Принципы работы волоконно-оптического кабеля

Развитие телекоммуникационных сетей во всем мире в первую очередь основывается на использовании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Волоконно-оптический кабель (ВОК), основой которого являются оптические волокна (ОВ), в настоящее время считается самой совершенной направляющей системой как для телекоммуникационных магистралей большой протяженности, так и для локальных сетей передачи данных. Объясняется это тем, что ОК по своим характеристикам значительно превосходят электрические кабели.

По сравнению с линиями, построенных на электрических кабелях связи, преимущества ВОЛС в следующем:

1. Широкая полоса пропускания кабеля (до сотен ГГц) позволяет получить существенно большее число каналов и трактов различного назначения по одному ОВ — пропускная способность по одному ОВ возможна до десятков Гбит/с.
2. Малая величина коэффициента затухания ОВ (до десятых долей дБ/км) позволяет увеличить длину ретрансляционного участка до сотен километров.
3. Малые габаритные размеры и масса ВОК облегчают их производство и прокладку.
4. Постоянное и непрерывное совершенствование технологии производства ВОК обеспечивает снижение их стоимости. В настоящее время стоимость кварцевого ОВ не превышает половины стоимости медной пары.
5. Отсутствие внешних электромагнитных воздействий и переходных помех между волокнами ВОК повышает качество и надежность передачи информации.
6. Практическое отсутствие внешнего электромагнитного излучения обеспечивает высокую скрытность связи, т. е. защищенность от несанкционированного доступа.
7. Постоянное совершенствование ВОСП по мере появления новых источников оптического излучения, оптических волокон, фотоприемников и оптических усилителей с улучшенными характеристиками позволяет наращивать пропускную способность существующих трактов.
8. Полная электрическая изоляция (оптическое волокно — диэлектрик) обеспечивает безвредность работы во взрывоопасных средах. Следовательно, улучшаются условия техники безопасности при строительстве и эксплуатации ВОЛС.
9. Отсутствие в конструкции ВОК цветных металлов.

Некоторым недостатком современных ВОЛС можно назвать высокую стоимость интерфейсного и монтажного оборудования. Однако улучшение конструкции и повышение надежности оптических передатчиков, приемников и пассивных элементов линейного тракта позволяют постоянно снижать стоимость производства волоконно-оптической продукции, а совершенствование технологии монтажа ВОК и соединительных элементов, а также упрощение используемого оборудования приводят к существенному уменьшению трудоемкости строительно-монтажных работ.

Началом масштабного применения ВОК для задач связи в России следует считать реализацию крупнейшим оператором связи России —ПАО «Ростелеком» — проекта трансроссийской линии связи, национальной цифровой транспортной линии международной и междугородной оптической связи. Примерно с 1996 г. развитие магистральной и внутризоновых сетей ведется с применением ВОК, на этих сетях практически полностью прекратилось применение медножильных кабелей связи при новом строительстве.

На начальном этапе внедрения ВОК их поставки осуществлялись зарубежными компаниями, российские кабельные заводы не могли составить им конкуренцию. К 2000 году ситуация изменилась уже в пользу российских предприятий.

Дальнейшее развитие ВОЛС по мнению специалистов будет заключаться в разработке и внедрении в сетях ЕСЭ (Единая Сеть Электросвязи РФ) различного назначения новых волоконно-оптических технологий, направленных на повышение эффективности ВОЛС. На линиях дальней связи основное внимание по-прежнему будет уделяться повышению скорости передачи информации, увеличению длины регенерационных участков и повышению надежности. Широкое распространение получат промежуточные оптические усилители и методы волнового (спектрального) мультиплексирования. Большие надежды возлагаются на использование среднего инфракрасного диапазона. Применение новых материалов (фтористых стекол и других соединений) позволило изготовить ОК с затуханием не более 0,01 дБ/км.

