АБН: Разводка кабеля витая пара для соединения двух компьютеров напрямую

АБН: Разводка кабеля витая пара для соединения двух компьютеров напрямую

Разводка кабеля витая пара для соединения двух компьютеров напрямую

Елена Андреева, к.ф-м.н., менеджер ЗАО «Перспективные технологии» andreeva@peterlink.ru

Алексей Сергеев, инженер отдела активного оборудования ЗАО «Перспективные технологии» pfiber@nm.ru

Оптические кабели находят все более широкое применение - от магистральных линий и корпоративных систем передачи данных до локальных компьютерных сетей. Преимущество волоконной оптики несомненно: реализуемые в оптических каналах скорости передачи информации пока недостижимы для медных кабелей.

Немаловажно и то преимущество, что тестировать оптический кабель проще. Измерению подлежит меньшее число параметров, в большинстве случаев - только потери в кабеле, так как перекрестных помех в оптике нет. Кроме того, приборы для тестирования оптических каналов дешевле, чем для медных.

Несмотря на возрастающее разнообразие измерительных приборов, основным "помощником" специалиста по установке и эксплуатации волоконно-оптических систем служит оптический тестер - без преувеличения, самое распространенное рабочее средство измерения. Тестер используется при входном контроле параметров оптического кабеля, его монтаже, приемосдаточных испытаниях кабельной системы, контроле выходных параметров активного оборудования и обслуживании действующей линии. Преимущества этого скромного прибора - простота использования, малые габариты и масса, автономное питание и сравнительно низкая стоимость. Тестер обеспечивает достаточно высокую точность измерений, стабильность параметров в течение всего времени измерения, удобен в обращении, компактен и экономичен.

Для достоверного тестирования оптических волокон тестер следует подбирать в соответствии с активным оборудованием компьютерной сети. Так, например, если для передачи данных используется одномодовое активное оборудование и соответственно одномодовый кабель, то измерительный генератор также должен быть одномодовым. Кроме того, тестирование должно проводиться на длине волны передачи. Для того чтобы понять, что стоит за сухими цифрами и рекомендациями стандартов, рассмотрим подробнее "начинку" приборов.

Современное развитие ИТ влечет за собой рост и взаимопроникновение сетей передачи данных различного назначения. Локальные компьютерные сети включаются в корпоративные и ведомственные сети, объединяющие пользователей на большой территории. Это накладывает требования сертификации на компоненты кабельной системы как физической среды передачи данных и, следовательно, на контрольно-измерительное оборудование, используемое при тестировании сети. Требования к средствам измерений изложены в следующих законах и нормативных документах:

1. "Закон РФ об обеспечении единства измерений, 15.06.93".
2. "Государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений. Основные положения. ГОСТ 8.002-86. 21.02.1986".
3. "Временные технические требования к оптическим средствам измерений, предназначенным для применения на Взаимоувязанной сети связи РФ с дополнением № 1. 1999".

Оптический тестер как средство измерения излучаемой мощности

Тестер применяется для измерения мощности оптического излучения и определения потерь в волоконно-оптических световодах и кабелях. Исходя из этого, оптический тестер должен обеспечивать:

• большой динамический диапазон, достаточный для тестирования участков кабеля между усилителями;
• требуемую точность измерения в соответствующем спектральном диапазоне;
• возможность измерений в широком спектральном диапазоне;
• долговременную стабильность параметров;
• малое энергопотребление, обеспечивающее длительную работу от одного комплекта батарей.

По конструктивному исполнению тестеры подразделяются на два типа: комплекты из двух приборов - источника и измерителя и совмещающие в одном корпусе источник и измеритель. Тестеры в виде комплекта более универсальны, так как позволяют применять большее число методов измерений.

Генераторы оптического излучения

Основные требования к генераторам излучения - обеспечение требуемой мощности в волоконном световоде и долговременной стабильности параметров излучения. Излучение может быть как непрерывным, так и модулированным последовательностью импульсов в виде меандра, следующих с частотой 270 Гц, 1 или 2 кГц. Обычно в качестве источников для тестеров используются полупроводниковые лазерные диоды или светодиоды; первые применяются в основном в одномодовых системах, а вторые - в многомодовых линиях связи небольшой протяженности. Лазерные диоды мощнее, и угловая апертура их излучения меньше, поэтому мощность в волоконном световоде выше, чем в случае светодиода. Однако стоимость лазеров выше, а обеспечить их стабильную работу довольно сложно.

