Lo studio evidenzia i fattori chiave dell'affidabilità delle reti in fibra ottica

Quando si costruisce una rete di comunicazione in fibra ottica, è fondamentale garantire una trasmissione stabile del segnale ed evitare guasti di comunicazione dovuti a un'eccessiva perdita di segnale. È essenziale valutare accuratamente la perdita di collegamento in fibra e la distanza massima di trasmissione. Questo articolo esplora i metodi di calcolo della perdita di collegamento in fibra e fornisce linee guida pratiche per la stima della distanza, al fine di contribuire alla costruzione di sistemi di comunicazione ottica ad alte prestazioni e affidabili.

Immagina di costruire un'autostrada in cui i veicoli (segnali ottici) devono viaggiare senza ostacoli dall'inizio alla fine. Se la strada è irregolare (attenuazione della fibra) o ha troppe intersezioni (perdite dei connettori e delle giunzioni), la velocità dei veicoli sarà inevitabilmente influenzata e alcuni potrebbero non raggiungere la loro destinazione. La perdita di collegamento in fibra agisce come queste imperfezioni della strada, consumando gradualmente l'energia del segnale ottico e, in definitiva, degradando la qualità del segnale o causando un guasto di comunicazione.

Pertanto, durante la progettazione e l'implementazione di reti in fibra ottica, è necessaria una valutazione e un controllo precisi della perdita di collegamento per garantire che i segnali ottici raggiungano l'estremità ricevente con una potenza sufficiente per una comunicazione affidabile.

La valutazione della perdita di collegamento in fibra richiede strumenti e metodi professionali, proprio come un medico che diagnostica una condizione. Il metodo più diretto e accurato è l'utilizzo di un riflettometro ottico nel dominio del tempo (OTDR) per la misurazione. L'OTDR fornisce i valori di perdita effettivi per tutti gli eventi nel collegamento (connettori, giunzioni, attenuazione della fibra), offrendo dati precisi per l'ottimizzazione della rete.

Tuttavia, le misurazioni OTDR non sono sempre fattibili. Durante l'analisi di fattibilità iniziale del progetto o la risoluzione dei problemi nelle reti esistenti, è necessario utilizzare metodi alternativi:

1. Stima della perdita totale del collegamento in base alla lunghezza della fibra e alle variabili di perdita note
2. Stima della distanza massima della fibra in base al budget di potenza ottica e alle variabili di perdita

Entrambi i metodi si basano su stime ragionevoli di vari fattori di perdita combinati con margini di sicurezza per guidare la progettazione e l'ottimizzazione della rete.

La perdita di collegamento in fibra non è costante; è influenzata da molteplici fattori. La comprensione di questi fattori consente una stima della perdita più accurata e misure di mitigazione appropriate.

Diversi tipi di fibra (monomodale, multimodale) e lunghezze d'onda operative (850 nm, 1300 nm, 1310 nm, 1550 nm) hanno coefficienti di attenuazione distinti. Generalmente, la fibra monomodale ha un'attenuazione inferiore rispetto alla multimodale e le lunghezze d'onda più alte mostrano un'attenuazione inferiore. La selezione dovrebbe bilanciare la distanza di trasmissione, i requisiti di larghezza di banda e i costi.

L'assorbimento e la dispersione del segnale all'interno della fibra sono le principali cause di perdita. I produttori forniscono coefficienti di attenuazione in dB/km. La perdita totale della fibra viene calcolata in base alla lunghezza e a questo coefficiente.

I connettori che collegano le fibre e le apparecchiature introducono una perdita aggiuntiva dovuta all'inserimento e alla riflessione. Connettori di alta qualità e un'installazione corretta riducono al minimo questa perdita.

La giunzione a fusione unisce in modo permanente le fibre con una perdita tipicamente inferiore rispetto ai connettori, ma la qualità dipende dall'apparecchiatura e dall'abilità del tecnico.

La perdita può aumentare nel tempo a causa dell'invecchiamento della fibra o della contaminazione del connettore. L'inclusione di un margine di sicurezza (3-10 dB a seconda dell'applicazione) garantisce la stabilità a lungo termine.

Note:

1. I valori sono conformi agli standard TIA/EIA e ad altri standard di settore
2. I valori rappresentano le prestazioni raggiungibili per le nuove installazioni di fibra

Quando la lunghezza della fibra, il numero di giunzioni e il numero di connettori sono noti, utilizzare questa formula:

Perdita di collegamento = [Lunghezza della fibra (km) × Attenuazione della fibra/km] + [Perdita di giunzione × Numero di giunzioni] + [Perdita del connettore × Numero di connettori] + [Margine di sicurezza]

Un collegamento monomodale di 40 km a 1310 nm con 2 coppie di connettori e 5 giunzioni:

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

Ciò richiede ~21,0 dB di potenza ottica per una trasmissione affidabile. Verificare sempre la perdita effettiva dopo l'installazione.

Quando il budget di potenza ottica, il numero di connettori e il numero di giunzioni sono noti:

Lunghezza della fibra = {[(Potenza minima del trasmettitore) - (Sensibilità del ricevitore)] - [Perdita di giunzione × Numero di giunzioni] - [Perdita del connettore × Numero di connettori] - [Margine di sicurezza]} / [Attenuazione della fibra/km]

Un collegamento Fast Ethernet monomodale a 1310 nm con 2 coppie di connettori e 5 giunzioni. Potenza del trasmettitore: -8,0 dB, sensibilità del ricevitore: -34,0 dB:

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

La distanza massima è ~52,5 km. Verificare la perdita effettiva dopo l'installazione.

• Coefficiente di attenuazione della fibra effettivo
• Progettazione e invecchiamento della fibra
• Qualità del connettore e perdita effettiva
• Qualità della giunzione e perdita effettiva
• Numero di giunzioni e connettori nel collegamento

La progettazione di sistemi in fibra richiede il bilanciamento di molteplici fattori. È necessario impostare prima gli standard di prestazione, quindi raggiungerli. Ricorda, è un sistema integrato.

Componenti chiave per il calcolo delle prestazioni del sistema:

In genere l'impatto più significativo. I produttori forniscono valori in dB/km. Perdita totale = distanza × fattore di perdita (utilizzando la lunghezza totale del cavo, non la distanza sulla mappa).

Monomodale: 0,25-0,35 dB/km. Multimodale: ~2,5 (@850 nm) e 0,8 (@1300 nm) dB/km. La multimodale con LED è adatta per ≤1 km; la monomodale con laser gestisce distanze maggiori.

Due tipi base: LASER (alta/media/bassa potenza per distanze lunghe/medie/corte) e LED (principalmente multimodale, alcune monomodali ad alta potenza). Valutato in base all'uscita (ad esempio, -5 dB).

La luce minima richiesta per il funzionamento (ad esempio, -28 dB).

Giunzioni meccaniche: 0,7-1,5 dB ciascuna. Giunzioni a fusione: 0,1-0,5 dB ciascuna (preferite per una perdita inferiore).

Fondamentale per tenere conto dell'invecchiamento, dei dispositivi aggiunti, delle riparazioni dei danni ai cavi, ecc. In genere 3-10 dB.

Scenario: due centri distanti 8 miglia (lunghezza effettiva del cavo 9 miglia ≈ 14,5 km) con 4 giunzioni a fusione previste.

Opzioni del produttore del router per monomodale:

Confronto delle opzioni di alimentazione (potenza di trasmissione + perdita della fibra rispetto alla sensibilità del ricevitore):

Con il margine di 5,0 dB incluso, l'opzione a corto raggio offre capacità sufficienti (margine totale 8,0 dB).