Cáp quang ngoài trời trong nhà 2 sợi hoạt động như thế nào?
Cáp 2 sợi trong nhà, ngoài trời truyền dữ liệu qua hai sợi thủy tinh hoặc nhựa riêng lẻ mang tín hiệu ánh sáng sử dụng phản xạ nội toàn phần. Mỗi sợi bao gồm một lõi, lớp bọc và các lớp bảo vệ được thiết kế để hoạt động đáng tin cậy trong cả môi trường trong nhà và ngoài trời.
Cơ chế truyền lõi
Hoạt động cơ bản dựa vào vật lý ánh sáng. Một sợi quang truyền ánh sáng dọc theo trục của nó thông qua phản xạ nội toàn phần, với lõi được bao quanh bởi một lớp vỏ làm bằng vật liệu điện môi. Khi ánh sáng đi vào lõi sợi ở góc thích hợp, nó liên tục bật ra khỏi ranh giới giữa lõi và lớp bọc thay vì thoát ra ngoài.
Điều này xảy ra vì chiết suất của lõi phải lớn hơn chiết suất của lớp bọc để hạn chế tín hiệu quang. Hãy tưởng tượng nó giống như một hành lang có gương trên tường-tín hiệu ánh sáng truyền dọc theo chiều dài bằng cách phản chiếu các ranh giới bên trong này hàng nghìn lần trên một mét.
Chức năng của hai sợi
Trong cấu hình 2 sợi, mỗi sợi hoạt động độc lập. Một sợi thường xử lý tín hiệu truyền trong khi sợi kia xử lý tín hiệu, tạo ra đường truyền thông hai chiều. Các loại cáp này bao gồm 2 sợi singlemode có lõi 9 micron bên trong sợi Aramid chặn nước được bọc trong lớp vỏ ngoài bằng nhựa PVC màu đen.
Ký hiệu "2 sợi" có nghĩa là có hai đường dẫn quang riêng biệt trong một cụm cáp. Điều này cho phép liên lạc hai chiều-đồng thời mà không bị nhiễu tín hiệu vì mỗi sợi được cách ly về mặt quang học với sợi kia.
Lớp xây dựng vật lý
Cáp quang trong nhà/ngoài trời kết hợp các ưu điểm của cáp ngoài trời, chẳng hạn như khả năng chống ẩm, chống nước và hiệu suất cơ học tốt, với các đặc tính của cáp trong nhà, bao gồm khả năng chống cháy và không dẫn điện.
Lớp lõi: Phần trong cùng nơi ánh sáng truyền đi. Sợi đơn chế độ{1}}sử dụng lõi 9 micron được tối ưu hóa cho bước sóng ánh sáng 1310nm hoặc 1550nm.
Tấm ốp: Lớp vỏ bọc xung quanh lõi và được làm bằng một loại kính khác có chiết suất thấp hơn so với lõi, giúp giữ tín hiệu ánh sáng bên trong. Ranh giới quang học này là nơi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.
Lớp phủ đệm: Cáp trong nhà sử dụng sợi đệm chặt-có đường kính 900μm, trong khi cáp ngoài trời thường sử dụng sợi màu có đường kính 250μm hoặc 200μm. Cáp trong nhà/ngoài trời thu hẹp khoảng cách này bằng phương pháp trung gian.
Thành viên sức mạnh: Sợi aramid (chẳng hạn như Kevlar) đóng vai trò là thành phần có độ bền linh hoạt được bó cùng với sợi. Những điều này giúp ngăn các sợi thủy tinh mỏng manh bị đứt khi cáp bị kéo hoặc uốn cong trong quá trình lắp đặt.
Áo khoác ngoài: Vỏ bọc sử dụng vật liệu chống cháy-chẳng hạn như polyetylen, polyvinyl clorua hoặc polyolefin chống cháy-không khói halogen-ít khói. Lớp vỏ ngoài có khả năng chống ẩm, chống nấm-và chống tia cực tím, thích hợp cho ống dẫn ngầm, không gian trên không hoặc trong nhà/ngoài trời.
Yêu cầu về hiệu suất trong nhà và ngoài trời
Thiết kế được xếp hạng kép giải quyết những thách thức môi trường riêng biệt.
Để sử dụng trong nhà, cáp phải đáp ứng các quy định về an toàn cháy nổ. Cáp có Xếp hạng Riser (CMR) tuân thủ UL-1666, nghĩa là nó tự dập tắt và ngăn ngọn lửa lan lên cáp trong thử nghiệm đốt cháy theo chiều dọc. Điều này quan trọng trong các tòa nhà nơi cáp chạy thẳng đứng giữa các tầng thông qua ống đứng hoặc trục thang máy.
