Come funziona il cavo in fibra ottica per interni ed esterni a 2 fibre?
Un cavo per interni ed esterni a 2 fibre trasmette i dati attraverso due singole fibre di vetro o plastica che trasportano segnali luminosi utilizzando la riflessione interna totale. Ogni fibra è costituita da un nucleo, un rivestimento e strati protettivi progettati per funzionare in modo affidabile sia in ambienti interni che esterni.
Il meccanismo di trasmissione centrale
L'operazione fondamentale si basa sulla fisica della luce. Una fibra ottica trasmette la luce lungo il proprio asse per riflessione interna totale, con un nucleo circondato da uno strato di rivestimento costituito da materiali dielettrici. Quando la luce entra nel nucleo della fibra con l'angolazione corretta, rimbalza continuamente sul confine tra il nucleo e il rivestimento anziché fuoriuscire.
Ciò accade perché l'indice di rifrazione del nucleo deve essere maggiore di quello del rivestimento per confinare il segnale ottico. Immaginalo come un corridoio con specchi alle pareti-i segnali luminosi viaggiano in tutta la sua lunghezza riflettendosi su questi confini interni migliaia di volte al metro.
Come funzionano le due fibre
In una configurazione a 2 fibre, ciascun filo funziona in modo indipendente. Una fibra generalmente gestisce i segnali di trasmissione mentre l'altra gestisce i segnali di ricezione, creando un percorso di comunicazione bidirezionale. Questi cavi sono composti da 2 fibre monomodali con un nucleo da 9 micron all'interno di filato aramidico che blocca l'acqua, avvolto in un rivestimento esterno in PVC nero.
La designazione "2 fibre" significa che ci sono due percorsi ottici separati all'interno di un singolo cavo assemblato. Ciò consente la comunicazione bidirezionale simultanea-senza interferenze di segnale, poiché ciascuna fibra è otticamente isolata dall'altra.
Strati di costruzione fisica
I cavi in fibra ottica per interni/esterni combinano i vantaggi dei cavi per esterni, come resistenza all'umidità, resistenza all'acqua e buone prestazioni meccaniche, con le caratteristiche dei cavi per interni, tra cui ritardanza di fiamma e non-conduttività elettrica.
Strato centrale: La parte più interna dove viaggia la luce. Le fibre mono-modali utilizzano un nucleo da 9 micron ottimizzato per lunghezze d'onda della luce di 1310 nm o 1550 nm.
Rivestimento: Il rivestimento è avvolto attorno al nucleo ed è costituito da un diverso tipo di vetro con un indice di rifrazione inferiore rispetto al nucleo, contribuendo a trattenere i segnali luminosi all'interno. Questo confine ottico è il punto in cui avviene la riflessione interna totale.
Rivestimento tampone: I cavi per interni utilizzano fibre strette-tamponate con un diametro di 900 μm, mentre i cavi per esterni utilizzano in genere fibre colorate con un diametro di 250 μm o 200 μm. I cavi interni/esterni colmano questo divario con un approccio intermedio.
Membri della forza: Le fibre aramidiche (come il Kevlar) fungono da elementi di resistenza flessibili raggruppati con la fibra. Questi impediscono la rottura delle delicate fibre di vetro quando il cavo viene tirato o piegato durante l'installazione.
Giacca esterna: La guaina utilizza materiali ignifughi-come polietilene, cloruro di polivinile o poliolefina ritardante di fiamma a basso-fumo e zero alogeni-. Il rivestimento esterno è resistente all'umidità-, ai funghi-e ai raggi UV, adatto per condutture sotterranee, aree aeree o spazi interni/esterni.
Requisiti prestazionali per interni ed esterni
Il design a doppia-classificazione affronta sfide ambientali distinte.
