Parabola.cz

Při budování počítačových sítí, ať již lokálních nebo v podstatně větším rozsahu, stejně jako při přenosu telefonních hovorů na velké vzdálenosti se již mnoho let běžně užívají optické kabely. V posledních několika letech proniká optika i do televizních rozvodů. A nemusí to být jen meziměstská propojení kabelových televizí, ale i poměrně malé rozvody např. v STA apod...

Již i tady na parabole se objevil jeden článek na toto téma – a to článek o optickém LNB Invacom – přečíst si ho můžete zde .

Optické kabely – druhy, provedení, vlastnosti

Nejprve bych ale napsal něco o samotných optických kabelech. Rozlišujeme dva základní typy optických kabelů – multimode (vícevidové) a singlemode (jednovidové).

Multimode vlákno - zkratka MM je typ optického vlákna, který je v počítačových sítích nejčastěji používán pro komunikaci na krátké vzdálenosti. Rychlost přenosu u multimode vláken se pohybuje okolo 10 Mbit/s až 10 Gbit/s na vzdálenosti do 600 metrů. Typickou oblastní jsou rozvody počítačových sítí uvnitř budov nebo rozsáhlejším areálu. Multimode vlákno má větší kapacitu než singlemod vlákno, ale max. vzdálenosti jsou poměrně nízké – dle rychlosti přenosu do 2km při 100Mbit/s a do 600m při 1Gbit/s. Optická vlákna jsou označována dle velikosti jádra a průměru pláště - označení 62,5/125 znamená velikost jádra 62,5um a průměr pláště 125µm. Nejčastěji se používají velikosti 62,5/125 a 50/125. Multimode vlákna jsou popisována pomocí standardu ISO11801. Zdroj světla je LED dioda nebo laserová VCSEL dioda, vlnová délka záření je 850nm.

Singlemode optické vlákno (zkratka SM) je typ optického vlákna, který je používán pro přenos dat na větší a velké vzdálenosti (mezi městy, státy). Obecně se optická vlákna uplatnují v komunikacích pro přenos hlasu a dat na velké vzdálenosti. Singlemode vlákna vykazují nejlepší parametry optické přenosové trasy. Mají menší průměr jádra - do 10um. Zdrojem světla je laserová dioda, pracující na vlnové délce nejčastěji 1310nm nebo 1550nm. Samotný útlum optického singlmode kabelu je v desetinách dB při délce 1km.

Optické kabely a konektory

Na obrázcích níže se můžete podívat na provedení optických kabelů a konektorů i s popisem. Nejprve jak vypadá vlastní kabel konstrukčně – příklad kabelu s tzv. centrální trubičkou :




Jen doplním, že vlastní vlákno je až za tou poslední barevnou vrstvou. Samotná vlákna v trubičce jsou ještě uložena v ochranném gelu. Kabel na obrázku má 12 optických vláken.

Multimode kabel v praxi – 6vl. Kabel (rezerva 2 vlákna) sloužící pro spojení routeru s vysílacím zařízením. Účelem bylo dosáhnout vysoké propustnosti a galvanického oddělení, současně se optickým propojením minimalizuje riziko škod při přepětí a úderu blesku:




Vlastní svár kabelu a optický konektor:




Optických konektorů je rovněž mnoho druhů a provedení. Na obrázku výše je konektor SC/APC, používaný např. na dále popsaných převodnících pro přenos TV, optické LNB Invacom používá konektor typu FC/PC.

Cívka s více než 1km singlemode dvouvláknového kabelu:




Tento kabel se používá např. jako náhrada metalické části vedení až ke koncovému uživateli – rozměry kabelu jsou pouhých 1,5x3,5mm, kabel je velmi odolný a lehce se zatahuje do trubek. Útlum tohoto kabelu na dané délce a vlnové délce 1550nm je menší jak 0,4dB. Za zmínku stojí i hmotnost této cívky – cívka s 1km kabelu váží jen několik kg – srovnejte s 1km koaxu Belden H121.

Výhody použití optických kabelů nejen v TV-SAT rozvodech

Jak již bylo naznačeno výše, výhod je několik
- velkou výhodou je velmi nízký útlum vedení. V TV a SAT technice si tedy vystačíme s výrazně nižšími výkony distribučních zesilovačů při výrazně větších překlenutých vzdálenostech. Nedochází tedy ke zkreslení signálů, vzniku intermodulačních produktů následkem přebuzených zesilovačů apod...
- další velkou výhodou je galvanické oddělení, nemožnost vzniku zemních smyček apod... a současně ochrana před přepětím – po optickem kabelu se nemá jak šířit např. přepětí při bouřkách nebo přímém úderu blesku.
- Přenosová kapacita – optická kabel dosahuje přenosové kapacity řádově desítek Gb, takže se jedná o obrovskou kapacitu do budoucna.
- Cena v poměru k přenosové kapacitě, hmotnost, rozměry manipulovatelnost s kabelem. Např. 12vláknová kabel, po kterém můžu přenášet sat.signál 4 družic, TV signál v celém pásmu 40 - 862 MHz a vysokorychlostní internet je dnes jen o několik Kč dražší než kvalitní koax. kabel. I tak je celá polovina vláken zatím nevyužitá pro budoucí použití.

