UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET
PROJEKTIRANJE I IZVOĐENJE INSTALACIJA SA OPTIČKIM KABELIMA ZAVRŠNI RAD
Mentor:
Kandidat:
Red.prof.dr. Alija Muharemović
Sarajevo, septembar 2011.
Armin Kovačević
ODSJEK ZA ELEKTROENERGETIKU Školska godina 2010 / 2011 Studij Bologna: III Godina, VI Semestar Završni rad
Nastavnik:Red.prof.dr. Alija Muharemović Naziv rada: Projektiranje i izvoĊenje instalacija sa optiĉkim kabelima Postavka zadatka: U radu treba analizirati instalacije u kanalizacijskim cijevima, instalacije u putevima i trotoarima, ureĊaje za instalaciju ( kuka za vuĉu, rasteretna kutija, kutija za zaštitu spojeva, patch panel itd ), unutarnje i vanjske instalacije ( instalacije kabela u zatvorenim prostorima, instalacije kabela na otvorenom, itd ), metode instaliranja ( kanalice i kanali, cijevi, direktno ukopavanje, zraĉno postavljanje, upuhavanje fibera, ... ), elektriĉna sigurnost, upravljanje opremom ( ĉistoća, organizacija, oznaĉavanje, dokumentacija,.. ), optiĉki kabeli u elektroenergetskom sistemu ( karakteristike OPGW kabela, konstrukcija OPGW kabela, ugradnja, nemetalni samonosivi optiĉki kabel, optiĉki kabeli za priĉvršebu za zemljovodno uže ), mjerenje i testiranje optiĉkih vlakana itd.
Osnovna Literatura: [1] Madžarević V. Optički kablovi-instaliranje i testiranje , ETF Tuzla 2009 [2] Crisp J. Introduction to Fiber Optics , Newnes, Oxworf, Auckland, Boston, 2001
MENTOR: Red.prof.dr. Alija Muharemović ___________________________
SAŽETAK Glavna prednost optiĉkih kablova je sposobnost da transportuju više informacija na veće udaljenosti u jedinici vremena nego bilo koji drugi komunikacijski mediji. Pored toga, na njih ne utiĉe interferencija elektromagnetnog zraĉenja što omogućava da se informacije prenesu sa manje šuma i manje grešaka. TakoĊer, postoje i mnoge druge primjene optiĉkog vlakna koje jednostavno nisu moguće sa metalnim provodnicima. U ovom radu je objašnjeno postavljanje optiĉkih instalacija u kanalizacijskim cijevima, putevima i trotoarima, kao i ureĊaji pomoću kojih se ove instalacije postavljaju. TakoĊer, objašnjene su unutarnje i vanjske instalacije, kao i elektriĉna sigurnost, te korištenje optiĉkih kablova u eletroenergetskom sistemu. Za kraj su objašnjena mjerenja i testiranja optiĉkih vlakana.
ABSTRACT The main advantage of fiber optic cables is the ability to transport more information at greater distances per time unit than any other communications media. In addition, they are not affected by interference of electromagnetic radiation, so information is allowed to be transmitted with less noise and fewer errors. There are also many other applications of optical fibers that are simply not possible with metal conduits. This paper describes the optical setup in the installation of sewage pipes, roads and sidewalks, as well as devices with which this installation is set. Also explained are the indoor and outdoor installations, and electrical safety, and the use of fiber optic cables in the electricity power system. In the end, the measurement and testing of optical fibers, has been explained.
Sadržaj:
UVOD ..................................................................................................................................................... 3 1.
IZVOĐENJE INSTALACIJA SA OPTIĈKIM KABLOVIMA ..................................................... 4 1.1.
Instalacija u kanalizacijskim cijevima .................................................................................... 4
1.2.
Instalacija u putevima i trotoarima.......................................................................................... 6
1.3.
UreĊaji za instalaciju............................................................................................................... 6
1.3.1.
Kuka za vuĉu................................................................................................................... 7
1.3.2.
Rasteretna kutija.............................................................................................................. 7
1.3.3.
Kutija za zaštitu spojeva ................................................................................................. 8
1.3.4.
Patch panel ...................................................................................................................... 9
1.4.
2.
3.
4.
Unutarnje i vanjske instalacije .............................................................................................. 10
1.4.1.
Instaliranje kablova u zatvorenim prostorima ............................................................... 10
1.4.2.
Instaliranje kablova na otvorenom ................................................................................ 12
Instaliranje kablova ....................................................................................................................... 14 2.1.
Kanalice i kanali ................................................................................................................... 14
2.2.
Cijevi ..................................................................................................................................... 15
2.3.
Direktno ukopavanje ............................................................................................................. 16
2.4.
Zraĉno postavljanje ............................................................................................................... 16
2.5.
Upuhivanje fibera.................................................................................................................. 17
Sigurnost i oprema ........................................................................................................................ 19 3.1.
Elektriĉna sigurnost .............................................................................................................. 19
3.2.
Upravljanje opremom ........................................................................................................... 19
3.2.1.
Ĉistoća........................................................................................................................... 19
3.2.2.
Organizacija .................................................................................................................. 20
3.2.3.
Oznaĉavanje .................................................................................................................. 20
3.2.4.
Dokumentacija .............................................................................................................. 20
3.2.5.
Zahtjevi obilježavanja ................................................................................................... 20
Optiĉki kablovi u elektroenergetskom sistemu ............................................................................. 22 4.1.
Karakteristike OPGW kabla.................................................................................................. 23
4.2.
Konstrukcija OPGW kabla.................................................................................................... 23
4.3.
Ugradnja OPGW kabla ......................................................................................................... 25
4.4.
Nemetalni samonosivi optiĉki kabel (ADSS) ....................................................................... 26
4.5.
Optiĉki kablovi priĉvršćeni za zemljovodno uže .................................................................. 27 1
5.
Mjerenja i testiranja optiĉkih vlakana ........................................................................................... 28 5.1. 5.1.1.
Izvor svjetlosti ................................................................................................................... 28
5.1.2.
Optiĉka snaga .................................................................................................................... 29
5.1.3.
Mjerenje snage .................................................................................................................. 31
5.1.4.
Optiĉki i elektriĉni propusni opseg ................................................................................... 32
5.2.
6.
Osnovni koncept optiĉkih mjerenja ...................................................................................... 28
Specifikacija gubitaka u kablovskoj opremi ......................................................................... 32
5.2.1.
Analiza gubitaka na fiber optiĉkoj vezi ........................................................................ 32
5.2.2.
Proraĉun gubitaka kod pasivnih komponenti ................................................................ 33
Standardni testovi i mjerenja optiĉkih vlakana ............................................................................. 36 6.1.
Testiranje komponenti........................................................................................................... 36
6.2.
Mjerenje slabljenja optiĉkog vlakna ..................................................................................... 37
6.2.1.
Mjerenje slabljenja tehnikom odsjecanja ...................................................................... 37
6.2.2.
Metoda povratnog rasipanja .......................................................................................... 38
6.2.3.
Metoda unesenih gubitaka ............................................................................................ 38
6.3.
Mjerenje dužine fibera .......................................................................................................... 40
6.4.
Mjerenje broja pogrešnih bitova ........................................................................................... 40
6.4.1. 6.5.
Internacionalni standardi ............................................................................................... 42
Mjerenja u vremenskom domenu (OKO dijagrami) ............................................................. 43
ZAKLJUĈAK ....................................................................................................................................... 45 LITERATURA ..................................................................................................................................... 46
2
UVOD Najveća prednost optiĉkih kablova u odnosu na ostale komunikacijske medije je sposobnost da transportuju više informacija na veće udaljenosti u jedinici vremena nego bilo koji drugi komunikacijski mediji. Pored toga, na njih ne utiĉe interferencija elektromagnetnog zraĉenja što omogućava da se informacije prenesu sa manje šuma i manje grešaka. TakoĊer, postoje i mnoge druge primjene optiĉkog vlakna koje jednostavno nisu moguće sa metalnim provodnicima. Ove primjene ukljuĉuju senzorsku nauĉnu primjenu, medicinsku/hiruršku primjenu, industrijsku primjenu, osvjetljavanje ispitivanog subjekta i prenos slike. Većina optiĉkih vlakana je napravljena od stakla, meĊutim, postoje i neki napravljeni od plastike. U svrhu mehaniĉke zaštite, optiĉko vlakno je postavljeno unutar kablova. Postoji mnogo tipova kablova razliĉitog sastava, od kojih svaki ima posebnu primjenu: u zatvorenom prostoru, vani, u zemlji, pod vodom, duboko u okeanu, na visini itd. Danas, optiĉka vlakna ĉine glavni dio infrastrukture nacionalnih telekomunikacionih puteva širom svijeta. Sa druge strane, njihova primjena u lokalnim raĉunarskim mrežama, prenosnim putevima za kontrolu procesa proizvodnje, kao i u senzorskim aplikacijama, sve je veća. Sa ciljem efikasnog funkcionisanja elektroenergetskog sistema elektroprivrednih organizacija, potrebno je ostvariti pouzdan telekomunikacioni sistem. Upravo iz tog razloga, u svijetu je razvijena praksa da elektroprivredne organizacije realizuju vlastiti telekomunikacioni sistem. Jednom kad je sistem sa optiĉkim linkom instaliran, od vitalnog je znaĉaja da bude temeljno testiran da bi se osiguralo da radi prema dizajniranim karakteristikama. Testiranje sistema sa optiĉkim vlaknima, kako u toku instalacije tako i kasnije, provjera sistema prije puštanja u rad je obavezni dio projekta. Testovi koji se vrše prije puštanja u rad, utvrdit će da li je instalirani kabal sa optiĉkim vlaknima neprekidan i stabilan, da li je došlo do oštećenja kabla u toku instalacije, da li su gubici uraĉunati u toku dizajniranja nastali zbog ĉvrstih spojeva, konektora, dužine vlakna itd., i da li će sistem nakon instalacije imati prihvatljive performanse u radu. Ako je sistem pažljivo dizajniran i nakon toga ispravno instaliran, testiranja prije puštanja u rad bi u opštem sluĉaju trebala dati bolje rezultate od onih predviĊenih u toku dizajniranja sistema. U rijetkim situacijama, može se desiti da su performanse linka lošije od dizajniranih. Razlog tome mogu biti neoĉekivani gubici uslijed prvelikog savijanja kabla. Performanse linka će takoĊe opadati u toku njegovog životnog vijeka, što treba biti uraĉunato u procesu dizajniranja. Granice u kojim su uraĉunati svi ovi neoĉekivani gubici, će takoĊe biti potvrĊene prilikom testiranja prije puštanja u rad.
3
1. IZVOĐENJE INSTALACIJA SA OPTIČKIM KABLOVIMA
Od poĉetka osamdesetih godina, razvoj Tehnologije optiĉkog prijenosa je doveo do velikih ulaganja u optiĉku infrastrukturu, najprije pri kreiranju kiĉme nacionalnih telekomunikacijskih, odnosno daleko-dometnih long-haul mreža. Iako je rijeĉ o velikim investicijama, polaganje long-haul infrastrukture ne predstavlja veliki problem za nesmetano odvijanje života ljudi, obzirom da se ono odigrava na meĊugradskim lokacijama, najĉešće uz glavne saobraćajnice, ali bez uticaja na njihovo uobiĉajeno funkcioniranje. Povećanje kapaciteta nacionalne optiĉke mreže, ekspanzija Interneta, razvoj izuzetno zahtjevnih korisniĉkih aplikacija, porast protoka LAN-ova na 10-gigabitske brzine, dovodi do velikog pritiska i stvaranja uskog grla u tzv. Metro-regionu. Tempo kojim se razvijaju optiĉke infrastrukture u gradskim podruĉjima uveliko zaostaje za tempom kojim se mogu instalirali optiĉke mreže bilo u okruženju jedne zgrade (LAN) ili izmeĊu gradova (Long-haul). Razlog za usporeni razvoj optiĉke infrastrukture u gradskim jezgrama gdje se nalazi najveći broj (poslovnih) korisnika koji zahtijevaju brzo uvoĊenje širokopojasnih usluga leži u veoma visokim troškovima polaganja, dugom trajanju instaliranja, a najviše u ometanju mnogih aspekata normalnog funkcioniranja gradskog života, što gradske vlasti najĉešće jednostavno ne dozvoljavaju. Da bi smanjili probleme, gradske vlasti najĉešće insistiraju da se instalacija vrti u noćnim satima i vikendom, da više provajdera zajedniĉki i istovremeno polažu kablove, potpuno obnavljanje saobraćajne infrastrukture poslije radova, a mnogi gradovi jednostavno ne dozvoljavaju bilo kakvo kopanje kanala u gradskim jezgrima. Kao posljedica ovih problema intenzivno se traga za alternativnim naĉinima prodora optiĉkih vlakana do krajnjih korisnika i zgrada u poslovnim centrima grada. Moguće riješenje sve više se pronalazi u upotrebi postojećih kanalizacionih ili vodovodnih instalacija za provlaĉenje optiĉkih kablova kroz njih.