Доминирующей особенностью развития волоконно-оптических технологий в местных и локальных сетях будет приближение ОВ к конечному пользователю сети (абоненту). Рост потребности в новых видах информационного обслуживания абонентов, а также совершенствование и постоянное снижение стоимости аппаратуры и средств коммутационной техники готовят окончательный переход сетей доступа на ОВ.

Сегодня и в ближайшей перспективе альтернативы ВОЛС нет.

Основной компонент ВОЛС: оптическое волокно

Основным элементом волоконно-оптического кабеля (ВОК) является волоконный световод. Волоконный световод, или, более привычно, оптическое волокно (ОВ) по которому осуществляется передача микронных длин волн, что соответствует диапазону частот 1014… 1015 Гц. Оптическое волокно, как правило, имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n₁ и n₂.

Как передается сигнал по оптоволокну

Среда с более высоким значением показателя преломления называется оптически более плотной средой. В волокне такой средой является сердцевина, выполняющая роль среды распространения света. Показатель преломления оболочки, окружающей сердцевину немного меньше, чем у сердцевины и за счет этого на границе «сердцевина-оболочка» происходит отражение света. На этом эффекте основана передача информации по волокну.

Сердцевина ОВ — это центральная область ОВ, через которую передается основная часть оптической мощности сигнала. Диэлектрическим материалом для сердцевины и оболочки ОВ служит плавленый кварц (кварцевое стекло), чистый или с примесями химических элементов и их соединений, небольшие пропорции которых способствуют изменению оптических свойств плавленого кварца должным образом. Плавленый кварц — это аморфное, прозрачное вещество с химической формулой двуокиси кремния SiO₂. Если сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии, то оболочка — для создания лучших условий отражения на границе раздела сердцевина-оболочка, защиты сердцевины волокна от механических повреждений, а также для защиты от излучений энергии в окружающее пространство и поглощения нежелательного излучения извне. Снаружи располагается защитное покрытие для предохранения волокна от механических воздействий и нанесения расцветки.

Подробно о различиях видов ОВ читайте в наших материалах:

• Одномодовое и многомодовое оптическое волокно: отличия, характеристики, применение
• Типы и стандарты оптического волокна

Напомним, в чём состоит отличия SM и MM волокон.

На рис. 1 схематично показано строение MM-волокна и ход лучей в его сердцевине.

Рис. 1. Строение MM-волокна

Конструктивно такое волокно имеет сердцевину значительного диаметра (если сравнивать с оболочкой) — 50 мкм (первые марки MM-волокон имели диаметр сердцевины 62,5 мкм). Такая особенность обуславливает возбуждение в сердцевине целого набора световых пучков, так называемых «мод» излучения. Их большое количество приводит к появлению главного недостатка таких ОВ — межмодовой дисперсии сигнала, что ограничивает протяжённость линий связи, построенных на таких ОВ. Из-за дисперсии становится необходимым снижать частоту модулирующего излучения, что, в свою очередь, приводит к снижению скорости передачи сигнала. Протяжённость ВОЛС на «многомоде» ограничена 2-мя километрами. Но большой диаметр сердцевины делает возможным применения поверхностных лазеров, работающих в диапазоне длин волн от 800 до 1300 нм. Это значительно снижает стоимость оборудования и делает выгодным использование ВОК на основе ММ-волокон, если длина линии будет не более 2-х км. Передача в таких ОВ ведется на двух длинах волн — 850 нм и 1300 нм.

На рис. 2. показана схема работы SM-волокна.

Рис. 2. Строение SM-волокна.

Как видим, диаметр сердцевины выбран значительно меньшим. Обычно он составляет 8–10 мкм, что обеспечивает прохождение излучения в одномодовом режиме. Это позволяет добиться протяжённости линии связи до 1000 км и практически не влияет на ширину полосы передачи сигнала. А это в свою очередь делает возможной скорость передачи данных на одной несущей частоте до 10 Гбит/с. Но с такими ОВ усложняется и схема согласования излучателя с торцом волокна — требуется более высокая точность изготовления согласующих элементов. Это, а также более высокая стоимость самих лазеров (с торцевым излучением), приводит к удорожанию приёмо-передающих систем, а также повышению требований к качеству монтажа. Но большим плюсом одномодовых ОВ является то, что передача сигналов в них ведётся при необходимости на любых длинах волн в очень широком диапазоне — от 1260 нм до 1675 нм.

