Hiểu biết

Cáp quang truyền dữ liệu dưới dạng ánh sáng thay vì điện năng. Sự khác biệt duy nhất đó quyết định nơi nó được sử dụng: bất cứ nơi nào mạng cần nhiều công suất hơn khả năng của đồng, khoảng cách xa hơn khả năng của đồng hoặc hoàn toàn miễn nhiễm với nhiễu điện của môi trường mà nó chạy qua.

Hướng dẫn này trả lời ba câu hỏi theo thứ tự: cáp quang thực sự được sử dụng để làm gì, nó thực sự mang lại lợi ích gì cho bạn (và bạn phải trả bao nhiêu tiền) và cách chuyển từ ứng dụng sang cấu trúc cáp cụ thể mà không cần đoán.

Cáp quang được sử dụng ở đâu và tại sao

Phần còn lại của bài viết này sẽ mở rộng từng phần trong số này, sau đó biến logic lựa chọn thành một trình tự mà bạn có thể làm theo.

Cáp quang hoạt động như thế nào

Bộ thu phát quang chuyển đổi dữ liệu điện thành ánh sáng được điều chế. Sợi dẫn ánh sáng dọc theo lõi thủy tinh và bộ thu phát ở đầu xa sẽ chuyển đổi ánh sáng trở lại. Bản thân cáp là thụ động - nó không tăng thêm, không xử lý và không cấp nguồn.

Hai hậu quả xảy ra sau đó và hầu hết mọi ứng dụng dưới đây đều là một biến thể của chúng. Đầu tiên, tổn thất cực kỳ thấp:ITU-T Khuyến nghị G.652đặt giới hạn suy giảm cho sợi quang đơn mode tiêu chuẩn và G.652.D thương mại thường chạy khoảng 0,18–0,20 dB/km ở 1550 nm, so với khoảng 20 dB trên 100 m đối với cặp xoắn đồng ở 500 MHz. Thứ hai, thủy tinh không dẫn điện nên cáp-điện môi không tạo ra vòng nối đất, không gây nhiễu và không thể mang dòng điện sự cố vào thiết bị của bạn.

Cần tách biệt hai thuật ngữ được sử dụng thay thế cho nhau. Sợi quang là ống dẫn sóng mỏng-như sợi tóc. Cáp quang là tất cả mọi thứ được xây dựng xung quanh nó - ống đệm, chặn-nước, bộ phận chịu lực, áo giáp, áo khoác. Chất xơ quyết định hiệu suất quang học của bạn; cáp quyết định liệu liên kết có tồn tại được sau khi lắp đặt và chịu đựng thời tiết trong 20 năm hay không.

Cáp quang được sử dụng để làm gì?

Các ứng dụng rơi vào bốn nhóm. Chúng không có yêu cầu như nhau và các quyết định về cáp bên trong chúng rất khác nhau.

Nhóm 1: Mạng truyền thông công cộng

Mạng đường trục và mạng metro.Đây là cách sử dụng chất xơ lâu đời nhất và lớn nhất. Các tuyến đường-đường dài mang theo lưu lượng tổng hợp giữa các thành phố và quốc gia, nơi mà mỗi 0,01 dB/km tăng thêm sẽ chuyển trực tiếp thành ít bộ khuếch đại hơn. Số lượng sợi quang cao cũng quan trọng như độ suy giảm: cáp ruy băng 288- hoặc 576 sợi cho phép một ống dẫn phục vụ toàn bộ tuyến đường và việc ghép nối khối lượng các dải băng 12 sợi giúp giảm thời gian nối trên mỗi sợi khoảng một bậc độ lớn so với nối sợi đơn.

