Współczesna telekomunikacja i przesył danych w sieciach światłowodowych wymaga coraz bardziej zaawansowanych rozwiązań. Standardowe włókna jednomodowe (np. G.652D) sprawdzają się w większości zastosowań – od sieci miejskich po FTTH – ale nie zawsze spełniają wymagania systemów dalekiego zasięgu, wysokiej mocy lub ultraszerokiego pasma.
W takich przypadkach stosuje się niestandardowe włókna światłowodowe, zaprojektowane z myślą o specyficznych warunkach transmisji. W tym artykule przybliżamy cztery główne typy włókien klasy premium: G.653, G.654, G.655 oraz G.656 – ich budowę, właściwości i zastosowania.
Włókno światłowodowe G.653 powstało jako odpowiedź na ograniczenia standardowego G.652D w zakresie tłumienia i dyspersji.
Zostało zaprojektowane do pracy w trzecim oknie transmisyjnym (1500–1600 nm), w którym włókno G.652D osiągało minimalne tłumienie, ale jednocześnie generowało zbyt dużą dyspersję chromatyczną (rozmycie impulsów świetlnych w czasie).
Inżynierowie przesunęli więc punkt zerowej dyspersji do długości fali ok. 1550 nm, co pozwoliło połączyć niski poziom strat optycznych z brakiem zniekształceń sygnału.
Zerowa dyspersja w pobliżu 1550 nm,
Niskie tłumienie (<0,22 dB/km),
Możliwość stosowania wzmacniaczy EDFA,
Wysoka stabilność transmisji przy pojedynczym kanale.
Idealne do długodystansowych połączeń punkt–punkt,
Doskonałe parametry optyczne w paśmie 1550 nm,
Wysoka jakość sygnału na setkach kilometrów.
Zjawisko mieszania czterofalowego (FWM) w systemach DWDM,
Ograniczona przydatność w nowoczesnych systemach wielokanałowych.
Włókno G.653 było szeroko stosowane w latach 90. XX wieku, szczególnie w pierwszych systemach transmisji 10 Gb/s. Obecnie jest stopniowo wypierane przez nowsze konstrukcje (np. G.655), ale wciąż spotykane w starszych sieciach dalekiego zasięgu, które nie wymagają wielu kanałów optycznych.
Włókno G.654 jest nazywane światłowodem o ultraniskim tłumieniu. Zostało opracowane z myślą o ekstremalnych dystansach – szczególnie w systemach podmorskich i transkontynentalnych, gdzie każda dziesiąta dB ma ogromne znaczenie ekonomiczne.
Kluczowym elementem konstrukcji G.654 jest rdzeń wykonany z czystego krzemu (SiO₂), co minimalizuje absorpcję światła i skutkuje tłumieniem nawet poniżej 0,15 dB/km przy długości fali 1550 nm.
Dodatkowo, włókno ma większy przekrój rdzenia (większe pole modowe), co pozwala obsługiwać wyższe poziomy mocy optycznej i redukuje efekty nieliniowe.
Zakres pracy: 1500–1600 nm,
Bardzo niskie tłumienie (<0,15–0,17 dB/km),
Wysoka dyspersja chromatyczna (ok. 17 ps/nm·km),
Duży przekrój rdzenia – odporność na nieliniowości.
Umożliwia transmisję na tysiące kilometrów bez wzmacniacza,
Zmniejsza liczbę repeaterów, co redukuje koszty utrzymania,
Wysoka odporność na zjawiska nieliniowe (SPM, XPM, FWM).
Wysoka cena,
Niekompatybilne z niektórymi systemami krótkodystansowymi.
Kable podmorskie i oceaniczne,
Sieci long-haul (dalekiego zasięgu),
Infrastruktura transmisyjna 100G/400G,
Wersja G.654.E – przystosowana do naziemnych sieci o dużej mocy i długich trasach.
Wraz z rozwojem technologii DWDM, w której wiele kanałów świetlnych przesyłanych jest równocześnie, okazało się, że włókna o zerowej dyspersji (G.653) są podatne na zakłócenia wynikające z efektów nieliniowych.
Rozwiązaniem tego problemu stało się włókno G.655, które ma niewielką, ale niezerową dyspersję w zakresie 1550 nm.
Dzięki temu ograniczono występowanie zjawisk takich jak:
FWM (Four-Wave Mixing) – mieszanie czterech fal,
SPM (Self-Phase Modulation) – samomodulacja fazowa,
XPM (Cross-Phase Modulation) – modulacja fazowa krzyżowa.
Włókno G.655 jest wciąż jednym z najczęściej stosowanych typów w sieciach szkieletowych i systemach dalekiego zasięgu.
Dyspersja: 2–6 ps/nm·km (niezerowa),
Niskie tłumienie (<0,22 dB/km),
Stabilna praca w paśmie 1530–1625 nm,
Wysoka odporność na zjawiska nieliniowe.
G.655.A–E – różnią się zakresem dyspersji i tłumienia,
NZD+ – punkt zerowej dyspersji <1550 nm,
NZD- – punkt zerowej dyspersji >1550 nm.
