Studie belicht belangrijkste factoren in betrouwbaarheid van glasvezelnetwerken

Bij het aanleggen van een glasvezelcommunicatienetwerk is het essentieel om een stabiele signaaloverdracht te garanderen en communicatiestoringen door overmatig signaalverlies te voorkomen. Het nauwkeurig beoordelen van het glasvezelverlies en de maximale transmissieafstand is cruciaal. Dit artikel onderzoekt methoden voor het berekenen van glasvezelverlies en geeft praktische richtlijnen voor afstandsramingen om hoogwaardige, betrouwbare optische communicatiesystemen te bouwen.

Stel je voor dat je een snelweg aanlegt waar voertuigen (optische signalen) ongehinderd van start tot finish moeten reizen. Als de weg oneffen is (glasvezeldemping) of te veel kruispunten heeft (verlies door connectoren en lassen), zal de snelheid van de voertuigen onvermijdelijk worden beïnvloed en zullen sommige hun bestemming mogelijk niet bereiken. Glasvezelverlies werkt als deze wegimperfecties, die geleidelijk de energie van het optische signaal verbruiken en uiteindelijk de signaalkwaliteit verminderen of communicatiestoringen veroorzaken.

Daarom is tijdens het ontwerp en de implementatie van glasvezelnetwerken een nauwkeurige evaluatie en controle van het verlies nodig om ervoor te zorgen dat optische signalen met voldoende sterkte de ontvangende kant bereiken voor betrouwbare communicatie.

Het evalueren van glasvezelverlies vereist professionele tools en methoden, net als een arts die een aandoening diagnosticeert. De meest directe en nauwkeurige methode is het gebruik van een Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) voor metingen. OTDR biedt werkelijke verlieswaarden voor alle gebeurtenissen in de link (connectoren, lassen, glasvezeldemping), en biedt precieze gegevens voor netwerkoptimalisatie.

OTDR-metingen zijn echter niet altijd haalbaar. Tijdens de eerste haalbaarheidsanalyse van een project of het oplossen van problemen in bestaande netwerken, moeten alternatieve methoden worden gebruikt:

1. Schatting van het totale linkverlies op basis van bekende glasvezellengte en verliesvariabelen
2. Schatting van de maximale glasvezelafstand op basis van het optische vermogensbudget en verliesvariabelen

Beide methoden zijn afhankelijk van redelijke schattingen van verschillende verliesfactoren in combinatie met veiligheidsmarges om het netwerkontwerp en de optimalisatie te begeleiden.

Glasvezelverlies is niet constant; het wordt door meerdere factoren beïnvloed. Inzicht hierin maakt een nauwkeurigere verliesschatting en passende mitigatiemaatregelen mogelijk.

Verschillende glasvezeltypen (single-mode, multi-mode) en werkende golflengten (850nm, 1300nm, 1310nm, 1550nm) hebben verschillende dempingscoëfficiënten. Over het algemeen heeft single-mode glasvezel een lagere demping dan multi-mode, en hogere golflengten vertonen een lagere demping. De selectie moet een evenwicht vinden tussen transmissieafstand, bandbreedtevereisten en kosten.

Signaalabsorptie en -verstrooiing binnen de glasvezel zijn de belangrijkste oorzaken van verlies. Fabrikanten leveren dempingscoëfficiënten in dB/km. Het totale glasvezelverlies wordt berekend op basis van de lengte en deze coëfficiënt.

Connectoren die glasvezels en apparatuur verbinden, introduceren extra verlies door invoeging en reflectie. Connectoren van hoge kwaliteit en een juiste installatie minimaliseren dit.

Fusielassen verbindt glasvezels permanent met doorgaans minder verlies dan connectoren, maar de kwaliteit hangt af van de apparatuur en de vaardigheid van de technicus.

Verlies kan in de loop van de tijd toenemen als gevolg van veroudering van de glasvezel of verontreiniging van de connector. Het opnemen van een veiligheidsmarge (3-10dB afhankelijk van de toepassing) zorgt voor stabiliteit op lange termijn.

