Światłowód (FTTH, FTTB, FTTC)

FITL (ang. Fiber In The Loop - światłowodowy system sieci abonenckiej) - umożliwia budowę wspólnej sieci dla obsługi abonentów telefonicznych i telewizyjnych z ograniczeniem lub całkowitym wyeliminowaniem stosowanych do tej pory kabli miedzianych. Systemy FITL wychodzą naprzeciw stale rosnącym wymaganiom stawianym operatorom publicznych sieci telekomunikacyjnych. Oprócz zapewnienia podstawowych usług telekomunikacyjnych, takich jak łączność telefoniczna, coraz więcej mówi się o możliwości świadczenia usług wykraczających poza podstawowy zakres, takich jak usługi multimedialne: wideo na żądanie, wideokonferencje, wideotelefon, szybki dostęp do sieci Internet, elektroniczne zakupy i tym podobne. System FITL w szerokim zakresie wykorzystuje technikę światłowodową, uznaną i sprawdzoną w kablowych liniach teletransmisyjnych. Zakłada ona stosowanie nośników optycznych głównie w magistralnej oraz rozdzielczej części klasycznej sieci dostępowej. Zależnie od ulokowania optycznej jednostki sieciowej ONU (Optical Network Unit) można wyróżnić trzy architektury sieci:

• FTTB (ang. Fibre To The Building),
• FTTC (ang. Fibre To The Curb),
• FTTH (ang. Fibre To The Home).

Nazwa architektury opisuje miejsce umieszczenia ONU. Wszystkie te rozwiązania mogą wykorzystywać transportową część sieci telekomunikacyjnej do dostępu do węzła usług, która także oparta jest na kablu światłowodowym.

Jak działa światłowód?

Światłowód to medium transmisyjne stanowiące czyste szklane włókno kwarcowe wykonane z dwutlenku krzemu, ma kołowy przekrój, w którym światło jest zamknięte przez otoczenie nieprzezroczystym płaszczem centralnie położonego rdzenia. Dla promieni świetlnych o częstotliwości w zakresie bliskim podczerwieni współczynnik odbicia światła jest większy w płaszczu niż w rdzeniu co powoduje całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna.

Włókno światłowodowe składa się z:

• rdzenia - szkło kwarcowe SiO2 domieszkowane GeO2,
• płaszcza - czyste szkło kwarcowe SiO2,
• pokrycia pierwotnego - powłoka akrylowa (CPC) z zewnętrzną warstwą barwną utwardzaną w UV.

Światłowody dzieli się na jedno i wielomodowe podział ten wynika z ilości przesyłanych modów (promieni wiązki świetlnej). Mody światłowodowe stanowią cechę włókna i określają rozkład pola i fizyczny kształt wiązki świetlnej układającej się w światłowodzie. Podwyższona wartość współczynnika załamania światła w osi rdzenia w stosunku do otaczającego go płaszcza powoduje, że wiązka światła prowadzona w światłowodzie ma tendencję do utrzymywania się bezpośrednio w rdzeniu. Światłowód jednomodowy pracuje w oknach transmisyjnych 1310nm i 1550nm, przy czym wartość dyspersji jest najmniejsza dla okna 1310nm. Światłowody jednomodowe o przesuniętej dyspersji są optymalizowane do pracy w oknie transmisyjnym 1550nm i zapewniają szersze pasmo przenoszenia od światłowodu jednomodowego w tym samym oknie . Umożliwia to budowę dłuższych odcinków linii światłowodowej bez konieczności stosowania regeneracji sygnału (100-150km). Światłowody jednomodowe mają zastosowanie w sieciach dalekosiężnych oraz lokalnych, a szczególnie do współpracy z systemami transmisyjnymi o dużej krotności, zapewniając małą tłumienność sygnału i szerokie pasmo przesyłowe.

Największe zastosowanie znalazł światłowód o skokowym profilu współczynnika załamania światła, w którym może się propagować tylko jeden mod, tzw. mod podstawowy. Liczba modów prowadzona w światłowodzie skokowym zależy od wartości tzw. częstotliwości znormalizowanej światłowodu, którą określa się jako:

Im mniejsza jest wartość V, tym mniej modów prowadzi światłowód. Warunkiem jednomodowości włókna jest aby V < 2,405. Aby ten warunek był zachowany, światłowód jednomodowy musi mieć dostatecznie mały promień rdzenia, małą różnicę współczynników załamania oraz dużą długość wiedzionej fali. Ponieważ we włóknie jednomodowym propagowany jest tylko jeden mod, pozbawione jest ono dyspersji międzymodowej. Wyłącznie ten typ włókna jest obecnie stosowany w dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej.