1.1. Instalacija u kanalizacijskim cijevima Sve više se, na razliĉite naĉine, vrši upotreba kanalizacijske mreže za provlaĉenje optiĉkih kablova u gradskom okruženju. Za ovaj proces neophodna je znaĉajna saradnja telekomunikacijskih kompanija i vlasti, jer je ĉitav proces od obostranog interesa. Gradske vlasti posjeduju vrijedne informacije o stanju kanalizacijskog sistema, fiziĉkoj infrastrukturi, veliĉini cijevi, historiji njihovog ĉišćenja, održavanja i problemima. Na osnovu prethodnih informacija i odreĊivanjem zgrada i objekata koji će biti povezani, vrši se inicijalna procjena, koje od kanalizacijskih pravaca je najbolje odabrati kao rute buduće mreže. Slijedeću fazu predstavlja prikupljanje i provjera podataka dobijenih inspekcijom kanalizacijskog sistema, što može da potraje i do nekoliko mjeseci. Za ove potrebe neophodno je koristiti robote sa nekoliko TV kamera koji prenose sliku iz cijevi, koje su prethodno proĉišćene mlazom vode (slika 1.1.1.). Slika se snima i ĉuva kao vrijedan zapis potreban gradskim vlastima. Roboti takoĊe vrše ispitivanje otpornosti cijevi na pucanje, hrĊu. vrše taĉno mjerenje rastojanja itd. U mnogim sluĉajevima, pojedine dionice kanalizacijskog sistema zahtijevaju popravku prije instalacije kabla.
4
Slika 1.1.1. Čišćenje cijevi prije instalacije kablova
Nakon završetka ispitivanja, pristupa se polaganju kabla. Kabel može biti robotski instaliran u cijevi preĉnika 20 cm ili više (postoji više proizvoĊaĉa robota koji vrše ovaj zahvat: Ka-Te Inc. Switzerland; Robotics Cabling Co. Of Berlin. Germany, itd) i polaže se izmeĊu kratkih dionica najbližih šahtova kanalizacijskog sistema. Pri tome se robot spusta kroz šaht u cijev, a onda se njime daljinski upravlja. Robot priĉvršćuje kabel za plafon cijevi niskoprofilnim držaĉima koji minimiziraju ometanje kanalizacijskog protoka (slika 1.1.2.).
Slika 1.1.2. Robotsko polaganje optičkog kabla u kanalizacijsku cijev
Optiĉki kabel koje se koristi u MCS-Slim (Sewer Local Installation Module) sistemu sadrži maksimalno 216 vlakana. Cjevĉica sekundarne zaštite je napravljena od plastike i svaka sadrži po 24 vlakna. Kabel se izraĊuje kao standardno armirano optiĉko kabel i njegov spoljašnji radijus je 16 mm. Spoljašnji radijus je napravljen od polietilena velike gustine (slika 1.1.3.).
Slika 1.1.3. Izgled i poprečni presjek MCS-Slim optičkog kabla 5
Drugi princip instalacije kabla kroz kanalizacijsku cijev ne koristi robote, već se kabel manualno provlaĉi kroz cijev izmeĊu susjednih šahtova. Nakon što je provuĉen, kabel se maksimalno zateže za plafon cijevi izmeĊu para zatezaĉa u susjednim šahtovima, korištenjem ĉinjenice da je kabel omotan ĉeliĉno armiranim omotaĉem. Optiĉki kabel koji se koristi u MCS-Drain sistemu sadrži maksimalno 144 vlakana. Centralna cjevĉica sekundarne zaštite je napravljena od aluminijuma, a preko nje se nalazi omot od 21 ĉeliĉne žice preĉnika 1 mm. Spoljni plašt je naĉinjen od polietilena velike gustine, a spoljni preĉnik kabla je 11.8 mm (slika 1.1.4.).
Slika 1.1.4. Izgled i poprečni presjek MCS-Drain kabla
Postoji i treći princip polaganja kabla koji je naroĉito pogodan u starijim dijelovima kanalizacijskog sistema, gdje cijevi uglavnom ne zadovoljavaju standard za sigurno polaganje kabla. U tom sluĉaju kabel se ugraĊuje kao dio unutrašnjeg omotaĉa cijevi koji se postavlja kao ojaĉavajuća struktura. Isti kabel se koristi i u instalaciji u putevima i trotoarima.
1.2. Instalacija u putevima i trotoarima Instalacija u putevima i trotoarima predstavlja najjeftiniji naĉin postavljanja optiĉke infrastrukture koji se u posljednje vrijeme predlaže. Odgovarajući ureĊaj vrši usijecanje uskog i plitkog usjeka u trotoaru ili na putu. Nakon toga kabel se direktno polaže u usjek, nakon ĉega se uska površina puta obnavlja. Ovo rješenje je ubjedljivo najjeftinije, ali ipak vrši minimalno ometanje saobraćaja i ostavlja tragove na putevima. Zbog toga je ovo rješenje ipak nedozvoljeno za neke gradske oblasti; gradske pješaĉke zone sa kvalitetnom podlogom. Optiĉki kabel koji se koristi u MCS-Road sistemu sadrži maksimalno 144 vlakana. Centralna cjevĉica sekundarne zaštite je napravljena od bakra, a preko nje se nalazi spoljni plašt naĉinjen od polietilena velike gustine. Spoljni radijus kabla je 9.6 mm.
1.3. UreĎaji za instalaciju Fiber optiĉki kablovi i vlakna unutar njih imaju niz specijaliziranih zahtjeva za njihovu instalaciju i povezivanje. Od alata za postavljanje do zaštitnih kućišta, oprema za instalaciju je specijalno dizajnirana i napravljena da bi ispunilo zahtjeve fiber optiĉkog kabla u gotovo bilo kojoj sredini i situaciji. Pogledajmo neke od alata koji se uobiĉajeno koriste u fiber optiĉkoj instalaciji. 6
1.3.1. Kuka za vuču
Prije ili kasnije bit će potrebno postavljanje kabla kroz zid, cijev ili neka druga teško dostupna mjesta. Neophodan alat za ovaj posao je kuka za vuĉu prikazana na slici 1.3.1.1. Ovaj alat je posebno dizajniran da se priĉvrsti osovinski ĉlan na jedan, a prihvatnu žicu za drugi kraj. Prihvatna žica se provlaĉi kroz prostor da bi se obuhvatilo kablo. Ova žica se zatim koristi da povuĉe kuku kroz prostor sa zakaĉenim kablom. Kuka za vuĉu takoĊe ima ulogu da svojim omotaĉem zaštiti kraj fibera od oštećenja koja mogu nastati prilikom provlaĉenja. Neki fiber optiĉki kablovi se prodaju sa montiranom kukom za vuĉu.
Slika 1.3.1.1. Kuka za vuču se koristi da bi se provukao kabel kroz cijev 1.3.2.
Rasteretna kutija
Optiĉki fiber je dovoljno mali i lagan da se relativno lako provuĉe kroz otvore cijevi, u usporedbi sa elektriĉnim kablom. Optiĉki kabel ipak može povećati silu trenja i istezanja poslije mnogo zavoja ili ako ga već ima mnogo u cijevi. Rasteretna kutija se ugraĊuje u intervalima u cijevi da bi se olakšalo provlaĉenje kabla i da bi smanjili silu zatezanja na njemu. Obiĉno se postavlja nakon 70 m ili 90 m ili svaki put kada su zavoji 180° i veći. Svrha rasteretne kutije je da obezbijedi posredni otvor za provlaĉenje kabla da bi reducirao dužinu koja se provlaĉi kroz cijev i da smanji broj preloma kroz koje se kabel mora provući. Za korištenje rasteratne kutije kabel se provuĉe kroz kutiju i na drugom kraju se vrati u cijev. Cijela dužina cijevi i zavoji prije rasteretne kutije se eliminišu ili su eliminisani do daljnjeg razvlaĉenja kabla, smanjujući naprezanje istog. Imamo dvije vrste rasteretne kutije kao što je prikazano na slikama 1.3.2.1. i 1.3.2.2. ravna i ugaona. Ravna rasteretna kutija se postavlja u liniji sa cijevi i ima unutrašnjost koja je velika najmanje ĉetiri puta minimalnog radijusa savijanja kabla koji se provlaĉi. Ovo obiĉno sprjeĉava da kabel prekoraĉi svoj minimalni radijus savijanja pri provlaĉenju zadnjeg dijela kabla kroz kutiju. R - minimalni radijus savijanja dat od proizvoĊaĉa
7
Slika 1.3.2.1. Ravna rasteretna kutija
Slika 1.3.2.2. Ugaona rasteretna kutija
Ugaona rasteretna kutija se postavlja na uglove u cijevi i obiĉno zahtjeva dužinu trostrukog radijusa savijanja kabla i dubinu koja je jednaka radijusu savijanja. Ovaj zahtjev sprjeĉava da se kabel ošteti o oštre uglove prilikom provlaĉenja.
1.3.3. Kutija za zaštitu spojeva
Uvijek kada postoje spojevi na optiĉkom fiberu, bilo da su mehaniĉki ili fuzijski, moraju se zaštititi od vanjskih uticaja i naprezanja. Zaštitna kutija, prikazana na slici 1.3.3.1. može imati mnogo oblika, što zavisi od lokacije i posebne namjene. Neke su namijenjene za elektriĉnu i telekomunikacijsku industriju, za upotrebu u podzemnim ili nadzemnim mrežama, dok su druge namijenjene za optiĉke fibere i koriste se za unutrašnju instalaciju. Zaštitna kutija može biti kružna, što znaĉi da se kablovi u njoj spajaju iz dva razliĉita pravca, a može biti i osovinska, što znaci da kabel ulazi i izlazi na istoj strani. 8
Slika 1.3.3.1. Zaštitna kutija štiti spojeve od naprezanja i oštećenja
Obiĉno, zaštitne kutije imaju slijedeće karakteristike:
rasterećenje napetosti koje osigurava da će osovinski ĉlan preuzeti potpuno silu naprezanja, organizovani panel pridržava aktualne spojeve ureĊene, mjesto za petlje dodatnog kabla ukoliko bude potreban još jedan spoj.
1.3.4. Patch panel
Optiĉke distributivne kutije i optiĉki patch paneli se koriste za terminiranje dovodnih optiĉkih kablova za spoljaljašnju instalaciju konektorima i njihovo pripremanje za prikljuĉenje na aktivnu opremu ili prespajanje na druge optiĉke linije.
Slika 1.3.3.1. Patch panel
9
Optiĉki patch panel je pasivna komponenta fiber optiĉkog sistema gdje se završavaju optiĉki kablovi (spoljašnji ili unutarnji) optiĉkim konektorima, a namijenjen je postavljanju u rack ormar. Na prednjoj strani optiĉkog patch panela montirani su optiĉki adapteri za spajanje optiĉkih konektora. U adapter se sa zadnje strane postavlja konektor dovodnog optiĉkog kabla, a sa prednje strane konektor patch corda. Optiĉki patch panel predstavlja distributivni centar za prespajanje kablova izmeĊu sebe ili njihovo spajanje sa komunikacijskom opremom. Ovakve veze se obezbjeduju preko patch cord-ova koji na svojim krajevima imaju konektore. Optiĉki patch paneli ĉija je upotreba projektovana sadrže razliĉit broj optiĉkih portova, a to je najĉešće 8, 16 i 24 optiĉka portova. IzraĊuju se od ĉelika i potpuno su zatvorene konstrukcije dijela za smještanje optiĉkih vlakana dolaznih kablova i unutarnjih konektora. Sa prednje strane optiĉkog patch panela se nalaze oznake portova, ĉime je olakšano kasnije održavanje optiĉkog dijela mreže. Optiĉki portovi na patch panelu mogu biti razliĉiti, zavisno od tipa optiĉkog konektora koji treba da se prikljuĉi. Unutar panela se nalaze vodice za postavljanje optiĉkog vlakna kako bi se obezbjedilo savijanje optiĉkog vlakna na dozvoljeni radijus. Optiĉki patch panel se postavlja u rack-ormar upotrebom ĉeliĉnih nosaĉa koji se priĉvršćuju na šine nosaĉa u ormaru. U optiĉki patch panel se uvode optiĉki kablovi i vrši se terminiranje dovodnog optiĉkog kabla optiĉkim konektorima. Optiĉki konektori se prikljuĉuju sa unutarnje strane optiĉkih adaptera montiranih na prednju ploĉu optiĉkog patch panela. Poklopac optiĉkog patch panela obezbjeĊuje kompletnu zaštitu optiĉkih vlakana unutar panela. Ovim je fiber optiĉki dio pasivnog dijela mreže, totalno odvojen od ostalih pasivnih komponenata i time zaštićen od potencijalnog oštećenja.
1.4. Unutarnje i vanjske instalacije 1.4.1. Instaliranje kablova u zatvorenim prostorima
Kablovski vodovi kod gumenih podova koriste se radi zaštite kablovskih sistema, ukoliko se kablovi instaliraju na podnim površinama preko kojih se svakodnevno hoda. Ukoliko se kablovi instaliraju ispod tepiha, koristimo specijalne kablove za takvu vrstu instalacije i moramo biti sigurni da kabel posjeduje ĉvrst omotaĉ i da je od slobodne (loose) konstrukcije. Ukoliko se kablovi polažu oko zidova sobe, treba se osigurati da su valjano zalijepljeni za ivice zidova sa visoko kvalitetnim i jakim trakama. To će pomoći zaštiti od oštećenja kablova ili njegovih konektora, što se može desiti sluĉajnim povlaĉenjem prilikom prelaska preko kabla. Ako je kabel postavljeno vertikalno uz zid, tada se koriste kablovski držaĉi zavrnuti za zid koji pomažu njegovo priĉvršćivanje. U ovom sluĉaju kablovi se omotavaju izolacijskom trakom, prije nego se postave u kablovske držaĉe. Traka obezbjeĊuje više rastezljive omotaĉe kablova, koji će najprije osigurati bolje hvatanje na držaĉu i prouzrokovati manje štete kod kabla na držaĉu (slika 1.4.1.1.).