Nevýhody by se našly samozřejmě také – je to především vysoká cena nářadí pro práci s optikou, následně tím i cena vlastního sváru a v případě poškození obtížná opravitelnost. Tyhle nevýhody se však postupem času budou vytrácet s tím, jak se bude užití optických kabelů rozšiřovat.

Nářadí pro práci s optickýmu kabely

Mezi základní nástroje patří samozřejmě svářečka optických kabelů. Pryč je doba pilování vláken pod mikroskopem a pracného nastavení a vlastního ručního svaření. Na trhu jsou plně automatické svářečky, zajištující vysokou kvalitu sváru s útlumem v setinách dB a vynikající rychost práce, která se ocení při velkém počtu svárů.

Svářečka japonského výrobce Fujikura:




Lámačka optických vláken je další nástroj, nutný pro každé spojení vláken.Kvalita zalomení vlákna podstatně ovlivnuje parametry sváru.

Lámačka opt.vláken:




Dále jsou samozřejmě potřeba i drobné nástroje, jako různé odizolovávací kleště, čistící prostředky pro odstranění gelové výplně kabelů apod...

Následují pak samozřejmě i měřicí přístroje pro měření a testování optických tras.

Přenos signálu TV-R-SAT po optickém kabelu

Přenos signálu na krátké vzdálenosti – např. rozvod v běžném rodinném domku nemá zatím vzhledem k výsledné ceně žádné výrazné opodstatnění. Jinak je tomu ovšem o velkých rozvodů – např. bytové domy nebo celé komplexy bytových domů. Zde pak výsledná cena na účastnickou zásuvku je již v podstatě srovnatelná s cenou při běžném metalickém vedení.

Po optickém kabelu lze převádět signál jak satelitní TV, tak i běžné analogové a digitální terestrické televize. Příkladem přenosu sat. signálu budiž i článek od Saxona, zmiňovaný výše.

K přenosu sat. signálu po optice se používá speciální konvertor s optickým výstupem. Po jednom vláknu se distribuují signály všech čtyř částí pásma – vzhledem k velké šířce přenosového pásma to nečiní zásadní problém. Na klasickém koax. kabelu by jsme museli být schopni přenést šířku pásma téměř 6GHz! Optický LNB nyní vyrábí několik firem – Invacom, Triax a Televés. Ceny jsou si hodně podobné a funkčnost bude asi stejná. Zkušenost z několika instalací mám práve z LNB Invacom.




Parametry samotného LNB:
vstupní frekvence - 10.7 - 12.75 GHz
Výstupní frekvence 950 -5.45GHz
Vlnová délka - 1310nm
Šumové číslo při 25°C - typ. 0.5dB, max. 1,1dB
Gain - 72 - 62dB
Fázový šum - 1 KHz -55dBc/Hz 10KHz -80dBc/Hz 100KHz -100dBc/Hz 1MHz -110dBc/Hz
Optický výkon – 7dBm, +/- 2dBm
Konektory F konektor pro napájení 12V a FC/PC konektor pro optický výstup
Odběr LNB je 400mA (max.450mA) při 12V.

Konvertor se vyrábí jak s ozařovačem pro ofsetové paraboly, tak i s vlnovodnou přírubou C120 pro středové paraboly.

K LNB je možné dodat převodníky z optiky na klasický metalický kabel (koax.vedení). Tyto jednotky jsou v provedení TWIN/QUAD nebo QUATTRO a výstupy se chovají jako by se jdnalo o běžné LNB. Jednotky je možné napájet z externího zdroje nebo přímo z přijímače. Odběr je poměrně velký – 300 mA. Na výstup TWIN/QAUD jednotek je možné připojit přímo přijímače, na výstupy QUATTRO jednotky pak multiswitch a dále pokračovat klasickým koax. kabelem.

Optický výkon je poměrně značný, výstup je možné pomocí optického rozbočovače dále rozbočit. Celková překlenutelná vzdálenost může dle počtu rozbočení činit i několik km.

Při příjmu z více družic se použije odpovídající počet LNB a převodníků. Pro přenos bude použito odpovídající počtu vláken.