На рис. 3 показана диаграмма основной характеристики кварцевого ОВ — километрического затухания в зависимости от длины волны проходящего излучения.

Рис. 3. Затухание в кварцевом ОВ в зависимости от длины волны.

Условно небольшие диапазоны, в которых экспериментально полученные значения затуханий имели минимальные значения стали называть «окнами прозрачности» (I, II и III). Стандартными длинами волн для работы SM-волокон стали 1310 нм и 1550 нм. Вторая из них является самой выгодной с точки зрения минимизации потерь. У современных SM-волокон типичным значением затухания является на 1550 нм является α=0,2 дб/км.

Также на рис. 3 можно заметить локальное увеличение потерь между вторым и третьим окнами прозрачности (точнее, на λ=1383 нм). Этот всплеск называют «водяным пиком». Его появление связано с попаданием воды в структуру ОВ при его производстве. Вытягиваемое из расплавленной части заготовки, ОВ требует охлаждения и наиболее эффективно этот процесс реализуется с применением водяного пара. Частицы пара проникают в незастывшее волокно и вызывают дополнительное поглощение оптической мощности. Надо сказать, что современные SM-волокна (конкретно ОВ соответствующие стандарту ITU-T Rec.652D) лишены этого недостатка, так как современные технологии позволяют избежать попадания частиц воды в ОВ (если быть точнее, то поглощение вызывают ионы водорода, содержащиеся в воде).

Принципы передачи сигнала в современных ВОСП

Волоконно-оптической системой передачи (ВОСП) называется комплекс технических средств, обеспечивающий формирование каналов и трактов передачи с использованием в качестве направляющей среды оптического кабеля и передачей по нему оптических сигналов. Под оптическим сигналом понимается модулированное оптическое излучение определенной длины волны.

На рис. 4 показана обобщённая структурная схема волоконно-оптической системы передачи. Для простоты показана одно направление передачи данных. Встречная передача строится аналогично.

Рис. 4. Обобщённая структурная схема ВОСП.

Кратко рассмотрим основные технические комплексы, входящие в состав ВОСП.

Каналообразующее оборудование тракта передачи (КООпер) обеспечивает формирование определенного числа каналов или групповых трактов со стандартной требуемой скоростью передачи.

Оборудование сопряжения тракта передачи (ОСпер) необходимо для преобразования многоканального сигнала на выходе КООпер в сигнал, пригодный для передачи по линейному тракту и обеспечивающий высокое качество передачи информации.

Оптический передатчик (ОПер) обеспечивает преобразование электрического сигнала в оптический сигнал, длина волны которого совпадает с одним из окон прозрачности оптического волокна. В состав ОПер входят:

• источник оптического излучения (ИОИ) или оптической несущей;
• модулятор (М), с помощью которого один из параметров оптической несущей модулируется электрическим многоканальным сигналом, поступающим с ОСпер;
• согласующее устройство (СУпер), необходимое для ввода оптического излучения в оптическое волокно оптического кабеля с минимально возможными потерями.

Как правило, источник оптического излучения, модулятор и согласующее устройство образуют единый блок, называемый передающим оптоэлектронным модулем (ПОМ). Типичный ПОМ содержит ИОИ на основе полупроводникового лазера (ППЛ) или светоизлучающего диода (СИД), а также устройство преобразования входного электрического сигнала и схему стабилизации режимов работы активных элементов ПОМ.

Оптический кабель (ОК) содержит оптические волокна (ОВ), которые служат средой распространения оптического излучения.