10
Slika 1.4.1.1. Zidni kablovski držač
Na ulazima ili izlazima plastiĉnih ili metalnih kablovskih kanalica koriste se gumeni žlijebovi. Oni štite kabel od oštrih ivica i ne dozvoljavaju savijanje koje bi moglo prekoraĉiti dozvoljeni radijus (slika 1.4.1.2.).
Slika 1.4.1.2. Korištenje gumenog žljeba
Ĉesto se prilikom instaliranja optiĉkih kablova, na jednu stranu glavnog kablovskog namotaja, spaja manji kablovski namotaj koji štiti optiĉka vlakna od štete koja može biti prouzroĉena drugim kablovima. Kablovi koji su instalirani ispod postavljenih podova su podložni slamanju i izvijanju. Stoga, kablovi moraju biti ili visokog kvaliteta (koji imaju snažnu oplatu) ili instalirani u vod u zasebnim podnim kablovskim crijevima. Crijevo pomaže postavljanje kabla i obezbjeĊuje važnu zaštitu kada je u pitanju susret sa neizbježnim bakarnim kablovima. Ukoliko je kabel direktno postavljeno na plafon (strop), trebalo bi se izbjegavati križanje sa drugim kablovima, plafonskim petljama, oštrim ivicama i uglovima i mjestima koja zahtjevaju teža održavanja. Ukoliko je neizbježno provoĊenje kabla kroz ova mjesta, onda se to radi kroz crijevo ĉak i ako su dužine na kojima se instaliraju veoma male. Kod instalacije uzdignutih kablova preporuĉuje se vezivanje kablova na svakom spratu zgrade. Potrebno je omotati kabel u izolacijsku traku prije nego se isti zaveže i osigurati da vez nije previše zategnut ili ĉvrst. Ovo će zaštiti kabel od prekoraĉenja maksimalne zategnutosti i pomjeranja.
11
Spajanje i vezivanje sa bilo kojom opremom ili prespojnom ploĉom trebalo bi biti sa velikim prstenom kablovskog viška (prosjeĉno nekih 30 cm).
1.4.2. Instaliranje kablova na otvorenom
Kod izvoĊenja vanjskih instalacija, neophodno je prije svega, osigurati odgovarajuću dozvolu za izvoĊenje postavljanja kablova kroz javna ili privatna zemljišta. Zatim treba pažljivo isplanirati sve instalacije i obaviti analizu troškova tako da konaĉna kablovska trasa ima minimalni trošak. Za vanjske instalacije vrlo je važno koristiti ispravne kablove i koristiti one kablove koji će odgovarati namjeni i okruženju u kome su instalirani. TakoĊer, vrlo je važno razmotriti i sve parametre kabla kao što su tip kabla, naĉin spajanja, preĉnik, granica vlažnosti, itd. Kod vanjske instalacije obiĉno se preporuĉuje postavljanje podzemnih kablova u cijevne instalacije. Cijevne instalacije obezbjeĊuju zaštitu od vode, temperaturnih varijacija, fiziĉkog pritiska od strane automobila i kamiona koji prelaze preko vrhova kabla, napada štetoĉina, osoba koje sluĉajno iskopaju kabel lopatama ili mašinama za kopanje zemlje (slika 1.4.2.1). TakoĊer, od velike je važnosti i to što ovi cjevovodi dozvoljavaju brzu i laganu zamjenu i postavljanje novih kablova, bez ponovnog kopanja kanala. Kablovi se mogu ukopati direktno u zemlju, ali bi trebali imati odgovarajuću oplatu koja obezbjeĊuje zaštitu protiv štetoĉina i daje dobru zaštitu od vlage. Oplate mogu biti najloni, tefloni ili metalni štitnici. Što je kabel dublje zakopan u zemlju, manja je vjerovatnoća za oštećenja zbog temperaturnih varijacija, fiziĉkog pritiska ili napada štetoĉina. Dubina od 1 m do 1.5 m je idealna dubina.
Slika 1.4.2.1. Ukopavanje kablova u cjevovode
Na kraju svake kablovske trase trebalo bi se osigurati minimalno 3 do 6 m kablovskog viška, kako bi se sistem, u sluĉaju potrebe, mogao lakše rekonfigurirati. Na prijelaznim mjestima gdje se kabel postavlja i pohranjuje, kabel se, prije nego se postavi u slijedeću sekciju cjevovoda, mora postaviti na zemljište u obliku broja osam (slika 7.13.). Ovakav naĉin postavljanja osigurava zaštitu od trzaja i zapetljavanja kabela.
12
Slika 1.4.2.2. IzvoĎenje postavljanja kabela na posrednim mjestima
13
2. Instaliranje kablova Optiĉko vlakno je već doseglo većinu mjesta koja su prije poznavala samo bakarne kablove. Kako tehnologija, tako regulacija i ekonomska raĉunica predviĊa da će optiĉka vlakna zamijeniti bakarne kablove kod većine aplikacija za prenos signala, ĉak i u kućama. Mnoga vlakna liĉe bakarnim žicama i izgraĊena su na sliĉnom principu. Ipak postoje neki zahtjevi instalacije i metode jedinstvene za sve optiĉke kablove koje su potrebne za zaštitu kabla i osiguravaju najveći kvalitet prenosa. Pažnju treba usmjeriti na klasiĉne aplikacije za optiĉki kabel koje koristi raznolikost metoda instalacije. U primjeru na slici 2.1. pogon tvornice koristi optiĉki kabel za prenos upravljaĉkih i kontrolnih signala izmeĊu proizvodne i druge zgrade koja je udaljena nekoliko stotina metara (nazvanoj kontrolna zgrada na slici). Kabel koji nosi signal mora biti skupljen u centralnom podruĉju i usmjeren uz kabel koji prolazi kanalicom do spoljašnjosti. Kabel tada izlazi iz zgrade i prelazi preko nekoliko stubova dok ne doĊe do puta. Zatim kabel prolazi podzemno do slijedeće zgrade i rasporeĊuje se do senzora i kontrolnih sistema.
Slika 2.1. Skica jednostavne instalacije optičkog kabla
2.1. Kanalice i kanali Kanaliĉne instalacije se koriste unutar zgrade i sliĉne su instalacijskim metodama korištenim za elektriĉne instalacije. Većina optiĉkih vlakana su elektriĉno neprovodna i obiĉno su lakši od bakrenih, zato neki od zahtjeva i restrikcija za bakar se ne odnosi i na vlakna. Kada se optiĉki kabel postavi u kanalicu ili u horizontalni kanal, kao na slici 2.1.1., težina kabla obiĉno nije bitna sve dok su prelazi na istom nivou. Ako se pak kabel postavi vertikalno, kabel se mora držati samo na kratkom putu ili biti osiguran koristeći kablovske kleme ili vješalice. Obavezno se mora pridržavati uputa za postavljanje kabla date od proizvoĊaĉa za kablovski uspon. Ako je moguće, na svakih 1 do 2 m trebale bi se instalirati kleme za vertikalni put, kako bi silu zatezanja održali na minimumu. Ako su potrebni dugi vertikalni putevi koji nisu osigurani, mora se uĉvrstiti jednostruki kabel svakih 210 m, a dvostruki svakih 300 m. Postoje dvije metode za uĉvršćivanje kabla za vertikale. Prva metoda, koja se takoĊe može koristiti za horizontalno osiguranje kabla, su kleme koje osiguravaju kablove direktno za podlogu prenoseći pritisak na nju. Kleme bi se trebale postavljati pažljivo da bi se sprijeĉilo oštećenje kabla. Drugi tip vertikalnog uĉvšćivanja je uska žiĉana mreža koja se omota oko kabla i osigurava pomoću vješalice. Ovaj metod ima prednost jer smanjuje pritisak na sami kabel dok ga još uvijek drži. TakoĊer, prednost je što se kabel može lahko razmontirati, jer mreža nije zalijepljena na kabel, nego je samo pripijena oko kabla. Kada se instalira kabel u kanalice i kanale, treba se uzeti u obzir da li će u kanalici biti još kablova, posebno elektriĉnih. Pored sigurnosnih propisa vezanih za upotrebu provodnih i hibridnih optiĉkih kablova, težina mnogo težih bakarnih kablova može uzrokovati probleme 14
ukoliko su nagomilani iznad optiĉkog kabla. Ako postoji rizik da se to desi, mora se koristiti oklopno optiĉki kabel za zaštitu vlakana unutar kanalica, od nagnjeĉenja drugim kablovima. Ako se kabel postavlja unutar kanalice, bez provlaĉenja, moraju se ispuniti specifikacije proizvoĊaĉa o minimalnom radijusu savijanja. Ipak, ako će se kabel provlaĉiti, potrebno je ostaviti dovoljno mjesta za dodatni radijus zbog sile opterećenja. Bilo da se kabel postavlja u kanalicu ili kanal, ne smije se dopustiti da kabel doĊe u kontakt sa oštrim ivicama ili zavojima. Idealno bi bilo da se koriste komponente koje u sebi nemaju ovakve opasnosti, ali u većini sluĉajeva morat će se raĉunati na njih, te je za to neophodno održavanje napetosti kabla na što manjem nivou u toku instalacije.
Slika 2.1.1. Instalacija u kanalice i kanale
2.2. Cijevi Cijevna instalacija se koristi cijevima namijenjenim za kablovske trase koje se instaliraju provlaĉeći prihvatnu žicu kroz cijev, kaĉeći je za kuku koja je priĉvršćena za kablovski osovinski ĉlan, a zatim uvlaĉeći kabel u cijev. Cijevi mogu biti postavljene unutar objekta ili pod zemlju, a u mnogim sluĉajevima, cijevi su već postavljene za druge namjene kao što su energetski kablovi ili telekomunikacijska mreža. Prilikom instaliranja kabla u cijev unutar objekta, mora biti ostavljeno dovoljno mjesta u cijevi za koliĉinu kabla koja se želi provući, kao na slici 2.2.1. Ako je moguće, treba raĉunati na istezanje, postavljajući dodatno optiĉki kabel u isto vrijeme, pri postavljanju poĉetne instalacije. Ovo će sprijeĉiti postavljanje kabla u popunjenu cijev. Nacionalni elektriĉni pravilnik (NEC) odreĊuje slijedeće odnose popunjenosti unutar sekcija cijevi: 1 kabl - 53% 2 kabla - 31% 3 ili više kablova - 40% Za odreĊivanje odnosa popunjenosti može se koristiti formulom : (2.2.1.) gdje je: Dv-vanjski preĉnik, a Du-unutarnji preĉnik. Ukoliko je velika cijev već postavljena i sadrži druge kablove ili ako je najverovatnije da će drugi kablovi biti postavljeni kroz cijevi, trebala bi se postaviti unutarnja cijev (cijev veliĉine optiĉkog kabla) koja štiti kabel provuĉen kroz nju od drugih aktivnosti u velikoj cijevi. 15
Slika 2.2.1. U cijevi mora biti ostavljeno dovoljno prostora za provlačenje
2.3. Direktno ukopavanje Kabel ispod puteva se postavlja direktnim ukopavanjem. Kao što ime govori, ova metoda se može izvoditi jednostavnim postavljanjem kabla direktno u zemlju. Direkno postavljanje takoĊe predstavlja i postavljanje kabla u zaštitnu cijev unutar zemlje. Za kratke trase obiĉno se kopa ruĉno i postavlja se kabel koji se pokriva zemljom. Ovo može biti efikasno ukoliko je rijeĉ o manjim trasama. Za duže trase koje zahtijevaju efikasnije metode, koristi se plug za postavljanje kabla. Ovaj ureĊaj je dizajniran da raskopa zemlju, položi kabel i zakopa ga i sve to u pokretu. To je komplikovanija mašina, ali je korisna za postavljanje na dugim trasama. Kada se koriste metode direktnog ukopavanja treba se obratiti pažnja na to da kanal bude dovoljno duboko, odnosno ispod taĉke smrzavanja zemlje. U pravilu, to je dubina od 0.8 m. Treba naglasiti da trasa podzemnog kabla treba biti zaštićena od kiše i prodora vode. kopanja, slijeganja tla, glodara i dr.
2.4. Zračno postavljanje Kada kabel napusti zgradu spaja se preko konektora za noseći kabel koji je dio komunikacijskog kabla koji se razapinje preko stubova duž zraĉne linije. Ovi stubovi već nose energetske kablove, ali oni neće utjecati na sami optiĉki kabel zato što nije podložan indukciji usljed magnetskih polja energetskih kablova. Ukoliko se ne koristi komunikacijski kabel, on će biti upleten ĉeliĉnom žicom zbog dodatne ĉvrstoće i postavljen na stub i u tom sluĉaju se koristi kao zaštitni vod od atmosferskih pražnjenja. Bilo koji naĉin da se odabere, kabel u zraku mora biti sposoban da izdrži teret usljed vjetra, leda, ptica i drugih životinja, ĉak i objekata nošenih vjetrom. Oplata zraĉnih optiĉkih kablova se pravi od UV stabilizirajuće plastike i napravljena je da izdrži životni vijek od 10 ili više godina. Ukoliko je zraĉni optiĉki kabel vezan za noseću žicu, isti bi se trebalo vezati za žicu svakih 30 cm. Vezovi trake koja se koristi bi trebali biti UV stabilizirani i podešeni za vanjske vremenske uvjete. Na središnjoj taĉki svakog luka koji iznosi 30 cm, kabel se mora objesiti najmanje 3 cm zbog širenja i rastezanja noseće žice (slika 2.4.1.). Noseća žica se uglavnom propušta kroz kotur ili se veže za okrugle halke na stubovima mrtvim ĉvorovima. 16
Slika 2.4.1. Zračni kabel vezan za noseću žicu
2.5. Upuhivanje fibera U novogradnji ili renoviranju, dobro je razmisliti o upuhavanju fibera kao alternativi konvencionalnim metodama. Upuhavani fiber se može postaviti na dugim trasama u cijevi bez opasnosti pri provlaĉenju. Kod ove instalacije uzdužna naprezanja, na koja su optiĉki kablovi vrlo osetljivi, su neznatna, jer se sila koja djeluje na kabel svodi na potiskivanje kabla u struji brzog zraka. Kabel se nalazi u struji zraka velike brzine i lebdi na zraĉnom jastuku (slika 2.5.1.). Na ovaj naĉin moguće je silom potiskivanja od svega 30 N provući kabel u dužini do 1200 m. a sa više mašina i višestruko više.
