Wykonywanie systemów światłowodowych podzielić można na trzy grupy prac:

  • związane z układaniem przewodów,

  • związane z zarabianiem złącz,

  • związane z instalacją i konfiguracją sprzętu aktywnego.

Standard włókna decyduje o jego maksymalnym promieniu gięcia. Czym innym jest promień gięcia pojedynczego włókna, a czym innym promień gięcia całego przewodu. To zwykle dwudziestokrotność jego średnicy i dla pojedynczego włókna zależy od jego standardu. Na przykład:

  • dla włókien w standardzie G.652D to 30 mm,

  • dla włókien w standardzie G.657A1 to 10 mm,

  • dla włókien w standardzie G.657A2 to 7,5 mm.

Do instalacji, gdzie przewód doprowadzany jest bezpośrednio do mieszkania (FTTH), zaleca się stosowanie G.657A2 o najmniejszym promieniu gięcia. Opcja ta pozwala na uniknięcie problemów związanych ze wzrostem tłumienia sygnału w miejscach większych zgięć (np. kąty proste na ścianach).

Podczas instalacji przewodu należy uważać, aby nie przekroczyć maksymalnej dopuszczalnej siły, z jaką kabel może być przeciągany.

Przy łączeniu urządzeń należy jednak pamiętać o dwóch sprawach:

  1. Prace realizujemy na wyłączonych urządzeniach. Niewidoczne światło laserowe jest szkodliwe dla ludzkiego oka.

  2. Praca ze światłowodami wymaga czystości, od której zależy tłumienie toru optycznego.

bg‑azure

Pomiar tłumienia toru transmisyjnego

Przed oddaniem instalacji należy przeprowadzić pomiar tłumienia toru optycznego. W tym celu wykorzystać należy miernik oraz obowiązkowo źródło światła o stałej mocy. Pomiar należy przeprowadzić dla okna transmisyjnego, w którym pracować będą instalowane urządzenia.

RMW8At1HobAEL1
Rys. 5.1. Pomiar przykładowego odcinka toru optycznego: kabel o długości x km, 2 spawy oraz 2 pigtaile ze złączami. Wynik pomiaru: tłumienie toru optycznego -0,4 dB.

Wykonanie pomiaru weryfikuje poprawność budowy układu lub dostarcza informacji o  konieczności stosowania np. tłumików optycznych. W przypadku stosowania urządzeń wyższej mocy w mniejszych instalacjach (np. budynkach) istnieje opcja przekroczenia dopuszczalnej mocy na urządzeniu odbiorczym. Dokładny pomiar tłumienia całego toru optycznego pozwala przewidzieć, czy i jakie tłumiki zastosować.

Wymagane urządzenia: miernik mocy optycznej, stabilne źródło światła, patchcordy pomiarowe, adapter centrujący.

Wykorzystanie miernika mocy optycznej oraz źródła światła to pomiar metodą transmisyjną. Raport pomiarowy zawierać będzie tłumienie całkowite połączenia światłowodowego dla wybranych długości fal. Wykonując pomiary metodą transmisyjną, należy pamiętać o wyborze odpowiedniej dla danej instalacji długości fali – w zależności od okna transmisyjnego, w jakim będzie pracował system (lub w zależności od norm czy określonych przez projektanta standardów). W przypadku, gdy nie obejmują nas zalecenia, wykonujemy pomiary dla wszystkich długości fali charakterystycznych dla danego typu włókna; dla włókien wielomodowych: 850 nm oraz 1300 nm, a dla włókien jednomodowych: 1310 nm, 1550 nm, 1625 nm.

RwudyR5kvQrb21
Rys. 5.2. Zestaw urządzeń do wykonywania pomiarów: A) miernik; B) źródło światła.
R15N4gaayi4EC1
Rys. 5.3. Pomiar tłumienia toru optycznego metodą transmisyjną.

Metoda ta polega na podłączeniu po jednej stronie źródła sygnału o stałej i znanej mocy, a po drugiej miernika mocy optycznej. Wynik pomiaru to różnica wskazań obu urządzeń. W pomiarach najczęściej korzysta się ze skali logarytmicznej.

Przykład: moc źródła: –5 dBm, wskazanie miernika: -10 dBm. Tłumienie toru optycznego: 5 dB.

Wynik pomiaru uwzględnia również tłumienie wykorzystywanych patchcordów pomiarowych. Im dłuższy i bardziej rozbudowany (tj. zawierający dużą liczbę spawów i złączy rozłącznych) trakt optyczny, tym udział tłumienia patchcordów w ostatecznym wyniku pomiaru jest mniejszy. W przypadku krótkiego odcinka światłowodu obustronnie zakończonego złączami może okazać się, że wpływ patchcordów będzie znaczący. Rozwiązaniem tego problemu jest wykonanie kalibracji układu pomiarowego (pomiar referencyjny).