Ретранслятор (Р) обеспечивает компенсацию затухания сигнала при его прохождении по ОВ, коррекцию различного вида искажений и обеспечение заданной помехозащищенности. Ретрансляторы могут быть обслуживаемыми или необслуживаемыми и устанавливаются через определенные расстояния, называемые ретрансляционными участками. В ретрансляторе может производиться обработка (усиление, коррекция, регенерация и т. д.) как электрического сигнала, который получается путем преобразования оптического сигнала и последующего преобразования скорректированного электрического сигнала в оптический, так и оптического сигнала с помощью оптических устройств. В последнем случае ретранслятор называется оптическим усилителем.

Оптический приемник (ОПр) обеспечивает прием оптического излучения и преобразование его в электрический сигнал. ОПр включает в себя:

• согласующее устройство (СУпр), необходимое для вывода оптического излучения из ОВ и ввода его в приемник оптического излучения с минимальными потерями;
• приемник оптического излучения (ПОИ), преобразующий оптический сигнал в электрический.

Совокупность согласующего устройства и приемника оптического излучения образует приемный оптоэлектронный модуль (ПРОМ). Типичный ПРОМ включает фотодетектор оптического излучения на основе p-i-n, или лавинных фотодиодов, электронные схемы обработки электрического сигнала и устройства стабилизации режимов работы активных элементов ПРОМ.

Оборудование сопряжения тракта приема (ОСпр) осуществляет преобразования обратные тем, которые выполнялись в ОСпер.

Каналообразующее оборудование тракта приема (КООпр) осуществляет преобразование многоканального сигнала с выхода ОСпр в сигналы отдельных типовых каналов и трактов.

Для модуляции оптической несущей многоканальным электрическим сигналом можно использовать частотную (ЧМ), фазовую (ФМ), амплитудную (АМ), поляризационную (ПМ) модуляции, модуляцию по интенсивности (МИ) и др.

При модуляции интенсивности (МИ) именно величина P изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. Обладая волновой природой, оптическое излучение в то же время является дискретным. Оно излучается и поглощается только в виде дискретных квантов — фотонов. Поэтому мощность оптического излучения P характеризуется интенсивностью потока фотонов (средним числом в единицу времени). Можно считать, что при модуляции интенсивности модулируется интенсивность потока фотонов.

Именно МИ нашла самое широкое применение при построении волоконно-оптических систем передачи, так как приводит к относительно простым техническим решениям при реализации устройств управления (модуляции) интенсивностью излучения полупроводниковых источников и обратного преобразования оптического сигнала в электрический, т. е. демодуляции.

Разумеется, показанная выше схема является очень общей, то есть, относится к любым ВОЛС с теми или иными различиями.

Задавшись целью классифицировать ВОСП, как и традиционные системы, работающие по электрическим кабелям связи, можно это сделать следующим образом.

В зависимости от каналообразующего оборудования:

• аналоговые волоконно-оптические системы передачи, в которых каналообразующее оборудование строится на основе аналоговых систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) и соответственно аналоговых методов модуляции параметров несущей частоты (амплитудная, частотная, фазовая модуляции и их комбинации) или параметров периодической последовательности импульсов (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная, фазоимпульсная модуляции и их комбинации);
• цифровые волоконно-оптические системы передачи, в которых каналообразующее оборудование строится на основе импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), дельта-модуляции и их разновидностей; самое широкое применение находят цифровые ВОСП на основе ИКМ с временным разделением каналов.

Отметим, что на ранних этапах развития волоконно-оптической техники связи проводились научно-исследовательские работы по разработке аналоговых ВОСП, которые показали, что практическая реализация таких систем с большим числом каналов связана с непреодолимыми техническими трудностями.