Slika 2.5.1.Jednostruko upuhivanje kabela
To je postupak koji koristi kombinaciju veoma slabog mehaniĉkog potiska i struju komprimiranog zraka, koja se velikom brzinom kreće duž kabla. Zrak se upuhuje u cijev koja sprovodi kabel i služi mu kao omotaĉ. UreĊaj za upuhivanje kablova se sastoji iz tri osnovna dijela:
ulazna komora pogon kabla izduv zraka
17
Slika 2.5.2.Upuhivanje kabla sa središnje tačke
Cijev kompresora se prikljuĉuje na ulaznu komoru koja, zahvaljujući odgovarajućem obliku, sprovodi zrak ka unutrašnjosti cijevi. Pogon kabla se sastoji od pneumatskog motora koji pokreće ĉetiri kompleta valjaka koji potisnu silu prenose na kabel. Ovom potisnom silom se kompenzuje zraĉni pritisak koji ima tendenciju potiskivanja kabla nazad u ulaznu komoru. U toku ovakvog uvlaĉenja kabla vrši se podmazivanje medicinskim parafinom koji ne zagaĊuje sredinu i izbacuje se zajedno sa izduvnim zrakom.
Slika 2.5.3. Serijsko upuhivanje kabela
Ostale metode provlaĉenja optiĉkih kablova kroz PE cijevi su:
metoda direktnog provlaĉenja koja zahtjeva vuĉnu mašinu sa sajlom, metoda provlaĉenja pomoću pneumatskog metka, kao i ruĉno provlaĉenje.
Izbor metode za provlaĉenje kabla zavisi od opremljenosti izvoĊaĉa radova odgovarajućom aparaturom i opremom. Bez obzira na metodu koja se primjenjuje, bitno je naglasiti da se pri provlaĉenju nikako ne smije prekoraĉiti:
dozvoljena vuĉna sila, maksimalno dozvoljeni radijus savijanja koji iznosi 30 radijusa optiĉkog kabla.
Ukrštanje kablova sa vodovodnom i kanalizacijskom mrežom izvest će se pod uglom od 90°, sa vertikalnim rastojanjem koje ne smije biti manje od 0.5 m. Kod paralelnog voĊenja, horizontalno rastojanje ne smije biti manje od 1.0 m. Ukrštanje sa kablovima elektroenergetske mreže treba izvesti pod uglom od najmanje 45°, tako da optiĉki kabel bude iznad elektroenergetskog sa minimalnim vertikalnim rastojanjem od 0.3 m. Kod paralelnog polaganja horizontalno rastojanje ne smije biti manje od 1.0 m. Ukrštanje optiĉkog kabla sa postojećim TT kablovima izvest će se tako da optiĉki kabel bude ispod TT kabla sa minimalnim vertikalnim rastojanjem od 0.5 m, a kod paralelnog polaganja minimalno horizontalno rastojanje treba da bude 1.0 m, izuzetno 0.5 m gdje to teren zahtijeva.
18
3. Sigurnost i oprema 3.1. Električna sigurnost Iako samo fiber optiĉki kabel ne prenosi elektriĉnu energiju, mogu postojati okolnosti u kojima se treba baviti elektricitetom. Ako kabel sadrži provodne komponente poput omotaĉa ili metalnog osovinskog ĉlana i postoji vjerovatnoća da će kabel doći u kontakt sa elektriĉnim kolima, onda postoji šansa da će metal postati provodan za elektriĉnu struju i može doći do nesreće koja potencijalno dovodi do zapaljenja kablova, a samim tim i do povrede ljudi. U sluĉaju da provodna komponenta u kablu doĊe u kontakt sa elektriĉnom strujom, struja će naći najkraći put do zemlje. Ako se desi da ĉovjek dotakne kablo ili bilo šta sa ĉime je kablo povezano, struja bi mogla zatvoriti svoj put kroz njega. U zavisnosti od napona i jaĉine struje ĉovjek bi se mogao suoĉiti sa ozbiljnim povredama, pa ĉak i smrću. Elektriĉni sistem obezbjeĊuje zaštitu od takvih nesreća tako što se sve komponente koje provode i ne provode struju spoje zajedno i uzemlje. Ukoliko provodne žice sluĉajno doĊu u kontakt sa ne provodnim komponentama, krug je zatvoren i prekostrujna zaštita poput osiguraĉa, iskljuĉuje sistem. Iz tog razloga NEC ĉlan 250 zahtijeva da bilo koji elektriĉno provodni materijal u kome se lako indukuje elektriĉna struja, bude uzemljen. Uzemljenje obezbjeĊuje direktan put do zemlje koji će struja slijediti u sluĉaju da doĊe do proboja. Uzemljenje obezbjeĊuje stalni elektriĉni put izmeĊu provodnih materijala, tako da se u sluĉaju naelektrisanja bilo kojeg materijala, struja odmah usmjerava do uzemljenja, putujući do osiguraĉa i iskljuĉujući sistem.
3.2. Upravljanje opremom Na kraju, optiĉko kablo završi u nekoj vrsti kućišta ili panela. Bilo da se radi o patch panelu, ormariću, kutiji za zaštitu spojeva ili zidnoj utiĉnici, pripremanje ovih struktura je krucijalno za izvedbu ĉitave mreže. Na ovim lokacijama optiĉko kablo se završava ili se spaja na neki naĉin bilo za drugi fiber, konektor ili dio hardware-a i u ovom procesu postoji najveća vjerovatnoća da će doći do grešaka i pogrešnog rukovanja. Slaba priprema hardware-a može dovesti do konfuzije, slabih konekcija, prekomjernog napora na kablo i vlakno i neefikasnog otklanjanja smetnji. Uz to, loše organizovan prostor odražava se loše i na instalatera. Neke od smjernica upravljanja opremom su opisane u nastavku.
3.2.1. Čistoća
Ĉisto okruženje je od velikog znaĉaja za rad fibera. Bilo da se spajaju vlakna, završavaju ili montiraju kablovi u kabinet, bitno je zadržati prašinu, smeće, vodu i druge zagaĊivaĉe daleko od radnog prostora. Ako je moguće, treba zaštititi prostor u kojem se radi od zagaĊivaĉa. Koristiti zraĉne filtere za izvlaĉenje prašine i neĉistoća iz zraka i ograniĉiti bespotrebno kretanje po radnom prostoru. Poznato je da radnici parkiraju svoje kamione preko šahtova da bi sprijeĉili da neĉistoća sa ulica upada u šaht u toku rada. U drugim podruĉjima moglo bi biti dovoljno da se koriste dobre navike održavanja prostora, kako bi se osiguralo da radni prostor neće biti oneĉišćen. 19
3.2.2. Organizacija
Kada kabel uĊe u bilo kakvu vrstu kućišta, vjerovatno je da će biti spojen sa jednim ili više drugih kablova. Ukoliko kablovi nisu organizirani od samog poĉetka oni brzo mogu postati nesreĊeni i zapetljani. Da ne bi zakomplikovali stvari dalje, bitno je ostaviti dodatnu dužinu na kraju trase u sluĉaju eventualne popravke, tako da na neki naĉin to obuhvati dodatni kabel. Većina proizvedenih kućišta ima ugraĊene ureĊaje za raspored kablova ukljuĉujući spojnice, vrhove za uĉvršćivanje, kukice za vezice, modele za petlje kablova. Ovi ureĊaji pomažu pri organizaciji kabla, za ĉišći i efikasniji izgled. Kada se kabel postavlja u kućište, treba birati najkraću rutu od ulazne taĉke kabla do namjenskog porta. Kabel treba provesti tako da je grupisan sa drugim kablovima koji idu u isto podruĉje i nikad ne postavljati kabel tako da blokira pristup drugim portovima. Organizacija i ĉistoća su esencijalne za efikasno otklanjanje problema. Mnogo je jednostavnije ući u trag vezama i spojevima kabla, ako su organizovani i uredno grupisani, nego da su razbacani po cijelom kabinetu ili zamršeni. 3.2.3. Označavanje
Oznaĉavanje je kljuĉno za mrežu koja dobro fiinkcioniše. Obilježavanje pomaže da se naĊe pravi port i kabel brzo i jednostavno, te se otklanjanje problema ĉini mnogo efikasnijim. Svi kablovi moraju biti oznaĉeni 300 mm od kraja. Oznaĉavanje mora biti uraĊeno konzistentno i ĉitko. TakoĊer, važno je obilježiti portove i utiĉnice sa oznakama koje se lako ne skidaju. U velikim sistemima, može se izgubiti puno vremena, samo pokušavajući odrediti koja je utiĉnica spojena za koji panel u sobi na drugom kraju zgrade. 3.2.4. Dokumentacija
Ćak i kada su kablovi propisno organizovani i oznaĉeni treba voditi dobre bilješke o mreži koje će imati taĉne odredbe i lokaciju svakog porta i kabla. Dobra dokumentacija može ubrzati nalaženje problema i sistemsku popravku i modifikaciju, te poboljšava sigurnost jer smanjuje vrijeme provedeno tražeći trasu kabla. Dokumentacija poput oznaĉavanja mora da bude konzistentna i ĉitljiva kako je opisano u TIA/EIA-606-A. Ona ne samo da treba identificirati kablove i ureĊaje, već i mjesta koju okupira mreža i lokaciju utiĉnica i tip korištene instalacije. 3.2.5. Zahtjevi obilježavanja
Ĉak i najjednostavnija optiĉka mreža može jednom postati zbunjujuća ako je nepropisno ili nepotpuno obilježena da pokaže odakle kablovi polaze, kako su spojeni i gdje odlaze. Izazov je smisliti praktiĉan vlastiti sistem za obilježavanje, ali ukoliko se ne mogu predvidjeti sve promjene koje će se desiti kako sistem raste, može doći do ogromnih nereda. Uz to još ako nema pridržavanja redoslijeda u obilježavanju sistema bit će teško, pa skoro i nemoguće drugima da ga dešifruju. TIA/EIA standard za obilježavanje je dio TIA/EIA-606-A. Ovaj dokument sadrži detaljne informacije o konvencijama za oznaĉavanje fiber optiĉkih spojeva unutar i izmeĊu zgrada koje dijele komunikacijsku mrežu. Standard odreĊuje metode koje se koriste da se odredi 20
kako se optiĉki vodovi identifikuju i numeriĉki sistem obilježavanja slovima koji je standardiziran po odozgo-prema-dole klasifikaciji. Kao primjer obilježavanja TIA/EIA-606-A, ukoliko se radi sa zidnom utiĉnicom koja ima port oznaĉen: 1A-B002 Ovaj specifiĉni broj. znan kao horizontalni linijski pokazatelj, odmah saopštava slijedeće informacije: 1 - Kabel potiĉe iz telekomunikacijskog prostora (TP) na prvom spratu zgrade A -TP je obilježen slovom A B - Kablo potiĉe iz patch panela B u TP A 002 - Kablo potiĉe iz porta 002 u patch panelu Koristeći ovaj sistem za obilježavanje može se vrlo brzo pratiti kablo do specifiĉne taĉke spajanja, ĉak i u veoma velikoj zgradi. Iako je gornji primjer znaĉajno pojednostavljen, on pokazuje da koristeći dosljedan sistem oznaĉavanja, moguće je precizno pokazati rute vlakna. Drugi brojevi se mogu koristiti da pokažu glavnu mrežu ili veze izmeĊu telekomunikacionog prostora, kablova unutar zgrade i druge glavne konekcije.
