Компоненты, используемые при построении волоконно-оптического сегмента лвс

Для обеспечения передачи оптического сигнала по волоконно-оптическим кабелям (ВОК) от передающих модулей к приемным в СКС созданы различные коммутационные оптические компоненты: оптические соединители, розетки, шнуры, распределительные панели, кроссовые шкафы, соединительные муфты, оптические разветвители, аттенюаторы, системы спектрального уплотнения и т.д.[Error: Reference source not found]

Обеспечение надежного соединения оптических волокон – едва ли не самая важная и трудная задача (если, конечно, не принимать во внимание технологию изготовления самого оптического волокна).³

Различают неразъемные и разъемные соединения. Основным методом монтажа, обеспечивающим неразъемное соединение, является сварка.⁴ Разъемные соединения («разъемы», «коннекторы», «соединители»») подразумевают оперативные многократные соединения/разъединения оптического кабеля. Некоторое промежуточное положение занимают так называемые «сплайс-соединения», как приспособления для выполнения неразъемных сварных соединений или соединений лишь путем механического смыкания ВОК.

Оптический кабель

В зависимости от назначения оптического кабеля в условиях ЛВС могут быть использованы различные разновидности их конструктивного оформления:

• оптическое волокно в так называемом «буферном покрытии»;

• одно- и двухволоконный кабель;

• многоволоконный защищенный кабель.

Оптическое волокно в буферном покрытии имеет наименьший уровень механической защиты. Его наружный диаметр составляет 0.9 мм. Оптическое волокно в буферном покрытии используется главным образом при изготовлении полувилок для оптических кроссов.

Одно- и двухволоконный кабель обеспечивает уже более высокий уровень механической защиты световодов. Наружный диаметр кабеля составляет 2 – 3 мм. Он используется для производства оптических патч-кордов.

Многоволоконный защищенный кабель используется для организации магистральных оптических соединений путем прокладки в шахтах и колодцах или внешней подвески. Различные типы такого кабеля обеспечивают требуемые уровни устойчивости к воздействию механических, климатических и биологических факторов.

Выбор кабеля с конкретными характеристиками должен опираться на требования конкретного ТЗ.

Разъемные соединения

Оптический соединитель– это устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения. Разъемные оптические соединители обеспечивают многократное выполнение операций соединения и разъединения. В основе разъемных оптических соединителей лежит обеспечение оптического контакта двух специально обработанных волоконных световодов.

Основные требования к соединителям: малые вносимые потери мощности сигнала, малое обратное отражение в точке соприкосновения оптических волокон, устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям, высокая надежность и простота конструкции, незначительное ухудшение характеристик после многократных повторных соединений (большой ресурс).

Вносимые потери определяются как α = -10log K [дБ], где К = Рвых/Рвх – коэффициент передачи оптической мощности при торцовом соединении световодов, а Рвх и Рвых соответственно интенсивности излучения на входе и выходе соединения.

Вносимые потери зависят от типа волокна, типов и качества соединителей и составляют 0,3 – 0,5 децибела на соединение.

Принято говорить о внутренних потерях, которые определяются факторами, не зависящими от конструкции соединителей. На внутренние потери больше влияет технология производства световодов. Зная разброс значений перечисленных выше параметров, можно определить максимальное значение внутренних потерь.

Российские заводы по производству волоконно-оптического кабеля широко используют стандарт многомодового волокна с диаметром светонесущей жилы 50 мкм отечественного производства. Многомодовое волокно наибольшее применение имеет при построении локальных сетей. Широкое распространение многомодового градиентного волокна 50 мкм является стандартом де-факто. На практике нередко применяют соединения волокон 62,5/125 и 50/125. Если свет распространяется из волокна 50/125 в волокно 62,5/125, то потери интенсивности света не происходит (если не учитывать других составляющих). Если же свет переходит из волокна 62,5/125 в волокно 50/125, то потери обычно оцениваются величиной порядка 2дБ.

Это обстоятельство нередко учитывается при производстве оптических приемопередатчиков. Так, обычно светодиод передатчика рассчитан на волокно меньшего диаметра (50 мкм), а приемник в этом же устройстве на волокно большего диаметра (62,5 мкм). В этом случае не является строго обязательным использование в кабельном сегменте, соединяющим такие устройства, стандарта волокна 62,5/125, рекомендованного стандартами ANSI.