Во-первых, это связано с высоким уровнем квантовых шумов и собственных шумов фотодиодов, используемых в приемниках оптического излучения. Уровень квантового шума в оптическом диапазоне значительно выше уровня собственной помехи. Для получения необходимого качества передачи сообщений в аналоговых системах требуются специальные методы приема и обработки аналоговых оптических сигналов, а при использовании цифровых системы то же качество передачи обеспечивается при снижении требований к отношению сигнал/шум на 30. . . 40 дБ. Поэтому реализация цифровых ВОСП намного проще по сравнению с аналоговыми ВОСП.

Во-вторых, источники оптического излучения имеют нелинейные модуляционные характеристики, что приводит к существенным трудностям в реализации требований к допустимым помехам нелинейного происхождения. При выполнении этих требований длина усилительного участка аналоговой ВОСП оказывается соизмеримой с длиной усилительного участка систем передачи по симметричным или коаксиальным кабелям. В связи с этим применение аналоговых ВОСП оказывается нецелесообразным по технико-экономическим показателям, особенно учитывая принятый мировым сообществом курс на «цифровизацию» телекоммуникаций.

В настоящее время все многоканальные телекоммуникационные системы передачи по оптическим кабелям являются цифровыми. Поэтому объектом дальнейшего рассмотрения являются исключительно цифровые ВОСП.

В зависимости от организации двусторонней связи ВОСП подразделяются на:

• двухволоконные однополосные однокабельные, в которых передача и прием оптических сигналов ведется по двум оптическим волокнам (ОВ) на одной длине волны λ. При этом каждое ОВ является эквивалентом двухпроводной физической цепи. Так как взаимные влияния между оптическими волокнами кабеля отсутствуют, то тракты передачи и приема различных систем организуются по одному кабелю, что характерно для любой схемы организации двусторонней связи;
• одноволоконные однополосные однокабельные, особенностью которых является использование одного оптического волокна для передачи сигналов в двух направлениях на одной и той же длине волне λ;
• одноволоконные двухполосные однокабельные, в которых передача в одном направлении ведется на длине волны оптического излучения λ1, а в обратном — λ2.

В зависимости от назначения и места в иерархии первичных сетей Единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ) ВОСП подразделяются:

• на магистральные ВОСП, предназначенные для передачи сообщений на тысячи километров и соединяющие между собой центры республик, краев, областей, крупные промышленные и научные центры и др.;
• зоновые или внутризоновые ВОСП, предназначенные для организации связи в административных пределах республик, краев и областей;
• ВОСП для местных сетей, предназначенные для организации межстанционных соединительных линий на городских и сельских телефонных сетях.

Кроме того, цифровые ВОСП можно классифицировать по специфическим параметрам, характерным только для них. Например, в настоящее время очень широко применяется технология спектрального уплотнения каналов с разделением по длинам волн — WDM (Wavelength Division Multiplexing). Эта технология, имеющая несколько разновидностей, подразумевает передачу не одного, а нескольких сигналов по одному волокну линейной части ВОСП — при этом сигналы, чтобы оставаться независимыми, должны иметь различные длины волн. В частности, самым простым случаем уплотнения будет передача по ОВ двух сигналов с λ=1310 нм и λ=1550 нм. В этом случае получаем два канала связи (встречнонаправленные) в одной физической среде. Такие системы очень часто применяются в местных сетях.

Другой разновидностью является CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) — разреженное (или грубое) мультиплексирование. Тут используется весь рабочий диапазон кварцевых одномодовых волокон от 1260 нм до 1675 нм. Как правило, используются ВОК с волокнами стандарта G.652D. Передаются сигналы, модулированные излучением на длинах волн, имеющих шаг 20 нм. Например, 1270 нм, 1290 нм и т. д. Таким образом, по одному ОВ в линейной части могут сразу же передаваться до 16 отдельных потоков данных. Эти, достаточно простые для реализации, настройки и обслуживания системы очень популярны в городских и внутризоновых линиях связи.