Per uso interno, il cavo deve soddisfare le norme di sicurezza antincendio. Il cavo Riser Rated (CMR) è conforme allo standard UL-1666, il che significa che si autoestinguente e impedisce alle fiamme di risalire lungo il cavo durante un test di combustione verticale. Ciò è importante negli edifici in cui i cavi corrono verticalmente tra i piani attraverso montanti o vani ascensore.
Per l'uso esterno, la durabilità diventa fondamentale. I cavi in fibra ottica per esterni hanno una maggiore resistenza alla trazione e un rivestimento protettivo più spesso rispetto ai cavi per interni, rendendoli più durevoli in ambienti esterni difficili. Devono resistere ai raggi UV, alle temperature estreme, all'umidità e allo stress fisico.
I cavi interni/esterni implementano misure di impermeabilizzazione a secco per prevenire perdite di grasso quando il cavo è dispiegato verticalmente e sfruttano l'assenza di componenti metallici nella struttura o componenti metallici di rinforzo facilmente scollegabili elettricamente. Ciò elimina il rischio di condurre elettricità negli edifici mantenendo la resistenza meccanica all'esterno.
Processo di trasmissione del segnale
Quando è necessario inviare dati, le apparecchiature elettroniche convertono i segnali elettrici in impulsi luminosi utilizzando laser o LED. Questi impulsi luminosi entrano nel nucleo della fibra da un'estremità.
La luce viaggia lungo un cavo in fibra-ottica rimbalzando ripetutamente sulle pareti-ogni fotone rimbalza ripetutamente lungo il tubo. L'angolo critico determina se la luce riflette o sfugge. Affinché la luce venga riflessa totalmente, l'angolo incidente dovrebbe essere maggiore dell'angolo critico in modo che avvengano riflessioni continue sulla parete del rivestimento all'interno della fibra.
All'estremità ricevente, i fotorilevatori riconvertono gli impulsi luminosi in segnali elettrici che le apparecchiature di rete possono elaborare. L'intera trasmissione avviene alla velocità della luce nel vetro-circa 200.000 chilometri al secondo.
Perdita di segnale e distanza
Nessuna trasmissione è perfetta. Per la fibra monomodale-, l'attenuazione tipica a 1550 nm è di circa 0,2 dB/km, mentre a 1310 nm è di circa 0,5 dB/km. Ciò significa che un cavo di 10 chilometri potrebbe ridurre la potenza del segnale di 2-5 decibel a seconda della lunghezza d'onda.
Con la fibra SMF28, la perdita è inferiore a 0,15 dB per chilometro principalmente a causa della dispersione, quindi si perde meno luce attraverso un intero chilometro di fibra rispetto al rimbalzo una sola volta su uno specchio metallico. Questa straordinaria efficienza è il motivo per cui la fibra ottica domina le comunicazioni a lunga-distanza.
Ulteriori perdite si verificano nei punti di connessione. I connettori monomodali assemblati in fabbrica hanno perdite nell'intervallo di 0,1-0,2 dB, mentre i connettori terminati sul campo possono avere perdite fino a 0,2-1,0 dB. Ogni giunzione aggiunge altri 0,1-0,3 dB di perdita.
Flessibilità di installazione
La classificazione per interni/esterni significa che gli installatori non necessitano di scatole di transizione in cui i cavi passano attraverso le pareti o tra edifici.
Il cablaggio per interni-esterni colma il divario per le applicazioni in cui i percorsi di rete includono percorsi esterni fornendo al tempo stesso i requisiti di sicurezza antifiamma per le transizioni negli edifici del campus. Un singolo cavo continuo può passare dal condotto esterno direttamente negli spazi del plenum interno senza violare i codici elettrici.
Ciò semplifica le reti dei campus, le distribuzioni da fibra-a-casa-e le connessioni da edificio-a-edificio. La fibra tight buffered presenta raggi di curvatura minimi più piccoli, supportando l'installazione in vassoi, rack, pannelli di permutazione e aree con molteplici cambi di direzione.
