Оптоволоконный кабель максимальная пропускная способность

Пропускная способность оптических волокон

За последние 30 лет, пропускная способность оптического волокна была значительно увеличена. Рост пропускной способности передачи на волокно даже значительно быстрее, чем, например, увеличение емкости электронных чипов памяти, или в увеличение вычислительной мощности микропроцессоров.

Пропускная способность волокна зависит от длины волокна. Чем длиннее волокно, тем больше пагубных эффектов, таких как межмодовая или хроматическая дисперсия, и, следовательно, тем ниже достижимая скорость передачи.

Для коротких дистанций, в несколько сотен метров или меньше (например, в сети хранения данных), часто более удобно использовать многомодовые волокна, так как они дешевле для установки (например, из-за их большой площади сердцевины волокна, они легче сращиваются). В зависимости от технологии передачи и длины волокна, они достигают скорости передачи данных от нескольких сотен Мбит / с и

Одномодовое волокно обычно используется для больших расстояний, в несколько километров и более. В текущих коммерческих системах телекоммуникации обычно скорость передачи 2,5 или 10 Гбит / с на канал передачи данных на расстояние десяти километров и более. В будущем системы могут использовать более высокие скорости передачи данных в канале, 40 или даже 160 Гбит / с, но в настоящее время требуемая общая мощность обычно получается путем передачи многими каналами с немного разными длинами волн через волокна; это называется спектральным уплотнением (WDM). Общая скорость передачи данных может быть несколько терабит в секунду, достаточной для передачи многих миллионов телефонных каналов одновременно. Даже этот потенциал не достигает на сегодняшний день физический предел оптического волокна. Кроме того, отметим, что волоконно-оптический кабель может содержать несколько слоев.

В заключение не стоит беспокоится, что технические ограничения к оптическим волокнам в передаче данных могут стать серьезными в обозримом будущем. Напротив, тот факт, что возможности передачи данных может развиваться быстрее, чем, например, хранения данных и вычислительные мощности, вдохновило некоторых людей, чтобы предсказать, что любые ограничения передачи скоро устареют, и большие вычисления и хранения объектов в высокой емкости сети передачи данных будет широко использоваться, аналогично тому, как она стала общей для использования электрических мощности от многих электростанциях в больших энергосистемах. Такое развитие событий может быть более строго ограничено программным обеспечением и безопасности, чем ограничение передачи данных.

Источник

Оптоволоконный кабель

На сегодняшний день широкое распространение при создании телекоммуникационных сетей получил оптический кабель. В его характерные особенности включены такие показатели, как:

• высокая скорость передачи данных;
• отсутствие восприимчивости к различным помехам;
• по сравнению с медными кабелями, малый вес и габаритные размеры;
• высокая продолжительность срока эксплуатации;
• возможность увеличения расстояния между передающими устройствами до 800 км.

Пожалуй, единственными недостатками, которые можно выделить при создании сети из оптоволокна — высокая стоимость материалов и оборудования, трудоемкий процесс монтажа кабеля, связанный с необходимостью проведения сварочных работ при прокладке основных магистралей.

Конструкция оптического кабеля

• 1 — центральный силовой элемент
• 2 — оптические волокна
• 3 — пластиковые трубочки-модули
• 4 — плёнка
• 5 — тонкая внутренняя оболочка из полиэтилена
• 6 — кевларовые нити или броня
• 7 — внешняя толстая оболочка из полиэтилена

Пропускная способность оптоволокна

За последние несколько десятков лет пропускная способность волоконно-оптического кабеля значительно увеличилась. При этом разработки по усовершенствованию одной из передовых технологий передачи данных не прекращается даже на минуту. В сущности, скорость передачи сигнала во многом зависит от расстояния между оборудованием, типа волоконного носителя и количества соединительных стыков в магистралях.

К примеру, использованный при построении внутренней сети (между серверами данных) многомодовый оптический кабель на расстоянии приблизительно в 200 метров способен обеспечить скорость до 10 Гбит/с.