Để sử dụng ngoài trời, độ bền trở nên quan trọng. Cáp quang ngoài trời có độ bền kéo cao hơn và lớp phủ bảo vệ dày hơn so với cáp trong nhà, giúp chúng bền hơn trong môi trường khắc nghiệt ngoài trời. Chúng phải chịu được bức xạ tia cực tím, nhiệt độ khắc nghiệt, độ ẩm và căng thẳng về thể chất.
Cáp trong nhà/ngoài trời thực hiện biện pháp chống thấm khô để tránh rò rỉ dầu mỡ khi cáp được triển khai theo chiều dọc và sử dụng việc không có các thành phần kim loại trong kết cấu hoặc các thành phần gia cố bằng kim loại dễ bị ngắt điện. Điều này giúp loại bỏ nguy cơ dẫn điện vào các tòa nhà trong khi vẫn duy trì độ bền cơ học ngoài trời.
Quá trình truyền tín hiệu
Khi cần gửi dữ liệu, thiết bị điện tử sẽ chuyển đổi tín hiệu điện thành xung ánh sáng bằng tia laser hoặc đèn LED. Những xung ánh sáng này đi vào lõi sợi ở một đầu.
Ánh sáng truyền xuống cáp quang-bằng cách bật ra khỏi các bức tường liên tục-mỗi photon liên tục bật xuống ống. Góc tới hạn quyết định ánh sáng phản xạ hay thoát ra. Để ánh sáng bị phản xạ toàn phần, góc tới phải lớn hơn góc tới hạn để sự phản xạ liên tục xảy ra trên thành của lớp bọc bên trong sợi quang.
Ở đầu nhận, bộ tách sóng quang chuyển đổi xung ánh sáng thành tín hiệu điện mà thiết bị mạng có thể xử lý. Toàn bộ quá trình truyền xảy ra ở tốc độ ánh sáng trong kính-khoảng 200.000 km/giây.
Mất tín hiệu và khoảng cách
Không có đường truyền nào là hoàn hảo. Đối với sợi quang-chế độ đơn, độ suy giảm điển hình ở 1550 nm là khoảng 0,2 dB/km, trong khi ở 1310 nm là khoảng 0,5 dB/km. Điều này có nghĩa là cáp dài 10 km có thể giảm cường độ tín hiệu từ 2-5 decibel tùy thuộc vào bước sóng.
Với sợi SMF28, mức suy hao nhỏ hơn 0,15dB mỗi km chủ yếu do tán xạ, do đó, bạn mất ít ánh sáng qua toàn bộ km sợi quang hơn so với việc phản xạ một lần khỏi gương kim loại. Hiệu suất vượt trội này là lý do tại sao cáp quang chiếm ưu thế trong-việc liên lạc đường dài.
Tổn thất bổ sung xảy ra tại các điểm kết nối. Đầu nối chế độ đơn được lắp ráp tại nhà máy có tổn hao trong khoảng 0,1-0,2 dB và đầu nối kết cuối trường có thể có tổn hao cao tới 0,2-1,0dB. Mỗi mối nối bổ sung thêm mức suy hao 0,1-0,3 dB.
Cài đặt linh hoạt
Xếp hạng trong nhà/ngoài trời có nghĩa là người lắp đặt không cần hộp chuyển tiếp nơi cáp đi xuyên qua tường hoặc giữa các tòa nhà.
Hệ thống cáp trong nhà{0}}ngoài trời thu hẹp khoảng cách cho các ứng dụng trong đó định tuyến mạng bao gồm các đường dẫn bên ngoài đồng thời cung cấp các yêu cầu về An toàn cháy nổ khi chuyển tiếp vào Tòa nhà trong khuôn viên trường. Một dây cáp liên tục có thể chạy trực tiếp từ ống dẫn ngoài trời vào không gian thông tầng trong nhà mà không vi phạm các quy định về điện.
Điều này giúp đơn giản hóa các mạng trong khuôn viên trường, việc triển khai cáp quang-đến{1}}-tại nhà và xây dựng các kết nối-đến-xây dựng. Sợi đệm chặt có bán kính uốn cong tối thiểu nhỏ hơn, hỗ trợ lắp đặt trong khay, giá đỡ, bảng vá lỗi và các khu vực có nhiều hướng thay đổi.
Tuy nhiên, vẫn có giới hạn bán kính uốn cong. Cáp có bán kính uốn cong tối thiểu 7,50mm dành cho vỏ kín và những khúc cua gấp. Vượt quá giới hạn này bằng cách uốn cong đột ngột có thể làm đứt các sợi thủy tinh bên trong hoặc gây mất tín hiệu do uốn cong vi mô.