RkxKBygvyC3f91
Rys. 5.4. Kalibracja układu pomiarowego – zerowanie.

Kalibracja (zerowanie) polega na połączeniu źródła światła oraz miernika mocy za pomocą dwóch patchcordów z wykorzystaniem łącznika centrującego (adaptera). Uzyskane w ten sposób tłumienie zerujemy poprzez wciśnięcie klawisza REF lub innego odpowiadającego za tę funkcję (według instrukcji producenta np. klawisz dBm).

Wyliczenia uwzględniają tłumienia: włókna światłowodowego dla danej długości fali, spoin termicznych (lub mechanicznych) oraz złączy rozłącznych.

W praktyce przyjąć można następujące wartości:

  • włókno: długość fali

    • 850 nm – 3 dB/km

    • 1300 nm – 1 dB/km

    • 1310 nm – 0,35 dB/km

    • 1550 nm – 0,25 dB/km

  • spoina termiczna: 0,1 dB

  • złącze rozłączne: 0,25 dB

  • spaw mechaniczny – zgodnie z kartą katalogową producenta, dla wyliczeń przyjąć można 0,5–0,8 dB

  • inne elementy pasywne, np. splittery, tłumiki – zgodnie z kartą katalogową.

Tłumienie dla toru optycznego na schemacie powyżej:

  • 4 złącza rozłączne: 4 x 0,25 dB = 1,0 dB

  • 4 spoiny termiczne: 4 x 0,10 dB = 0,4 dB

  • splitter 4‑wyjściowy: 6,7 dB

  • 300 m + 1200 m = 1500 m włókna; 0,35 dB/km x 1,5 km = 0,52 dB (dla 1310 nm)

Szacowane tłumienie całkowite: 1,0 + 0,4 + 6,7 + 0,52 = 8,62 dB.

Wynik pomiaru referencyjnego nie powinien znacznie odbiegać od wyliczeń teoretycznych. Pomiar wykonywany przez większość mierników obarczony jest błędem, odpowiednie dane należy odszukać w karcie katalogowej miernika (np. +/-3%). Dla wartości zbliżonych do 9 dB w naszym przypadku błąd ten wyniesie 0,45 dB. Ostateczny wynik w zakresie 8–9 dB jest akceptowalny.

bg‑azure

Praktyczny aspekt bilansu mocy linii światłowodowej

Bilans mocy to zestawienie wartości mocy na wejściu toru optycznego, strat i wzmocnień sygnału w linii światłowodowej. Dzięki temu możliwe będzie dobranie parametrów urządzeń nadawczych i odbiorczych w celu zapewnienia poprawnej transmisji sygnału dla całego zaprojektowanego zasięgu transmisji toru optycznego.

Decybel jest jednostką logarytmiczną używaną przy porównywaniu wielkości, w naszym przypadku stosunek mocy na wejściu do mocy na wyjściu linii światłowodowej. Decybele w odniesieniu do miliwata to stosunek wartości mocy wejściowej do 1 mW.

Obliczenia mocy w dB i dBm:

P dB=10log10P1P2        P dBm=10log10P11mW

Gdzie: P1 - moc wejściowa; P2 moc wyjściowa.

W celu dobrania odpowiednich parametrów urządzeń nadawczo‑odbiorczych na linii między urządzeniami końcowymi należy oszacować:

Pn1-Po1<Ps-Pz+Pm
Pn2-Po2>Ps-Pz+Pm

Gdzie:

  • Pn1;Pn2 to zakres poziomu mocy optycznej na wejściu linii światłowodowej wyrażony w dBm. Pn1 to maksymalna moc, Pn2 to minimalna moc nadajnika,

  • Po1;Po2 to zakres czułości fotodetektora wyrażona w dBm. Po1 to maksymalna czułość, Po2 to minimalna czułość odbiornika,

  • Ps to całkowite straty linii światłowodowej wyrażone w dB (czyli tłumienie wprowadzanie przez światłowód, złącza optyczne, spawy światłowodowe),

  • Pz to całkowite wzmocnienie wyrażone w dB (wprowadzane przez wzmacniacze optyczne),

  • Pm to margines bezpieczeństwa uwzględniający starzenie się elementów nadawczo‑odbiorczych, wpływ temperatury na urządzenia elektroniczne i elektrooptyczne, straty mocy na zgięciach światłowodów itp. wyrażony w dB. Wartość marginesu mocy przyjmuje się w granicach od 3 do 6 dB.

Projektant znając rozmieszczenie systemu optycznego i zastosowane w nim komponenty, jest w stanie obliczyć straty mocy sygnału w każdym punkcie tego systemu. Najlepiej widać to na przedstawionym poniżej przykładzie systemu:

R7Ynr5ck6chp7
Rys. 5.5. Przykładowy schemat linii światłowodowej, gdzie: N – nadajnik, W – wzmacniacz, O – odbiornik, Z – złącze, S – spaw.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY-SA 3.0.

