяет получать самые чистые соединения. Для прочной сварки многомодовых волокон, как правило, используют газовые горелки. Наиболее распространенной является электрическая сварка, обеспечивающая высокую скорость и качество выполнения работ. Длительность плавления различных типов оптовых волокон отличается.
Для сварочных работ применяются специальный инструмент и дорогостоящее сварочное оборудование – автоматическое или полуавтоматическое. Современные сварочные аппараты позволяют контролировать качество сварки, а также проводить тестирование мест соединения на растяжение. Усовершенствованные модели оснащены программами, которые позволяют оптимизировать процесс сварки под конкретный тип оптоволокна.
После сращения место соединения защищается плотно насаживаемыми трубками, которые обеспечивают дополнительную механическую защиту.
Ещё один метод сращивания элементов оптоволокна в единую линию ВОЛС – механическое соединение. Этот способ обеспечивает меньшую чистоту соединения, чем сваривание, однако затухание сигнала в данном случае всё-таки меньше, чем при использовании оптических коннекторов.
Преимущество этого метода перед остальными состоит в том, что для проведения работ используются простые приспособления (например, монтажный столик), которые позволяют проводить работы в труднодоступных местах или внутри малогабаритных конструкций.
Механическое сращивание подразумевает использование специальных соединителей – так называемых сплайсов. Существует несколько разновидностей механических соединителей, которые представляют собой вытянутую конструкцию с каналом для входа и фиксации сращиваемых оптических волокон. Сама фиксация обеспечивается с помощью предусмотренных конструкцией защёлок. После соединения сплайсы дополнительно защищаются муфтами или коробами.
Механические соединители могут использоваться неоднократно. В частности, их применяют во время проведения ремонтных или восстановительных работ на линии.
ВОЛС: типы оптических волокон
Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. Что касается материала, различают полностью стеклянные волокна (со стеклянной сердцевиной и стеклянной оптической оболочкой), полностью пластиковые волокна (с пластиковой сердцевиной и оболочкой) и комбинированные модели (со стеклянной сердцевиной и с пластиковой оболочкой). Самую лучшую пропускную способность обеспечивают стеклянные волокна, более дешёвый пластиковый вариант используют в том случае, если требования к параметрам затухания и пропускной способности не критичны.
По типу путей, которые проходит свет в сердцевине волокна, различают одно- и многомодовые волокна (в первом случае распространяется один луч света, во втором – несколько: десятки, сотни и даже тысячи).
- Одномодовые волокна (SM) отличаются малым диаметром сердцевины, по которой может пройти только один пучок света.
- Многомодовые волокна (MM) отличаются большим диаметром сердцевины и могут быть со ступенчатым или градиентным профилем. В первом случае пучки света (моды) расходятся по различным траекториям и поэтому приходят к концу световода в различное время. При градиентном профиле временные задержки различных лучей практически полностью исчезают, и моды идут плавно благодаря изменению скорости распространения света по волнообразным спиралям.
Все современные ВОК (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр – 125 мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250 мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900 мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна).
Диагностика волоконно-оптических линий связи
Основным инструментом для диагностики волоконно-оптических линий связи является оптический рефлектометр. Пример работы с таким прибором смотрите в следующем видео:
Примеры оборудования
Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.
Источник
2.6. Выбор способа строительства волс и описание конструкции вок для выбранного варианта.
В настоящем разделе будут перечислены основные способы строительства ВОЛС и конструкции ВОК, которые могут быть использованы, при том или ином варианте.
Студент должен выбрать тот или иной вариант строительства, описать его основные достоинства и недостатки.
Предложить конструкцию ВОК для выбранного способа строительства, используя каталоги производителей кабельной продукции, например, ОПТЭН, СевКабельОптик, ОКС-1, расположенных в С-Пб, или других производителей (интернет).
