Волоконно-оптический кабель сегодня активно применяется для передачи аудиовизуальных сигналов и данных на большие расстояния в широком спектре разнообразных AV, телекоммуникационных и сетевых приложений, превосходя по ряду характеристик кабель, использующий вместо оптических волокон медные жилы. Разбираемся в его основных преимуществах и недостатках.
Рынок оптической передачи данных все быстрее развивается и, согласно отчету консалтингового агентства Fior Markets, вырастет к 2025 году до $7,89 млрд, обеспечивая среднегодовой рост на уровне 11,7%. Основной триггер этого процесса — повсеместное внедрение различных версий конфигурации Fiber To The X (FTTx — оптическое волокно до точки X), а также повышение требований к пропускной способности сетей и безопасности личных данных.
Если сравнивать между собой два наиболее распространенных стандарта кабелей, то медный провод работает с электрическими сигналами, проходящими по металлическим жилам, в то время, как волоконно-оптический транслирует сигналы в световой форме, что требует применения устройств, осуществляющих преобразование электрических сигналов в свет и обратно. Как правило, источником света в подобной конструкции служит лазер или светодиоды, а устройствами преобразования — локальный передатчик и удаленный приемник. При этом для максимально качественной передачи амплитуда, частота и фаза света на всем пути прохождения по кабелю должны быть стабильны и не подвержены внешним колебаниям. Чем же такой подход, особенно учитывая необходимость применения для преобразования дополнительного оборудования, лучше классического медного кабеля?
Основные преимущества и недостатки перехода на волоконно-оптическую передачу данных:
Пропускная способность
При одинаковом диаметре кабеля волоконно-оптическое соединение способно обеспечить значительно более широкую полосу пропускания, чем медная витая пара, позволяя транслировать гораздо больше данных. Это значит, что один и тот же сигнал, например, 4K-видео за одинаковый промежуток времени по разным кабелям будет предаваться без потерь на разное расстояние и с разной скоростью.
Дальность и скорость передачи
Лазер, применяемый в волоконно-оптическом кабеле, движется со скоростью, составляющей примерно одну треть от скорости света. Электроны в медном кабеле движутся со скоростью менее 1% от скорости света. Столь внушительная разница накладывает свой отпечаток как на скорость передачи данных, так и на максимально допустимую дальность соединения. Стандартное расстояние, на которое способен передавать медный кабель, обычно не превышает 100 метров. Многомодовое оптоволокно позволяет увеличить это расстояние до 300 метров, а одномодовое, при правильном подборе остальных компонентов системы, до 10 км.
Помехозащищенность
Волоконно-оптический кабель не содержит металлических компонентов, в результате чего невосприимчив к электромагнитным и радиочастотным помехам и способен эффективно работать при экстремальных изменениях температуры и влажности, которые могут быть критичны для медного кабеля.
Безопасность
Отсутствие в волоконно-оптической технологии передачи электрических сигналов делает невозможным перехват пользовательских данных третьими лицами, а попытки физического доступа могут быть в кратчайшие сроки детектированы. Столь высокий уровень безопасности сделал оптику крайне популярной в государственных и банковских приложениях, для которых этот фактор критичен. Другим преимуществом отсутствия в кабеле электрического тока является полное решение проблем с короткими замыканиями, искрением и другими схожими неполадками, что делает их подходящими для использования на взрыво- и пожароопасных объектах, например, химических или нефтеперерабатывающих заводах.
Недостатки
Естественно, помимо преимуществ, есть у технологии и недостатки. Волоконно-оптический кабель, как правило, изготавливается из стекла, поэтому он более хрупок, чем медный, и требует более аккуратного обращения при монтаже и эксплуатации. За счет более сложной стыковки элементов кабельной инфраструктуры инсталляции с волоконно-оптическим соединением более трудны в реализации. Необходимость использования для трансляции данных приемников и передатчиков, осуществляющих преобразование сигналов из электрических в оптические и обратно, повышает стоимость самой инфраструктуры. Наконец, с увеличением дальности передачи повышается и рассеивание света, что требует для проектов, где нужно покрыть большое расстояние, применения лазеров с короткой длиной волны, которые сложнее и дороже в изготовлении. Соответственно, чем больше дальность, тем выше стоимость соединения.