И, наконец, самой производительной и сложной является разновидность DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) — плотное мультиплексирование с разделением по длинам волн. В этом случае разделение идёт с шагом менее 1 нм (в зависимости от подвида оборудования), что позволяет добиться реализации до 96 (!) каналов в одном волокне линейного тракта. Эту технологию широко применяют при строительстве магистральных линий связи, когда протяжённость участков регенерации составляет 100 и более км.

При описании принципиальных различий линий связи мы использовали термин волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). Но в дальнейшем, и это будет случаться чаще, мы будем использовать термин волоконно-оптические линии связи, поскольку это понятие имеет более широкий смысл, включая в себя не только аппаратуру и среду для передачи сигнала, но и всё сопутствующее оборудование и приспособления, которые используются при строительстве — кроссы, станционные шкафы, сами помещения, опоры ВЛ и прочее. Таким образом, определение «ВОЛС» более полновесно и удобно.

Применение волоконно-оптического кабеля

Как уже знаем, основной характеристикой ВОЛС считается величина затухания мощности сигнала, который в ней передаётся. За затухание в ОВ отвечают два явления — рассеяние светового излучения и поглощение этого излучения материалом волокна. Суммарно они формируют определенное значение километрического затухания, характерного для любого SM-волокна. Т. е. изначально при проектировании ВОЛС мы уже знаем величину этого самого затухания, поскольку можем подсчитать, сколько децибел мощности потеряется в самом ОВ и на его соединениях. Однако, к сожалению, есть ещё одна причина увеличения потерь, которая может появиться в самый неподходящий момент — изгибные потери.

На рис. 5 схематично показано, как могут распространяться лучи света в изогнутой сердцевине.

Рис. 5. Появление оптических потерь на изгибе ОВ.

В месте изгиба часть светового потока будет падать на границу раздела сердцевины и оболочки под недопустимым углом, при котором не будет выполняться условие полного внутреннего отражения. Излучение частично будет переходить в оболочку, а это равносильно потере части полезного сигнала.

Различают понятия микроизгиб и макроизгиб. Микроизгиб относится к непрямолинейности формы ОВ внутри кабеля. ОВ находятся в модулях в свободном (извилистом) состоянии, а сами модули — в виде скрутки. Макроизгиб — это ОВ, изогнутое в виде дуги.

Потери на макроизгибах резко возрастают и становятся недопустимо большими, как только радиус изгиба уменьшается до критического значения, которое для типичных ОВ составляет несколько сантиметров. Конкретно, в «Правилах применения оптических кабелей связи, пассивных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон» утвержденных приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации №47 от 19 апреля 2006 г. увидим следующее требование — допустимый радиус изгиба ОВ (любого типа) должен быть не менее 30 мм. Это требование нужно выполнять всегда, когда мы работаем с волокном, например, при его сварке.

Если же говорить о кабеле в целом, то здесь тоже необходимо придерживаться строгого правила по допустимому радиусу изгиба. В «Правилах применения оптических кабелей связи, пассивных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон» есть и это значение — радиус изгиба ВОК должен быть не менее 20 наружных диаметров этого кабеля. Для примера, внешний диаметр кабеля — 12 мм, минимальный радиус изгиба равен 240 мм. Делаем вывод, что минимальный радиус изгиба ОК зависит от его внешнего диаметра.

Это правило носит общий характер, для более точного ознакомления со всеми требованиями к конкретной разновидности кабеля при его монтаже и эксплуатации рекомендуем пользоваться инструкциями, разработанными производителем. Например, для продукции «Инкаб» смотрите инструкции по ссылке: https://incab.ru/useful-information/documents/#!instructions

Также при проектировании ВОЛС необходимо предусматривать конструктивные элементы, ограничивающие до необходимых пределов радиус изгиба.

Деформация ОВ при изготовлении кабеля (микроизгибы, скрутка, сжатие) является другой причиной появления дополнительных потерь. При соответствующем выборе кабельных материалов, конструкции и технологии изготовления ВОК эти потери в многомодовых и одномодовых ОВ составляют не больше 20% от полных потерь. Дополнительные потери мощности практически постоянны в диапазоне длин волн 800…1700 нм.