Определить число оптических волокон в кабеле — N, которое может быть рассчитано по формуле:
где Nраб – число рабочих волокон определяется исходя из количества используемых комплектов оборудования;
Nрез – число резервных волокон – равно числу рабочих;
Nотв – число волокон на ответвления в промежуточных пунктах, если это предусматривается проектом, рекомендуется по 4 в каждом пункте.
Прокладка кабеля непосредственно в грунт.
Характеризуется определенными требованиями к конструкции ВОК. Прежде всего это наличие бронепокровов (рис.2.3.) того или иного вида, необходимых для защиты сердечника ВОК от различного рода механических повреждений при давлении грунта.
Прокладка осуществляется кабелеукладчиком или в ручную, необходимо контролировать усилие тяжения. Стоимость такого типа ВОК лежит в среднем в районе от 2800 до 3600 $/км.
Прокладка ВОК в защитную трубу.
Предварительно прокладывается в грунт кабелеукладчиком (рис.2.4) защитная труба (рис.2.5), а затем в неё пневмоспособом задувается ВОК. При укладке кабелей в трубопроводах повышается степень защиты последних от вибрационных воздействий и механических напряжений, возникающих в результате деформации грунта. ВОЛС становится полностью диэлектрической т.к. требования к механическим характеристикам ВОК ниже и необходимость применения бронепокровов отпадает (рис.2.6).
Прокладка трубопровода осуществляется кабелеукладчиком, в траншею.
Надежность подобного типа ВОЛС выше. Современное оборудование для задувки кабеля (рис.2.7) обеспечивает скорость задува 60 – 80 м/мин, что позволяет существенно увеличить скорость строительства ВОЛС и обеспечить её высокую ремонтнопригодность.
Рис.2.6. ВОК для пневмопрокладки
1.Центральный силовой элемент:2.Оптическое волокно (от 2-х до 12-ти в каждом модуле)3.Оптический модуль (от 1-го до 12-ти)4.Гидрофобный заполнитель5.Кордель6.Полиэтиленовая оболочка
Прокладка ВОК в кабельную канализацию.
Этот способ (рис.2.8) применяется, как правило, в населенных пунктах. Его реализация осуществляется либо прокладкой бронированного кабеля непосредственно в асбоцементный канал кабельной канализации (КК), либо сначала затаскивают в канал полиэтиленовую трубу, а затем в неё ВОК более простой конструкции и, соответственно, более дешевый.
Подземная КК с длиной пролётов между смотровыми устройствами до 150 м сооружается из одиночных или сблокированных в пакеты труб, прокладываемых в земле, преимущественно в пешеходной части улиц, на глубине от 0,4 до 1,8 м.
При прокладке оптического кабеля в кабельную канализацию наиболее широко используется метод затягивания кабеля с помощью лебёдки, снабжённой устройством ограничения тягового усилия. 
При этом не должны превышаться указанные в нормативно-технической документации механические воздействия на кабель, в первую очередь усилия растяжения и сжатия, климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет -10°С), допустимые радиусы изгиба кабеля (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров).
Организация переходов через различные преграды.
Основным методом для организации кабельных переходов через различного рода коммуникации, дороги, реки, озера или просто неудобные места, является горизонтально (вертикально) направленное бурение. Оно организуется посредством специальных машин и механизмов, отвечающих конкретным условиям прокладки кабеля (рис.2.9).
Примерная схема одного из вариантов приведена на рис.2.10.
Метод горизонтально-направленного бурения является альтернативной традиционному траншейному методу и позволяет преодолевать преграды, встречающиеся на пути линейной части трубопроводов (реки, дамбы, дороги, железнодорожные насыпи и т.д.), без нарушения режима их функционирования. Технология горизонтально-направленного бурения не является дешевой. Хотя денежные, и особенно, временные затраты значительно экономятся на стадии строительства, основная экономия от применения метода лежит в долгосрочной перспективе.
Воздушные способы строительства ВОЛС.
Широкое распространение получили различные варианты воздушного способа строительства ВОЛС.