Truy cập FTTH và FTTB.Trong mạng quang thụ động, sợi quang chạy từ văn phòng trung tâm hoặc nút truy cập thông qua các bộ chia đến thiết bị đầu cuối mạng quang tại thuê bao. VDSL đồng không thể cung cấp dịch vụ gigabit đối xứng ở phạm vi đó; mạng không dây cố định có thể, nhưng không có hành vi tranh chấp tương tự trong các tòa nhà dày đặc. Rủi ro kỹ thuật chủ yếu ở đây không phải là sự suy giảm - khoảng truy cập ngắn - mà là sự uốn cong. Dây cáp thả được ghim xung quanh khung cửa và cuộn bên trong các vỏ nhỏ, đó là lý do tại sao sợi quang không nhạy cảm uốn cong-G.657.A2 đã thay thế phần lớn G.652 tiêu chuẩn trong lần thả cuối cùng. Nếu bạn đang chỉ định phân khúc đó thì những{10}sự cân bằng thực tế sẽ được nêu trong hướng dẫn này đểchọn cáp thả FTTH.

Truyền dẫn di động, truyền dẫn trung gian và truyền dẫn ngược.Người dùng kết nối không dây; mạng đằng sau radio thì không. Một địa điểm 5G có thể yêu cầu nhiều liên kết truyền dẫn 10G hoặc 25G với ngân sách về thời gian và độ trễ chặt chẽ, đồng thời cáp quang là phương tiện duy nhất cung cấp điều đó một cách nhất quán ở quy mô đường phố. Việc lựa chọn cáp ở tháp được quyết định bởi cơ học chứ không phải quang học: Cáp FTTA phải chịu tải trọng gió, tia cực tím và uốn cong nhiều lần ở thang cáp, do đó vật liệu vỏ và hiệu suất kéo quan trọng hơn số lượng sợi. Mục đích{6}}được xây dựngcáp quang 5Gthiết kế giải quyết chính xác điều này.

Một cảnh báo trung thực: không phải mọi trạm gốc đều được cung cấp bằng cáp quang. Khi chi phí đào rãnh quá cao hoặc địa điểm chỉ là tạm thời, việc truyền ngược sóng vi ba và milimet- vẫn là giải pháp kinh tế.

Nhóm 2: Hạ tầng dữ liệu

Trung tâm dữ liệu và kết nối.Bên trong giá đỡ,-gắn đồng trực tiếp vẫn rẻ hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn trong vài mét. Khi một liên kết đi qua một hàng, đồng sẽ không còn là một tùy chọn nữa: 10GBASE-T được giới hạn ở 100 m và không có cặp xoắn-tương đương với liên kết 400G nào cả. Phạm vi tiếp cận có liên quan được xác định trongIEEE Std 802.3, và chúng thúc đẩy quyết định về chất xơ nhiều hơn bất kỳ ưu tiên chung nào - chẳng hạn,IEEE 802.3cu xác định 100GBASE-FR1 đến ít nhất 2 km và 100GBASE-LR1 đến ít nhất 10 km trên sợi quang-chế độ đơn, trong khi giao diện SR đa chế độ được chỉ định ở khoảng 100 m.

Trình tự quyết định quan trọng trong thực tế chạy ngược từ bộ thu phát: chọn tốc độ và phạm vi tiếp cận, sửa lỗi PMD, PMD sửa lỗi-chế độ đơn hoặc đa chế độ, đồng thời số lượng cổng sẽ khắc phục xem bạn kết nối cáp với đường trục LC song công hay MPO/MTP. Sai thứ tự này là lỗi cáp trung tâm dữ liệu phổ biến nhất và tốn kém nhất - một nhà máy đa chế độ được cài đặt cho 40G có thể không tồn tại được sau khi làm mới 800G, trong khi-chế độ đơn lại tồn tại lâu hơn nhiều thế hệ quang học. Có cấu trúcgiải pháp kết nối trung tâm dữ liệuthường được chỉ định xung quanh lộ trình nâng cấp đó thay vì tốc độ ngày nay.

Truyền hình cáp và IPTV.Mạng cáp đồng trục-cáp lai đẩy cáp quang vào sâu hơn mỗi năm, chỉ để lại cáp đồng trục ở lần thả cuối cùng. Trình điều khiển không phải là chất lượng video mà là tầng khuếch đại: mọi bộ khuếch đại RF trong thời gian dài đồng trục sẽ tạo thêm nhiễu và điểm lỗi, đồng thời sợi quang sẽ loại bỏ chúng giữa đầu cuối và nút quang.

