Badania podkreślają kluczowe czynniki niezawodności sieci światłowodowych

Podczas budowy sieci komunikacyjnej światłowodowej kluczowe znaczenie ma zapewnienie stabilnej transmisji sygnału i unikanie awarii komunikacyjnych spowodowanych nadmierną utratą sygnału. Dokładna ocena strat w łączu światłowodowym i maksymalnej odległości transmisji jest niezbędna. Ten artykuł omawia metody obliczania strat w łączu światłowodowym i dostarcza praktycznych wskazówek dotyczących szacowania odległości, aby pomóc w budowie wysokowydajnych i niezawodnych systemów komunikacji optycznej.

Wyobraź sobie budowę autostrady, po której pojazdy (sygnały optyczne) muszą podróżować bez przeszkód od początku do końca. Jeśli droga jest nierówna (tłumienie światłowodu) lub ma zbyt wiele skrzyżowań (straty złączy i spawów), prędkość pojazdów zostanie nieuchronnie zakłócona, a niektóre mogą nie dotrzeć do celu. Straty w łączu światłowodowym działają jak te niedoskonałości na drodze, stopniowo pochłaniając energię sygnału optycznego i ostatecznie pogarszając jakość sygnału lub powodując awarię komunikacji.

Dlatego podczas projektowania i wdrażania sieci światłowodowych precyzyjna ocena i kontrola strat w łączu są niezbędne, aby zapewnić dotarcie sygnałów optycznych do końca odbiorczego z wystarczającą mocą dla niezawodnej komunikacji.

Ocena strat w łączu światłowodowym wymaga profesjonalnych narzędzi i metod, podobnie jak lekarz diagnozujący stan zdrowia. Najbardziej bezpośrednią i dokładną metodą jest użycie reflektometru optycznego w dziedzinie czasu (OTDR) do pomiaru. OTDR dostarcza rzeczywiste wartości strat dla wszystkich zdarzeń w łączu (złącza, spawy, tłumienie światłowodu), oferując precyzyjne dane do optymalizacji sieci.

Jednak pomiary OTDR nie zawsze są wykonalne. Podczas wstępnej analizy wykonalności projektu lub rozwiązywania problemów w istniejących sieciach należy użyć alternatywnych metod:

1. Szacowanie całkowitych strat w łączu na podstawie znanej długości światłowodu i zmiennych strat
2. Szacowanie maksymalnej odległości światłowodu na podstawie budżetu mocy optycznej i zmiennych strat

Obie metody opierają się na rozsądnych szacunkach różnych czynników strat w połączeniu z marginesami bezpieczeństwa, aby prowadzić projektowanie i optymalizację sieci.

Straty w łączu światłowodowym nie są stałe; wpływa na nie wiele czynników. Zrozumienie ich umożliwia dokładniejsze szacowanie strat i odpowiednie środki łagodzące.

Różne typy światłowodów (jednomodowy, wielomodowy) i długości fal roboczych (850 nm, 1300 nm, 1310 nm, 1550 nm) mają różne współczynniki tłumienia. Ogólnie rzecz biorąc, światłowód jednomodowy ma mniejsze tłumienie niż wielomodowy, a wyższe długości fal wykazują mniejsze tłumienie. Wybór powinien równoważyć odległość transmisji, wymagania dotyczące przepustowości i koszty.

Absorpcja i rozpraszanie sygnału wewnątrz światłowodu są głównymi przyczynami strat. Producenci podają współczynniki tłumienia w dB/km. Całkowita strata światłowodu jest obliczana na podstawie długości i tego współczynnika.

Złącza łączące światłowody i sprzęt wprowadzają dodatkowe straty z powodu wstawiania i odbicia. Wysokiej jakości złącza i prawidłowa instalacja minimalizują to.

Spawanie fuzją trwale łączy włókna, zwykle z mniejszymi stratami niż złącza, ale jakość zależy od sprzętu i umiejętności technika.