Tuttavia, esistono ancora dei limiti per il raggio di curvatura. Il cavo ha un raggio di curvatura minimo di 7,50 mm per involucri stretti e curve strette. Superare questo limite forzando curve strette può rompere le fibre di vetro all'interno o indurre una perdita di segnale attraverso la microflessione.
Perché due fibre invece di una
Molte applicazioni potrebbero teoricamente funzionare con una singola fibra utilizzando ricetrasmettitori bidirezionali, ma per ragioni pratiche prevalgono i design a due-fibra.
Percorsi di trasmissione e ricezione separati eliminano la necessità di apparecchiature di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda su entrambe le estremità. Ciò riduce i costi e la complessità per la maggior parte delle installazioni. Le ottiche sono più semplici-una lunghezza d'onda in una direzione su ciascuna fibra anziché due lunghezze d'onda che condividono una singola fibra.
La risoluzione dei problemi diventa più semplice quando ciascuna direzione ha il proprio percorso fisico. Se una fibra si guasta, le prestazioni dell'altra rivelano immediatamente se il problema è la fibra stessa o l'apparecchiatura ricetrasmittente. In un sistema a fibra singola-la diagnosi diventa più complessa.
Anche la flessibilità dell'aggiornamento migliora. È possibile sostituire i ricetrasmettitori su un'estremità senza necessariamente aggiornare entrambi i lati contemporaneamente, purché entrambe le fibre rimangano funzionanti.
Sorgenti luminose e tipi di fibre
La fibra monomodale è ottimizzata per funzionare con apparecchiature in fibra ottica che utilizzano lunghezze d'onda della luce di 1310 nm o 1550 nm. Queste lunghezze d'onda specifiche sono state scelte perché riducono al minimo l'attenuazione nella fibra di vetro-ricadono nelle "finestre di trasmissione" dove il vetro di silice è più trasparente.
Le fibre mono-modali contengono un nucleo molto sottile e, poiché il nucleo è così piccolo, la luce non rimbalza realmente; tutti i segnali viaggiano direttamente al centro senza rimbalzare sui bordi. Questa trasmissione a percorso rettilineo- impedisce la dispersione, consentendo ai segnali di mantenere la loro forma su lunghe distanze.
L’alternativa è la fibra multimodale con un nucleo più grande che consente alla luce di percorrere più percorsi. Le fibre multimodali vengono utilizzate per collegamenti di comunicazione a breve-distanza e per applicazioni in cui è necessario trasmettere un'elevata potenza ottica. I cavi per interni/esterni sono disponibili sia in versione mono-modale che multimodale a seconda dei requisiti dell'applicazione.
Tecnologia di blocco dell'acqua
Una delle sfide più difficili è prevenire i danni causati dall’acqua senza usare il gel.
La fibra-a tubo sciolto utilizza tubi riempiti di gel-che bloccano l'acqua e ammortizzano le fibre, mentre le opzioni con blocco dell'acqua a secco-forniscono giunzioni più pulite e più facili. Molti cavi per interni/esterni utilizzano una tecnologia di blocco dell'acqua-a secco con filati specializzati che si gonfiano quando entrano in contatto con l'umidità.
I cavi in fibra ottica sono bloccati dall'acqua e superano i requisiti di penetrazione dell'acqua di ICEA S-104-696 e GR-20-CORE, contribuendo a garantire che eventuali danni al cavo e il conseguente ingresso di acqua siano limitati a una lunghezza riparabile di diversi metri.
Ciò è importante perché l'acqua può aumentare l'attenuazione modificando le proprietà dell'indice di rifrazione al confine del rivestimento del nucleo-. Anche piccole quantità di umidità possono deteriorare la qualità del segnale nel tempo.
Domande frequenti
Il cavo interno/esterno può davvero gestire entrambi gli ambienti?
Sì, ma con dei compromessi. Questi cavi soddisfano i requisiti minimi per entrambi i contesti anziché essere ottimali per nessuno dei due. Sono più robusti dei cavi per interni puri, ma meno robusti dei cavi con armatura per esterni specializzati. Per la maggior parte delle applicazioni universitarie e commerciali, forniscono un eccellente equilibrio tra prestazioni, costi e flessibilità di installazione.