Во избежание увеличения этих потерь необходимо правильно использовать ВОК, причём делать это необходимо ещё до начала прокладки.

Например, на рис. 6 видим, как нельзя хранить кабельные барабаны.

Рис. 6. Кабельный барабан, лежащий на «щеке».

Многие удивятся, почему такой способ размещения назван неправильным. Однако, есть множество подтверждений тому, что подобное положение барабана неизбежно приведёт к сползанию верхних и сдавливанию нижних колец ВОК, а это, в свою очередь, приведёт к сдавливанию ОВ. Причём, чем дольше так лежит барабан, тем заметнее и необратимее будет деформация кабеля. А на ОВ уже проложенного кабеля с такого барабана сможем обнаружить недопустимо возросшие километрические затухания.

При строительстве и эксплуатации оптических кабельных линий возможно появление так называемых эксплуатационных потерь. Прежде всего эти потери связаны с макроизгибами, которые неизбежно возникают при прокладке ОК. Другая причина — постепенное увеличение собственных потерь ОВ. Основной причиной постепенного увеличения собственных потерь ОВ является влага, проникающая в ВОК. Под ее действием, в случае замерзания, происходит образование микротрещин в структуре ОВ, которые визуально воспринимаются как помутнение стекла. Для защиты от влаги производители применяют влагозащитные оболочки и гидрофобное заполнение.

К сожалению, не всегда усилия производителя ВОК, направленные на защиту их продукции от воздействия окружающей среды гарантируют сохранность кабеля на протяжении всего срока эксплуатации. Иногда, и не так уж и редко, можно встретить нарушения технологии прокладки ВОК, которые приводят к появлению дополнительных потерь. Причём это могут быть как устранимые нарушения, так и необратимые — речь идёт о трещинах в ОВ, а их появление неизбежно приводит к самому критическому состоянию линии связи — к обрыву.

Как избежать подобных проблем? Перечислим требования к ВОК:

• возможность прокладки в тех же условиях, в каких прокладываются электрические кабели связи;
• возможность сращивания и монтажа в полевых условиях;
• устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям в процессе строительства и эксплуатации;
• эксплуатационная надежность с заданными показателями безотказности, долговечности и ремонтопригодности и др.

Классификация волоконно-оптических кабелей связи

Конструкции ВОК в основном определяется назначением и областью их применения. Они различаются видом защитных покровов ВОК, характером компоновки ОВ в составе кабельного сердечника, характером и способом упрочнения ВОК от продольных и радиальных воздействий.

По своему назначению ВОК подразделяются по месту в первичной сети ЕСЭ РФ на:

• магистральные;
• зоновые (внутризоновые);
• местные (городские, районные);
• объектовые и монтажные.

Магистральные и зоновые ВОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и организации большого числа каналов. Они содержат ОВ, обладающие большой широкополосностью, малыми затуханием и дисперсией.

Местные ВОК используются в качестве соединительных линий между городскими и районными АТС. Они рассчитаны на работу без промежуточных регенераторов, т. е. на сравнительно короткие расстояния (до нескольких десятков км) и относительно небольшое число каналов.

Объектовые ВОК служат для передачи различной информации на малые расстояния внутри объекта и содержат, как правило, большое число ОВ.

Монтажные ВОК предназначаются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.

В зависимости условий прокладки и эксплуатации ВОК подразделяются на:

• ВОК для наружной прокладки;
• ВОК для внутренней прокладки.

Кабели наружной прокладки применяются на любых (сельских, городских, зоновых и магистральных) линиях связи и по условию прокладки их можно разделить на подвесные, подземные, подводные.