Эти способы обладают целым рядом неоспоримых преимуществ перед подземными и заключаются в следующем, — нет необходимости в землеотводе, нет необходимости копать землю. В результате стоимость строительства в 2 и более раз ниже, а скорость строительства в несколько раз выше, что обусловлено, прежде всего, возможностью «привязать» конструкцию ВОК к тому или иному варианту.
В качестве опор, которые могут быть использованы для строительства воздушных ВОЛС, рассматриваются следующие:
опоры магистральных линий электропередачи (ЛЭП) с напряжением от 35 кВ и выше;
опоры распределительных ЛЭП, например, до 10 кВ, которые, между прочим, подходят, практически, к каждому населенному пункту;
опоры контактных сетей электрофицированных железных дорог (ЭЖД);
опоры воздушных линий связи (если они в нормальном состоянии).
Реализация подобного типа ВОЛС может быть выполнена разнообразными способами, которые имеют свои достоинства и недостатки.
Самый простой способ, который с успехом применялся и при строительстве металлических линий связи простейших вариантов. Наиболее широко распространенный вариант для ВОЛС это использование кабеля типа 8-ки (рис.2.11). Технология подвески ВОК типа “ восьмерки” приведена на рис. 2.12.
К недостаткам этого способа следует отнести – высокая парусность ВОЛС, что приводит к сильной вибрации, в результате происходит отрыв троса от сердечника ВОК. Обледенение кабеля в зимний период и обрыв линии. Воздействие солнечной радиации и прочих атмосферных факторов, приводящих к коррозии внешней влагозащитной оболочки ВОК.
Все это приводит к тому, что срок службы подобного типа линий не превышает 17 – 18 лет. Однако здесь используется самый дешевый кабель (в районе 1800 – 2400 $/км) и скорость строительства высока до 5 – 6 км в смену. 
ВОК в грозозащитном тросе.
Один из самых дорогих вариантов строительства ВОЛС- подвеска ВОК в грозозащитном тросе по ЛЭП. Сам кабель очень дорогой т.к. содержит много упрочняющих элементов, конструкция кабеля приведена на (рис.2.13.). Его стоимость лежит в пределах 5000 – 7000 $/км. Кабель предназначен для подвески на опорах воздушных линий электропередач от 35 кВ и выше вместо грозозащитного троса. Заземляющий провод, имеющий один или два слоя проволок из ASC, содержащий оптический сердечник, монтируется наверху ЛЭП и несет двойную функцию грозотроса и кабеля связи. Процесс строительства таких ВОЛС, сложная техническая задача, связанная с применением мощных натяжных механизмов, а скорость строительства и технология замены существующего троса на волоконно-оптический в очень сильной степени зависит от профиля ЛЭП, т.е. местности, по которой она проходит.
Высокая надежность ВОЛС реализованных на базе грозозащитного троса объясняется тем, что несущие конструкции ЛЭП рассчитаны на длительный срок службы (до 50 лет) и выдерживают внешние разрушающие нагрузки, вплоть, до ураганных. Кроме того, вряд ли возможны механические повреждения ВОЛС, которая расположена на высоте 10-ти
этажного дома в очень прочной металлической оболочке. Этим объясняется их строительство в труднодоступных регионах, которых в нашей стране предостаточно.
ВОЛС на основе самонесущего ВОК.
Способ строительства нашел наиболее широкое распространение там, где длина пролетов невелика. Контактные сети ЭЖД (Lпрол.≈70 м), распределительные сети ЛЭП (Lпрол. – 50 ÷ 70 м.), опоры ВЛС (Lпрол. – 50 ÷ 70 м.).
Этот фактор обусловлен тем обстоятельством, что при увеличении длины пролета требуется увеличение механических характеристик ВОК, что неизбежно ведёт к увеличению количества армирующих элементов в конструкции сердечника и, соответственно, веса ВОК, что, в свою очередь, увеличивает вес кабеля в пролёте и вызывает дальнейшую необходимость роста механических параметров ВОК (рис.2.14, рис.2.15, рис.2.16). 
Источник