21
4. Optički kablovi u elektroenergetskom sistemu Optiĉki kablovi zbog svoje imunosti na uticaj EM polja spadaju u veoma dobro rješenje komunikacijskih sistema po visoko-naponskim dalekovodima. Na ovaj naĉin dalekovodi, pored svoje primarne uloge - pouzdanog prenosa elektriĉne energije, pružaju i mogućnost uspostavljanja telekomunikacijskih veza po kvalitetnom i visoko kapacitivnom prenosnom mediju, ĉime se postiže jednostavno i relativno jeftino rješenje za ostvarivanje prenosnih spojnih puteva. Ovakav naĉin instaliranja optiĉkih kablova, s obzirom da je mreža dalekovoda razgranala na podruĉju svake države, omogućava uvezivanje cijelog telekomunikacijskog sistema elektroprivrede optiĉkim sistemom veza. Vrste optiĉkih kablova ĉija je konstrukcija prilagoĊena polaganju na dalekovode su:
optiĉki kabel integriran u zemljovodnom užetu (Optical Power Ground Wire, OPGW) nemetalni samonosivi optiĉki kabel (All Dielectric Self Supporting Cable, ADSS) optiĉki kabel spiralno omotan oko zemljovodnog ili faznog vodiĉa dalekovoda (Wrapping Cable, ADSS) optiĉki kabel u faznom užetu (Optical Power Phase Conductor, OPPC) optiĉki kabel koji se instalira priĉvršćenjem uz zemno ili fazno uže (Optical Power Attached Cable, OPAC) Koji tip optiĉkog kabla će biti montiran na dalekovode zavisi od pristupaĉnosti terena, stanja dalekovoda, naponskog nivoa i sl. Ukoliko se radi o izgradnji novih dalekovoda ili sanacije starijih, kada je potrebna zamjena dalekovodnog užeta, najekonomiĉnije rješenje je ugradnja novih OPGW kablova (na svim naponskim nivoima) ili optiĉkih kablova integriranih u fazno uže (za naponske nivoe do 150 kV). U sluĉaju novijih dalekovoda, najjednostavnije rješenje je spiralno omotavanje optiĉkog kabla oko zemljovodnog ili faznog vodiĉa dalekovoda. Uobiĉajeni naĉin povezivanja elektroenergetskih objekata elektroprivrednih organizacija optiĉkim kablovima, je prikazan na slici 4.1.
Slika 4.1. Povezivanje elektroenergetskih objekata optičkim kablovima
Za instaliranje po dalekovodima koristi se OPGW kabel, gdje god je to moguće, dok se u urbanim gradskim sredinama i za uvod u elektroenergetske objekte koriste podzemno položeni kablovi. Nastavljanje OPGW kablova se vrši na zateznim stubovima dalekovoda, u spojnim kutijama. OPGW kabel se instalira do portalnih stubova u postrojenjima, gdje se preko spojnih kutija veže na podzemni optiĉki kabel. Podzemni optiĉki kabel se uvodi u telekomunikacijsku prostoriju elektroenergetskog objekta gdje se završava na optiĉkom razdjelniku.
22
Optiĉki kabel integriran u zemljovodnom užetu - OPGW kabel, predstavlja zemno uže koje pored svoje glavne uloge tj. zaštite od atmosferskih pražnjenja, omogućava i pouzdan prenos podataka velikim brzinama kroz optiĉka vlakna koja su integrirana u strukturu zemljovodnog užeta.
4.1. Karakteristike OPGW kabla Elektriĉne karakteristike OPGW kabla, s obzirom na njegovu primarnu ulogu, su u skladu sa elektriĉnim karakteristikama obiĉnog zemljovodnog užeta. Kada su mehaniĉke osobine OPGW kabla u pitanju, ova vrsta zemnog užeta je posebno osjetljiva na istezanja. Prema tome, optiĉka vlakna, koja su integrirana u strukturu zemnog užeta, ni u kom sluĉaju, ni kod maksimalnog opterećenja (led na kablu, uticaj vjetra, grubo rukovanje prilikom instalacije kabla i si.) ne smiju biti podvrgnuta istezanju iznad dozvoljene vrijednosti, jer je osnovni materijal optiĉkog vlakna u prvom redu kvarcno staklo, koje je po mehaniĉkim osobinama materijal sklon pucanju i lomljenju. Dakle, OPGW kabel mora da izdrži sva naprezanja u vrlo strogim uslovima eksploatacije i to:
u sluĉaju direktnog udara groma, velikih varijacija temperature ambijenta, mehaniĉkih naprezanja izazvanih snijegom, ledom ili vjetrom.
4.2. Konstrukcija OPGW kabla U svijetu se znatno povećala upotreba OPGW kablova, što je dovelo i do proizvodnje razliĉitih konstrukcija ovih kablova. Ono što je zajedniĉko svim konstrukcijama OPGW kablova su metalne žice (ĉeliĉne aluminijumske ili njihova legura) koje se nalaze oko optiĉkog elementa koji je smješten u metalnom omotaĉu (plastu). Metalne, provodne žice provode struju kratkog spoja i mogu biti u jednom ili više slojeva, od ĉega i zavisi struja kratkog spoja, kao i ĉvrstoća samog kabla. Dvije osnovne konstrukcije OPGW kablova su :
OPGW kabel sa cjevĉicama u kojima su smještena optiĉka vlakna, OPGW kabel sa metalnom ili plastiĉnom jezgrom sa utorima u kojima su smještena optiĉka vlakna.
Kablovi sa cjevĉicama u kojima su smještena optiĉka vlakna se meĊusobno razlikuju po materijalu od kojeg su cjevĉice izgraĊene (plastika ili metal), po broju cjevĉica (jedna ili više cjevĉica), te po naĉinu na koji su te cjevĉice smještene unutar metalnog omotaĉa. Kablovi sa utorima imaju u metalnom omotaĉu ispunjeno metalno ili plastiĉno jezgro sa utorima u kojima su smještena optiĉka vlakna. Slika 4.2.1 prikazuje osnovne konstrukcije OPGW kablova, a svaka od njih ima svoje prednosti i mane.
23
Slika 4.2.1. Osnovne konstrukcije OPGW kablova
Kod najjednostavnije konstrukcije, prikazane na slici 4.2.1.(a), optiĉka vlakna su smještena u centralnom omotaĉu od nehrĊajućeg ĉelika, koji je ispunjen smjesom koja blokira prostiranje vode i sprjeĉava pomjeranje vlakna unutar omotaĉa. Ovakvom konstrukcijom kabla, može se postići veći broj vlakana u optiĉkom elementu, ali nedostatak ove konstrukcije je naĉin mehaniĉke zaštite vlakana koji je ostvaren samo jednim ĉeliĉnim omotaĉem. Nešto bolja zaštita vlakana može biti postignuta ako se u metalnom omotaĉu nalazi plastiĉna cjevĉica u kojoj su smještena optiĉka vlakna.
Slika 4.2.2. Osnovni izgled OPGW kablova (a), (b), (c) i (d)
Na slici 4.2.1.(b) je prikazan OPGW kabel sa aluminijskim omotaĉem u kojem su smještena optiĉka vlakna u plastiĉnim upredenim cjevĉicama. Ovakva konstrukcija kabla je otporna na istezanje, jer će neželjene sile istezanja (usljed djelovanja vjetra, leda, temperaturnih promjena) poĉeti djelovati na vlakna kasnije nego u sluĉaju kabla sa centralnim metalnim omotaĉem, koji je prikazan na slici 4.2.1.(a). Ovo je ostvareno tako što se istezanjem ili skupljanjem kabla, vlakna u metalnoj cjevĉici radijalno pomjeraju prema ili od ose kabla. Konstrukcija na slici 4.2.1.(c) predstavlja OPGW kabel koji je po svojoj konstrukciji, karakteristikama i dimenzijama, najbliže klasiĉnom zemljovodnom kablu. Razlika izmeĊu njih je u tome što je jedna metalna provodna žica zamijenjena metalnim (ĉeliĉnim) omotaĉem, odnosno metalnom cjevĉicom u kojoj se nalazi optiĉki element tj. optiĉka vlakna. Ova metalna cjevĉica sa optiĉkim elementom je upredena sa metalnim provodnim žicama, ĉime je postignuta veća dužina optiĉkih vlakana u metalnoj cjevĉici u odnosu na dužinu samog kabla (slika 4.2.3.). 24
Slika 4.2.2. Veća dužina optičkih vlakana u metalnoj cjevčici, u odnosu na dužinu kabla
Na ovaj naĉin je ostvarena zaštita od neželjenog istezanja vlakana na sliĉan naĉin kao i kod konstrukcije sa upredenim plastiĉnim cjevĉicama sa optiĉkim vlaknima, koje su smještene u aluminijskom omotaĉu. Broj vlakana u ovakvoj konstrukciji kabla je ograniĉen, a zaštita vlakana je ostvarena samo zaštitnim, ĉeliĉnim omotaĉem (metalnom cjevĉicom), što predstavlja neke od nedostataka ove konstrukcije OPGW kabla. Optiĉka vlakna OPGW kabla sa slike4.2.1.(d) su smještena u utorima u punom metalnom (Al) jezgru kabla. Utori, a time i vlakna, su spiralno uvijena oko ose kabla, a oko jezgre sa utorima, nalazi se Al omotaĉ. Optiĉki element je na ovaj naĉin dobro zaštićen od mehaniĉkih oštećenja, a s obzirom da su vlakna spiralno uvijena, ostvarena je zaštita od njihovog istezanja. Nedostatak ove konstrukcije je kompleksan postupak oslobaĊanja optiĉkih vlakana iz konstrukcije kabla.
4.3. Ugradnja OPGW kabla Sama ugradnja kabla se ne razlikuje mnogo od standardnih za ove vrste poslova. Kao i uvijek, treba obratiti pažnju i ne prekoraĉiti naprezanja kao i minimalni potrebni radijus. Treba paziti da se kabel ne ošteti prilikom ugradnje na stubove ili na zemlji, a takoĊer treba obratiti pažnju i na to da se optiĉki kabel ne ošteti usljed nedozvoljenih pritisaka, uvrtanja ili savijanja. Prilikom ugradnje optiĉkih kablova na dalekovodima, moraju se poštovati svi propisi o zaštiti. Da bi se sprijeĉile štete od induktivnih i kapacitivnih uticaja, neophodno je uzemljiti kabel prilikom ugradnje. Naroĉitu pažnju treba posvetiti skladištenju kablova na terenu, kako ne bi došlo do njihovog oštećenja. Doboši sa kablovima se moraju transportovati i ĉuvati u vertikalnom položaju. Kabel se ne smije uvijati u radijuse manje od 15 puta od radijusa samog kabla. Koturaĉe za namotavanje i odmotavanje moraju biti ispravne. Prilikom montaže na dalekovode se postavljaju koturaĉe. Pomoću vuĉne mašine na drugom kraju trase se kabel sa koĉnice, preko koturaĉa na stubovima, prevlaĉi preko dalekovoda. Po završenom prevlaĉenju kabla, vrši se zatezanje kabla po utvrĊenim standardima. Ukoliko se kabel nastavlja, onda se on preko stubova postavlja preko posebnih spojnica za spoljašnju montažu (slika 4.3.1.).
25
Slika 4.3.1. Ugradnja OPGW kabla
4.4. Nemetalni samonosivi optički kabel (ADSS) Ovi kablovi se koriste u elektroenergetskim sistemima kao pogodan naĉin za uspostavljanje komunikacijskih mreža. Pogodni su za vazdušne instalacije kada komunikacijska linija mora da preĊe preko rijeke, doline ili drugih oblasti sa specijalnim zahtjevima. Ovo kablo ima izvanredne osobine optiĉke transmisije, mehaniĉke i ekološke osobine. U poljima jakog elektriciteta, signali koji se prenose ADSS kablom, nisu podložni smetnjama. Dobar kvalitet komunikacije se zadržava cijelo vrijeme i ne pojavljuju se nikakve štete na tijelu kabla. ADSS kablovi u sebi mogu sadržavati do 288 vlakana. Primarne karakteristike su:
Anti-elektromagnetizam, jaka podnošljivost elektriciteta. Elementi koji se sastoje od ADSS kabla trebaju biti nemetalni. Dobre temperaturne i ekološke osobine, koje su pogodne za vazdušni rad. Pri dizajnu ADSS kabla, osobine kao što su vjetar, led, temperaturne promjene i sl. trebaju biti uzete u obzir. Niske cijene, pogodni za instaliranje. Mala težina, malo opterećenje. Primarni dio ADSS kabla je poliamid preĊa sa visokim modulom i snagom, što kablo pravi lakšim u poreĊenju sa kablom sa ĉeliĉnim žicama.
Slika 4.4.1. ADSS kabel
26
4.5. Optički kablovi pričvršćeni za zemljovodno uže Ovakvi kablovi su izraĊeni kao obiĉni, plastiĉni, nemetalni optiĉki kablovi koji se priĉvršćuju trakom za zemljovodno uže. Optiĉko kablo se postavlja duž užeta, a oko takvog sistema se omotava traka za fiksiranje optiĉkog kabla. Optiĉko kablo se sastoji od centralno postavljene plastiĉne cjevĉice ispunjene želatinskom masom i imaju maksimalno 48 vlakana. Preko cjevĉice sekundarne zaštite, postavljen je plašt od polietilena otporan na UV zraĉenje i u njega su postavljene dvije grupe aramidnih vlakana kao rasteretni element.
Slika 4.5.1. Optički kabel pričvršćen za zemljovodno uže
Traka za priĉvršćivanje se sastoji od staklenih niti postavljenih u njenoj sredini, a one se drže na okupu pomoću omotaĉa koji je otporan na UV zraĉenje. U donjem dijelu (dio koji je okrenut prema kablu tj. Zemljovodnom užetu) je nanesen sloj protiv klizanja.
Slika 4.5.2. Poprečni presjek trake za pričvršćivanje
Optiĉki kabel se mašinski postavlja duž zemljovodnog užeta i istovremeno se oko tih elemenata omotava traka za priĉvršćivanje. Na svakom stubu, ureĊaj za postavljanje se prebacuje na slijedeći raspon, dok se optiĉki kabel priĉvršćuje na svakom stubu. U sluĉaju da je optiĉki kabel potrebno nastaviti, koristi se spojnica koja se koristi za zemaljske radove, ali se priĉvršćuje na stub dalekovoda.