Nhóm 3: Cơ sở hạ tầng quan trọng

Tiện ích điện.Trạm biến áp là môi trường nguy hiểm nhất về điện trong mạng thương mại. Đo từ xa bằng đồng giữa các trạm biến áp tiềm ẩn rủi ro thực sự khi xảy ra sự cố chạm đất, khi điện thế đất tăng có thể xuất hiện trên toàn bộ cáp. Sợi điện môi loại bỏ hoàn toàn đường dẫn đó, đó là lý do tại sao SCADA, bảo vệ từ xa và các liên kết lưới-thông minh gần như được mặc định là cáp quang.

Hai công trình chiếm ưu thế. OPGW thay thế dây nối đất trên cao, do đó, nó phải tồn tại trong dòng điện-ngắn mạch mà đường dây có thể áp đặt - yêu cầu đó chứ không phải số lượng sợi, kích thước thép bọc nhôm xung quanh ống. ADSS treo bên dưới các dây dẫn pha không có bộ truyền tin và yếu tố hạn chế của nó là điện thế không gian cảm ứng tại điểm đính kèm: trên cường độ trường nhất định, việc tạo hồ quang-dải khô sẽ làm suy giảm vỏ bọc polyetylen tiêu chuẩn và bắt buộc phải có một lớp bọc chống đường-.Tiêu chuẩn IEEE 1222xác định chế độ kiểm tra điện và cơ cho cáp ADSS và các tiện ích thường chỉ định trực tiếp đối với chế độ đó. Một so sánh ngắn của cả hai có sẵn trong phần phân tích nàyCáp ADSS so với OPGW.

Vận tải.Đường sắt, tàu điện ngầm, đường cao tốc, đường hầm và sân bay có chung một cấu hình: thiết bị nằm rải rác trên khoảng cách xa, dòng điện kéo hoặc động cơ truyền động ở gần và gần như{0}}không cho phép thời gian ngừng hoạt động. Sợi quang giải quyết khoảng cách và nhiễu cùng một lúc. Rủi ro lựa chọn là về mặt cơ học chứ không phải cáp quang - trong máng cáp phải đối mặt với loài gặm nhấm, mài mòn chấn lưu và sự xâm nhập của nước, vì vậy loại lớp giáp và khả năng chặn nước-thường quyết định thông số kỹ thuật.

An ninh và giám sát.Camera có độ phân giải cao trên phạm vi vành đai có thể cách phòng điều khiển hàng km, vượt xa giới hạn đồng của Ethernet và thường ở cùng cực với nguồn điện. Chất xơ loại bỏ cả hai ràng buộc. Lưu ý một điều nó không làm được: sợi điện môi không mang điện, vì vậy camera từ xa vẫn cần nguồn điện cục bộ, cáp lai hoặc nguồn điện riêng.

Nhóm 4: Môi trường chuyên biệt

Tự động hóa công nghiệp.Xưởng hàn hoặc mỏ là trường hợp xấu nhất đối với các bộ truyền động tần số biến thiên- bằng đồng -, máy hàn và máy biến áp tạo ra tiếng ồn mà không có biện pháp che chắn nào ngăn chặn hoàn toàn và việc chạy đồng dài giữa các tòa nhà tạo ra sự khác biệt về điện thế nối đất. Nguyên nhân điển hình để chuyển đổi sang cáp quang là mạng lưới nhà máy cách các phòng sản xuất vài trăm mét cho thấy tình trạng mất gói không liên tục, không thể tái tạo có liên quan đến việc khởi động máy móc hạng nặng. Sau đó, cáp phải chịu được dầu, hóa chất, độ rung và mài mòn, đó là lý do tại sao các thông số kỹ thuật công nghiệp thường có kết cấu bọc thép hoặc vỏ bọc dày; sự cân bằng-được so sánh trong hướng dẫn này vớilựa chọn cáp quang bọc thép.