System światłowodowy

System FITL składa się z następujących elementów:

• OLT (ang. Optical Line Termination) - zakończenie linii optycznej zwane czasami HDT (and. Host Digital Termination),
• ONU (ang. Optical Network Unit) - jednostka sieci optycznej,
• ODN (ang. Optical Distribution Network) - optyczna sieć dystrybucyjna.

Zakończenie linii optycznej OLT stanowi rodzaj styku sieci dostępowej z punktem dostępu do usług telekomunikacyjnych (w zależności od konfiguracji sieci może nim być węzeł dostępowy lub bezpośrednio węzeł usługowy np. centrala). Fizyczne połączenie pomiędzy OLT oraz jedną bądź większą liczbą jednostek sieci optycznej ONU jest zrealizowane za pośrednictwem sieci dystrybucyjnej ODN na jednym lub dwóch włóknach światłowodowych, w zależności od zastosowanego sposobu transmisji (możliwy duplex, diplex lub simplex). Jednostka ONU, przekazuje między ODN a abonentem informacje użytkowe danej usługi telekomunikacyjnej. Punktem styku użytkownika z siecią dostępową jest gniazdko abonenckie.

Architektura systemów światłowodowych

Specyfikacje FTTC, FTTB i FTTH określają stopień penetracji medium światłowodowego w głąb sieci dostępowej. Transmisja od ONU do abonenta opiera się na klasycznej sieci dostępowej, czyli na tradycyjnej skrętce miedzianej wykorzystującej jedną z dostępnych technik transmisyjnych. Wszystkie wymienione wyżej rozwiązania zapewniają wystarczające pasmo dla obecnych jak i przyszłych aplikacji interaktywnych, dystrybucyjnych, wąskopasmowych czy szerokopasmowych.

FTTC - światłowód do szafki na ulicy

FTTC jest rozwiązaniem efektywnym pod względem ceny dla grupy zabudowań i osiedli mieszkaniowych. W tym przypadku światłowód dochodzi do odpornego na zmienne warunki atmosferyczne zakończenia – szafki ulicznej w pobliżu drogi, często instalowanych w miejscach zakończenia dawnych miedzianych torów magistralnych. Umożliwia to wykorzystanie istniejących miedzianych łączy abonenckich oraz kanalizacji kablowej do dalszego połączenia z abonentem. Warto podkreślić, że udostępniane pasmo do użytkownika i tym samym zakres dostępnych usług multimedialnych jest tu uzależniony od długości i jakości przewodów miedzianych oraz zastosowanej techniki transmisyjnej na tym odcinku (np. HDSL, SDSL, ADSL). W szafkach ulicznych jest również instalowane zasilanie awaryjne (akumulatory) umożliwiające kilkugodzinną pracę po zaniku zasilania z sieci energetycznej. Zaletą FTTC jest to, że koszt takiego rozwiązania jest dzielony pomiędzy wielu abonentów. W konsekwencji taryfy mogą być utrzymywane na niskim poziomie, co prowadzi do szybszego rozpowszechniania się usług.

FTTB - światłowód do budynku

FTTB jest architekturą idealną dla zapewnienia zaawansowanych usług multimedialnych dla abonentów w budynkach z wieloma apartamentami np. biurowców, hoteli, centrów biznesu i zakładów przemysłowych. Podobieństwo do FTTC polega na tym, że końcowe podłączenie do użytkowników jest wykonane poprzez skrętkę miedzianą, a koszt instalacji i utrzymania sieci rozkłada się na wielu użytkowników. Różnica zawiera się w tym, że sieć dystrybucyjna kończy się w budynku, zwykle w piwnicy lub w kanale konserwacyjnym. Ułatwia to konfigurację i wykonanie przyłączy abonenckich w wewnętrznej, budynkowej infrastrukturze telekomunikacyjnej oraz chroni te urządzenia przed wpływem warunków atmosferycznych i niepowołanym dostępem. Warunki klimatyczne wewnątrz budynku są znacznie bardziej stabilne i łatwiejsze do kontroli. Z drugiej jednak strony wprowadzenie urządzenia do budynku pociąga za sobą konieczność indywidualnych rozmów z administratorem każdego obiektu, w którym ma być umieszczona jednostka ONU. W przypadku, gdy budowana sieć obejmuje teren administrowany przez jedną firmę, spółdzielnię, zadanie jest stosunkowo łatwe. W przeciwnym przypadku kwestie uzgodnienia lokalizacji, rozmów z poszczególnymi administratorami i właścicielami posesji mogą znacznie przedłużyć okres przygotowania inwestycji i podnieść jej koszt.