Для прокладки внешних коммуникаций, где расстояние между передатчиками может достигать нескольких десятков километров применяется одномодовое оптоволокно. Структура такого кабеля позволяет развивать скорость потока более 10 Гбит/с. Правда, это далеко не предел возможности оптики. С увеличением потребительского спроса возникнет необходимость наращивать мощность оборудования и даже замена техники, позволяющая добиться скорости передачи данных на уровне 160 Гбит/с не способна использовать потенциал носителя в полной мере.

Виды оптоволоконного кабеля

По своей структуре оптоволоконный кабель делится на две категории:

Многомодовый оптический кабель хорошо зарекомендовал себя как проводник, передающий сигнал на малые расстояния. В первую очередь, это обусловлено структурой самого волокна, в названии которого слово «много» означает далеко не то, что принято считать хорошим показателем. Рекомендованное расстояние, при прокладке многомодового кабеля, от передающего устройства и до пользователя должно составлять не более одного километра. На этой дистанции проводник показывает великолепные способности по передаче светового потока практически без потерь и способен обеспечивать скорость до 10 Гбит/с. Таким образом, его можно использовать при построении сети в маленьком районе или же как оптический кабель для внутренней прокладки.

Одномодовый оптический кабель в первую очередь предназначен для передачи данных на большие расстояния, которые могут исчисляться в десятках, а то и сотнях километров. По своей структуре такой тип волокна обладает более лучшими качествами и способен поддерживать постоянную высокую скорость потока информации практически без затухания в оптическом кабеле. Таким образом, пропускная способность одномодового оптического носителя лимитируется непосредственно передающими устройствами и, при установленном мощном оборудовании, может достигать нескольких Тбит/с.

Необходимое оборудование для передачи информации по оптоволоконному кабелю

На сегодняшний день оптоволоконные сети получили широкое распространение среди компаний, предоставляющих своим абонентам доступ к интернету. При этом, для осуществления передачи данных, если не считать промежуточных муфт и прочего сопутствующего оборудования, используется следующая техника:

со стороны провайдера:
— специальное оборудование DLC, известное также под названием мультиплексор. Оно позволяет производить передачу данных по волоконно-оптическому кабелю на значительные расстояния с постоянно поддерживаемой высокой скоростью.

со стороны абонента:
— роутер ONT, который является оконечным клиентским оборудованием и позволяет обеспечить доступ к интернету через оптоволоконную сеть. Позволяет осуществлять доступ на скорости до 2.5 Гбит/с.

Источник

500 Гбит/с — рекорд скорости в оптоволоконных сетях

Инженерам из Германии удалось добиться рекордной скорости передачи данных по оптоволокну в реальных, не лабораторных, условиях — 500 Гбит/с в одном канале.

Кто установил рекорд

По данным ОЭСР, через три года количество устройств интернета вещей может достигнуть 50 млрд. С ростом числа гаджетов вырастет и объем трафика в мобильных сетях — по некоторым оценкам, примерно в четыре раза. В Deloitte говорят, что существующая оптоволоконная инфраструктура, которая станет основой для 5G-сетей, не справится с подобной нагрузкой.

По этой причине все больше компаний и исследовательских организаций работают над технологиями, повышающими пропускную способность «оптики». Одной из таких организаций является Мюнхенский технологический университет (TUM). Его сотрудники еще пять лет назад разработали алгоритм вероятностного формирования сигнального созвездия — Probabilistic Constellation Shaping, или PCS (подробнее о нем расскажем далее). В 2016 году с её помощью удалось впервые достичь терабитной скорости передачи данных в лаборатории.

В феврале этого года та же группа ученых поставила другой рекорд — они осуществили передачу данных на скорости 500 Гбит/с, но сделали это в «полевых» условиях. Для тестов использовали сигнальный процессор Nokia PSE-3, который внедрили в сеть немецкого оператора M-Net.