Opmerkingen:

1. Waarden voldoen aan TIA/EIA en andere industrienormen
2. Waarden vertegenwoordigen de haalbare prestaties voor nieuwe glasvezelinstallaties

Als de glasvezellengte, het aantal lassen en het aantal connectoren bekend zijn, gebruik dan deze formule:

Linkverlies = [Glasvezellengte (km) × Glasvezeldemping/km] + [Lasverlies × Aantal lassen] + [Connectorverlies × Aantal connectoren] + [Veiligheidsmarge]

Een 40 km single-mode link bij 1310 nm met 2 connectorparen en 5 lassen:

Linkverlies = [40 km × 0,4 dB/km] + [0,1 dB × 5] + [0,75 dB × 2] + [3,0 dB] = 21,0 dB

Dit vereist ~21,0 dB optisch vermogen voor betrouwbare transmissie. Controleer altijd het werkelijke verlies na installatie.

Als het optische vermogensbudget, het aantal connectoren en het aantal lassen bekend zijn:

Glasvezellengte = {[(Minimaal zendervermogen) - (Ontvangergevoeligheid)] - [Lasverlies × Aantal lassen] - [Connectorverlies × Aantal connectoren] - [Veiligheidsmarge]} / [Glasvezeldemping/km]

Een Fast Ethernet single-mode link bij 1310 nm met 2 connectorparen en 5 lassen. Zendervermogen: -8,0 dB, ontvangergevoeligheid: -34,0 dB:

Glasvezellengte = {[(-8,0 dB) - (-34,0 dB)] - [0,1 dB × 5] - [0,75 dB × 2] - [3,0 dB]} / [0,4 dB/km] = 52,5 km

De maximale afstand is ~52,5 km. Controleer het werkelijke verlies na installatie.

• Werkelijke glasvezeldempingscoëfficiënt
• Glasvezelontwerp en leeftijd
• Connector kwaliteit en werkelijk verlies
• Las kwaliteit en werkelijk verlies
• Aantal lassen en connectoren in de link

Het ontwerpen van glasvezelsystemen vereist het in evenwicht brengen van meerdere factoren. Prestatie-eisen moeten eerst worden vastgesteld en vervolgens worden bereikt. Onthoud dat het een geïntegreerd systeem is.

Belangrijkste componenten voor de berekening van de systeemprestaties:

Meestal de belangrijkste impact. Fabrikanten leveren dB/km-waarden. Totaal verlies = afstand × verliesfactor (met behulp van de totale kabellengte, niet de kaartafstand).

Single-mode: 0,25-0,35 dB/km. Multi-mode: ~2,5 (@850nm) en 0,8 (@1300nm) dB/km. Multi-mode met LED's is geschikt voor ≤1 km; single-mode met lasers kan langere afstanden aan.

Twee basistypen: LASER (hoog/medium/laag vermogen voor lange/medium/korte afstanden) en LED (meestal multi-mode, sommige high-power single-mode). Beoordeeld op output (bijv. -5dB).

Het minimale licht dat nodig is voor werking (bijv. -28dB).

Mechanische lassen: 0,7-1,5 dB per stuk. Fusielassen: 0,1-0,5 dB per stuk (de voorkeur voor minder verlies).

Kritisch voor het rekening houden met veroudering, toegevoegde apparaten, reparaties van kabelschade, enz. Meestal 3-10dB.

Scenario: Twee centra op 8 mijl afstand (werkelijke kabellengte 9 mijl ≈ 14,5 km) met 4 geplande fusielassen.

Routerfabrikantopties voor single-mode:

Vergelijking van vermogensopties (zendvermogen + glasvezelverlies vs. ontvangergevoeligheid):

Met de marge van 5,0 dB inbegrepen, biedt de optie voor korte afstand voldoende capaciteit (totale marge 8,0 dB).