Tại sao hai sợi thay vì một
Về mặt lý thuyết, nhiều ứng dụng có thể hoạt động với một sợi quang bằng cách sử dụng bộ thu phát hai chiều, nhưng thiết kế hai sợi quang chiếm ưu thế vì lý do thực tế.
Các đường truyền và nhận riêng biệt loại bỏ nhu cầu sử dụng thiết bị ghép kênh phân chia bước sóng ở cả hai đầu. Điều này làm giảm chi phí và độ phức tạp cho hầu hết các cài đặt. Quang học đơn giản hơn-một bước sóng theo một hướng trên mỗi sợi quang thay vì hai bước sóng dùng chung một sợi quang.
Việc khắc phục sự cố trở nên dễ dàng hơn khi mỗi hướng có đường dẫn vật lý riêng. Nếu một sợi quang bị lỗi, hiệu suất của sợi kia sẽ ngay lập tức cho biết vấn đề là do bản thân sợi quang hay thiết bị thu phát. Trong một-hệ thống sợi quang, việc chẩn đoán trở nên phức tạp hơn.
Nâng cấp tính linh hoạt cũng được cải thiện. Bạn có thể thay thế bộ thu phát ở một đầu mà không nhất thiết phải nâng cấp đồng thời cả hai bên, miễn là cả hai sợi vẫn hoạt động.
Nguồn sáng và các loại sợi
Sợi Singlemode được tối ưu hóa để hoạt động với các thiết bị cáp quang sử dụng bước sóng ánh sáng 1310nm hoặc 1550nm. Những bước sóng cụ thể này được chọn vì chúng giảm thiểu sự suy giảm trong sợi thủy tinh-chúng rơi vào "cửa sổ truyền" nơi thủy tinh silica trong suốt nhất.
Sợi đơn mode-có lõi rất mỏng và do phần trung tâm quá nhỏ nên ánh sáng không thực sự phản xạ xung quanh; tất cả các tín hiệu truyền thẳng qua giữa mà không bị bật ra khỏi các cạnh. Việc truyền đường dẫn thẳng-này ngăn chặn sự phân tán, cho phép tín hiệu duy trì hình dạng trong khoảng cách xa.
Giải pháp thay thế là sợi quang đa mode có lõi lớn hơn cho phép ánh sáng truyền đi nhiều đường. Sợi đa chế độ được sử dụng cho các liên kết liên lạc có khoảng cách-ngắn và cho các ứng dụng cần truyền công suất quang cao. Cáp trong nhà/ngoài trời có sẵn ở cả phiên bản-chế độ đơn và đa chế độ tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng.
Công nghệ chặn nước
Một trong những thách thức khó khăn nhất là ngăn chặn thiệt hại do nước gây ra nếu không sử dụng gel.
Sợi ống-rời sử dụng các ống chứa đầy gel-để chặn các sợi nước và đệm, trong khi các tùy chọn chặn nước khô-giúp nối sạch hơn, dễ dàng hơn. Nhiều loại cáp trong nhà/ngoài trời sử dụng công nghệ chặn nước khô-với các sợi chuyên dụng có thể phồng lên khi tiếp xúc với hơi ẩm.
Cáp quang bị chặn nước và vượt quá yêu cầu về độ thấm nước của ICEA S-104-696 và GR-20-CORE, giúp đảm bảo rằng mọi hư hỏng đối với cáp và sự xâm nhập của nước sau đó được hạn chế ở chiều dài có thể sửa chữa được vài mét.
Điều này quan trọng vì nước có thể làm tăng sự suy giảm bằng cách thay đổi đặc tính chiết suất ở ranh giới lớp bọc lõi. Ngay cả một lượng nhỏ hơi ẩm cũng có thể làm giảm chất lượng tín hiệu theo thời gian.
Câu hỏi thường gặp
Cáp trong nhà/ngoài trời có thực sự xử lý được cả hai môi trường không?
Có, nhưng với sự đánh đổi. Các loại cáp này đáp ứng các yêu cầu tối thiểu cho cả hai bối cảnh thay vì tối ưu cho cả hai bối cảnh. Chúng chắc chắn hơn cáp trong nhà thuần túy nhưng kém chắc chắn hơn cáp bọc thép ngoài trời chuyên dụng. Đối với hầu hết các ứng dụng trong khuôn viên trường và thương mại, chúng mang lại sự cân bằng tuyệt vời về hiệu suất, chi phí và tính linh hoạt khi cài đặt.
Khoảng cách tối đa cho 2 cáp quang là bao nhiêu?