Как работает алгоритм

PCS — это метод, который дополняет квадратурную амплитудную модуляцию (QAM) в оптоволоконных сетях. В классическом случае QAM все точки (значения амплитуды сигнала) имеют равные веса и используются с одинаковой частотой.

Алгоритм PCS, разработанный инженерами из TUM, каждый раз выбирает оптимальную группу точек, которая лучше всего подходит для текущего состояния канала. Для каждой из точек созвездия высчитывается вероятность искажения данных и значение требуемой на отправку сигнала энергии. Чем меньше искажение сообщения и энергозатраты, тем чаще используется конкретная амплитуда. То, насколько часто использовать точку созвездия, определяют функции распределения вероятности. Они выводятся опытным путём для каждой конкретной сети на основе данных о среднем уровне шумов в оптическом канале.

/ Wikimedia / Splash / CC BY-SA / Сигнальное созвездие для 16-QAM

Обычно PSC реже задействует сигнальные точки с большой амплитудой. По словам разработчиков, это позволяет повысить устойчивость сигнала к шумам и увеличить скорость передачи. Например, для 16-QAM «прирост» составляет от 15 до 43%.

Применение и потенциал технологии

По словам президента Nokia Bell Lab Маркуса Велдона (Marcus Weldon), в будущем PCS позволит оптоволоконным сетям передавать большие объемы данных и динамически адаптироваться под текущие потребности в трафике (например, в 5G-сетях).

Технологию уже поддерживает провайдер сетевого оборудования Infinera. Компания использует вероятностную модуляцию в цифровых сигнальных процессорах серии ICE. В Infinera заявляют, что устройства смогут увеличить пропускную способность сетей до 800 Гбит/с, но пока их возможности еще не были протестированы. Представители компании говорят, что технология поможет мобильным операторам и интернет-провайдерам сократить расходы на развитие инфраструктуры и строительство новых линий.

Но на популярность вероятностной модуляции может повлиять один недостаток: она плохо оптимизирована для работы с существующими методами прямой коррекции ошибок (FEC) при передаче данных. FEC-методы рассчитаны на то, что все комбинации в канале используются одинаково часто. В случае с PCS некоторые точки созвездия выбираются чаще других, что может сказаться на производительности сети. Для решения этой проблемы разрабатывают более совершенные FEC-методы, например «распараллеливают» схемы коррекции и проводят несколько проверок одновременно.

О чем мы пишем в нашем корпоративном блоге:

/ Flickr / Groman123 / CC BY-SA

Аналог вероятностной модуляции

Есть ещё один вид модуляции сигнального созвездия — геометрический. Он отличается от вероятностного тем, что меняет не частоту использования конкретной точки, а форму созвездия. Для этого к амплитудной модуляции сигнала добавляют фазовую, что позволяет «сдвинуть» точки относительно друг друга. Как и вероятностная модуляция, геометрическая помогает добиться более эффективного использования оптического канала: расположение точек в созвездии выбирается так, чтобы в каждой из них отношение сигнал/шум (SNR) было максимальным.

Преимущество геометрического вида перед вероятностным — меньшее количество возможных значений амплитуды. Эта особенность снижает шанс искажения сигнала. Однако у геометрической модуляции есть недостаток: на практике она оказывается менее эффективной в уменьшении искажений сигнала, чем вероятностная.

Специалисты надеются улучшить геометрическую модуляцию с помощью методов машинного обучения, используя их для определения оптимальной формы сигнального созвездия. Результаты пока не очень впечатляют: в исследовании 2018 года простая однослойная нейросеть помогла повысить значение SNR на один процент. Однако инженеры планируют продолжать работу и поэкспериментировать с рекуррентными нейронными сетями.

Пока что геометрическая модуляция сигнального созвездия проигрывает вероятностной при работе в реальных сетях, и поэтому последнюю считают наиболее перспективным методом увеличения пропускной способности интернет-каналов. Ожидается, что в ближайшем будущем вероятностная модуляция принесёт пользу интернет-провайдерам в создании высокоскоростных линий fiber to the home, а также облачным провайдерам, например при переносе данных между разными дата-центрами.