Достигаемая на практике мощность излучения от лазерного источника в одномодовом волоконном световоде позволяет тестировать кабели длиной до 250 км, что достаточно при существующих длинах регенерационных участков на магистральных линиях связи. Для повышения временной стабильности параметров излучения применяют специальные меры. Резонатор лазера просветляется с одной стороны для согласования волноводных параметров с волоконным световодом и уменьшения отражений между выходной гранью лазера и торцом волокна, что снижает амплитудные и фазовые шумы источника. С другой стороны резонатора устанавливается фотодиод обратной связи. Обратная связь по фототоку позволяет контролировать выходную мощность лазера и компенсировать флуктуации, вызванные температурной чувствительностью полупроводниковой структуры. Совокупность этих мер обеспечивает стабильность энергетических параметров источника в течение длительного времени.

Светодиодные полупроводниковые источники, применяемые в локальных компьютерных сетях, характеризуются более широкой диаграммой направленности, практически изотропной в азимутальном направлении. Уровень мощности, вводимой в стандартный многомодовый волоконный световод, в среднем на порядок ниже, чем в предыдущем случае. Так как длины сегментов компьютерных сетей на многомодовых кабелях в соответствии с действующими стандартами не превышают 2 км, этой мощности вполне достаточно для проведения измерений.

С точки зрения практики важна не столько мощность оптического излучения, введенного в световод, сколько динамический диапазон измерений для данного прибора, измеряемый в децибелах, - интервал между мощностью источника оптического излучения и порогом чувствительности измерителя оптической мощности. Динамический диапазон определяет максимальное затухание оптического сигнала, которое может быть измерено данным комплектом приборов.

Измерители оптической мощности

Входящие в состав тестера измерители должны обеспечивать низкий порог чувствительности, широкий спектральный диапазон измерений, равномерную чувствительность в заданном спектральном диапазоне или на длинах волн калибровки.

Основной элемент измерителя - это фотодиод. Его базовая характеристика - чувствительность R, которая определяется как отношение фототока к падающей оптической мощности и измеряется в А/Вт:

R~(((,

где ( - квантовая эффективность (отношение количества электронов на выходе фотодиода к количеству падающих на его фоточувствительную площадку квантов света), ( - длина волны оптического излучения. Для идеального фотодиода ( = 1. Спектральные зависимости чувствительности для некоторых типов фотодиодов представлены на рис. 1.

Рис.1. Спектральная зависимость чувствительности фотоприемников на основе Si, Ge и InGaAs.

В ближнем ИК-диапазоне квантовая эффективность высока у кремниевых фотодиодов. В области длин волн 1000-1600 нм высокой квантовой эффективностью характеризуются германиевые фотодиоды. Фотодиоды на основе тройных (InGaAs) и четверных (InGaAsP) соединений при прочих равных условиях могут использоваться в более широком спектральном диапазоне. Этим обусловлено все возрастающее применение в тестерах именно таких фотоприемников, и такая тенденция только усиливается в связи с развитием систем со спектральным уплотнением. Неравномерность спектральной чувствительности фотодиодов компенсируется за счет соответствующих схем обработки. Обычно устанавливается равная чувствительность в точках калибровки, например, 850, 1310 и 1550 нм. В приборах более высокого класса калибровку компенсации неравномерности можно проводить с заданным шагом по длине волны, например, 1 нм или 5 нм.

Применяемые в настоящее время фотоприемники имеют довольно широкую фоточувствительную площадку. Типовой размер такой площадки у фотодиода на основе InGaAs - 1 мм, на Si и Ge - 5 мм. Это существенно больше размеров модового пятна на выходе волоконного световода, что позволяет применять одни и те же измерители как на одномодовых, так и на многомодовых линиях. Максимальная допустимая для точных измерений мощность определяется границей линейности характеристики измерителя (с учетом неравномерного характера распределения мощности на выходе световода).