Многие сетевые стандарты закладывают большой запас по затуханию в кабельной системе. Например, стандарты физического уровня на многомодовое волокно в спецификациях FDDI, 100Base-FXрассчитаны на максимальное допустимое затухание в линии до 11 дБ при максимальном допустимом расстоянии 2 км. Если потери в кабеле принять равными 3 дБ/км, а в соединителе с однотипными волокнами 0,5 дБ, то один дополнительный переход с 62,5 на 50 мкм, вносящий затухание 2,5 дБ, не будет критичным даже при максимальной длине кабельного сегмента в 2 км.

Гораздо большие внутренние потери (примерно 16 дБ) возникают при сопряжении многомодового и одномодового волокон, когда свет распространяется из первого во второе волокно.

Внешние потери – это потери, которые являются следствием несовершенства как самой конструкции соединителя, так и процесса сборки оптического шнура. Внешние потери зависят от таких факторов как: механическая нестыковка (угловое смещение , радиальное смещение L, осевое смещение S), шероховатости на торце сердцевины, загрязнение участка между торцами волокон (рис. 1).

Рис. 1. Источники внешних потерь и степень их влияния

Некачественная полировка торцов волокон, а также трение, возникающее при многократном переподключении соединителей (имеющих физический контакт), может привести еще к одному типу потерь потерь, связанных с рассеянием на микротрещинах (рис. 1, г).

Приведенное соотношение для потерь при осевом смещении учитывает только фактор апертурной расходимости светового потока. Однако при появлении зазора между волокнами появляется и френелевское отражение из-за того, что среда, заполняющая пространство между открытыми плоскостями торцов волокон имеет показатель преломления, отличный от материала волокон (рис. 2).

Рис. 2. Схема возникновения френелевского отражения

При величине зазора, сравнимой с длиной волны или большей, по осцилляциям синуса можно произвести усреднение. Обычно суммарные потери в соединителе составляют до 0,3–0,4 дБ для одномодового ­ и многомодового волокон. При этом, естественно, более жесткие требования предъявляются к качеству одномодового соединителя.

Рассеяние не только ведет к ослаблению проходящего сигнала, но и увеличивает обратный световой поток. Обратное отражение, как правило, начинает сказываться в оптических линиях широкополосной цифровой передачи, широкополосной аналоговой передачи или в магистральных линиях с большим числом разъемных соединений. Для построения таких линий в основном используется одномодовое волокно. Сильное обратное отражение от стыков соединителей может в конечном итоге приводить к ненужным дополнительным световым искажениям сигнала. При цифровой передаче обратное рассеяние менее пагубно, чем при аналоговой, однако суммарный эффект обратного рассеяния на нескольких стыках соединителей может стать причиной неверного опознавания битового сигнала на приемном устройстве.

Обратное отражение является вторым по значимости мешающим фактором среди вносимых потерь. Для уменьшения прямых и обратных потерь используются несколько способов обработки соприкасающихся поверхностей оптических световодов (рис. 3):

a ) плоский физический контакт (physical contact – PC) с уровнем потерь <30dB;

б) сферический контакт (super PC, ultra/super PC - SPC/UPC) с уровнем потерь

<40dB/<50dB соответственно;

в) угловой физический контакт (angled PC, APC) с уровнем потерь <60dB (типичные практические значения – (70­ – 75)dB).

Как уже говорилось, величина потерь существенно зависит от величины зазора в соединении. На практике создание нормальных к оптической оси соединителя поверхностей весьма затруднительно. Более вероятно, что торцы обоих наконечников будут иметь небольшие отклонения, но вполне достаточные, чтобы образовался зазор между сердцевинами волокон (см. рис. 3,а). Так, отклонение на угол ф = 0,05° между плоскостями наконечников соединителя при диаметре наконечника 2,5 мм приводит к зазору между световодами около 1 мкм, что сопоставимо с длиной волны.

Значительное уменьшение зазора достигается при сферической обработке поверхности торцов. После этого более сложного и дорогого технологического приема соприкосновение всегда происходит в окрестности светонесущей сердцевины волокон (рис. 3,б). Радиус кривизны находится в диапазоне (15 – 25) мм.

Рис. 3. Типы контактов соединителей

Обратное рассеяние может быть существенно уменьшено при использовании так называемого углового (наклонного) физического контакта (рис. 3,в). При наклонном торце даже в том случае, когда нет физического контакта, силыный отраженный сигнал не распространяется обратно по сердцевине волокна, а попадает в оболочку. Угол наклона  наконечника определяется как угол между осью световодной сердцевины и нормалью к плоскости, касательной в точке поверхности, где находится сердцевина, (рис.3,в). При использовании ступенчатого одномодового волокна угол наклона  составляет 8°, что приводит к потерям на обратное отражение порядка минус 70 дБ.