Классификация
Волоконно-оптический кабель состоит из сердечника, включающего одну или несколько стеклянных нитей, по которым проходит световой сигнал, оплетки и различных защитных слоев. Кабель с одной жилой называется одномодовым, имеет меньший диаметр сердечника, составляющую 8-9 микрон, и использует длину волны (1310 нм или 1550 нм), что позволяет передавать сигналы на большие расстояния и с более высокой скоростью. Толщина жилы многомодового кабеля стандартна — 50 или 62,5 микрон, а длина волны может быть от 650 до 850 нм. Они классифицируются, как OM1/2/3/4, при этом OM1 и OM2 чаще всего построены на базе светодиодного источника света и покрыты оранжевой оболочкой, в то время, как OM3 и OM4 обычно используют лазеры VCSEL (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором) с длиной волны 850 нм и покрыты оболочкой цвета морской волны. Одномодовые кабели классифицируются, как OS1 и OS2, но различия в них заключаются в конструкции самого кабеля, а не характеристиках оптического волокна. На цвет оплетки также могут влиять исполнение для внутренней и наружной эксплуатации и гибридная конструкция.
Источником света при оптоволоконной передаче может выступать как лазер, так и светодиоды. Они работают с длиной волны выше видимого диапазона, но ниже инфракрасного. В одномодовых кабелях применяются лазеры с большой длиной волны, а в многомодовых — лазеры или светодиоды с короткой длиной волны. Поверхностно-излучающие лазеры с вертикальным резонатором устанавливают в основном в многомодовых соединениях с длиной волны 850 нм, которые используются для передачи сигналов на расстояния до 500 метров. Лазеры Фабри-Перо чаще можно встретить в одномодовых волоконно-оптических кабелях с длиной волны 1310 нм и 1550 нм, предназначенных для передачи сигналов со скоростью до 1,25 Гб/с на большие дистанции, но не дальше, чем на 20 км. Лазеры с распределенной обратной связью характеризуются такой же длиной волны, как и Фабри-Перо, но могут передавать сигналы на расстояния до 40 км.
Дополняют все это гибридные кабели, в которых применена комбинация из волоконного и медного компонентов, называемые активными оптическими кабелями. Подобная конфигурация использует лазеры VCSEL для высокоскоростной передачи видеосигналов по многомодовому соединению, а медные жилы отвечают за передачу сигналов управления. Такие кабели популярны в соединениях, длина которых не превышает 100 метров, и превосходят по ряду ключевых характеристик классические медные кабели, уступая полностью волоконно-оптическим.
Удлинители
Широкий ассортимент удлинителей для передачи AV и KVM сигналов по оптоволоконным сетям на разное расстояние и с разной скоростью можно найти в ассортименте компании ATEN. Например, модель VE883 K1, построенная на базе поверхностно-излучающего лазера с вертикальным резонатором с длиной волны 850 нм, способна транслировать по многомодовому кабелю 4K-сигнал и управляющие команды, поступающие через порт HDMI, на дистанцию до 300 метров, а VE883K2 на базе лазера с распределенной обратной связью с длиной волны 1310 нм позволяет транслировать 4K-сигнал по одномодовому кабелю на дистанцию до 10 км. Модель VE882, также снабженная портом HDMI, подойдет для трансляции сигналов с разрешением 1080p@60 и управляющих команд ИК и RS-232 по одномодовому кабелю на расстояние до 600 метров.
Линейка CE объединяет устройства для работы не только с видеосигналами, для подачи которых предусмотрены порты DVI, но и с USB-данными и KVM-сигналами. Модель CE680 может передавать по одномодовому кабелю видео с разрешение WUXGA на расстояние до 600 метров, а CE690 — уже на 10 километров. Все удлинители представляют собой комплект из приемника и передатчика, выполненных в компактных корпусах. Также ATEN выпускает приемопередатчики в форм-факторе SFP, предназначенные для установки в материнские платы сетевых устройств. Например, модуль 2A-137G с лазером с длиной волны 1310 нм позволяет передавать по одномодовому кабелю сигналы на расстояние до 10 километров.
Читайте АВ Клуб в Telegram