Praktické využití – při potřebě překlenout velké vzdálenosti, při požadavku na galvanické oddělení. Typická oblast instalací – velké bytové komplexy a bytovky s velkým počtem účastníků.
K přenosu TV signálu po optice slouží optický modulátor-vysílač, který převádí vstupní signál v pásmu 40-862MHz na optický signál a dále optický přijímač, který převádí „světlo“ na běžný TV signál.

Na trhu je několik zařízení. Osobně jsem otestoval vysílač IKUSI FTD314 s přijímačem FRD350. K testu IKUSI jsem přistoupil poté, co původní zařízení, které jsem plánoval použít nedokázalo přenést OFDM signál (DVB-T). Obrovský nárust chybovosti znemožnil použití DVB-T signálu, analogový signál přenášel výborně. IKUSI FTD314 fungoval výborně, jeho nepoužití bylo nakonec jen z důvodu nízkého výstupního výkonu na optice při vlnové délce 1310nm, který neumožňoval požadovaný počet rozbočení bez užití dodatečného (drahého) optického zesilovače.

Výhodou IKUSI FTD 314 je ovšem schopnost přenosu až do 2150MHz, lze tedy přenášet i signál sat.mezifrekvence pro přenos k jednomu účastníku. Pro přenos celého pásma k více účastníkům by bylo nutné využít 4 vysílače. Výhodnější pak je užití optického LNB.




Parametry vysílače FTD314:
vstupní rozsah – 45 – 2150MHz
vstupní úroveň - 94-104dBuV
vlnová délka - 1310 nm
výkon vysílače – 6dBm
vstupní konektory – F
výstupní konektor na optice – SC/APC
napájení 12V/160mA

Jako další jsem otestoval optický vysílač CTO51 v kombinaci s přijímačem CRO51. Jen pro úplnost dodávám, že přijímač CRO51 výborně spolupracoval i s vysílačem IKUSI FTD41 (jen v pásmu 45-862MHz), jeho výhodou je výrazně nižší cena a miniaturní rozměry. Nabízí se tedy i tato kombinace, pokud nebude potřeba přenosu i sat. pásma. Výhodou této kombinace je zase nižší cena vysílače IKUSI.

Parametry optického vysílače CTO51:
Vlnová délka optického vysílače – 1550nm
Výstupní výkon optiky – 3-10dBm (dle modelu)
Vstupní frekvence – 45-862MHz
Vstupní úroveň – 80dBuV (+/- 5dBuV)
Napájení – 230V/50W nebo možnost 48V stejnosměrné
Vstupní konektor – F, výstupní konektor SC/APC
Provedení do RACK skříně, výška 1U




Parametry optického přijímače CRO51:
Vlnová délka vstupního optického signálu – 1250-1600nm
Vstupní úroveň na optice - -12 až +3dBm
Výstupní úroveň VF signálu při vstupní úrovni v rozsahu výše : 70-92dBuV
Regulace výst.úrovně – manuálně attenuátorem 0-20dB
Vstupní konektor SC/APC, výstupní konektor F
Napájení 12V/160mA

Zkušenosti s optickým přijímačem a vysílačem CTO/CRO 51

Po vybalení z krabice a připojení k napájení je zařízení v podstatě připraveno k provozu. Nepotřebuje žádné speciální nastavení pro vlastní činnost. Důležité je upozornit na fakt, že se pracuje s lasarem, poměrně velkého výkonu, takže je nutné dodržovat patřičné bezpečností opatření.

Pro první testy jsem použil jeden DVB-T signál a jeden analogový signál z terestrických vysílačů. Zařízení víceméně kopírovalo parametry vstupního signálu na výstup bez znatelného zhoršení parametrů. Pro následný test jsem použil signál malého TKR, čítající 20 analogových kanálů a 6 DVB-T multiplexů.

Rozsah použitých TV kanálů obsahoval v podstatě celé TV pásmo od kanálu E6 do kanálu 59, a to včetně S-kanálů. Vstupní úroveň byla 86dBuV na kanále 23, přičemž vstupní signály celého pásma byly v rozsahu 82-94dBuV. Díky výborně fungujícímu AGC si zařízení zcela hravě poradilo s těmito signály a zcela bez problémů se přenesly přes 1,5km dlouhý optický kabel. Nedošlo jak ke zhoršení analogového signálu, tak DVB-T signálu s jakoukoliv modulací. I při zpracování hraničního signálu slovenského multipelxu na 66. kanále se vstupními parametry ChBER 3E-2 a MER 19dB s modulací 64QAM nebyl problém transportu tohoto signálu, výstupní parametry byly víceméně identické – ChBER3,4E-2 a MER19dB.

Několik obrázků z měřicího přístroje:
Vstupní signál – analog K27, vstupní úroveň 90dBuV, C/N 46dB a DVB-T kanál 40, vstupní úroveň 80dBuV při ChBER 1E-6 a MER >35dB (měřeno Televes H45).