Подвесные ВОК

Подвесные кабели подвешиваются на опорах различного типа и в свою очередь подразделяются на кабели:

• самонесущие — с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах различного типа, в том числе на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;
• прикрепляемые — крепятся к несущему проводу с помощью специальных зажимов;
• навиваемые — навиваются вокруг несущего, например, фазового, провода или грозотроса;
• встраиваемые в грозотрос (ОКГТ).

Это, пожалуй, самая уязвимая разновидность прокладки, тут кабелю угрожает много разных внешних факторов.

Более подробно о разных нарушениях и их последствиях рассказано в статье, посвящённой подвесному кабелю: Особенности монтажа ОКСН

Для наглядности такой пример:

Рис. 7. Разрушение кабеля неправильно смонтированным гасителем вибрации.

Всевозможных ухудшений состояния ВОЛС, проложенной методом подвеса, можно избежать, если:

1. Cтроительство ВОЛС ведётся по проекту, разработанному квалифицированным проектировщиком, учтены все эксплуатационные нагрузки, правильно подобрана арматура и т. д.
2. Монтаж ВОК, муфт, арматуры и пр. ведётся по инструкции.

Грунтовые ВОК

Кабели подземной прокладки подразделяются:

• на прокладываемые в кабельной канализации (в асбестоцементных или пластмассовых трубах диаметром – несколько ВОК в одной трубе);
• закладываемые в грунт (непосредственно в грунт, в полотне железной дороги, в асфальте автомобильной дороги);
• прокладки в специальных трубах, например, ЗПТ.

Основными видами угроз в данном случае будут смещения грунтов различной природы (эрозия почвы, вымывание грунтовыми водами, вечномерзлотные процессы и т. п.). В случае непосредственного воздействия на кабель, грунт может создавать изгибную и раздавливающую нагрузку чрезвычайных значений и это необходимо учесть заранее — при выборе кабеля нужно руководствоваться рекомендованными значениями МДРН и допустимой раздавливающей нагрузки кабеля для каждого типа грунта (табличное значение). При прокладке кабеля в грунт необходимо формировать песчаную подушку, а сам кабель должен быть уложен в виде «змейки». Ну и наконец, стараться не повредить ВОК при прокладке. Как, например, на рис. 8.

Рис. 8. «Баран» на кабеле.

Подобное случается, если кабель затягивается (как правило, чаще это случается при прокладке в кабельной канализации) без разматывания бухты — иногда условия не позволяют этого сделать и кабель просто скидывается с бухты кольцами.

Подводные ВОК

Подводные кабели подразделяются:

• на укладываемые на дно несудоходных рек, неглубоких озер и болот;
• укладываемые на дно морей и океанов.

В случае подводной прокладки необходимо знать глубину окончательного залегания ВОК и выбрать марку с соответствующими прочностными характеристиками.

Внутриобъектовые ВОК

Кабели внутренней прокладки используются внутрителефонных станций, офисов, зданий и помещений. По условиям прокладки эти кабели подразделяются:

• на кабели вертикальной («riser») и горизонтальной («distribution») прокладки;
• шнуры коммутации.

Во избежание появления дополнительных потерь, необходимо правильно подобрать марку ВОК под соответствующие условия его прокладки. Нельзя, например, прокладывать кабель типа «riser» в горизонтальной плоскости — на поворотах трассы неизбежно появление заломов на его жёсткой оболочке. Кабель типа «distribution» не должен быть пережат или сдавлен. При коммутации оборудования оптическими шнурами не допускать ситуации, напоминающей изображённую на рис. 9.

Рис. 9. «Мочалка» из патч-кордов.

Таким образом, именно соблюдение инструкций по работе с ВОК, с оптическими муфтами и прочим монтажным оборудованием обеспечит выполнение требования к минимальному сроку службы проложенного ВОК, указанному в «ГОСТ Р 52266-2020. Кабели оптические. Общие технические условия», пункт 6.5 Требования надежности. Согласно этим требованиям срок службы оптоволоконного кабеля должен быть не менее 25 лет.