Обработка по способу PC используется для производства многомодовых компонентов. Для производства оптических одномодовых компонентов используются технологии SPC, UPC и APC. Из-за более сложной технологии изготовления стандарт АРС имеет меньшее распространение. Однако в ультраскоростных оптических магистралях (от 1 Гбит/с и более) рекомендуется использование соединителей именно этого стандарта.

Типы конструкций разъемных соединителей

По конструкции соединения принято разделять на симметричные и несимметричные [1]. Упрощенные схемы таких соединений показаны на рис. 4.

При несимметричной конструкции несущий наконечник соединителя –вилки является штекером для соединителя - розетки. Наконечник соединителя – розетки имеет «капилляр», т.е. калиброванное отверстие, в которое при сочленении входит оболочка световода, закрепленного в соединителе - вилке.

Несимметричная схема таит в себе ряд конструкторских проблем. Механики знают, что из-за неизбежных технологических отклонений от номинальных размеров при соединении двух деталей нельзя требовать, чтобы они без зазора одновременно сопрягались по нескольким поверхностям. «Посадочная» поверхность может быть лишь одна. Если в соединителях световоды заделаны жестко, то в данной конструктивной схеме при соединении посадка должна осуществляться по наружному диаметру наконечника (это, как правило, 2,5 мм) или по еще большему диаметру соединителя, так как не существует других элементов конструкции, на которые можно было бы возложить парирование боковых усилий. Однако тогда световод соединителя - вилки должен входить в капилляр с гарантированным зазором. Допуск на величину этого зазора придется положить очень малым и уметь его жестко выдерживать при изготовлении деталей, так как иначе нельзя будет надеяться на качественную передачу сигнала, которая подразумевает обеспечение строгого центрирования световодов.

Рис. 4. Конструктивные схемы разъемных соединений: а – несимметричного; б – симметричного; в – оптический наконечник и центрирующая втулка симметричного соединения.

Не лучше обстоит дело и с обеспечением посадочных размеров в осевом перемещении. После подключения соединители должны быть скреплены. Обычно это осуществляется с помощью накидной гайки (она зацеплена за соединитель - вилку и наворачивается на наружную поверхность соединителя – розетки) или с помощью какой-либо защелки. Если мы хотим, чтобы торцы световодов механически контактировали, то необходимо добиться, чтобы контакт возникал лишь точно в положении закрытой защелки (завернутой гайки) и при этом консольная часть световода в соединителе - розетке (она ничем не защищена) не испытывала бы осевой нагрузки. Однако поскольку световод не может противостоять усилиям, развиваемым гайкой или защелкой, такая конструкция не имеет шансов на массовое применение. Следовательно, придется отказаться от требования физического контакта торцов световодов (осуществлять передачу света через зазор) или обеспечить в конструкции соединителей некоторую упругую податливость точки соприкосновения торцов без возникновения разрушающих усилий. Это ведет к усложнению конструкции и дополнительному удорожанию соединения.

Реальные конструкции, как правило, рассчитаны на световоды с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 50/125⁵и 62,5/125 мкм. Наиболее жесткие требования предъявляются к параметрам отверстия (капилляра) наконечника. Диаметр отверстия в соответствии со стандартом равен 126 +1/-0 мкм для одномодового волокна и 127 +2/-0 мкм для многомодового волокна. Некоторые производители поставляют наконечники с капиллярами широкого диапазона диаметров (например, 124, 125, 126, 127 мкм) для приспособления технологических вариаций диаметров волокна. Наконечник – ­­ самый прецизионный элемент соединителя – является самым дорогим. Наконечники обычно бывают металлическими (на основе нержавеющей стали) или металлокерамическими (на основе циркония или оксида алюминия). Все больше появляется пластиковых наконечников (и самих соединителей) высокого качества, что снижает затраты на производство.

Незащищенный световод, являющийся в данной конструктивной схеме не только проводником сигнала, но и элементом конструкции, а также прецезионная капиллярная полость требуют деликатного обращения при каждом «переподключении» в процессе эксплуатации, соблюдения чистоты. Асимметричные разъемные соединения, обычно, имеют характеристики, уступающие симметричным, и имеют меньшее распространение.