Slika 4.5.3. UreĎaj za priključivanje i pričvršćivanje kabla duž zemljovodnog užeta 27
5. Mjerenja i testiranja optičkih vlakana 5.1. Osnovni koncept optičkih mjerenja Mjerenje karakteristika optiĉkih vlakana je od višestruke koristi proizvoĊaĉima (koje interesuju tehnološki i mehaniĉki problemi pri proizvodnji optiĉkih vlakana i kablova), korisnicima (koje zanima maksimalno iskorištenje prenosa po optiĉkom vlaknu) i sistem inžinjerima (koji projektuju optiĉke prenosne sisteme). Pri mjerenju prenosnih osobina optiĉkih vlakana i kablova veoma je važna mogućnost otkrivanja mjesta oštećenja ili prekida optiĉkog vlakna. 5.1.1. Izvor svjetlosti
Izvor svjetlosti je ruĉni instrument koji omogućava izlaznu svjetlost sa jednim ili više standardnih vrijednosti: vidljivi, 850 nm, 1300 nm i 1550 nm koristeći LED ili laserske diode kao izvor svjetlosti. To su ureĊaji koji ĉesto omogućavaju izlaze sa više od jedne valne dužine i kao ureĊaj generalno se nalaže zajedniĉko mjerenje za dvije razliĉite valne dužine. Najĉešći izbor valnih dužina je 850 nm i 1300 nm. Za prihvatljive rezultate, izlazna svjetlosna snaga mora biti stabilna duže od perioda testiranja. Odstupanje u izlaznoj optiĉkoj snazi ne smije biti veće od 0.1 dB u vremenu preko 1 h.
Slika 5.1.1.1. Izvor svjetlosti
Izlaz jc moguće prebacivati izmeĊu testnih tonova frekvencije od 2 kHz ili 270 Hz ili 10 kHz i neprekidnom (kontinualnom) nazivnom ulazu CW (continuous wave - kontinulani val). Izbor testnog tona dopušta jednostavnu identifikaciju fiberskog podtesta.
28
Slika 5.1.1.2. Izvor svjetlosti jednomodno i višemodno
5.1.2. Optička snaga
Osnovna jedinica mjere koja se koristi kod optiĉkih vlakana je svjetlosna snaga, koja se kao i elektriĉna snaga, izražava u wat-ima. Svjetlost je elektromagnetske prirode. Svjetlosna energija, kao i elektriĉna, je teoretski u obliku sinusoidalnog vala. Zbog toga, osnovne matematiĉke formule koje se koriste za proraĉun snage prilikom mjerenja elektriĉne snage, mogu takoĊer biti korištene za raĉunanje optiĉke snage. Analogija koja se primjenjuje na optiĉka mjerenja je: Snaga je mjera promjene energije u vremenu (ako se energija mjeri u džulima obilježava se sa W): (5.1.2.1.) Snaga je proizvod napona U i struje I. Svjetlosni val se sastoji od elektriĉnog polja i magnetnog polja, koji su analogni naponu i struji kod elektriĉne energije. Za elektriĉnu energiju snaga se raĉuna kao: (5.1.2.2.) Za svjetlosnu energiju gustoća snage raĉuna se iz Poynting-ovog vektora: (5.1.2.3.)
gdje je: D=εE - gustoća elektriĉnog fluksa u As/m, B = μH - gustoća magnetnog fluksa u Vs/m2, E - intenzitet elektriĉnog polja u V/m, H - intenzitet magnetnog polja u A/m, ε - dielektriĉna propustljivost sredine u F/m, μ - magnetska propustljivost sredine u H/m, Svjetlosna energija je direktno proporcionalna kvadratu amplitude elektromagnetskog vala. Snaga kod elektriĉne energije je direktno proporcionalna kvadratu napona ili struje: (5.1.2.4.) U sluĉaju svjetlosne energije, otpor predstavlja, permeabilnost i dielektriĉna propustljivost materijala. 29
Za svjetlost, ukupna energija W je data sa: (5.1.2.5.) gdje je: – energija jednog fotona N – broj fotona Prema tome, svjetlosna snaga je: (5.1.2.6.)
Mjerenja svjetlosne snage se u opštem sluĉaju vrše i daju u decibelima. Signal koji se odašilje iz optiĉkog predajnika je u obliku impulsa. Nivo snage koji se odašilje konstantno varira. Mjerenje ove snage može biti u obliku trenutnog maksimuma (vrha) ili u obliku srednje (prosjeĉne) vrijednosti. U opštem sluĉaju, optiĉka snaga se mjeri i daje kao srednja snaga (slika 5.2.1.).
Slika 5.1.2.1. Snaga za primljeni optički valni oblik
Snaga je takoĊe direktno proporcionalna frekvenciji i obrnuto proporcionalna valnoj dužini elektromagnetskog vala. Svjetlost je teoretski u obliku sitnih ĉestica (fotona), koji se emituju iz atoma kada elektroni skakuću izmeĊu razliĉitih energetskih nivoa, odnosno ljuski koje okružuju atome. Kako se frekvencija povećava (odnosno valna dužina smanjuje), dolazi do proporcionalnog povećanja energije fotona. To znaĉi da je potrebno više energije za uzbudu elektrona da bi se proizveo foton visoke frekvencije, nego što je potrebno da bi se proizveo foton niske frekvencije. Prema tome, kako je mjerenje optiĉke snage zapravo mjerenje protoka fotona u jedinici vremena, optiĉka snaga je direktno proporcionalna frekvenciji, a obrnuto proporcionalna valnoj dužini. Ova veza je opisana Planck - ovim zakonom: (5.1.2.7.) gdje je: – energija fotona, h – Planck-ova konstanta
30
5.1.3. Mjerenje snage
Razliĉiti materijali koji se koriste za proizvodnju svjetlosnih detektora su osjetljivi na razliĉite valne dužine. Npr, silikonski detektori dobro reaguju na valnu dužinu od 850 nm, dok detektori napravljeni od indijum-galijum-arsenida (InGaAs) dobro reaguju na valnu dužinu od 1300 i 1550 nm. Zbog toga, svjetlosni detektori koji se koriste za mjerenja snage trebaju biti baždareni za frekvenciju koju trebaju da mjere. Detektori će samo osigurati linearan odziv za ograniĉen dinamiĉki opseg nivoa ulaznog signala. Zbog toga oni moraju biti baždareni za posebne primjene i oĉekivani raspon snaga na kraju optiĉkog kabla koji ulazi u detektor. Vremenski odziv detektora, u instrumentu za mjerenje svjetlosti, je veoma spor kada se uporedi sa brzinom nadolazećih impulsa. Zbog toga, većina instrumenata za mjerenje optiĉke snage je baždarena za mjerenje prosjeĉne snage.
Slika 5.1.3.1. Mjerni instrument snage
Mjerni instrumenti snage imaju mogućnost da sa internom memorijom zapamte jednodnevni rezultate mjerenja i da ih odštampaju. Mjerni instrument može pokazivati vrijednosti u dBr dBm, μW i mW.
Slika 5.1.3.2. Mjerač snage (za jednomodna i višemodna vlakna) 31
5.1.4. Optički i električni propusni opseg
Propusni opseg je specificiran u dva razliĉita oblika, optiĉki i elektriĉni. Optiĉki propusni opseg odnosi se na najveću modulaciju frekvencije pri kojoj je izlaz iz optiĉkog sistema pao za 3 dB u poreĊenju sa donjom frekvencijom optiĉkih odziva. Zbog toga što se optiĉka u elektriĉnu pretvorbu vrši u optiĉkom detektoru, pad od 3 dB u optiĉkoj snazi, rezultuje padom od 6 dB u oĉitanju elektriĉne snage. Elektriĉni spektar je proporcionalan kvadratnom korijenu optiĉkog spektra. Na slici 5.1.4.1. se vidi da je za istu vrijednost frekvencije optiĉki spektar pao na -3 dB a elektriĉni na -6 dB. Matematiĉki: -3 dB optiĉkog propusnog opsega = -6 dB elektriĉnog propusnog opsega.
Slika 5.1.4.1. Frekventni odziv idealnog detektora
5.2. Specifikacija gubitaka u kablovskoj opremi Specifikacija gubitaka predstavlja raĉunanje i verifikaciju operativnih karakteristika fiber optiĉkih sistema. Ovo obuhvaća stavke kao što su rutiranje, elektronika, valne dužine, tip fibera, dužina voda itd. Slabljenje signala i propusni opseg su kljuĉni parametri za specifikaciju.
5.2.1. Analiza gubitaka na fiber optičkoj vezi
Prije dizajniranja i instaliranja fiber optiĉkog sistema, preporuĉuje se specificiranje gubitaka da bi se osiguralo da će sistem raditi na planiranom linku. Obje, i aktivne i pasivne komponente koje pripadaju mreži, trebaju biti ukljuĉene u specifikaciju. Pasivni gubici nastaju od gubitaka na fiberu, konektorima i sastavima. Ne treba zaboraviti sprežnike ili rastavnike. Aktivni gubici su domet sistema, valna dužina, snaga odašiljaĉa, osjetljivost prijemnika. Prije samog puštanja sistema u rad potrebno je izvršiti testiranje sistema. Ideja specifikacije je da se osigura rad mrežne opreme na instaliranom fiber optiĉkom linku. Normalno je biti konzervativan po pitanju specifikacija, odnosno, odstupanja od granica 32
normale su sasvim uobiĉajena. Najbolji naĉin da se ilustrira specifikacija gubitaka je da se pokaže kako se to raĉuna na višemodnom linku od 2 km i sa 5 konekcija (2 konektora na svakom kraju i 3 konekcije na patch panele) te jedan spoj u sredini (Slika 5.2.1.1).
Slika 5.2.1.1. Specifikacija gubitaka
5.2.2. Proračun gubitaka kod pasivnih komponenti
Korak 1. Gubici fibera na radnim valnim dužinama (tabela 5.2.2.1.) Tabela 5.2.2.1. Dužina kabla Tip fibera Valna dužina u nm Slabljenje fibera u dB/km Ukupni gubici u fiberu
2.0
2.0
Multimodno
Monomodno
850
1300
1300
1550
3 [3.5]
1 [1.5]
0.4 [1/0.5]
0.3 [1/0.5]
6.0 [7.0]
2.0 [3.0]
Napomena: sve specifikacije u zagradama su EIA/TIA 568 standard. Za monomodni fiber dozvoljeni su veći gubici u odnosu na specifikacije.
33
Korak 2. Gubici na konektorima (tabela 5.2.2.2.) Tabela 5.2.2.2. Gubici na konektorima
0.3 dB (tipično)
0.75 dB (max po TIA 568 standardu)
Ukupni broj konektora
5
5
1.5 dB
3.75 dB
Ukupni gubici na konektorima
(maksimalna dozvoljena granica za sve konektore po EIA/TIA 568 standardu je 0.75 dB)
Korak 3. Gubici na spojevima (tabela 5.2.2.3.) Spojevi na višemodnim vlaknima su uglavnom napravljeni mehaniĉkim spojevima iako postoje i neki koji su nastali zavarivanjem. Veće jezgro može dovesti do toga da su gubici približno isti i za mehaniĉke spojeve i za spojeve nastale zavarivanjem. Za spojeve na višemodnim vlaknima standard je (0.1-.0.5) dB (0.3 dB je prosjek). Spojevi koji su nastali zavarivanjem imaju subitke manje od 0-0.5 dB. Tabela 5.2.2.3. Tipični gubici na spojevima
0.3 dB
Ukupan broj spojeva
1
Totalni gubici na spojevima
0.3 dB
Korak 4. Totalno slabljenje pasivnog sistema (tabela 5.2.2.4.) Sabiraju se gubici na fiberu, konektorima i spojevima. Tabela 5.2.2.4. Najbolji slučaj
TIA 568 Max
850 nm
1300 nm
850 nm
1300 nm
Ukupni gubici na fiberu u dB
7.0
2.0
7.0
3.0
Ukupni gubici na konektorima u dB
1.5
1.5
3.75
3.75
Ukupni gubici na spojevima u dB
0.3
0.3
0.3
0.3
0
0
0
0
8.8
3.8
11.05
7.05
Drugo u dB Ukupni gubici na linku u dB
Treba zapamtiti da, ovo i treba biti kriterij za testiranje. Dozvoljeno je odstupanje ± (0.2 0.5) dB na osnovu kojeg se stvara vlastiti (prolaz/pad) kriterij. 34
Korak 5. Podaci o specifikacijama aktivnih komponenti dati od proizvođača (tipični 100 Mb/s link) (tabela 5.2.2.5.) Tabela 5.2.2.5. Radna talasna dužina (nm)
1300
Tip fibera
MM
Osjetljivost prijemnika u dBm (traženi BER)
-31
Prosječni izlaz odašiljača u dBm
-16
Dinamički domet u dBm
15
Preporučeno prekoračenje granica u dB
3
Korak 6. Proračun gubitaka na fiber optičkoj vezi (tabela 5.2.2.6.) Tabela 5.2.2.6. Dinamički opseg u dB (iznad)
15
15
Gubici kablovske opreme u dB
3.8 (Typ)
7.05 (TIA)
Margina gubitaka u dB
11.2
7.95
Kao generalno pravilo uzeto je da bi proraĉunati gubici na fiber optiĉkoj vezi trebali biti veći otprilike 3 dB od specifikacija kako bi se dozvolila instalacija.
35
6. Standardni testovi i mjerenja optičkih vlakana Testiranje opreme i kablova sa optiĉkim vlaknima se u opštem sluĉaju obavlja prije i poslije instalacije sistema. U ovom poglavlju biće opisani glavni testovi koji se obavljaju na sistemima sa optiĉkim vlaknima.