Độ suy giảm trong cáp quang hiện đại ít hơn nhiều so với cáp đồng điện, dẫn đến kết nối cáp quang đường dài với khoảng cách bộ lặp là 70–150 km. Đối với các cài đặt thực tế, khoảng cách phụ thuộc vào nguồn điện của bộ thu phát và tổng tổn thất liên kết từ chiều dài sợi quang, đầu nối và mối nối. Một phép tính thông thường sẽ cộng thêm độ suy giảm (0,3-0,5 dB/km) cộng với tổn hao đầu nối (mỗi loại 0,5-0,75 dB) cộng với tổn hao mối nối (mỗi loại 0,1 dB) cộng với giới hạn an toàn 3 dB.
Làm thế nào để bạn kết nối hai sợi với thiết bị?
Mỗi sợi kết thúc bằng một đầu nối-thường là loại LC, SC hoặc ST. Sợi được kết thúc bằng các đầu nối LC vòng sắt bằng gốm dành cho những không gian khó tiếp cận và mỗi đầu nối sợi có ống phân nhánh 18" 2,0 mil xung quanh để tăng độ bền. Các đầu nối cắm vào mô-đun thu phát trên bộ chuyển mạch, bộ định tuyến hoặc bộ chuyển đổi phương tiện. Việc căn chỉnh đầu nối thích hợp là rất quan trọng vì lõi sợi quang chỉ rộng 9 micron.
Việc uốn cong có làm hỏng cáp không?
Những khúc cua gấp có thể gây mất tín hiệu ngay lập tức hoặc cuối cùng là đứt sợi quang. Hai loại uốn cong ảnh hưởng đến cáp quang-uốn vĩ mô là uốn cong lớn ở cáp, trong khi uốn vi mô là uốn cong nhỏ. Luôn duy trì bán kính uốn tối thiểu do nhà sản xuất chỉ định, thường là 10-15 lần đường kính cáp. Các loại sợi không nhạy cảm với uốn cong hiện đại có thể chịu được các uốn cong chặt hơn nhưng vẫn có giới hạn.
Cân nhắc lựa chọn cáp
Khi lựa chọn giữa cáp thuần trong nhà, cáp thuần ngoài trời hoặc cáp trong nhà/ngoài trời, hãy nghĩ đến toàn bộ đường dẫn lắp đặt.
Nếu cáp không bao giờ rời khỏi tòa nhà thì cáp-dành cho trong nhà sẽ có chi phí thấp hơn và mang lại sự linh hoạt tốt hơn cho không gian chật hẹp. Nếu nó nằm hoàn toàn bên ngoài trong ống dẫn hoặc đường chạy trên không, cáp ngoài trời được bọc thép chắc chắn sẽ mang lại sự bảo vệ tối đa.
Cáp trong nhà/ngoài trời có ý nghĩa khi bạn cần tính liên tục xuyên qua các ranh giới môi trường. Điều này bao gồm việc triển khai cáp quang-tới{2}}-bàn trong đó cáp chạy từ thiết bị đầu cuối ngoài trời đến văn phòng, mạng trong khuôn viên trường kết nối các tòa nhà và bất kỳ tình huống nào mà việc ngắt đường chạy sẽ yêu cầu nối nhiệt hạch trong hộp nối.
Lõi và lớp bọc của cáp quang trong nhà/ngoài trời được cấu tạo bằng sợi quang đơn mode chất lượng cao tuân thủ ITU-T G.652.D và tương thích ngược với các sợi quang đơn mode cũ khác. Việc tuân thủ tiêu chuẩn này đảm bảo khả năng tương tác với cơ sở hạ tầng hiện có và các bản nâng cấp trong tương lai.
Hãy nhớ rằng mặc dù cáp 2 sợi đáp ứng hầu hết các nhu cầu nhưng vẫn có số lượng sợi cao hơn (4, 6, 12 hoặc nhiều hơn) đối với các ứng dụng yêu cầu nhiều mạch hoặc dự phòng. Nguyên tắc hoạt động vẫn giống nhau-nhiều sợi hơn chỉ đơn giản là có nhiều đường dẫn giao tiếp song song hơn trong một vỏ cáp.
Cái hay của cáp quang là các nguyên tắc vật lý truyền ánh sáng qua kính vẫn không đổi cho dù bạn gửi dữ liệu qua một căn phòng hay qua đại dương. Bao bì bảo vệ thích nghi với môi trường, nhưng bên trong, hai sợi thủy tinh đó đang thực hiện cùng một thủ thuật tinh vi là bẫy và dẫn hướng các photon từ đầu này sang đầu kia.