При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка (рис. 4,б). Каждый световод в соединении закреплен в своем наконечнике, торцы которых обработаны совместно со световодами «заподлицо». Световод нигде не выступает как самостоятельная деталь разъема. В этой схеме в физический контакт вступают не только торцы световодов, но и торцы наконечников, которые центрируются в розетке. Розетка снабжается центрирующим элементом, выполненным в виде подпружиненной трубки с продольным разрезом, которая плотно охватывает наконечники и обеспечивает их строгую соосность.

Разъемные оптические соединители различаются также по типам организации механического фиксирования световодов. В настоящее время наиболее широко используются соединители типов FC,ST,SC,LCиMT-RJ.

Соединитель FC FC – резьбовой соединитель. Был разработан в начале 80-х г.г. Корпус соединителя изготавливается из металла и имеет наконечник диаметром 2,5 мм. Механическое скрепление половин соединителя производится накидной гайкой с резьбой М8. Повышенная надежность механического соединения обеспечивается развязкой подпружиненного наконечника относительно корпуса соединителя. Рекомендуется использование соединителя для производства одномодовых компонентов.
Соединитель ST ST- соединитель имеет упрощенную, по отношению кFC, конструкцию. Его корпус также изготавливается из металла и имеет наконечник 2,5 мм. Механическая фиксация половин соединителя производится при помощи байонетной втулки (поворотом байонета на 900), что при большом числе соединителей ощутимо повышает оперативность работы с ними. В отличие от соединителейFCнаконечник жестко, неподатливо связан с корпусом. Это обусловливает применение соединителейSTдля производства преимущественно многомодовых компонентов
Соединитель SC Корпус соединителя SCизготовлен из пластмассы. Прямоугольное сечение корпуса с малыми размерами обеспечивают высокую компактность этого соединителя, ято позволяет уменьшать габаритные размеры приборов (например, коммутаторов) с рядным расположением приборных половин соединителей (портов, например). Конструкция защелки с фиксатором (push-pull) обеспечивает простое подключение и также способствует высокой плотности установки соединителей на оптических панелях или приборах. Наконечник световода жестко не связан с корпусом соединителя и оболочкой кабеля. Используется как для производства как одномодовых, так и многомодовых компонентов.
Соединитель LC Корпус соединителя LCизготовлен из прочной термостойкой пластмассы. Подпружиненный наконечник диаметром 1.25 мм жестко не связан с корпусом соединителя и оболочкой кабеля. Фиксация соединителя в розетке осуществляется при помощи защелки, аналогичной используемой в соединителяхRJ-45. При помощи внешнего зажима соединителиLCмогут конструктивно объединяться в «дуплексный модуль». Рекомендуется использование соединителя для производства как одномодовых, так и многомодовых компонентов.
Соединитель MT-RJ Корпус соединителя MT-RJизготовлен из прочной термостойкой пластмассы и ориентирован на организацию «дуплексных» соединений. Два подпружиненных наконечника жестко не связаны с корпусом соединителя и оболочкой кабеля. Фиксация корпуса соединителя в розетке осуществляется при помощи защелки, аналогичной используемой в соединителяхRJ‑45. Особенностью соединителя данного типа является несимметричность: один из соединяемых коннекторов должен иметь направляющие штыри, второй – ответные отверстия, между которыми располагаются торцы световодов.

Сплайс-пластины

Это прецизионное, простое в использовании, недорогое устройство для быстрой стыковки обнаженных многомодовых и одномодовых волокон в покрытии с диаметром 250 -1 мкм посредством специальных механических зажимов. Механический сплайс предназначен для многоразового (организация временных соединений) или одноразового использования (организация постоянного соединения). Сплайс предназначен не только для размещения сростков оптических волокон, но и запасов длины сращиваемого оптического волокна. При этом обеспечивается соблюдение минимального допустимого радиуса изгиба волокна (около 40 мм). При разрыве световода например, в полевых условиях, можно восстановить повреждения, не прибегая к сварке волокон. Стеклянный капилляр, заполненный иммерсионным гелем, обеспечивает вносимые потери < 0,2 дБ и обратные потери < -50 дБ. По надежности и по вносимым потерям механический сплайс уступает сварному соединению.

Рис. 5. Внешний вид комплекта сплайс-пластины

Для изготовления сплайс-пластин может быть использована сталь, алюминиевый сплав или пластмасса. Как правило, сплайс-пластины комплектуются эластичными полимерными держателями гильз КДЗС (см. ниже).