W skład linii światłowodowej poza nadajnikiem (N) i odbiornikiem (O) optycznym wchodzi wzmacniacz optyczny (W) oraz 4 złącza optyczne (Z) i 5 spawów (S). W poniższej tabeli dla każdego elementu zostało przedstawione tłumienie bądź wzmocnienie wprowadzane do linii światłowodowej. Posiadając te wartości, można odpowiednio dobrać czułość odbiornika:

  • moc nadajnika: 3 dBm,

  • tłumienie złączy: 0,15 dB,

  • tłumienie spawu: 0,15 dB,

  • wzmocnienie wzmacniacza: 10 dB,

  • tłumienie światłowodu: 0,2 dB/km.

Obliczenia zostały przeprowadzone dla III okna transmisyjnego (tłumienie 0,2 B/km).

Całkowite straty linii światłowodowej zależne są od długości transmisji, liczby i tłumienia spoin światłowodowych oraz złączy. Całkowite tłumienie wprowadzane przez światłowód to suma:

  • tłumienia wprowadzonego przez światłowód: (30 km + 50 km) × 0,2 dBkm = 16 dB,

  • tłumienia wprowadzonego przez złącza: 4 × 0,15 dB = 0,60 dB,

  • tłumienia wprowadzonego przez spawy światłowodowe: 5 × 0,15 dB = 0,75 dB.

PS=16 dB + 0,60 dB + 0,75 dB = 17,35 dB

Całkowite wzmocnienie toru światłowodowego w tym wypadku jest równe wzmocnieniu wprowadzonemu przez wzmacniacz optyczny (W).

Pz=10 dB

Podczas projektowania systemu powinny zostać uwzględnione skutki starzenia się elementów toru optycznego (typowo od 1 do 3 dB) oraz wpływ temperatury na urządzenia elektroniczne i elektrooptyczne (typowo +/- 2 dB). Standardowo margines bezpieczeństwa przyjmuje się w granicach 6 dB.

Pm=6 dB

Aby dobrać czułość odbiornika na końcu toru optycznego, wystarczy przekształcić i rozwiązać równanie:

Pn-Po<Ps-Pz+Pm
Po>Pn-Ps+Pz-Pm
Po>3 dBm-17,35 dB+10 dB-6 dB
Po>-10,35 dB

Zastosowany odbiornik powinien posiadać czułość powyżej -10,35 dBm.

Posiadając podstawowe parametry urządzeń, takie jak moc nadajnika i czułość odbiornika, można obliczyć maksymalną odległość transmisji przez światłowód jednomodowy.

Niezbędne parametry do obliczeń:

  • moc nadajnika Pn1,,Pnn od -5 do 0 Bm;

  • czułość odbioernika Po1,, Pon od -25 do -7 dBm.

Dodatkowe założenia:

  • Tłumienie toru światłowodowego na złączach i spoinach można w tym przypadku przyjąć jako 1 dB.

  • Tłumienie jednostkowe włókna światłowodowego jednomodowego wynosi 0,33–0,42 dB/km dla długości fali 1310 nm w zależności od zastosowanego włókna. Do obliczeń zostało przyjęte tłumienie 0,4 dB/km.

  • Margines bezpieczeństwa został przyjęty na poziomie 5 dB.

  • Sygnał optycznie w linii światłowodowej nie jest regenerowany.

Dla minimalnej mocy nadajnika odległość, na jaką może zostać przesłany sygnał w II oknie transmisyjnym, wynosi:

Pn1-Po1-Pm-Ps0,4=-5+25-5-10,4=35 km
Pn2-Po1-Pm-Ps0,4=0+25-5-10,4=47,5 km

Przy podanych założeniach transmisja przez światłowód jednomodowy może przebiegać na odległość min. 35 km.

bg‑azure

Wymagane urządzenie: miernik mocy optycznej

Na wejściu instalacji znajduje się urządzenie aktywne generujące sygnał o określonym poziomie mocy – takie, które docelowo ma stanowić źródło sygnału w instalacji. Dokonując pomiaru miernikiem mocy optycznej, instalator jest w stanie określić poziom sygnału w miejscu montażu urządzenia odbiorczego.

Przykład takiej instalacji stanowić może telewizyjna instalacja optyczna bazująca na nadajniku optycznym, odbiornikach optycznych oraz elementach pasywnych, takich jak kable, splittery i tłumiki.

Zadaniem instalatora w takiej sieci jest zapewnienie, aby poziom mocy optycznej na wejściu odbiornika mieścił się w założonym przez producenta przedziale.