Qual è la distanza massima per 2 cavi in fibra?
L'attenuazione nei moderni cavi ottici è molto inferiore a quella dei cavi elettrici in rame, il che porta a connessioni in fibra a lungo-raggio con distanze di ripetitori di 70-150 chilometri. Per le installazioni pratiche, la distanza dipende dal budget di potenza del ricetrasmettitore e dalla perdita totale del collegamento dovuta alla lunghezza della fibra, ai connettori e alle giunzioni. Un calcolo tipico aggiunge l'attenuazione (0,3-0,5 dB/km) più le perdite del connettore (0,5-0,75 dB ciascuna) più le perdite di giunzione (0,1 dB ciascuna) più un margine di sicurezza di 3 dB.
Come si collegano le due fibre all'apparecchiatura?
Ciascuna fibra termina con un connettore-comunemente di tipo LC, SC o ST. La fibra viene terminata con connettori LC con ghiera in ceramica per spazi difficili da raggiungere e ogni breakout di fibra è circondato da 18" di tubi di forcazione da 2,0 mil per una maggiore durata. I connettori si collegano ai moduli ricetrasmettitori su switch, router o convertitori multimediali. Il corretto allineamento dei connettori è fondamentale poiché i nuclei della fibra sono larghi solo 9 micron.
La piegatura danneggerà il cavo?
Curve strette possono causare la perdita immediata del segnale o l'eventuale rottura della fibra. Due tipi di piegatura interessano i cavi in fibra ottica: la macropiegatura si riferisce alla grande piegatura del cavo, mentre la micropiegatura si riferisce alla piccola piegatura. Mantieni sempre il raggio di curvatura minimo specificato dal produttore, in genere 10-15 volte il diametro del cavo. Le moderne fibre insensibili alla piegatura tollerano piegature più strette ma hanno ancora dei limiti.
Considerazioni sulla scelta del cavo
Quando si sceglie tra cavo puro indoor, puro esterno o interno/esterno, pensare all'intero percorso di installazione.
Se il cavo non esce mai dall'edificio, il cavo per interni-costa meno e offre una migliore flessibilità per gli spazi ristretti. Se rimane completamente all'esterno in condotti o percorsi aerei, il cavo esterno pesantemente armato fornisce la massima protezione.
Il cavo per interni/esterni ha senso quando è necessaria la continuità oltre i confini ambientali. Ciò include implementazioni Fiber-to-the-desk in cui i cavi passano dai terminali esterni agli uffici, reti di campus che collegano edifici e qualsiasi scenario in cui l'interruzione del percorso richiederebbe una giunzione a fusione in una scatola di giunzione.
Il nucleo e il rivestimento del cavo in fibra ottica per interni/esterni sono realizzati utilizzando fibra monomodale di alta qualità conforme a ITU-T G.652.D e retrocompatibile con altre fibre monomodali legacy. Questa conformità allo standard garantisce l'interoperabilità con l'infrastruttura esistente e gli aggiornamenti futuri.
Tieni presente che mentre 2 cavi in fibra soddisfano la maggior parte delle esigenze, esistono conteggi di fibre più elevati (4, 6, 12 o più) per applicazioni che richiedono più circuiti o ridondanza. Il principio di funzionamento rimane identico-più fibre significano semplicemente più percorsi di comunicazione paralleli in un'unica guaina del cavo.
La bellezza della fibra ottica è che i principi fisici della trasmissione della luce attraverso il vetro rimangono costanti sia che si inviino dati attraverso una stanza o attraverso un oceano. L'imballaggio protettivo si adatta all'ambiente, ma all'interno quei due fili di vetro eseguono lo stesso elegante trucco di intrappolare e guidare i fotoni da un'estremità all'altra.