Сварное соединение волокон

Сварка оптических волокон предполагает их точное предварительное центрирование, после чего волокна свариваются друг с другом при помощи дугового разряда между угольными электродами. Для прецезионного центрирования волокон создано автоматическое оборудование. Часто используется более простой и дешевый метод центрирования в V-образном пазу механического приспособления Метод требует высокой точности геометрии поперечного сечения волокна для обеспечения приемлемых характеристик сварного соединения (рис. 6,а).

Рис. 6. Схема взаимного центрирования оптических волокон перед сваркой.

Три геометрические характеристики волокна влияют на качество сварки методом V‑центрирования (рис. 6,б):

 разброс значений диаметров оболочки волокна;

 концентричность сердцевина/оболочка;

 неоднородности толщины оболочки волокна – утолщения или полости.

Метод V‑центрирования предъявляет весьма жесткие требования к допуску на диаметр оболочки - 125,0±1,0 мкм. Такое же отклонение в 1,0 мкм допустимо для концентричности сердцевина/оболочка.

Неоднородность оболочки на длине сростка обычно проявляется редко, поэтому влияние этого фактора проявляется реже, чем двух предыдущих.

Следует отметить, что влияние отклонения от идеальной геометрии волокна по трем перечисленным характеристикам практически не ухудшает качества сварки при использовании процедуры автоматического центрирования, поскольку центрирование контролируется по положению сердцевин волокон, собственно световодов.

Сварка создает неразрывное соединение и поэтому обеспечивает наилучшие характеристики по вносимым и обратным потерям по сравнению с разъемным соединением или механическим сплайсом. Как правило, сварка используется в местах соединения участков оптических кабелей при их пролегании вне зданий и в местах «оконцевания» кабелей внутри зданий. При наружном соединении места сварки защищаются герметичными муфтами. Если же сварные соединения выполнены внутри здания, они помещаются в специальные сплайс‑боксы.

Не всегда решение вопроса о выборе способа соединения – сварка или разъем – бывает простым. В неоднозначных ситуациях следует учитывать преимущества и недостатки каждого типа соединения в условиях конкретного техзадания.

КДЗС - комплекты для защиты сварных соединений

После сварки оголенное оптическое волокно должно быть механически защищено от воздействий со стороны окружающей среды. Для этого чаще всего используют термоусаживающиеся защитные гильзы КДЗС. Термоусадка этих гильз происходит в предназначенной для этой цели специалыюй печи, которая обычно является одним из узлов сварочного аппарата.

Один комплект (гильза) предназначен для защиты одного сварного шва и состоит из клея‑расплава (внутренняя трубка), помещенного во внешнюю термоусаживаемую трубку. При нагреве КДЗС внутренняя трубка полностью расплавляется, защищая место сварки волокон от внешних воздействий. Для придания месту стыка механической прочности перед термоусадкой между трубками вводится металлический стержень из нержавеющей стали.

Характеристики типовых гильз КДЗС:

• Длина 40 или 60 мм;

• Время усадки 90с;

• Номинальный диаметр после усадки 2,8 мм;

• Температура усадки минимальная 90°С;

• Температура плавления клея расплава 80°С;

• Диапазон рабочих температур от 55 до 160°С;

• Материал внешней трубки – полиолефин;

• Материал внутренней трубки – сополимер полиолефина;

• Материал армирующего стержня – нержавеющая сталь.

Оптические шнуры (патч-корды)

Оптический шнур – это оптический кабель, оконцованный с обеих сторон соединителями. Оптические патч-корды используются для подключения активного оборудования ЛВС (коммутатор, HUB и др.) к оптическому кроссу или коммутационной панели, а также внутри оптического соединительного узла или кросса (внутренняя кросс-коммутация).

Оптические шнуры бывают с одномодовым или многомодовым волокном, одиночные(с одним волокном),дуплексные(с двумя волокнами). Они также различаются типом соединителей и могут поставляться различной длины под заказ. Пример обозначения оптического шнура: ST – Duplex SC, mm, 50/125, 5м. Это двойной оптический шнур с многомодовым волокном 50/125 длиной 5м, оконцованный с одной стороны соединителем Duplex SC, с другой стороны – двумя соединителями SТ.

Основная функция оптического шнура – обеспечение соединения между разными активными сетевыми устройствами или между сетевым устройством и оптическим распределительным узлом.

Примеры оптических шнуров приведены на рис. 7.

Рис. 7. Примеры одиночных оптических шнуров: а – с соединителями SC и FC; б – с соединителями ST.