Chăm sóc sức khỏe.Các bệnh viện di chuyển các tệp hình ảnh rất lớn và lưu lượng PACS giữa các bộ hình ảnh và kho lưu trữ là lý do chính khiến đường trục sợi xuất hiện trong các tòa nhà y tế. Cách ly điện giữa các tòa nhà là lợi ích thứ yếu nhưng thực sự. Hiệu suất chữa cháy thường chiếm ưu thế trong việc lựa chọn cáp ở đây, bởi vì ống đứng và phòng họp của bệnh viện phải tuân theo các quy định nghiêm ngặt về phòng cháy của địa phương.

Hệ thống tàu ngầm.Lưu lượng truy cập xuyên lục địa chạy trên cáp, không phải vệ tinh. TheoCâu hỏi thường gặp về cáp ngầm của TeleGeography, dữ liệu của FCC cho thấy các vệ tinh chiếm một phần trăm công suất quốc tế của Hoa Kỳ và cùng một nguồn lưu ý rằng lỗi cáp là thường lệ - khoảng 200 lỗi mỗi năm trên toàn thế giới, theo dữ liệu của Ủy ban Bảo vệ Cáp Quốc tế. Cáp ngầm là một loại kỹ thuật khác: bộ lặp, dây dẫn điện, cấu trúc-chịu áp lực và lớp bọc thép hạng nặng ở cuối bờ-, được thiết kế dựa trên tính kinh tế sửa chữa cũng như truyền tải.

Lợi ích chính của cáp quang - và các giới hạn của nó là gì?

Lợi thế của chất xơ là có thật nhưng bị hạn chế. Nêu rõ ranh giới là điều làm cho chúng có thể sử dụng được trong một đặc điểm kỹ thuật.

• Dung tích.Một cặp sợi đơn mang terabit với tính năng ghép kênh phân chia bước sóng. Trần nhà được thiết lập bởi các bộ thu phát và hệ thống đường quang chứ không phải bằng kính.
• Khoảng cách.Các đường liên kết-chế độ đơn thụ động dài 10–80 km là thông lệ; Ethernet đồng dừng ở 100 m. Phạm vi tiếp cận là một chức năng của mức suy hao sợi quang - của ngân sách liên kết, mất mối nối và đầu nối cũng như độ nhạy của bộ thu phát cùng nhau.
• Miễn nhiễm với nhiễu và cách ly điện.Cáp-điện môi hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi EMI và không tạo ra đường dẫn điện. Đây là lợi ích duy nhất mà đồng không thể đạt được bằng bất cứ giá nào.
• Kích thước và trọng lượng.Cáp ngoài trời 144 sợi mỏng hơn một số cặp đồng, điều này quan trọng trong các ống dẫn bị tắc nghẽn và trên các cột chịu tải.
• Bảo vệ.Việc chạm vào sợi quang yêu cầu quyền truy cập vật lý và tạo ra sự kiện mất mát có thể phát hiện được.
• Độ trễ - có cảnh báo.Ánh sáng trong silica lan truyền với tốc độ khoảng 2{0}}c, khoảng 5 µs trên mỗi km. Sợi quang làm giảm độ trễ chủ yếu bằng cách cho phép tuyến đường ngắn hơn, trực tiếp hơn và bằng cách loại bỏ việc truyền lại do nhiễu. Độ trễ từ đầu đến cuối-đến-đầu cuối bị chi phối bởi chuyển mạch, giao thức và định tuyến, vì vậy "cáp quang có độ trễ thấp" chỉ đúng ở lớp vật lý.

Chống lại điều đó, những hạn chế trung thực:

• Chi phí lắp đặt trên mỗi liên kết cao hơn ở khoảng cách ngắn và việc nối dây đòi hỏi các kỹ thuật viên được đào tạo và máy hàn nhiệt hạch.
• Hiệu suất phụ thuộc hoàn toàn vào bộ thu phát - cáp không thể bù đắp cho quang học không khớp.
• Độ nhạy uốn cong vẫn là chế độ lỗi trường bên ngoài sợi G.657.
• Việc sửa chữa cần có hộp nối và nơi cất giữ, không phải dụng cụ uốn.
• Sợi điện môi không thể cung cấp năng lượng. Khi nguồn và dữ liệu phải chia sẻ một tuyến đường, bạn cần có cáp hỗn hợp lai hoặc quang điện.