Straty mogą wzrastać z upływem czasu z powodu starzenia się światłowodu lub zanieczyszczenia złączy. Uwzględnienie marginesu bezpieczeństwa (3-10 dB w zależności od zastosowania) zapewnia długoterminową stabilność.

Uwagi:

1. Wartości są zgodne ze standardami TIA/EIA i innymi standardami branżowymi
2. Wartości reprezentują osiągalną wydajność dla nowych instalacji światłowodowych

Gdy znana jest długość światłowodu, liczba spawów i liczba złączy, użyj tego wzoru:

Straty w łączu = [Długość światłowodu (km) × Tłumienie światłowodu/km] + [Straty spawu × Liczba spawów] + [Straty złącza × Liczba złączy] + [Margines bezpieczeństwa]

Łącze jednomodowe 40 km przy 1310 nm z 2 parami złączy i 5 spawami:

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

Wymaga to ~21,0 dB mocy optycznej dla niezawodnej transmisji. Zawsze weryfikuj rzeczywiste straty po instalacji.

Gdy znany jest budżet mocy optycznej, liczba złączy i liczba spawów:

Długość światłowodu = {[(Minimalna moc nadajnika) - (Czułość odbiornika)] - [Straty spawu × Liczba spawów] - [Straty złącza × Liczba złączy] - [Margines bezpieczeństwa]} / [Tłumienie światłowodu/km]

Łącze Fast Ethernet jednomodowe przy 1310 nm z 2 parami złączy i 5 spawami. Moc nadajnika: -8,0 dB, czułość odbiornika: -34,0 dB:

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

Maksymalna odległość wynosi ~52,5 km. Zweryfikuj rzeczywiste straty po instalacji.

• Rzeczywisty współczynnik tłumienia światłowodu
• Konstrukcja i wiek światłowodu
• Jakość złącza i rzeczywiste straty
• Jakość spawu i rzeczywiste straty
• Liczba spawów i złączy w łączu

Projektowanie systemów światłowodowych wymaga równoważenia wielu czynników. Najpierw należy ustalić standardy wydajności, a następnie je osiągnąć. Pamiętaj, że jest to zintegrowany system.

Kluczowe komponenty do obliczania wydajności systemu:

Zazwyczaj najbardziej znaczący wpływ. Producenci podają wartości w dB/km. Całkowita strata = odległość × współczynnik strat (używając całkowitej długości kabla, a nie odległości na mapie).

Jednomodowy: 0,25-0,35 dB/km. Wielomodowy: ~2,5 (@850nm) i 0,8 (@1300nm) dB/km. Wielomodowy z diodami LED pasuje do ≤1 km; jednomodowy z laserami obsługuje większe odległości.

Dwa podstawowe typy: LASER (wysoka/średnia/niska moc dla dużych/średnich/krótkich odległości) i LED (głównie wielomodowy, niektóre jednomodowe o dużej mocy). Oceniane przez wyjście (np. -5dB).

Minimalne światło wymagane do działania (np. -28dB).

Spawy mechaniczne: 0,7-1,5 dB każdy. Spawy fuzji: 0,1-0,5 dB każdy (preferowane dla mniejszych strat).

Krytyczny dla uwzględnienia starzenia się, dodanych urządzeń, napraw uszkodzeń kabli itp. Zazwyczaj 3-10dB.

Scenariusz: Dwa centra oddalone od siebie o 8 mil (rzeczywista długość kabla 9 mil ≈ 14,5 km) z planowanymi 4 spawami fuzji.

Opcje producenta routera dla trybu jednomodowego:

Porównanie opcji zasilania (moc nadawcza + straty światłowodu vs. czułość odbiornika):

Z uwzględnieniem marginesu 5,0 dB, opcja krótkiego zasięgu zapewnia wystarczającą wydajność (całkowity margines 8,0 dB).