Изготовление оптических шнуров, т.е. заделка оптического волокна в соединитель, требует приемлемых (чаще лабораторных) условий для монтажа и наличия специального оборудования: полировального оборудования для подготовки торцов волокон и наконечников, нагревателя для обеспечения быстрого затвердевания эпоксидного клея. Для выполнения быстрого соединения существуют адаптеры быстрого оконцевания обнаженного волокна. Такая заделка волокна является временной мерой и применяется к волокнам в стандартном 3‑миллиметровом миникабеле или к волокнам в «буфере» (tight-buffer) 900 мкм. Адаптеры быстрого оконцевания используют стандартные соединители и обеспечивают потери при соединении с другими стандартными соединителями менее 1 дБ при одномодовых и многомодовых соединениях.

Полувилка (PigTail)

Этим термином обычно обозначают отрезок оптического волокна в буферном покрытии, снабженный оптическим соединителем лишь с одной стороны. Полувилки используются для наращивания основного кабеля внутри коммутационных панелей или на подходе к ним.

Переходные (проходные) оптические розетки

Так называемые «проходные» розетки устанавливаются в оптических кроссах или коммутационных панелях и предназначаются для обеспечения механической фиксации подключаемых к ним оптических соединителей-вилок

Рис. 8. Внешний вид переходных розеток

а также для передачи оптического сигнала через стенку прибора или панели путем подключения соединителей с обеих сторон розетки. При установке розетки в оптическом кроссе к ней с одной стороны подключается оптический соединитель полувилки, а с другой – оптический соединитель патч-корда. Выпускаются переходные розетки, обеспечивающие сочленение и разнородных соединителей.

Терминирование ВОК

Терминированием называется заделка оптических волокон в соединители и последующее их подключение к переходным розеткам, закрепленным на оптической распределительной панели/коробке, для обеспечения их механической фиксации и связи с сетевым оборудованием через оптические соединительные шнуры.

Различают три способа терминирования ВОК:

• непосредственное терминирование «линейных» ВОК;

• терминирование через сварку с заранее подготовленными оконцованными с одной стороны волокнами;

• терминирование через сварку с волокнами «станционного» (по терминологии ТЛФ ведомства) ВОК.

Рис. 9. Варианты терминирования ВОК:

а – непосредственное терминирование; б – терминирование сваркой с полувилками; в – терминирование сваркой с волокнами станционного ВОК

Непосредственное терминирование подразумевает оконцевание оптических волокон линейного ВОК соединителями, которые затем подключаются к переходным розеткам, установленным на специальной оптической панели (рис. 9,а). Такое непосредственное оконцевание удобней производить в лабораторных или заводских условиях.

Терминирование с помощью сварки с полувилками выполняется подключением волокна к переходным розеткам оптической панели (рис. 9,б). В этом способе обычно сплайс‑пластины, в которые укладывают сваренные волокна, размещаются внутри той же панели, на которой устанавливаются переходные розетки.

Терминирование с помощью сварки с волокнами станционного ВОК выполняется на оптических узлах с большой концентрацией волокон. В таких случаях под размещение сплайс‑пластин может быть выделено отдельное устройство (сплайс‑панель, или сплайс-шкаф). Волокна линейного ВОК сваривают с волокнами притерминированного оптического кабеля для внутренней прокладки (станционного ВОК) – рис. 9,в. Длина станционного ВОК может варьироваться от нескольких метров до нескольких километров.

При сварке волокон не требуется на месте монтажа столь большого набора инструментов и материалов, как при оконцевании. Кроме того, процесс сварки отнимает значительно меньше времени, поэтому терминирование волокон через сварку получило значительно большее распространение, чем непосредственное терминирование.

После выполнения терминирования линейного ВОК производят подключение сетевого оборудования. Для этого могут использоваться одноволоконные (одиночные), двухволоконные (дуплексные) оптические шнуры или оконцованные с обеих сторон многоволоконные станционные ВОК.

Распределительные узлы и кроссы⁶

В здание может заходить несколько линейных ВОК. В этом случае, наряду с задачей подключения приемо-передающего оборудования, может стоять задача внутренней коммутации (кросс-коммутации) волокон линейных ВОК.

Оптический узел является тем центром, где осуществляются разнообразные сопряжения волокон внешних и внутренних ВОК. Основные требования, которые предъявляются к оптическому узлу, – это его надежность и гибкость. По масштабу выполняемых функций оптические узлы можно разделить на оптические распределительные устройства (ОРУ) и оптические кроссовые устройства (ОКУ).