FTTH - światłowód do domu

FTTH polega na doprowadzeniu osobnego światłowodu do domu każdego abonenta (zespół ONU/NT jest umieszczany bezpośrednio u użytkownika). Jest to ostateczne rozwiązanie dostępu sieciowego, zapewniające pełną szerokość pasma światłowodu dla każdego użytkownika. W konsekwencji jest to rozwiązanie najbardziej elastyczne ze względu na pasmo transmisyjne, dostarczające w zasadzie abonentowi nieograniczony zakres usług, które mogą być świadczone. Jest to jednak rozwiązanie najdroższe, gdyż wymaga w całości budowy nowej infrastruktury sieci dostępowej i dlatego w konsekwencji jak dotąd najrzadziej stosowane. Dla abonentów mieszkaniowych, w chwili obecnej i najprawdopodobniej jeszcze przez kilka lat, taka struktura sieci będzie mało atrakcyjna. Należy zatem podkreślić, że FTTH jest konfiguracją przyszłościową.

Kiedy i dlaczego światłowód?

Wówczas, gdy wymagane są różne usługi, czyli instalacja tylko jednej zintegrowanej sieci optycznej zamiast kilku specjalizowanych. Poza tym obecnie zasadne jest inwestowanie tylko raz w kable światłowodowe, sprzęt i usługę. Gdy istniejąca sieć zawiera stare kable miedziane, ich zamiana na światłowód jest bezpieczną inwestycją na dziś i na przyszłość. Ze względów ekonomicznych nie jest obecnie uzasadnione, czy opłacalne stosowanie połączeń światłowodowych w całym obszarze sieci dostępowej, aż do terminali abonenckich. Jednak zakres stosowania transmisji optycznej w sieciach dostępowych stale się rozszerza.

Podstawowe korzyści, jakie można osiągnąć stosując technologię FITL to:

• obniżenie całkowitych nakładów inwestycyjnych na sieci abonenckie, ponieważ mamy do czynienia z jedną, zintegrowaną siecią dla wszystkich usług;
• obniżenie kosztów nadzoru i zarządzania siecią - większa trwałość kabla światłowodowego w porównaniu z miedzianym, łatwiejsze utrzymanie i naprawy zintegrowanej sieci, wspólny system nadzoru sieci;
• dzięki dużej fizycznej redundancji linii światłowodowych (od kilkunastu do kilkudziesięciu włókien w kablu) możliwa jest integracja wielu już oferowanych usług, a także uniknięcie ograniczeń przy wprowadzaniu nowych usług szerokopasmowych w przyszłości;
• różne pojemności oferowane w poszczególnych wariantach rozwiązań (FTTC/B/H), w połączeniu z zasięgiem wynoszącym około 20 km, pozwalają na zastosowanie systemów FITL na obszarach o różnym stopniu zagęszczenia abonentów, jak i o zróżnicowanym zapotrzebowaniu na usługi.

W ostatnich latach w Polsce światłowód w postaci FTTH (lub HFC) oferowany jest przez coraz większą liczbę dostawców, zarówno ogólnopolskich jak i lokalnych. Średnie prędkości transmisji danych dla łączy światłowodowych są o wiele wyższe a opóźnienia mniejsze:

Średnie wyniki prędkości i ping dla rodzajów dostępu wg danych SpeedTest.pl za październik 2021

Ma to istotne znaczenie dla komfortu korzystania z dostępu do Internetu, o czym piszemy w artykule:

Jak interpretować wyniki download, upload, ping?