28年 第2回 「線路設備」



28_2_senro_1_(1).png


問1
(1)
ア:⑦ 1Gbit/s
イ:⑫ TDM
ウ:⑯ LLID(Logical Link ID)
エ:⑤ DBA

補足
・GE-PONの構成
PDS2.png
構成機器
ONU(Optical Network Unit):ユーザ宅内に設置される光終端装置。光ファイバによるGE-PONの通信を終端し、Etherなどの電気信号に変換する装置
OLT(Optical Line Terminal):通信事業者の局舎側に設置される光終端装置。一つの光ファイバに最大32台のONUを収容することができる。
光スプリッタ:電線上などに設置され、OLTを複数のONUに接続するために光信号を分岐・合流する装置

・PONの伝送方式
PONは、上りは、TDMA方式、下りは、TDM方式が使われる

TDM(Time Division Multiplexing:時分割多重):一つの伝送路を時間で区切って複数のタイムスロットを作り、異なる信号をそれぞれのタイムスロットに格納し多重伝送をする技術。
TDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続):TDMを応用して、一つの伝送路を複数のユーザーで同時利用する方式

LLID(Logical Link ID):GE-PONのプリアンブル部に格納され、OLTに接続されたONUを識別するためのID

・FBAとDBA
複数のONUに上り帯域を分配する方法として、FBADBAの2つの方式がある。GE-PONでは、DBAが使用される
FBA(Fixed Bandwidth Allocation):問題文の固定帯域割当の事。接続されているONUの数で配分する方式。通信していないONUがいてもそのONUが割り当てられた帯域は未使用となるため、帯域の使用効率が悪い。
DBA(Dynamic Bandwidth Allocation):通信を行っているONUで帯域を分配する方式。FBAと比べ、通信していないONUの未使用帯域を他のONUに分配できるため、帯域の使用効率が良い。
FBA_DBA.png




28_2_senro_1_(2)i.png

(2)
(ⅰ)
答え:②
解説
①③④正しい
② 石英系光ファイバにおいて、コアやクラッドの屈折率を調整する方法としては、コアにフッ素(正:ゲルマニウム)を添加してコアの屈折率を大きくする方法、クラッドにゲルマニウム(正:フッ素)を添加してクラッドの屈折率を小さくする方法などがある。

補足
・SI(ステップインデックス)型ファイバとGI(グレーデッドインデックス)型ファイバの屈折率分布
マルチモード光ファイバには、とSI(ステップインデックス)型とGI(グレーデッドインデックス)型の2つがある。
SI(ステップインデックス)型は、コア部の屈折率が一定で階段状の屈折率分布を持っている。GI(グレーデッドインデックス)型は、SI型で問題となるモード分散の影響を最小限にするために、屈折率分布を放射線状に変化させた構造になっている。

GI_SI_fiber_bunpu2.png

・(参考)モード分散とGI(グレーデッドインデックス)型ファイバ
マルチ光ファイバは、複数の光の経路(モード)を持っている。モードのうち、入射角度の小さい光の経路(低次モード)は、反射回数が少なく進行方向に対して短い経路を取ることができるため到着時間が早くなる。逆に入射角度の大きい光の経路(高次モード)は、反射回数も多くなり進行方向に対して長い経路を取ることとなり到着時間が遅くなる。このように、光パルスを複数のモードに分けて伝送する際に到達時間に幅が出来てしまい、光パルスの品質が悪くなる現象をモード分散という。
mode_bunsan.png

GI(グレーデッドインデックス)型ファイバは、コアの中心の屈折率を大きくし、コアの外側に行くほど屈折率を小さくした構造をしている。このような構造により、低次モードはコアの中心を全反射して進み、高次モードはコアの外側を全反射進む。光の伝搬速度は、屈折率に反比例する性質を持っており、低次モードの光は伝搬速度が遅くなり、高次モードの伝搬速度は速くなる。この性質をうまく調整することで、低次モードから高次モードまでの到着時間の差をなるべく小さくすることでSI型で問題となっていたモード分散への対処が可能となる。(現在使われているマルチモードファイバのほとんどがGI型になっている。)
GI_fiber_mode.png

・コア・クラッドの屈折率の調整するために添加される物質
 コア部:屈折率を上げる必要がある⇒ゲルマニウム(Ge)やリン(P)を添加
 クラッド部:屈折率を下げる必要がある⇒ホウ素(B)やフッ素(F)を添加