Применение оптических тестеров

Основное назначение тестера - измерение мощности оптического излучения на выходе волоконно-оптической системы, определения затухания в ней и на отдельных компонентах кабельной системы и их соединениях. В настоящее время на российском рынке представлены измерительные приборы для волоконной оптики от десятков производителей; большинство из них иностранного производства. Параметры источников и приемников приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Сравнительные характеристики некоторых источников оптического излучения

Произво-дитель	"Перспек-тивные техно-логии"	ЛОНИИР	КБВП	Wavetek	ANDO	EXFO
Марка	ПТ10ХY	Алмаз11	FOD 2107	OLS-6	AQ4251	FOT 700
Тип источника	Лазер	Лазер	Лазер	Лазер	Лазер	Лазер
Длина волны, нм	850, 1310, 1550	850, 1310, 1550	1550	1310, 1550	1310, 1550	1310, 1550
Уровень выходного сигнала, дБ	? -6	? -3	-3	-7	-7	-4
Нестабиль-ность выходного уровня, дБ	0,1	0,1	0,05	Н/д	0,05 (за 5 мин)	0,1 (за 8 ч)
Ширина спектра излучения, нм	? 5	? 5	Н/д	Н/д	? 5	? 5
Время непрерыв-ной работы от одного комплекта источников, ч	30	30	24	Н/д	15	Н/д
Габариты, мм	120х60х22	195х100х41	150х90х30	185х95х49	265х88х43	235х125х60
Масса, г	200	500	300	500	450	860

Таблица 2. Сравнительные характеристики некоторых измерителей оптической мощности

Производитель	"Перспективные технологии"		ЛОНИИР	КБВП	W&G	EXFO
Марка	ПТ2000	ПТ2010	Алмаз21	FOD 1202	OLP 18	FOT 10A
Тип приемника	InGaAs	InGaAs	InGaAs	InGaAs	InGaAs	Ge
Динамический диапазон, дБ	+3- -60	+10- -70	+3- -60	+3- -60	+26- -60	+6- -60
Погрешность измерения относительных уровней, дБ	0,2	0,13	0,2	0,25	0,13	0,2
Возможность усреднения	+	+	+	-	-	Н/д
Диапазон длин волн, нм	800-1600	800-1600	800-1600	Н/д	800-1600	Н/д
Основная относительная погрешность измерения на длине волны калибровки, дБ	0,5	0,25	0,5	Н/д	Н/д	Н/д
Возможность усреднения результатов измерения	-	+	-	-	-	-
Наличие порта RS232 для связи с компьютером	-	+	-	-	-	-
Время непрерывной работы от одного комплекта батарей, ч	? 50 (комплект аккуму-ляторов)	? 40 (комплект аккуму-ляторов)	40	Н/д	12	Н/д
Габариты, мм	120х60х22	120х60х22	195х100х41	150х90х30	185х95х49	Н/д
Масса, г	200	200	Н/д	300	500	Н/д

Для работы в диапазонах 800, 1300, 1700 нм подходят тестеры с приемниками на основе InGaAs. Они более чувствительны, чем германиевые фотоприемники, и, как правило, обеспечивают большой динамический диапазон. Дополнительное преимущество фотоприемников на тройных структурах в том, что у них более гладкая спектральная зависимость чувствительности, и их можно использовать во всем спектральном диапазоне, а не только на длинах калибровки. Это свойство приобретает особую актуальность в связи с развитием систем со спектральным уплотнением.

Немаловажную роль играют схемные решения в приборах. Наибольшую точность измерений обеспечивают приемники с цифровой обработкой сигнала. Это, как правило, приборы, разработанные недавно. Современная электронная "начинка" обеспечивает уменьшение их габаритов и снижение энергопотребления.

В отдельный класс можно выделить приемники для измерения мощных оптических сигналов. Основные сферы их применения - системы кабельного телевидения (CATV), линии с оптическими усилителями на активных волокнах. Динамический диапазон таких приемников смещен в сторону больших мощностей (обычно на 20 дБ).