Дополнительное чтение в нашем блоге на Хабре:

Источник

Волоконно-оптическая линия связи

Преимущества Волоконно-оптического кабеля на медным

Начитавшись хвалебных постов о преимуществе оптического кабеля над медным, пришёл к выводу, что эти статьи писали люди далекие от технологий связи, либо уверовавшими в свою правоту производители оптического кабеля.

В статье ниже мы разберемся, какие же всё-таки преимущества волоконно-оптического кабеля над медным.

• Высокая пропускная способность (скорость) — Начнем с показателя скорость.

Зачастую, когда речь идет о замерах пропускной способности, большинство материалов представленных на сайтах инсталляторов волоконно-оптического кабеля причисляют ВОСЛ к касте сверхскоростной связи. Но на самом деле дела обстоят иначе. Как у меди, так и у оптоволокна, на данный момент приблизительно одинаковая пропускная способность от 100 до 112 Гбит/с. Так что скорость передачи данных по волоконно-оптическому кабелю нельзя считать преимуществом. Так как более высокие показатели скорости были достигнуты экспериментальным путем и данное оборудование, не найти в свободной продаже. Ниже в статье будут приведены примеры скоростные показателей обоих технологий.

• Стоимость – да действительно стоимость на оптоволоконного кабеля действительно относиться к преимуществу. На сегодняшний день стоимость метра оптического кабеля 4 жильного сравнялась с медной витой парой 5 категории. Тем самым мы получаем 4 канала связи вместо одного по медной витой паре. И в некоторых случаях можно сэкономить приличные суммы при монтаже. Другая сторона медали стоимость оптического оборудования и расходных материалов. Не всегда рационально использовать оптический кабель в небольших прощениях, дистанция между точками соединения в которых не превышает 100 метров.

• Расстояние – очевидным и самым большим плюсом является передача данных на большие расстояния. Расстояния варьируются от 550 метров для многомодового типа и до 240 километров для одномодового типа кабеля.

Трансивер оптический – это оптический модуль, предназначенный для приема и передачи сигнала в волоконно-оптических линиях связи.

• Устойчивость – одним из достоинств волоконно-оптического кабеля на медным, устойчивость к электромагнитным наводкам и радио шумам. От части это верное высказывание. Медный кабель начиная с категории CAT6а, имеет достаточное экранирование для защиты кабеля от электромагнитных наводок.
• Ремонтопригодность – в этом аспекте оптоволоконный кабель выигрывает у медной витой пары. Оптический кабель при обрыве удастся починить без потерь качества сигнала. Читайте в разделе сварка оптоволокна.
• Информационная безопасность – очень сомнительное преимущество изготовители оптоволоконного кабеля уверяют, что невозможно подключение из вне, но это не так.

Подключиться к кабелю можно элементарно, причем без тестирования сети рефлектометром, это невозможно определить в отличии от медного. Назову вам несколько методов подключения к оптоволоконной сети.

Информация носит сугубо ознакомительный характер.

• установка оптоволоконной вставки в линию со штатным разъемным соединением.
• TAP сплиттер с функцией мониторинга ВОЛС
• интегрально оптический ответвитель
• оптическое туннелирование — контактный способ без разрыва оптоволокна

От себя могу добавить, метод оптического туннелирования со снятием утечки сигнала через жидкостную среду на считывающий элемент.

Показатели скорости прохода данных по медной витой паре

Медная витая пара делиться на несколько категорий по прописной способности и маркируется буквами CAT, согласно международной системе классификации. Медная витая пара может делиться на классы. А-высший класс (чистая медь, диаметр жилы выше стандарта категории, В-высокий (вторичная медь или медь с примесями других металлов, диаметр жилы равный свой категории), С-средний класс или CCA- Cooper Clad Aluminum, (жилы из алюминия, плакированного медью. Плакирование — это процесс соединения двух и более металлов термомеханическим и химическим способом, напыления или протягивания. D-низкий обмедненный кабель с заниженным показателем сличения жилы. Недавно были добавлены ещё несколько классов кабеля «E, «EA»,»F»,»FA». Кабель данных классов имеет высокую пропускную способность и степень защиты кабеля от внешних электромагнитных помех.