・光ファイバの構造に関連するパラメータ
fiber_pal.png

・シングルモード光ファイバのパラメータ
モードフィールド径:シングルモード光ファイバでは、コア部からクラッド部に漏れ出して反射して進む光があり、漏れ出す量としても無視できない。そのため、光ファイバの性質を表す上で、コア径ではなく光の漏れを考慮した直径であるモードフィールド径が有用なパラメータとして利用される。シングルモード光ファイバでは、ファイバを断面的に見た場合、コアの中心を中心軸としてみた場合のガウス分布に近似した形で光強度が分布される。モードフィード径は、このガウス分布が1/e2になる場所を境界としたときの直径となる。
MFD.png

カットオフ波長(遮断波長):シングルモード光ファイバでは、波長が短くなるとマルチモードでの通信になってしまう。シングルモードとマルチモードの境目となる波長をカットオフ波長といい、シングルモードで伝搬できる最短の波長として定義される。



28_2_senro_1_(2)ii.png

(ⅱ)
答え:① Aのみ正しい
解説
A:正しい
B:光ファイバテープ心線は、1次被覆された光ファイバ素線を4本、8本などに束ねたもので、光ファイバ素線を平行に配列した形状や交差して配列した形状(※)を有している。(※交差して配列した形状は無い)
C:光ファイバテープ心線を収容するスロットロッドの撚り方向を同一方向として(正:周期的に反転させて)撚りピッチを変えたSZ撚りの架空用光ファイバケーブルは、光ファイバテープ心線の弛みを利用して中間後分岐作業を容易にしている。


補足
・光ファイバケーブルの断面図
1次被覆にはUV硬化型樹脂、2次被覆にはポリアミド樹脂が使われている。
fiber_sinsen.png

・光ファイバテープ心線(4心)の断面図
複数本の光ファイバ心線を整列し、UV硬化型樹脂でテープ状に一括被覆したもの。
tape_fiber.png

・SZ撚り:撚り方向を周期的に反転させることにより、どの部分の外被をはがしてもケーブルが取り出せる構造になっている
SZyori.png





28_2_senro_1_(3)i.png

(3)
(ⅰ)
答え:①
解説
① 難燃性のエコケーブルは、ケーブル外被の難燃性を向上させるため、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物を難燃剤として用いており、難燃剤を多量に添加することにより機械的強度も向上させている(正:機械的強度は低下してしまう)
②③④正しい

補足
エコケーブル:日本電線工業会が制定したJCS 5505「環境配慮形光ファイバケーブル」の規格に準拠した環境に配慮されたケーブル

「環境にやさしいEM(エコマテリアル)電線・ケーブルQ&A」(https://www.jcma2.jp/files/gijutsu/Shiryo/142C.pdf)に本問題に関係する記述がある。

①について
<用語>No.16 難燃剤
ポリエチレンのようなポリオレフィン系樹脂などは,燃えやすい性質を持っていますが,これを改良して燃えにくくする物質です。エコマテリアルとしての難燃剤には一般的に水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物が使用されています。

<材料>No.6 難燃剤を添加することにより,何か問題はありますか?
難燃剤の添加に比例して難燃性が向上しますが,多量に添加されるに従い機械的強度が低下します。難燃性と機械的特性のバランスが重要です。


②について
<特性>No.14 リサイクル性はどうですか? どうして EM 電線・ケーブルのリサイクル性は向上しているのでしょうか?
EM 電線・ケーブルは被覆材料がポリエチレン系に統一されるためマテリアルリサイクル,サーマルリサイクルが容易になります。


③について
<用語>No.19 白化現象
白化現象には次の 2 種類があります。
①引き入れ,配線工事の際に配管,ラックの角などで電線・ケーブルが擦られて,その表面に白い跡(筋)が残る現象です。
②多湿な状況下に布設された電線・ケーブルの表面が白っぽくなる現象です。この現象は,水の存在下でコンパウンド中に難燃剤として含まれる水酸化マグネシウムと空気中の二酸化炭素が反応して,炭酸マグネシウムが生成されることにより発生します。なお,これらの現象は電線表面の現象で電線・ケーブルの電気的特性には影響ありません。


④について
<特性>No.4 EM 電線・ケーブルの許容曲げ半径は?
EM 電線・ケーブルに使用しているポリエチレン系材料は,ビニル材料に比べて多少硬い性質を持っています。配線加工時には硬く感じることがありますが,許容曲げ半径は従来の電線・ケーブルと同じです。