6.1. Testiranje komponenti Testiranje primo-predajniĉke opreme se uobiĉajeno ne provodi prije instalacije, uglavnom zbog toga što zahtjeva dodatne troškove i opremu. MeĊutim, iako su ove komponente testirane od strane proizvoĊaĉa (prodavaĉa), preporuĉuje se da one budu ponovno testirane prije instalacije, zbog integriteta pri visokim performansama. Postoje dva glavna testa koja se obavljaju na primo-predajniĉkoj opremi. Prvi je da se testira izlazna snaga predajnika. Predajnik se poveže za kratak komad (oko 2 m) referentnog vlakna (slika 6.1.1). Referentno vlakno mora biti istog tipa i veliĉine, kao i vlakno sa kojim je predajnik dizajniran da bude povezan i koje se namjerava instalirati u sistem. Instrument za mjerenje snage je povezan za drugi kraj vlakna i vrijednost snage je zabilježena. Ova vrijednost bi trebala biti unutar ±5% od vrijednosti snage date od strane proizvoĊaĉa predajnika.
Slika 6.1.1. Provjera nivoa snage u vlaknu date od strane predajnika
Drugi test služi za provjeru prijemnika. Ovo se vrši tako što se predajnik i prijemnik povežu sa referentnim vlaknom, koje obezbjeĊuje zahtjevano prigušenje tako da nivo primljenog signala bude snižen na nivo osjetljivosti prijemnika za BER od 10-9 (BER - Bit Error Rate broj pogrešnih bitova), slika 6.1.2. Rezultati testa bi trebalo da se poklapaju sa nivoom navedenim od strane proizvoĊaĉa u specifikaciji prijemnika (nivo primljenog signala može biti provjeren pomoću instrumenta za mjerenje snage). BER tester je zatim spojen na predajnik i na prijemnik pa se BER testira za minimalni period od najmanje 30 minuta. Ovo će potvrditi da su performanse prijemnika prema proizvoĊaĉevim specifikacijama i da će zadovoljavajuće raditi u sistemu za koji je dizajniran.
Slika 6.1.2. Testiranje prijemnika 36
6.2. Mjerenje slabljenja optičkog vlakna Slabljenje svjetlosne snage u optiĉkom vlaknu rezultat je apsorpcije, rasipanja i efekata valovoda. Pri mjerenju ukupnih gubitaka prenosa signala kroz vlakno koriste se dvije osnovne metode:
Tehnika odsijecjanja (engl cutback technique) - najranije korišten metod, koji se zasniva na uporedivanju izmerene svjetlosne snage na maloj i velikoj dužini, pri istim uslovima ulaska svjetlosnog zraka u optiĉko vlakno. Metoda povratnog rasipanja - povratno rasipanje je osobina optiĉkog vlakna ĉiji je princip iskorišten kod optiĉkog reflektometra u vremenskom domenu.
6.2.1. Mjerenje slabljenja tehnikom odsjecanja
Ovo je destruktivna tehnika koja zahtijeva pristup na oba kraja optiĉkog vlakna, a sam proces mjerenja sastoji se iz dva mjerenja svjetlosne snage. Prvo se mjeri snaga na daljem kraju optiĉkog vlakna, a onda se bez ikakve promjene na ulaznom kraju presjeca vlakno na nekoliko metara od izvora i ponovo se mjeri snaga (slika 6.2.1.1.).
Slika 6.2.1.1. Blok šema ureĎaja za mjerenje metodom odjsecanja
Srednje slabljenje optiĉkog vlakna se izraĉunava prema izrazu: ( )
( )(
)
(6.2.1.1.)
gdje je: Pd - izmjerena optiĉka snaga na daljem odsjeĉenom kraju optiĉkog vlakna, Pb - izmjerena optiĉka snaga na bliže odsjeĉenom kraju optiĉkog vlakna, a L - geometrijsko rastojanje izmeĊu mjernih taĉaka. Pridržavanje redoslijeda radnji kod primjene ove metode veoma je bitno, kako bi se odredila taĉna koliĉina energije unijeta u optiĉko vlakno. TakoĊe je veoma važno oĉuvanje istih uvjeta emisije svjetlosnog zraka u optiĉko vlakno, jer to može uticati na vrijednost izmjerenog slabljenja. Vrijednosti slabljenja mogu se ekstrapolirati jedino za optiĉka vlakna u stanju uravnoteženja, koje se postiže ili metodom kontrolisanja numeriĉkog otvora izvora, i veliĉine zraka, ili primjenom mješaĉa modova. U sluĉaju da je indeks prelamanja primame zaštite manji od indeksa prelamanja omotaĉa, mješaĉ modova se koristi i na poĉetku i na kraju optiĉkog vlakna.
37
6.2.2. Metoda povratnog rasipanja
Ovo je nedestruktivna metoda, kojoj je dovoljan pristup samo jednom kraju optiĉkog vlakna. Jedino ovom metodom se mogu pratiti promjene slabljenja duž cijelog vlakna, kao i njegovo eventualno oštećenje, jer je optiĉki reflektometar u vremenskom domenu (OTDR) u osnovi optiĉki radar. Kada svjetlost putuje fiberom, njen mali dio će se izgubiti zbog Ravleig-evog rasipanja. Kada se prostire svjetlost u svim pravcima, jedan dio se vraća nazad duž fibera ka izvoru svjetlosti (slika 6.2.2.1.). Ovo povratno svjetlo se naziva povratni radarski signal. Snaga povratnog radarskog signala je fiksni dio ulazne snage i to su gubici trošenja ulazne snage. Povratna snaga takoĊe opada. OTDR može stalno mjeriti povratni nivo snage, odakle se zakljuĉuju gubici nastali u fiberu. Bilo koji dodatni gubici kao na prikljuĉcima i miješano spajanje daje iznenadni efekt smanjivanja snage predajnika fibera i odatle uzrokuje istovjetnu promjenu snage povratnog radarskog signala. Pozicija i rang gubitaka se mogu ustanovit.
Slika 6.2.2.1. Povratni radarski signal postaje slabiji
6.2.3. Metoda unesenih gubitaka
Još jedan od osnovnih testova koji se obavija na sistemima sa optiĉkim vlaknima jeste mjerenje prigušenja koje nastaje zbog dužine kabla. Dobiveni rezultati ovog testa će omogućiti da većina elemenata u dizajniranom sistemu bude provjerena. Većina testa unesenih gubitaka se obavlja sa izvorom snage i instrumentom za mjerenje snage. Prvobitno se instrument za mjerenje snage baždari prema izvoru na taj naĉin što se ta dva ureĊaja meĊusobno povezu sa kratkim komadom optiĉkog vlakna približne dužine 2 m. U opštem sluĉaju, izvor snage se podesi tako da emituje snagu od -10 dBm pa se instrument takoĊe podesi da oĉitava istu snagu od -10 dBm. Treba obezbjediti da je nivo, korišten za podešavanje instrumenta, unutar dinamiĉkog dosega instrumenta za mjerenje snage. Postoje ĉetiri važne taĉke koje treba provjerit prije poĉetka testiranja unesenih gubitaka: Prvo, treba osigurati da je tip optiĉkog vlakna koji se koristi u svrhe baždarenja isti kao i tip optiĉkog vlakna nad kojim će se vršiti testiranje unesenih gubitaka. Drugo, instrument za mjerenje snage i izvor snage moraju raditi na istoj valnoj dužini koju će i oprema u instaliranom sistemu koristiti. Treće, instrument za mjerenje snage i izvor moraju koristiti iste izvore i tipove detektora (LED ili laser) kao što će i predajnik i prijemnik u instaliranom sistemu koristiti. Ĉetvrto, da bi se izbjeglo pogrešno baždarenje, treba koristiti iste konektore za baždarenje kao što se koriste i prilikom instalacije.
38
Kada je izvršeno baždarenje instrumenta za mjerenje snage, instrument i izvor snage se spajaju na instalirani kabal (slika 6.2.3.1.). Oĉitanja sa instrumenta sada mogu biti korištena da se izraĉunaju uneseni gubici duž dijelova kabla koji se testira. Ovo će ukljuĉiti gubitke uzrokovane optiĉkim vlaknom, ĉvrstim spojevima i konektorima.
Slika 6.2.3.1. Mjerenje unešenih gubitaka
Ako su izvor i instrument za mjerenje snage baždareni u wat-ima, tada je formula za pretvaranje dobijenih vrijednosti u decibele: ( )
(6.2.3.1.)
gdje je:
Po. snaga koja izlazi iz vlakna Pi -snaga koja ulazi u vlakno Da bi se izraĉunali uneseni gubici, treba oduzeti oĉitanje u dBm na instrumentu za mjerenje snage od vrijednosti snage koju daje izvor. Npr., uneseni gubici prikazani na slici 6.2.3.1. iznose 9.3 dBm. Preporuĉuje se da mjerenje unesenih gubitaka bude izvedeno u oba smjera na instalisanom kablu. Gubici mjereni u razliĉitim smjerovima znaju varirati zbog toga što konektori i ĉvrsti spojevi znaju ponekad biti nejednaki. Radijus jezgre vlakana takoĊe malo varira, uzrokujući sliĉne varijacije u unesenim gubicima. Npr., ako je polupreĉnik jezgre dva vlakna, ĉvrsto spojena meĊusobno, 49.5 μm i 50.5 μm, svjetlosni val koji putuje iz vlakna manjeg preĉnika u vlakno većeg preĉnika, ući će ĉitav u vlakno većeg preĉnika. Za svjetlost koja putuje iz vlakna većeg preĉnika u vlakno manjeg preĉnika, mala koliĉina bit će izgubljena oko oboda na mjestu spoja izmeĊu dvije jezgre. Razliĉitost ove vrste može dovesti do razlike u unesenim gubicima mjerenim u dva razliĉita smjera, od 0.2 dB. Ako se predajnik treba koristiti kao izvor snage, prvo što treba uraditi jeste podesiti predajnik da šalje 50% signala pogonskog ciklusa u vlakno. Predajnik treba biti moduliran sa kontinuiranim ukljuĉeno iskljuĉeno (on/off) NRZ signalom (101010101010 itd.) (engl - NRZ Non Return to Zero Signal; bos. - signal bez povratka na nulu), koji će osigurati stvarni prosjeĉni signal na instrumentu za mjerenje snage. Instrument mora biti baždaren na predhodno naveden naĉin i uneseni gubici odabranog kabla izmjereni. Ako je moguće, bolje je provesti testiranje unesenih gubitaka sa predajnikom nego sa posebnim izvorom snage da ne bi došlo do velikih varijacija u izmjerenim unesenim gubicima. Mjerenje unesenih gubitaka treba biti obavljeno na svakom vlaknu u kablu u oba smjera, bez obzira dali se planira upotreba tog vlakna ili ne.
39
6.3. Mjerenje dužine fibera OTDR koristi radarski sistem. Na izlaz šalje impuls svjetlosti i sluša odjek fibera. Ako se poznaje brzina svjetlosti i vrijeme potrebno za putovanje svjetlosti kroz fiber, onda je vrlo jednostavan proraĉun dužine fibera (slika 6.2.4.1.).
Slika 6.3.1. Mjerenje dužine fibera
Primjer: Indeks prelamanja za jezgro optiĉkog vlakna je 1.5, infracrveno svjetlo putuje brzinom: (6.3.1.)
To znaĉi da je svjetlosti potrebno
za put od 1 m.
Ako OTDR izmjeri vrijeme od 1.4 μs, onda je preĊeni put svjetla: (6.3.2.) Ukupni preĊeni put svjetlosti je 280 m i to je tamo i nazad dužina. Prema tome, dužina fibera je samo 140 m. Ova korekcija je automatski ukljuĉena u OTDR, on odmah izbacuje konaĉan rezultat.
6.4. Mjerenje broja pogrešnih bitova BER (engl. - Bit Error Rate, bos. - broj pogrešnih bitova) je mjera performansi linka za prenos podataka. Ovo mjerenje je jedno od standardnih testova za odreĊivanje kvaliteta signala. U telekomunikacijskim sistemima BER predstavlja omjer pogrešno primljenih bita i broja ukupnih poslanih bita i obiĉno ima vrlo malu vrijednost. Npr: ukoliko je BER 10-6 to znaĉi da je primljen samo jedan pogrešan bit od ukupno 1 000 000 poslanih bita. BER je zapravo pokazatelj koliko ĉesto će biti potrebno ponovo poslati podatak zbog pojave greške. BER se odreĊuje na taj naĉin što se instrument za testiranje BER-a (slika 6.4.1.) spoji na predajnik i prijemnik i nakon toga se predajnik podesi da emituje pseudo nasumiĉni šablon bita kroz sistem linka sa optiĉkim vlaknima zatim se mjeri broj netaĉnih bitova koji dolaze do prijemnika (BER-instrument spojen na prijemnik takoĊer zna pseudo nasumiĉni bitni kod).