CAT1 полоса пропуска сигнала — 100 кГц. Состоит из оной витой пары применяется для передачи, голосовых сообщений по телефонной или проводной модемной связи. Скорость передачи данных до 0.5 Мбит/с.

CAT2 полоса пропуска сигнала — 1000 кГц. Состоит из двух витых пар, поменяется с телефонии, домофонии старшего поколения. Скорость передачи данных до 4Мбит/с.

CAT3 полоса пропуска сигнала — 16 МГц., и класс кабеля «С». Состоит из двух витых или 4 пар обмедненного кабеля. Используется для снижения затрат при прокладке сетей не требовательных к передаче данных, обладает поддержкой стандарта связи IEEE 802.3. Скорость передачи данных по двум витым парам 10Мбит/с. до 100 Мбит/с по четырем, до 50 метров.

CAT4 полоса пропуска сигнала — 20 МГц. Состоит из четырех витых пар медного кабеля категории В. обмедненного кабеля. Обладает поддержкой стандарта связи IEEE 802.3. Использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4. Скорость передачи данных до 16Мбит/ по одной пате.

CAT5 полоса пропуска сигнала — 100 МГц. Состоит из четырех витых пар медного кабеля категории «D». Используется для снижения затрат при прокладке локальных сетей не требовательных к передаче данных. Скорость передачи данных по двум витым парам 100 Мбит/с. до 1Гбит/с по четырем, до 50 метров.

CAT5e полоса пропуска сигнала — 125 МГц. Это усовершенствованный аналог, витой пары пятой категории. Скорость передачи данных по двум витым парам 100 Мбит/с. до 1Гбит/с по четырем, до 100 метров.

CAT6 полоса пропуска сигнала — 250 МГц класс «E». Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 55 метров.

CAT6a полоса пропуска сигнала -500 МГц. Класс «EA». Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 100 метров.

CAT7 полоса пропуска сигнала 600 — 700 МГц. Класс «F Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 100 метров

CAT7a полоса пропуска сигнала 1000 -1200 МГц. Класс «FA»). Скорость передачи данных до 40Гбит/с, на расстояние, до 50 метров и до 100 Гбит/с дистанцию до 15 метров.

CAT8 8 (8.1, 8.2) полоса пропуска сигнала 1600 -2000 МГц. Класс «FA» Скорость передачи данных до 40Гбит/с, на расстояние, до 100 метров и до 100 Гбит/с дистанцию до 55 метров. Достигает увеличение сечения жилы от Ø 7.7 — 8.5 mm

Дополнительную информацию читайте в разделе проводная компьютерная сеть

Показатели скорости прохода данных оптоволоконному кабелю по одному волокну

Мы не будем рассматривать частные случаи, получения максимальных скоростей и описывать новую технологию передачи данных по одному волокну потоком данных до 26 Тбит/с. Как как данная технология является экспериментальной и оборудование, на котором был поставлен эксперимент группой немецких инженеров во главе профессором Вольфгангом Фройде, не доступно в обычной продаже.

Факторы влияния на показатели скорости прохода данных оптоволоконному кабелю

Межмодовая, поляризационная или хроматическая дисперсия является настоящим барьером для пропускной способности оптоволоконного кабеля. Чем больше длинная волоконно-оптического кабеля, тем больше пагубное влияние эффектов на скорость передачи данных.

Для начала давайте разберемся что такое дисперсия.

Дисперсия от лат. dispersio (рассеивание). Простым языком это диапазон значений

случайной величины относительно её математического ожидания.