28_2_senro_1_(3)ii.png

(ⅱ)
答え:③
解説
① RoHS指令は、製品の生産段階に限定した期間において(正:製品の生産段階から最終処分までの期間において)、環境負荷や人の健康に害を及ぼす危険を最小化することを目的としており、グリーン調達により納入された電気通信線路設備のRoHS指令適合品は、アスベストなどの化学物質の使用を制限したものである。(※アスベストは、RoHS指令の対象物質に含まれていない)

② 電気通信線路設備におけるケーブル、管路などには、プラスチック材料が使用されており、ポリエチレン(正:ポリプロピレン)を使用する接続端子函(クロージャ)、ポリプロピレン(正:ポリエチレン)を使用するケーブル外被や電柱支線ガードなどは、撤去品を一部混合したプラスチック材料により製造されている。

③ 正しい

④ 電気通信線路設備における再資源化の施策として実施されているマテリアルリサイクル(正:サーマルリサイクル)とは、廃プラスチックなどを焼却する際に発生する熱エネルギーを回収し、燃料として再利用するリサイクル形態の一つである。

補足
①について
RoHS指令の対象物質は、以下の6物質。
鉛(Pb)、水銀(Hg)、カドミウム(Cd)、六価クロム(Cr(VI))、ポリ臭化ビフェニール(PBB)、ポリ臭化ジフェニールエーテル(PBDE)

さらに2014年に、RoHS2が発行され、新たに以下の4物質が追加されている。
フタル酸ジニエチルへキシル(DEHP)、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ブチルベンジル(BBP)、フタル酸ジイソブチル(DIBP)

②について
名称略語性質許容温度線路設備における用途
硬質ポリ塩化ビニルPVC
・長所
耐食性  耐薬品性(有機溶剤を除く) 絶縁性 難燃性
・短所
有機溶剤に弱い 耐寒性 耐候性
-15~60℃ケーブル保護用硬質ビニル管・支線ガード
軟質ポリ塩化ビニル長所・短所は硬質PVCと同じ。
可塑剤を混合することにより柔軟性を持たせたもの。
屋外線や屋内線の外被・保護用ビニルテープ
ポリエチレンPE・長所
耐薬品性 高周波電気特性 耐寒性 防水性 耐油性
・短所
耐熱性 接着性
-50~75℃ケーブル外被・絶縁体
ポリプロピレンPP・長所
耐熱性・機械的強度
・短所
耐候性 接着性
-40~80℃クロージャ


表の許容温度は、(https://fa.senden.co.jp/pdf/technical-data/jmacs-j_p78.pdf)の値を参照。

③について
「環境にやさしいEM(エコマテリアル)電線・ケーブルQ&A」(https://www.jcma2.jp/files/gijutsu/Shiryo/142C.pdf)から抜粋。
ハロゲン
ハロゲン(halogen)は,フッ素(F),塩素(Cl),臭素(Br),ヨウ素(I),アスタチン(At)の5 つの元素の総称で,単体では2 原子分子です。フッ素,塩素,臭素は反応性が大きく,水素と反応すると毒性,腐食性の強いハロゲン化水素(フッ化水素,塩化水素,臭化水素など)となります。ハロゲンを含む物質が燃えると,環境および人体に有害なハロゲン化水素ガスが発生することがあり,酸性雨や焼却炉腐食の原因になると言われています。

EM 電線・ケーブルが環境配慮型製品といわれるのは何故ですか?
EM 電線・ケーブルが環境配慮型製品と言われる理由は大別して3つあります。
①ハロゲンや鉛を含まない環境にやさしい材料で構成されていること
②火災時に有害なハロゲン系ガスや腐食性ガスが発生せず,煙の発生も少ないため,防災安全性の向上が図られていること
③ポリエチレン系の材料に統一されているため,リサイクル対応が容易で廃棄物の低減が図れることが挙げられます。



④について
プラスチックのリサイクルの種類
マテリアルリサイクル:廃棄プラスチックを製品の原材料として再利用する方法。リサイクルを繰り返すと分子レベルで劣化するため繰り返し回数に制限がある。
ケミカルリサイクル:廃棄プラスチックを分子レベルまで分解してから再構築することによるリサイクル。繰り返し回数に制限がないが、工程にかかるコストが高い。
サーマルリサイクル:廃棄プラスチックを焼却することによって火力発電や温水プールなどの熱エネルギーとして利用する方法







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