ВОЛС: как свет переносит данные

Каждый материал этой документации заканчивается в одном месте — в стеклянной нити толщиной в десятую долю миллиметра, несущей импульсы инфракрасного света. Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) — это передатчик, создающий импульсы, волоконное хозяйство, которое их несёт, и приёмник, превращающий их обратно в биты, плюс всё между ними: разъёмы, кроссы, сварки, сплиттеры и фильтры. Этот подраздел объясняет физику и инженерию этой цепочки в глубину, нужную для проектирования, измерения и поиска неисправностей: почему свет остаётся в волокне, что его ослабляет и размывает, как далеко дойдёт данная оптика, из чего состоит пассивное хозяйство, как его измеряют и как оно отказывает.

Почему волокно

Цепочка

Линия — последовательность элементов, у каждого потери, у некоторых искажения:

1. Передатчик — лазер или VCSEL в трансивере, вводящий −8 … +4 дБм света на 850, 1310 или 1550 нм (Лазеры).
2. Патч-корд — шнур 1–5 м от модуля до кросса; два торца разъёмов.
3. Кросс / ODF — адаптер, где шнур встречается с пигтейлом, приваренным к кабелю.
4. Кабель — внутренний, наружный или гибридный, от метров до десятков километров, от одного до сотен волокон (Пассивное хозяйство).
5. Сварки, сплиттеры, фильтры — сварные соединения по трассе; сплиттеры PON или мультиплексоры WDM там, где требует топология.
6. Дальний кросс и патч-корд — зеркальное отражение.
7. Приёмник — фотодиод дальнего трансивера, которому нужно −12 … −28 дБм в зависимости от типа (Приёмники).

Бюджет линии — арифметика, которая складывает потери пунктов 2–6, сравнивает их с разницей между 1 и 7 и оставляет запас (Инженерия бюджета линии).

Четыре вещи, ограничивающие линию

Волокно в одном абзаце

Свет остаётся в сердцевине, потому что её показатель преломления чуть выше, чем у оболочки — полное внутреннее отражение. Одномодовое волокно (сердцевина 9 мкм) несёт один путь света и достигает десятков километров; многомодовое (сердцевина 50 мкм) несёт сотни путей, приходящих с чуть разным временем, что ограничивает его сотнями метров, но позволяет работать с дешёвыми VCSEL на 850 нм. Подробности — моды, числовая апертура, потери на изгибах, классы волокна OM1–OM5 и OS2 — в Как распространяется свет и Разъёмах и типах волокна.

Поколения волоконных линий

Сторона трансиверов этой истории: Что такое трансивер.

Дальнейшее чтение

• Как распространяется свет в волокне — показатель преломления и полное внутреннее отражение, числовая апертура, моды, одномод и многомод, диаметр модового поля, длина волны отсечки, потери на изгибах, классы волокна.
• Затухание и окна прозрачности — рэлеевское рассеяние и поглощение, водяной пик, окна 850/1310/1550 нм, дБ/км по волокнам и длинам волн, потери разъёмов и сварок.
• Дисперсия и полоса — модовая, хроматическая и поляризационная модовая дисперсия, произведение полосы на расстояние, дальность по дисперсии, компенсация.
• Типы волокна — одномод ITU-T G.652–G.657, многомодовые классы OM1–OM5, специальные волокна, потери на стыках разных волокон, идентификация проложенного волокна.
• Нелинейные эффекты — SPM, XPM, FWM, рассеяние Бриллюэна и Рамана, где они важны, оптимальная мощность ввода, меры.
• Инженерия бюджета линии — уравнение, нормы потерь, штрафы, политика запаса, разобранные примеры, перегрузка приёмника и аттенюаторы.
• Пассивное хозяйство — кабели, кроссы, пигтейлы, сварки, аттенюаторы, сплиттеры, фильтры WDM, муфты и их нормы потерь.
• Топологии волоконных сетей — точка–точка, кольца, mesh, деревья PON, WDM; структурированная кабельная система, схемы дата-центров, FTTx, планирование числа волокон, защита.
• Прокладка и монтаж трасс — каналы, грунт, подвес, внутренние пути; пределы изгиба и натяжения, планирование трассы, муфты, маркировка, приёмка.
• Сварка и оконечивание — процесс сварки, механические соединения, пигтейлы и полевые разъёмы, критерии приёмки и дефекты.
• Измерения — источник и измеритель мощности, рефлектометр, обратные потери, инспекция торцов, сертификация, DDM как измеритель.
• Неисправности волоконного хозяйства — изгибы, грязь, несовпадения, плохие сварки, отражения, вода: симптомы, сигнатуры, лечение.
• Обслуживание и восстановление — цикл профилактики, мониторинг, запас, процесс восстановления, причины отказов, жизненный цикл хозяйства.
• Безопасность и обращение — классы лазеров и уровни опасности, правила у живого волокна, стекло и химия, опасности объектов, обращение с модулями и шнурами.

В CodingBox

DDM трансивера — встроенный измеритель мощности линии: мощность ввода на одном конце, принимаемая на другом, а разница — потери хозяйства; CodingBox читает её на столе, коммутатор — в работе (DDM в приложении, Мощность Rx и бюджет линии).