Výstupní signály:



Výstupní úroveň nastavena na max. Úroveň je úměrná výkonu na optickém vedení, o tom, jak si dokáže převodník poradit se signálem na VF výstupu je celkem názorně vidět na obrázku výše – i při 109dBuV jsou poměry C/N zcela v pořádku a vizuálně (i když na fotce to není vidět) je signál zcela bez závad. Dle výrobce je max. výstupní úroveň jen 92dBuV!




Výstupní signál DVB-T kanálu – přenos zcela bez závad. Víceméně ideální kopie vstupního signálu, jen vyšší úroveň.

Testovací zapojení - vysílač a přijímač, propojené přes 1,5km optického kabelu, dva 4metrové pigtaily a dva sváry:




Nastavovací a indikační prvky vysílače:




Dohledovat vysílače je možné přes RS232 nebo LAN. Jediné nastavení, které se provádí je nastavení manuálního nebo automatického řízení úrovně a nastavení TCP/IP protokolu (IP adresa, maska, brána). Displej jinak slouží jen pro zobrazování provozních stavů – výstupní výkon laseru, napětí, teploty apod... Indikační prvky signalizují přítomnost napájecích napětí, provozní teplotu a její zvýšení, zapnutí laserového vysílače a přítomnost vstupního VF signálu.

Nastavovací a indikační prvky přijímače
Na přijímací jednotce je pouze LED indikátor, který indikuje přítomnost signálu a jeho hodnoty – pod -13dBm kontrolka nesvítí – signál je slabý nebo chybí, v optimálním rozsahu svítí zeleně a při příliš silném signálu na optickém vstupu svítí červeně.

Nastavuje se pouze výstupní VF úroveň klasickým šroubovacím attenuátorem.

Praktická instalace v STA

Naše první praktické nasazení této technologie má nyní za sebou první rok provozu. Jedná se o novostavby bytových domů, celkem 5 objektů, čítající celkem více než 80 účastnických zásuvek. Další objekty jsou ve výstavbě. Po optických kabelech se přenáší signál nyní ze 3 družic, 4 analogových stanic a 3 digitálních multiplexů.

K realizaci po optice se přistoupilo poté, co se zjistilo, že ačkoliv domy jsou téměř před kolaudací, není možné realizovat svod koax.vedení ze střechy do suterénu, kde končilo zatrubkování z jednotlivých bytů. Výjimkou byl jeden jediný objekt, kde ovšem měl zatrubkování připravené internetový provider. Takže nakonec se realizoval pouze jeden anténní stožár s tím, že rozvod signálu bude proveden v chráničkách mezi budovami pomocí optických kabelů spolu s internetem.

Úrovně signálů na anténách byly od 43dBuV u DVB-T z Kojálu po 75dBuV po analog z převaděče. Pro DVB-T jsou použité samostané antény s předzesilovači, signál z převaděče je zeslaben o 10dB. Tím jsou srovnané úrovně signálů na cca 65dBuV. Signály jsou selektivně sloučeny přes kanálové propusti a zesíleny zesilovačem IKUSI řady CBS. Výstupní signály jsou vedeny do optického vysílače a rozvedeny po jednotlivých objektech.

V každém objektu se nachází pouze optický převodník – přijímač a rozbočovač na požadavaný počet bytových jednotek. Vzhledem k vysoké úrovni signálu na výstupu převodníku (přes 90dBuV) není pro celý objekt potřeba žádný další zesilovač. Signál sat.TV je veden přes optický rozbočovač přímo do jednotlivých objektů, kde je převeden pomocí QUAD jednotky na VF signál. Dle počtu účastníků, požadujících satelitní signál je použit buďto multiswitch EMP-Centauri nebo je signál slučovačem TV/SAT sloučem do vedení odpovídajícího bytu.

Paraboly pro Thor a Astra s optickým LNB Invacom:






Optický vysílač v provozu, záložní zdroj pro technologie:




Zařízení je v provozu celý rok bez jediné závady nebo nutné údržby. Disponuje kapacitou pro další plánované rozšíření. Vzhledem k tomu, že se vystačilo pouze s jedním anténním stožárem, pouze s jedním relativně levným zesilovcačem pro celý rozvod a že optické kabely jsou dnes za cenu téměř shodnou s cenou koax.kabelů, byla i celková investice docela příznivá a nepřevyšovala výrazně cenu při klasické instalaci s 5 samotnými STA systémy. Nevznikají ani problémy s rušením, zemními smyčkami a přepětím.

Závěrem

Optické sítě zvolna pronikají i do této oblasti, kde se projevují jejich nesporné výhody. S masívním rozšiřováním je nutné dle mě počítat již v nejbližších letech. Osobně vidím v optických technologiích budoucnost.

Radomír Kovář