ОРУ могут устанавливаться в тех случаях, когда не требуется сложная коммутация волокон, например на удаленном сетевом узле или в центральном узле с небольшой концентрацией волокон. Как правило, ОРУ используются при построении волоконно-оптических магистралей локальных сетей на предприятиях, или при организации удаленного узла оптической телекоммуникационной системы. По способу терминирования волокон ОРУ относятся ко второму варианту - терминирование с помощью сварки с полувилками.

В качестве ОРУ могут выступать: оптические распределительные коробки, распределительные панели, шкафы.Оптические распределительные коробки (ОРК) предназначены для крепления на стену и выполняют функцию терминирования волокон внешнего ВОК требуемым типом оптических соединительных розеток (рис. 10).

Рис. 10. Пример разводки оптических волокон внутри распределительной коробки.

Обозначения, использованные на рис. 10:

1 – внешний ВОК;

2 – герметичный ввод для крепления кабеля;

3 – разделанные оптич. волокна внешнего ВОК;

4 – корпус коробки;

5 – сплайс‑пластина;

6 – КДЗС;

7 – место сварки волокон;

8 – крепление коробки на стену;

9 – волокно полувилки;

10 – коннектор полувилки;

11 – переходная оптическая розетка.

При монтаже ОРК производится сварка оптических волокон предварительно разделанного внешнего кабеля с волокнами полувилок. Места сварки защищаются термоусаживающимися защитными гильзами, которые крепятся в специальное гнездо. Полувилки с внутренней стороны подключаются к переходной розетке, установленной на боковой панели ОРК. Излишки волокон внешнего кабеля и полувилок укладываются в сплайс‑пластину(ы). Полувилки заготавливаются заранее с тем типом коннектора, который соответствует типу переходных розеток. Оптические соединительные шнуры подключаются к розеткам с наружной стороны коробки.

К недостаткам ОРК можно отнести слабую защищенность оптических шнуров, неудобства наращивания системы, а также тот факт, что не все ОРК имеют возможность хранения излишков длины оптических шнуров. Преимущества ОРК – это простота конструкции, невысокая стоимость, отсутствие необходимости использования шкафов и стоек.

Оптические распределительные панели (ОРП) в отличие от ОРК крепятся в стойку 19". Стоечный вариант дает больше преимуществ особенно тогда, когда приемо-передающее оборудование находится в той же стойке. Здесь упрощается подключение оптических шнуров. Концентрация оборудования в одной стойке облегчает обслуживание. На рис. 11 показаны примеры ОРП. На рис. 11,а показана панель для терминирования, совмещенная со сплайс-модулем. Такая панель в количестве одной или нескольких штук может устанавливаться на небольших коммутационных узлах.

На рис. 11,б показана панель, предназначенная для непосредственного терминирования. Сплайс-бокс, от которого идет станционный кабель к этой панели, может находиться в другой части той же стойки-секции или в другом помещении. Эта панель предназначена для использования на более крупных коммутационных узлах.

Оптические распределительные панели с притерминированным ВОК изготавливаются в заводских условиях и обычно поставляются вместе с катушкой оптического кабеля. Допускается как стандартное исполнение, когда ОРП крепится в стойку до того, как начинает разматываться кабель, так и модифицированное исполнение, когда ОРП остается прикрепленной к катушке и вращается вместе с катушкой по мере разматывания кабеля.

Рис. 11. Типичный внешний вид распределительных панелей:

а – 24-позиционная панель для терминирования с совмещенным сплайс‑модулем и укладкой кабелей в коробах; б – 72-позиционная панель, предназначенная для непосредственного терминирования

Оптические распределительные шкафы (ОРШ) предназначены для терминирования волокон одного или нескольких внешних оптических кабелей. Шкафы выпускаются как для установки на пол, так и крепящиеся на стену. ОРШ отличаются от ОРК большими размерами и значительно большей коммуникационной емкостью. ОРШ оснащаются дверцей и могут закрываться на ключ.

Пример технических параметров распределительного шкафа (шкаф типа SFET производства фирмы ADC Telecommunications):

• Размеры (высота х ширина х глубина) – (91,4 х 81,3 х 33,2) см;

• Масса – 11,3 кг;

• Число гермовводов сверху/снизу – 14 (7+7) / 14 (7+7);

• Максимальное число терминирований – 144;

• Типы оптических розеток (допускается смешанное использование) – SС, FС, SТ.

Шкаф SFET настенного крепления предназначен для организации терминирования ВОК с возможностью кросс-коннектных и интерконнектных соединений. Шкаф может служить «демаркационным узлом» между линейными и станционными ВОК.