Chất xơ và đồng: Khi đồng vẫn thắng

Đồng vẫn là câu trả lời tốt hơn cho các-liên kết giá đỡ ngắn, trong-xây dựng hệ thống cáp ngang tới bàn và điểm truy cập cũng như bất kỳ nơi nào Cấp nguồn qua Ethernet đang thực hiện công việc thực tế. Việc chấm dứt tại chỗ cũng dễ dàng hơn với công cụ tối thiểu. Sợi quang thắng về băng thông, khoảng cách, khả năng chống nhiễu và cách ly. Sự lựa chọn phụ thuộc vào kiến ​​trúc hệ thống và phạm vi tiếp cận, chứ không phải phương tiện nào nhanh hơn về mặt lý thuyết.

Cách chọn cáp quang: Trình tự sáu{0}}bước

Hầu hết các hướng dẫn lựa chọn đều liệt kê các biến. Các biến được kết nối với nhau và thứ tự bạn giải quyết chúng trong các vấn đề - mỗi bước sẽ hạn chế bước tiếp theo.

1. Xác định hệ thống truyền tải và phạm vi tiếp cận.Tốc độ dữ liệu, tiêu chuẩn giao diện và độ dài liên kết được đặt lên hàng đầu vì chúng đặt ra mức tổn thất mà mọi thứ khác phải phù hợp bên trong.
2. Lấy loại sợi từ bước 1.Ngoài vài trăm mét hoặc nơi liên kết phải tồn tại khi nâng cấp tốc độ trong tương lai,{0}}chế độ đơn. Đa chế độ chỉ ở những nơi phạm vi tiếp cận ngắn và việc tiết kiệm chi phí thu phát là rất quan trọng. Các đường phân chia thực tế được đề cập trong phần so sánh nàysợi đơn-chế độ và sợi đa chế độ. Thêm sợi dự phòng vào đây, không muộn hơn - việc kéo cáp thứ hai sẽ tốn kém hơn nhiều so với việc thêm sợi vào cáp đầu tiên.
3. Sửa phương pháp cài đặt.Ống dẫn, chôn trực tiếp, trên không,-ống đứng trong tòa nhà hoặc dưới nước. Điều này quyết định thành phần độ bền, hệ thống chặn-nước và vỏ trước khi đặt ra bất kỳ câu hỏi nào về môi trường.
4. Hãy kết hợp việc xây dựng cáp với phương pháp đó.Các nhịp trên không thiết lập tải trọng kéo, độ võng và tải trọng băng/gió. Việc lắp đặt ống dẫn đặt lực căng và đường kính kéo tối đa so với công suất của ống. Bộ chôn trực tiếp nghiền nát và kháng động vật gặm nhấm. Trong trường hợp tuyến đường thay đổi ký tự - ngoài trời thành trong nhà -, bạn chuyển đổi tại hộp nối hoặc chỉ định cáp trong nhà/ngoài trời được xếp hạng kép- vàsự khác biệt giữa cáp trong nhà và ngoài trờiđáng để kiểm tra trước khi cho rằng một cáp có thể thực hiện cả hai.
5. Áp dụng các ràng buộc về môi trường và quy định.Nhiệt độ vận hành, tia cực tím, hóa chất, độ ẩm, điện trường cao - và hiệu suất cháy, đây là một hạn chế được đặt ra bởi luật pháp chứ không phải bởi kỹ thuật. Cáp trong nhà phải có mức chịu lửa theo yêu cầu của khu vực pháp lý của bạn; ở Bắc Mỹ có nghĩa là các danh sách theo Điều 770 của NEC như OFNP hoặc OFNR và ở những nơi khác có phân loại địa phương hoặc IEC tương đương.
6. Khóa các tiêu chuẩn, thử nghiệm và chấp nhận.Đặt tên cho các tài liệu ITU-T, IEC, IEEE hoặc TIA hiện hành thay vì liệt kê các cơ quan. Xác định báo cáo thử nghiệm tại nhà máy, chiều dài trống, tiêu chí đóng gói và chấp nhận trước khi đặt hàng và lập kế hoạch thử nghiệm tại hiện trường -kiểm tra cáp quangsau khi cài đặt là điều chứng minh ngân sách liên kết bạn đã tính ở bước 1.