RYJRcYSaY5NSv
Rys. 5.6. Przykład zbiorczej instalacji RTV/SAT – pomiar mocy sygnału optycznego na wejściu odbiorników optycznych (FIBER – światłowód, COAX – kabel koncentryczny).

Wyniki pomiarów dla każdego z sześciu odbiorników należy porównać z zakresem mocy zawartym w karcie katalogowej producenta. Tworzony raport pomiarowy z prac takiego układu powinien zawierać informację o mocach sygnałów na wejściu każdego odbiornika.

Określenie tłumienia linii, tłumienia złączy, reflektancji złączy, długości linii, odległości między zdarzeniami na linii, wpływu mikro- i makrozgięć na parametry transmisyjne

Wymagane urządzenie: reflektometr (OTDR) (ang. optical time‑domain reflectometer)

Uniwersalnym urządzeniem, które umożliwi instalatorowi pomiar nie tylko parametrów związanych z całkowitym tłumieniem toru transmisyjnego, jest reflektometr. Przyrząd ten przeznaczony jest do pomiaru reflektancji (zdolności do tłumienia sygnałów odbitych) złączy, wyznaczania tłumienia wszystkich zdarzeń w torze transmisyjnym, jak również wyznaczania miejsca awarii.

R13lAexObQhFQ
Rys. 5.7. Reflektometr.

Reflektometr jest zaawansowanym, oferującym wiele możliwości urządzeniem, jednak pomiary całkowitego tłumienia toru optycznego powinny być wykonywane opisaną metodą transmisyjną. Reflektometry bazują na uśrednianiu serii pomiarów i programowej analizie uzyskanych wyników (wartości tłumień są wyznaczane przez oprogramowanie, a nie mierzone). Każdy reflektometr wyposażony jest w moduł miernika mocy, nie jest konieczny zakup obu urządzeń.

RtMX7TsfIW7CX
Rys. 5.8. Wynik pomiaru – reflektogram.

Wyniki pomiarów reflektometrycznych prezentowane są w dwóch formach: w postaci reflektogramu (rysunek powyżej) oraz tzw. tabeli zdarzeń.

Reflektogram to wykres mocy sygnału optycznego w całej mierzonej linii. Na jego podstawie osoba wykonująca pomiar jest w stanie odczytać, jakie zdarzenia występują w danym trakcie optycznym oraz jakie są ich parametry transmisyjne (tłumienie oraz reflektancja). Rysunek 15.92 prezentuje typowe zdarzenia występujące na reflektogramie:

  • A – początek mierzonej linii, pik związany z odbiciem sygnału na złączu pomiarowym,

  • B – krzywa opadająca prezentująca tłumienie sygnału przez włókno światłowodowe,

  • C – spaw (łączenie) lub zgięcie włókna,

  • D – złącze rozłączne,

  • E – koniec linii.

RM1U2ypUT6hbI1
Rys. 5.9. Przykładowy raport OTDR.
Rx0Qp2ITWEaHj1
Rys. 5.10. Przykład wykrycia poszczególnych elementów linii przez reflektometr: spawanie, zagięcie, złącze konektorów, połączenie mechaniczne, rysa, koniec światłowodu.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY-SA 3.0.

Jest to najlepsza metoda umożliwiająca badanie przyczyn i lokalizacji miejsca awarii traktu optycznego. Ilość dostarczanych informacji jest jej największą zaletą. Aby dokonać prawidłowej interpretacji, trzeba dysponować odpowiednią wiedzą i doświadczeniem z zakresu przygotowania pomiaru, jak i analizy uzyskanych wyników. Pomiary reflektometryczne powinny być wykonywane w dwóch kierunkach. Tylko taki pomiar gwarantuje uzyskanie poprawnych wartości tłumienia zdarzeń.

Urządzenie ma pewne ograniczenia. Bezpośrednio następujące po sobie zdarzenia – np. złącze i spaw lub dwa złącza wykonane w niewielkiej odległości od siebie – mogą zostać wykryte jako jedno. Ma to związek z występowaniem tzw. martwej strefy – za każdym zdarzeniem przez pewien czas reflektometr nie jest w stanie rozpoznawać kolejnych.

Występowanie tego zjawiska w pomiarach eliminuje się poprzez zastosowanie włókna rozbiegowego. Instalujemy je między reflektometrem a mierzoną linią, aby możliwy był właściwy pomiar już od samego początku linii.

RXehW8Tfqr2g51
Rys. 5.11. Włókno rozbiegowe zakończone złączami SC/PC oraz SC/APC Brak zdarzeń na reflektogramie może wynikać z bardzo dobrej jakości wykonania poszczególnych elementów toru optycznego.

Wróć do spisu treściD19MCOS02Wróć do spisu treści

Przejdź do infografkiD1BnXG1LcPrzejdź do infografki