При построении оптических узлов с большим количеством волокон от приходящих линейных ВОК (>100) эффективность использования оптических распределительных устройств снижается. Для этой цели начинают лучше подходить специализированные кроссовые устройства, в которых задача упорядоченного размещения волокон и шнуров выходит на первый план при сохранении задачи коммутации волокон. Они различаются емкостью и подразделяются на оптические кроссы средней плотности (внешних волокон 120 – 500) и оптические кроссы высокой (сверхвысокой) плотности (внешних волокон >500).

Оптические кроссовые устройства главным образом применяются для организации центральных оптических узлов с большой концентрацией волокон. К таким узлам относятся центры телефонной коммутации, центры коммутации магистралей SDH/АТМ. Заказчиками могут быть как телефонные компании, так и крупные операторы связи. В силу своей масштабности ОКУ несут значительно большую нагрузку, чем ОРУ. Стремительному росту применения оптических кроссовых устройств способствуют такие телекоммуникационные концепции, как "волокно в каждый дом" и "а11‑орtiса1 networks".

ОКУ могут быть разработаны и установлены в расчете на интерконнектное ((interconnect) или кросс-коннектное подключение (cross‑connect).

При интерконнектном подключении (ИКП) волокна всех внешних ВОК терминируются и подключаются к переходным розеткам оптических модулей с задней стороны устройства. Оптические шнуры, идущие от сетевого оборудования, подключаются с передней стороне.

Многие оптические узлы строятся на основе ИКП. В относительно небольших узлах ИКП продолжает использоваться тогда, когда критичность в безотказной работе узла не очень велика и низка потребность в реконфигурациях. Однако по мере развития узла, особенно при достижении высокой концентрации приходящих волокон, а также по мере возрастания требований по эксплуатации узла, интерконнектное подключение может оказаться далеко не самым эффективным.

Крупный оптический узел обычно более интенсивно развивается, характеризуется регулярными процедурами тестирования различных волокон, непрерывного мониторинга линий. Кроме этого, он должен отвечать требованиям высокой надежности и быстрого обнаружения и устранения повреждений. Всем этим требованиям удовлетворяют оптические узлы, выполненные на основе кросс-коннектного подключения, каковыми и являются оптические кроссовые устройства.

При кросс-коннектном подключении (ККП) волокна всех внешних и внутренних ВОК, а также всевозможные оптические шнуры и терминированные станционные ВОК, идущие от сетевого оборудования, подключаются к переходным розеткам с задней стороны устройства. Коммутация (кросс-коммутация) всех этих окончаний волокон осуществляется с передней стороны при помощи дополнительных коммутационных шнуров, рис. 12; здесь «передняя сторона» – это пространство с перекрещенными шнурами.

Удобство и гибкость при обслуживании кросс-коннектных систем делают их наиболее привлекательными для сложных узлов. Кросс-коннектную систему рекомендуется устанавливать по следующим причинам:

1) конфигурация с ККП упрощает наращивание системы без риска повреждения волокон;

2) подключение (или терминирование) с задней стороны устройства линейных, станционных ВОК, а также оптических шнуров от приемопередающего оборудования повышают их защищенность (к ним больше не нужно прикасаться, а можно оперировать только с коммутационными оптическими шнурами на передней стороне);

3) кросс-коннектное поле упрощает операции в аварийных и непредвиденных ситуациях.

Принципы организации оптического кроссового устройства

ОКУ, ориентированные на кросс-коннектное подключение, могут строиться как с нуля, начиная с одной или нескольких стоек, так и в процессе модернизации узла, на котором ранее уже использовались оптические распределительные панели с интерконнектным подключением.

При строительстве с нуля в стойку крепятся оптические распределительные панели, к которым с задней стороны подключаются оконцованные волокна линейных и станционных ВОК.

Модернизация выполняется в три этапа. На первом этапе добавляются панели с переходными розетками, тем самым создается необходимое кроссовое поле. На втором этапе выполняется перенесение оптических шнуров, идущих от приемопередающего оборудования, на заднюю сторону к вновь установленным розеткам. На третьем этапе выполняется подключение на кроссовом поле дополнительных оптических шнуров, и воссоздаются непрерывные оптические каналы связи. Сплайс-боксы могут размещаться в этих же стойках или при большой концентрации волокон занимать отдельный сплайс‑модуль.

Рис. 12. Схема построения оптического кроссового устройства

ОКУ могут укомплектовываться или наращиваться оптическими модулями по мере необходимости. Модульная система защищает заказчика от больших капиталовложений на ранней стадии развития.

Приложение 11