Câu hỏi thường gặp

Cáp quang chỉ được sử dụng để liên lạc internet?

Không. Nó được sử dụng trong vận tải di động, trung tâm dữ liệu, bảo vệ hệ thống điện và SCADA, tín hiệu giao thông, điều khiển công nghiệp, giám sát, mạng hình ảnh y tế, hệ thống phát thanh và tàu ngầm. Một số trong số này là các ứng dụng điều khiển và an toàn trong đó việc cách ly điện quan trọng hơn băng thông.

Cáp quang có mang điện không?

Cáp điện môi tiêu chuẩn thì không. Cáp hỗn hợp quang điện và lai kết hợp sợi quang với dây dẫn kim loại đặc biệt để cung cấp năng lượng và dữ liệu trên một tuyến - phổ biến cho các thiết bị vô tuyến và máy ảnh từ xa.

Có phải chất xơ luôn nhanh hơn đồng?

Cáp quang cung cấp dung lượng và phạm vi tiếp cận lớn hơn nhiều, nhưng thông lượng bạn nhận được do bộ thu phát, giao thức và thiết kế mạng thiết lập. Trên một liên kết-trong giá đỡ dài 3 m, cáp DAC đồng cung cấp cùng mức 100G với chi phí và công suất thấp hơn.

Cáp quang có thể chạy bao xa mà không cần khuếch đại?

Nó phụ thuộc vào ngân sách liên kết chứ không phải chỉ riêng cáp. Giao diện Ethernet chế độ đơn{1}}điển hình được chỉ định từ 2 km đến 40 km và các hệ thống đường dài-sẽ mở rộng hơn nữa nhờ khả năng khuếch đại. Suy hao mối nối, suy hao đầu nối và suy hao sợi cùng nhau xác định giới hạn thực cho một tuyến nhất định.

Sự khác biệt giữa cáp quang và cáp quang là gì?

Sợi quang là ống dẫn sóng thủy tinh. Cáp quang là cấu trúc được bảo vệ hoàn chỉnh xung quanh - ống đệm, chặn-nước, bộ phận chịu lực, áo giáp và áo khoác. Hai sợi cáp có cùng loại sợi có thể có đặc tính cơ học và chống cháy hoàn toàn khác nhau.

Có thể sử dụng cùng một loại cáp trong nhà và ngoài trời không?

Chỉ khi nó được chỉ định cho cả hai. Cáp ngoài trời thường không có chỉ số chống cháy cần thiết bên trong tòa nhà và nhiều cáp trong nhà thiếu hiệu suất chặn tia cực tím và{1}}nước. Cáp trong nhà/ngoài trời được xếp hạng kép tồn tại chính xác vì giải pháp thay thế là vỏ nối ở mọi lối vào tòa nhà.

Phần kết luận

Cáp quang được sử dụng ở bất kỳ nơi nào có công suất, khoảng cách hoặc cách ly điện vượt quá những gì đồng có thể cung cấp - mà ngày nay bao phủ hầu hết lớp truyền tải của mạng công cộng, trung tâm dữ liệu, lưới điện và hệ thống giao thông, trong khi cáp đồng giữ lại vài mét cuối cùng và bất kỳ thứ gì cần mang điện.

Điểm thực tế là "sợi" không phải là quyết định về sản phẩm. Loại sợi theo hệ thống truyền tải, cấu trúc theo cách lắp đặt cáp và áo khoác theo vị trí của nó và nội dung quy định về phòng cháy chữa cháy. Giải quyết những thứ đó theo thứ tự và đặc tả sẽ tự viết; giải quyết chúng không theo thứ tự và cuối cùng bạn có một sợi cáp vượt qua các bài kiểm tra tại nhà máy và không thành công tại hiện trường.