Idealne do transmisji wielokanałowych DWDM,
Bardzo dobra stabilność sygnału przy wysokich mocach,
Zoptymalizowane do 10G, 40G, 100G i wyższych przepływności.
Mniej kompatybilne z klasycznym G.652D,
Wymaga precyzyjnego doboru kompensacji dyspersji w niektórych systemach.
Szkieletowe sieci DWDM/CWDM,
Trasy międzymiastowe i międzykrajowe,
Sieci operatorskie i systemy o dużej przepustowości.
Włókno G.656 to ewolucja koncepcji G.655. Zostało opracowane w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na transmisję w wielu pasmach optycznych – nie tylko w tradycyjnym paśmie C (1530–1565 nm), ale również S (1460–1530 nm) i L (1565–1625 nm).
Standard ITU-T G.656 określa, że w całym zakresie 1460–1625 nm wartość dyspersji powinna mieścić się w przedziale 2–14 ps/nm·km. Dzięki temu włókno jest przystosowane do pracy w systemach CWDM i DWDM bez potrzeby stosowania zewnętrznych układów kompensacji dyspersji.
Zakres pracy: 1460–1625 nm,
Dyspersja: 2–14 ps/nm·km (stała w szerokim paśmie),
Niskie tłumienie (ok. 0,2 dB/km),
Przystosowane do ultra szerokopasmowych systemów transmisyjnych.
Obsługuje szerokie spektrum pasm (S+C+L),
Zwiększa pojemność systemów DWDM/CWDM,
Redukuje konieczność kompensacji dyspersji,
Umożliwia przesył z prędkościami 100G+ i 400G+.
Nowoczesne sieci operatorskie,
Transmisje gigabitowe i terabitowe,
Systemy o bardzo dużej pojemności (Ultra DWDM),
Połączenia metropolitalne i międzykontynentalne.
Dobór włókna światłowodowego zależy od wielu czynników: długości trasy, mocy nadajnika, liczby kanałów WDM, budżetu optycznego czy środowiska instalacji.
| Typ włókna | Zakres pracy [nm] | Dyspersja przy 1550 nm | Główne zastosowania |
|---|---|---|---|
| G.653 | 1500–1600 | ~0 ps/nm·km | Jednokanałowe transmisje dalekiego zasięgu |
| G.654 | 1500–1600 | ~17 ps/nm·km | Kable podmorskie, sieci ultra-long-haul |
| G.655 | 1530–1625 | 2–6 ps/nm·km | Sieci DWDM, szkieletowe łącza 10–100G |
| G.656 | 1460–1625 | 2–14 ps/nm·km | Ultra szerokopasmowe systemy DWDM/CWDM |
Niestandardowe włókna światłowodowe są kluczowym elementem rozwoju nowoczesnych sieci telekomunikacyjnych. Pozwalają zwiększać zasięg transmisji, redukować straty i dostosowywać infrastrukturę do wymogów przyszłości – w tym transmisji 400G, 800G i 1Tbit/s.
Wybór między G.653, G.654, G.655 i G.656 zależy od równowagi między zasięgiem, pojemnością i kosztami eksploatacji.
Dzięki odpowiedniemu doborowi typu włókna można uzyskać maksymalną efektywność transmisji i długowieczność infrastruktury optycznej.
Włókno G.652D to klasyczny standard używany w większości sieci telekomunikacyjnych – ma niskie tłumienie i umiarkowaną dyspersję.
Z kolei G.655 ma niezerową dyspersję w paśmie 1550 nm, dzięki czemu lepiej sprawdza się w systemach DWDM i przy dużych mocach optycznych.
Włókno G.654 jest najlepszym wyborem w przypadku transmisji na bardzo duże odległości (np. w kablach podmorskich). Dzięki wyjątkowo niskiemu tłumieniu (<0,15 dB/km) pozwala ograniczyć liczbę wzmacniaczy, co znacznie redukuje koszty eksploatacji systemu.
Choć G.653 miało zerową dyspersję przy 1550 nm (idealną dla pojedynczych kanałów), w systemach wielokanałowych pojawiał się problem mieszania czterofalowego (FWM), powodujący zakłócenia sygnału. Z tego powodu zostało zastąpione przez G.655 (NZDSF).
Najlepszym wyborem jest G.655 lub G.656, ponieważ oferują niezerową, ale kontrolowaną dyspersję i niskie tłumienie w szerokim zakresie długości fali. Pozwalają na stabilną transmisję wielu kanałów przy wysokich prędkościach (100G, 400G i więcej).
Tak, ale wymaga to zachowania zgodności parametrów (np. średnicy pola modowego i dyspersji). Niewłaściwe połączenie może prowadzić do większego tłumienia na spawach oraz pogorszenia jakości sygnału. W praktyce stosuje się specjalne odcinki kompensujące różnice między standardami.
Za najbardziej perspektywiczne uznaje się włókna G.654.E i G.656, ponieważ są dostosowane do transmisji o ultra wysokich prędkościach oraz szerokiego zakresu fal optycznych (S+C+L band). To rozwiązania gotowe na potrzeby sieci 400G, 800G, a nawet 1Tbit/s.