Приборы российского производства ПТ2000 и ПТ2010 ("Перспективные технологии") и комплект Алмаз21 (ЛОНИИР) по своим параметрам не уступают зарубежным образцам, имеют все необходимые сертификаты и, что немаловажно для эксплуатации, техническую и гарантийную поддержку непосредственно от производителя. Измеритель ПТ2010 (рис. 3) позволяет проводить измерения в спектральных интервалах 800-900 нм, 1250-1350 нм и 1500-1650 нм с шагом 5 нм в каждом интервале. Цифровая обработка, во-первых, позволяет компенсировать неравномерность чувствительности фотодиода и повысить точность измерений, а во-вторых, обеспечивает стыковку прибора с компьютером.

Измерение прямых потерь

Метод вносимых потерь (замещения) применяется для определения потерь на разъемном соединении (рис. 4) и в оптическом кабеле.

Рис. 2. Измерение потерь методом вносимых потерь (замещения).

Рис. 1. Профиль DIP оптоволокна и искажение импульса на приеме

Рис. 2. Влияние профиля DIP на распространение мод в оптоволокне

Таблица 1. Максимальная дальность передачи сигнала Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) в канале СКС

Тип волокна	Длина волны, нм	Максимальное расстояние, м
		Обычный оптический кабель	Gigalite II
62,5/125	850	275	600
62,5/125	1300	500	1200
50/125	850	500	1000
50/125	1300	500	2000

Таблица 2. Стандарты сетевых приложений Gigabit Ethernet при работе по оптоволоконному кабелю

Стандарт	Тип волокна	Диаметр волокна, мкм	Полоса частот, МГц	Расстояние, м
1000Base-SX	MM	62,5	160	2-220
	MM	62,5	200	2-275
	MM	50	400	2-500
	MM	50	500	2-550
1000Base-LX	MM	62,5	500	2-550
	MM	50	400	2-550
	MM	50	500	2-550
	SM	9		2-5000
1000Base-ТX	Категория 5	125	Менее 100

Для магистралей распределителей уровня группы зданий, вертикальных участков и свернутых магистралей, а также для оснащения рабочего места существуют универсальные решения. Это FTTW - оптоволокно до рабочего места; в нем соединяются решения FTTO (оптоволокно в офис) и FTTD (оптоволокно до рабочего стола) (рис. 3). Технология FTTW пришла на смену существовавшему до недавнего времени популярному решению CTTD (медный кабель до рабочего места).

Рис. 3. Кабельное решение FTTW

В чем преимущества такого подхода перед известными решениями, использующими медный кабель? Во-первых, волокно подходит к розетке рабочего места, минуя уровни распределения этажа здания, что позволяет сэкономить на установке коммутационных коробок зонового распределения. Во-вторых, можно подвести к офису оптические магистрали АТМ (155 Мбит/с) и Gigabit Ethernet. И наконец, в-третьих, можно организовать офисные концентраторы на базе оптоволокна с последующим зоновым распределением или доводкой сигнала до рабочего места после преобразования по медному кабелю.

Существует и традиционное решение, при котором оптический кабель зонового распределения прокладывается в необходимом направлении. Для этого используются коммутационные коробки с предустановленными на заводе оптическими разъемами типа SC, ST, MT-RJ или прокладывается магистральное оптоволокно с разъемами МРО до зонового распределителя в офисе с последующим выполнением соединения в коммутационной коробке.

Преимущества применения разъемов МРО - быстрота и гибкость выполняемого монтажа на объекте установки. Магистральный оптический кабель с разъемами МРО протестирован в заводских условиях и может содержать 4, 8 или 12 волокон, которые соединяются при помощи таких же разъемов монтажниками на объекте.

И, наконец, доводка оптоволоконного кабеля до рабочего места потребует от монтажников лишь операции оконцовки (терминирования) волокна в розетке. Это стало возможным благодаря использованию специальной сетевой интерфейсной карты Fiber Con PC, разработанной Alcatel, которая преобразует оптический сигнал в электрический непосредственно в персональном компьютере. Пользователь (или сетевой администратор) должен просто соединить специальным коммутационным шнуром выход электрического интерфейса платы Fiber Con PC и вход сетевого адаптера ПК, а дальнейшая настройка и подготовка к работе выполняются автоматически в течение нескольких минут.

Статья предоставлена журналом BYTE