40
Slika 6.4.1. BER tester
Test se sprovodi za unaprijed odreĊeni vremenski period, koji se koristi kao osnova poreĊenja za vrijednosti BER-a. BER se nakon toga raĉuna na taj naĉin da se svi netaĉni biti saberu i podjele sa ukupnim brojem bita koji je poslan u navedenom vremenskom periodu: (6.4.1)
Za sistem sa optiĉkim linkom, BER test se uobiĉajeno provodi za vremenski period od 30 minuta do 1 sata (npr., poredeći sa mikrotalasnim radio linkovima gdje se provodi za 24 sata, 48 sata i duže). Za većinu sistema sa optiĉkim linkom, preporuĉuje se da greška ostatka BER-a (neotklonjivi BER kada je sistem dostupan za normalan rad) od 10-9 bude minimum prihvatljivosti (to znaĉi jedan netaĉan bit za svaku milijardu bita koji su emitovani od predajnika). Ako se nacrta grafik za standardni optiĉki predajniĉki sistem BER-a naspram jaĉine primljenog signala u detektoru, može se vidjeti da BER ostaje relativno ravan sve dok se nivo primljenog signala ne približi osjetljivosti prijemnika nakon ĉega on pada veoma oštro. To je prikazano na slici 6.4.2. TakoĊe na ovom grafiku je ilustrirana ĉinjenica daje neotklonjivi BER koji se oĉekuje normalno oko 10-12 na linku sa optiĉkim vlaknima. Kao pravilo, BER test se sprovodi samo na optiĉkim sistemima koji zahtjevaju visok operacioni integritet. Za dužine linka veće od 2 km i za brzine prenosa veće od 100 Mbps, to je standardno preporuĉeni test. BER se uopšteno povezuje sa drugim sistemom mjerenja linka koji se naziva raspoloživost. Raspoloživost je definirana kao procenat vremena u kojem je link dostupan za neprekidnu upotrebu za vremenski period od 12 mjeseci za minimalni specificirani BER (uglavnom od 10-9 do 10-12 za link sa optiĉkim vlaknima). Vrijeme kad link nije dostupan za upotrebu naziva se prekid. Pošto je nemoguće izvršiti BER test na linku u vremenskom periodu od 12 mjeseci (zato što je potreban link za svoju dizajniranu svrhu prenošenja informacija), vrijednosti za raspoloživost se obiĉno teoretski izraĉunavaju, koristeći sigurne granice kao osnov za proraĉun kako bi se odredila raspoloživost linka.
41
Slika 6.4.2. BER naspram nivoa primljenog signala za standardni optički predajnički sistem
Npr., zahtijevane performanse mogu biti da link ima raspoloživost od 99.99% za vremenski period od 12 mjeseci, sa maksimalnim BER-om od lx10-9. To znaĉi da sistem neće imati prekide u vremenskom periodu od 12 mjeseci. Ukupni prekid je veći od (365 dana x 24 sata/dan * 60 minuta/sat *0.01% ), 53 minute gdje se prekid smatra većim od 1 pogrešnog bita na svakih milion poslanih. Drugi primjer sa manje ĉvrstim parametrima (npr., na bakarnom kablu ili radio linku) mogu biti performanse zahtijevane za raspoloživost od 99.85% za mjesec sa najgorim performansama u bilo kojoj godini, sa maksimalnim BER-om od 1*10-3. To znaĉi da sistem neće imati prekide u mjescu sa najgorim performansama, koji su u totalu veći od (31 dana * 24 sata/dan * 60 minuta/sat *0.15%) 1 sat, 7 minuta kada se prekid smatra daje veći od 1 pogrešnog bita na svakih 1000 poslanih. 6.4.1. Internacionalni standardi
Kada se mjeri BER u kolima sa veoma brzim prenosom podataka preko telefonskih linkova, internacionalni standardi zahtijevaju da se BER testira preko 64 kbps komponenti za veoma brze linkove (ĉesto 2 Mbps). Neraspoloživost se tada definiše kao vremenski period u kome BER u svakoj sekundi premaši 10-3 za period od 10 uzastopnih sekundi ili više za brzinu prenosa podataka od 64 kbps. Ako BER premaši 10-3 za samo devet uzastopnih sekundi, smatra se da je link i dalje raspoloživ. Ostali uslovi korišteni za ovaj tip linkova su, nekoliko pogrešnih sekundi u kojima BER premašuje 10-3 za jednu cijelu sekundu (npr. sekunde sa više od 64 pogrešna bita u njima) i pogrešne sekunde u kojima postoje jedan ili više pogrešnih bita u sekundi. Predajniĉki sistem sa optiĉkim vlaknima treba imati ekstremno velike vrijednosti raspoloživosti. Vrijednosti od 99.99% (prekid od 53 minute ukupno na godinu) ili veće trebale bi biti lako postignute za sistem sa optiĉkim vlaknima. Razlog zbog kojeg su vrijednosti raspoloživosti tako dobre je taj da na optiĉko vlakno ne utiĉu vanjski šumovi, smetnje, ili većina drugih efekata uzrokovanih okolinom, kao što je to sluĉaj sa bakarnim kablom i radio komunikacijskim sistemima. MeĊutim zbog Rayleig-evog rasipanja, disperzije, promjene temperature, pomjeranja (trepernje) u brzim sistemima i drugim nepredviĊenim efektima BER neće nikada teoretski dostići 100%.
42
6.5. Mjerenja u vremenskom domenu (OKO dijagrami) TakoĊer je veoma bitno da se analizira podatkovni komunikacijski signal u realnom vremenu. Najefikasniji metod da se ovo izvrši jeste da se analiziraju digitalni impulsi na izlazu iz prijemnika u vremenskom domenu. Karakteristika signala bazirana na vremenu može osigurati bogatstvo korisnih informacija o kvalitetu i performansama predajniĉkog sistema. Parametri digitalnog impulsa koji mogu biti izmjereni ukljuĉuju: period, pogonski ciklis, vrijeme postavljanja, širinu impulsa, vrijeme uspona, vrijeme pada, prebaĉaj, podbaĉaj, predizobliĉenje signala, trajanje korekcije. Poredeći oblike i parametre u vremenu dobivene od kontinualnih uzastopnih impulsa, moguće je mjeriti druge parametre kao što su: sum. treperenje, uopšteni kvalitet impulsa (koji se naziva maska) i oĉekivanu udaljenost trajanja impulsa (što se naziva faktor prigušenja). Instrument koji vrši mjerenje u vremenskom domenu mora imati relativno brz tranzijentni odziv (vremenski odziv) u odnosu na impuls koji mjeri, da bi se mogla izvršiti taĉna mjerenja parametara impulsa. Da bi instrument mogao taĉno mjeriti brze optiĉke ulazne signale, pulsni odziv instrumenta mora biti, u opštem sluĉaju, najmanje ĉetiri puta brži od signala kojeg mjeri. Ĉisto matematiĉki, frekvencijski odziv mjernog instrumenta može biti odreĊen od impulsnog odziva tako što se nad njim izvrši Furijerova transformacija. I obrnuto takoĊer vrijedi, impulsni odziv može biti odreĊen tako što se izvrši inverzna Furijerova transformacija frekvencijskog odziva. Mjerenje BER-a zahtjeva emitovanje pseudo nasumiĉnog šablona bita. Ovaj šablon bita može takoĊer biti korišten za korisna mjerenja u vremenskom domenu. Preklapajući valne oblike svjetlosti dobivene na izlazu, nastale uzastopnim pseudo nasumiĉnim bitima, i prikazujući signale na osciloskopu sa pamćenjem formira se šablon koji se naziva otvor oko. Tipiĉni otvor oko prikazan je na slici 6.4.3. Otvor oko govori o tome kako lako ili teško će biti prijemniku da razlikuje logiĉku 1 i logiĉku 0. Pošto će vrijeme dolaska i oblik svakog impulsa biti razliĉit, otvor oko će biti formiran od debelih linija. Što je veći šum u predajniĉkom sistemu vlakna, veće će varijacije biti u amplitudama linija na otvor oku. Što je veća varijacija u razlici izmeĊu vremena dolaska svakog uzastopnog impulsa, veća će varijacija biti u širini meĊu linijama na otvor oku (to se naziva treperenje, eng. jitter).
43
Slika 6.4.3. Oko dijagram
Veliki broj važnih zakljuĉaka može biti izvedeno iz analize samog oka dijagrama. Što je oko otvorenije, lakše je razlikovati logiĉku 1 i logiĉku 0. Širina otvora oko dijagrama (vrijeme izmeĊu presjeka linija od logiĉke 1 do logiĉke 0 i logiĉke 0 do logiĉke 1) prikazuje vremenski interval u kojem se može vršiti uzimanje uzoraka signala bez greške, zbog meĊusimbolske interferencije. Visina otvora oka predstavlja granice šuma na izlazu prijemnika. Širina oko linija gdje se one ukrštaju sa krajevima oka, predstavlja mjeru treperenja u prijemniĉkom sistemu. Treperenje je uzrokovano varijacijom u vremenu paljenja i gašenja lasera, izobliĉenjem impulsa zbog optiĉkih vlakana i šumom. Treperenje se izražava u pecosekundama {engl. pecoseconds), stepenima ili u procentima bitnog intervala. Debljina linija impulsa na vrhu i dnu oka je proporcionalna šumu i izobliĉenju u prijemniĉkom sistemu. Vrijeme prelaska signala od vrha (logiĉka 0) do dna (logiĉka 1) i obrnuto na obrazcima dobivenim na otvor oku, predstavlja vrijeme uspona i pada prijemniĉkog sistema. Ovo se uglavnom mjeri izmeĊu oznaka za 10% i 90 %. Vremena uspona i pada su bitna za procjenu osjetljivosti sistema na uzorkovanje u vremenu. Što je sporije vrijeme uspona i pada signala to je sistem osjetljiviji na vremenske pogreške. Da bi se obezbijedila maksimalna imunost sistema na šum. najbolje vrijeme za uzorkovanje signala je kada je visina otvora oko dijagrama maksimalna.
44
ZAKLJUČAK Danas optiĉka vlakna ĉine glavni dio infrastrukture nacionalnih telekomunikacionih puteva širom svijeta. Sa druge strane, njihova primjena u lokalnim raĉunarskim mrežama, prenosnim putevima za kontrolu procesa proizvodnje, kao i u senzorskim aplikacijama, sve je veća. Optiĉko vlakno je već doseglo većinu mjesta koja su prije poznavala samo bakarne kablove. Kako tehnologija, tako regulacija i ekonomska raĉunica predviĊa da će optiĉka vlakna zamijeniti bakarne kablove kod većine aplikacija za prenos signala, ĉak i u kućama. Mnoga vlakna liĉe bakarnim žicama i izgraĊena su na sliĉnom principu. Ipak postoje neki zahtjevi instalacije i metode jedinstvene za sve optiĉke kablove koje su potrebne za zaštitu kabla i osiguravaju najveći kvalitet prenosa, što je objašnjeno u ovom radu. Razlog za usporeni razvoj optiĉke infrastrukture u gradskim jezgrama gdje se nalazi najveći broj (poslovnih) korisnika koji zahtijevaju brzo uvoĊenje širokopojasnih usluga leži u veoma visokim troškovima polaganja, dugom trajanju instaliranja, a najviše u ometanju mnogih aspekata normalnog funkcioniranja gradskog života, što gradske vlasti najĉešće jednostavno ne dozvoljavaju. Da bi smanjili probleme, gradske vlasti najĉešće insistiraju da se instalacija vrti u noćnim satima i vikendom, da više provajdera zajedniĉki i istovremeno polažu kablove, potpuno obnavljanje saobraćajne infrastrukture poslije radova, a mnogi gradovi jednostavno ne dozvoljavaju bilo kakvo kopanje kanala u gradskim jezgrima. Kao posljedica ovih problema intenzivno se traga za alternativnim naĉinima prodora optiĉkih vlakana do krajnjih korisnika i zgrada u poslovnim centrima grada. Moguće riješenje sve više se pronalazi u upotrebi postojećih kanalizacionih ili vodovodnih instalacija za provlaĉenje optiĉkih kablova kroz njih. Optiĉki kablovi zbog svoje imunosti na uticaj EM polja spadaju u veoma dobro rješenje komunikacijskih sistema po visoko-naponskim dalekovodima. Na ovaj naĉin dalekovodi, pored svoje primarne uloge - pouzdanog prenosa elektriĉne energije, pružaju i mogućnost uspostavljanja telekomunikacijskih veza po kvalitetnom i visoko kapacitivnom prenosnom mediju, ĉime se postiže jednostavno i relativno jeftino rješenje za ostvarivanje prenosnih spojnih puteva. Ovakav naĉin instaliranja optiĉkih kablova, s obzirom da je mreža dalekovoda razgranala na podruĉju svake države, omogućava uvezivanje cijelog telekomunikacijskog sistema elektroprivrede optiĉkim sistemom veza. Obzirom na prethodno navedeno, u ovom radu su detaljno objašnjeni postavljanje optiĉkih instalacija u kanalizacijskim cijevima, putevima i trotoarima, kao i ureĊaji pomoću kojih se ove instalacije postavljaju. TakoĊer, objašnjene su unutarnje i vanjske instalacije, kao i elektriĉna sigurnost, te korištenje optiĉkih kablova u eletroenergetskom sistemu. Za kraj su objašnjena mjerenja i testiranja optiĉkih vlakana.
45
LITERATURA [L1] [L2]
V. Madžarević, „Optički kablovi-instaliranje i testiranje“ , ETF Tuzla 2009 J. Crisp, „Introduction to Fiber Optics“ , Newnes, Oxworf, Auckland, Boston, 2001
[L3] [L4]
J. Hayes, „Fiber Optics Technician Manual“, Laser Focus World 1995. D. Bailey, E. Wright, „Practical Fiber Optics“, Oxford, Amsterdam, Boston, Heidelberg, Paris, London, New York, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo, 2003. A.Sharma, „Guided Wave Optics“, New Delhi, India, 2006.
[L5]
46