Типы оптоволоконной дисперсии

Межмодовая дисперсия простым языком — изменение длин светового импульса при прохождении через оптоволокно, когда вся энергия не достигает конца оптоволокна одновременно.

Расширение импульса в многомодовом оптоволокне

Хроматическая дисперсия простым языком — влияние суммарной скорости прохождения световых импульсов от разности длины волны передаваемого сигнала.

Поляризационная модовая дисперсия простым языком- это разница времени отражения импульса сигнала, из-за изменения геометрических характеристик симметрии волокна.

Факторы появления поляризационной модовой дисперсии в одномодовом волокне.

• механических натяжение оптических волокон (встречается в оптическом кабеле натянутые между опорами)
• термическое воздействие на оптические волокон (при нарушении условий эксплуатации и монтажа волоконно-оптических линий связи)
• деформационное воздействие на оптические волокон (при нарушении условий монтажа ВОЛС в грунт)
• скручивая с изменением геометрических характеристик волокон (нарушение условий сварки оптики и правил монтажа в муфту или оптический кросс)

Разница между многомодовым и одномодовым волокном простым языком

В чем разница одномодовый и многомодовый кабель.

В данной статье я попытаюсь разъяснить простым языком, в чем разница между многомодовым и о одноммодовым волокном. Работая долгие годы в этой сфере, столкнулся с тем то что не каждый монтажник, занимающийся прокладкой оптического кабеля, может разобраться в тонкостях данной темы.

В чем же основное различие, все очень просто, из самого названия многомодовый или одноммодовым кабель. Что такое (мод) – световой импульс, который движется по оптоволоконому кабелю оп оптического передатчика к приемнику. Вот получается, что в одномодовом один (мод) – световой импульс, а в многомодовом их несколько. И тут возникает мысль, зачем же использовать одномод, если в многомоде с большее количество (модов) идущих по одному волокну, наверно и скорость выше. Нет это не так. Многомодовый кабель, был создан для удешевления, стоимости оптического оборудования оборудования. Так как для передачи светового сигнала, достаточно недорогого оптического модуля, роль излучателя в котором, исполняет диод, а не дорогостоящий лазер.

Одномодовый оптический кабель – обладает диаметром сердечника от 8,3 до 10 микрон и поддерживает передачу только одного импульса (мода). Для сравнения толщина человеческого волоса в микронах колеблется в пределах от 50 до120 микрон. Следовательно, внутренний диаметр волокна 5 раз тоньше самого тонкого человеческого волоса. По такой жиле световой импульс может передаваться на расстояние в 240 км, на скорости передачи данных в 155Мбит/с без использования оптических повторителей. В одномодовом оптическом кабеле используются длина волны сетевого потока 1310 или 1550 нанометров, это зависит от типа оптического лазера. Одномод очень привередлив к качеству сварки, особенно это будет зависит от длинны оптоволоконной линии. Читайте в разделе сварка оптоволокна. На сегодняшний день, возможно получить стабильные 100Гбит/с, до 40 километров по одной жиле, при этом используются не стандартные коэффициенты длинны волны от 1295.56/1300.05 1304.58 до 1309.14 нанометров.

Многомодовый оптический кабель — обладает диаметром сердечника от 50 до 100 микрон и поддерживает передачу нескольких импульсов (мода) одновременно. Типичные диаметры сердечника многомодового волокна 50, 62,5, и 100 микрометров. В большинстве случаем данный кабель используется для построение локальных сетей, из невысокой стоимость оптических модулей с применение диода. Способность многомодового кабеля передать до 10 Гигабит в секунду на расстояние до 200 метров. В многоводовом оптическом кабеле используются длина волны сетевого потока 850 до 1300 нанометров. Раз

Многомодовое оптическое волокно делится на два типа передачи импульса, ступенчатое и градиентное.

Градиентное оптоволокно, имеет более низкий показатель дисперсии импульса, что дает более высокие показатели пропускной способности.

Читайте так же дополнительную информацию, в разделе сварка оптоволокна.

Источник