Estudo destaca fatores-chave na confiabilidade da rede de fibra óptica

Ao construir uma rede de comunicação por fibra óptica, garantir a transmissão estável do sinal e evitar falhas de comunicação devido à perda excessiva de sinal é fundamental. Avaliar com precisão a perda de enlace de fibra e a distância máxima de transmissão é essencial. Este artigo explora os métodos de cálculo da perda de enlace de fibra e fornece diretrizes práticas para a estimativa da distância, a fim de ajudar na construção de sistemas de comunicação óptica confiáveis e de alto desempenho.

Imagine construir uma rodovia onde os veículos (sinais ópticos) devem viajar sem impedimentos do início ao fim. Se a estrada for irregular (atenuação da fibra) ou tiver muitas interseções (perdas de conectores e emendas), a velocidade dos veículos será inevitavelmente afetada, e alguns podem não chegar ao seu destino. A perda de enlace de fibra atua como essas imperfeições da estrada, consumindo gradualmente a energia do sinal óptico e, em última análise, degradando a qualidade do sinal ou causando falha na comunicação.

Portanto, durante o projeto e a implantação de redes de fibra óptica, a avaliação e o controle precisos da perda de enlace são necessários para garantir que os sinais ópticos cheguem à extremidade receptora com força suficiente para uma comunicação confiável.

Avaliar a perda de enlace de fibra requer ferramentas e métodos profissionais, assim como um médico diagnosticando uma condição. O método mais direto e preciso é usar um Reflectômetro Óptico no Domínio do Tempo (OTDR) para medição. O OTDR fornece valores reais de perda para todos os eventos no enlace (conectores, emendas, atenuação da fibra), oferecendo dados precisos para a otimização da rede.

No entanto, as medições OTDR nem sempre são viáveis. Durante a análise inicial de viabilidade do projeto ou a solução de problemas em redes existentes, métodos alternativos devem ser usados:

1. Estimativa da perda total do enlace com base no comprimento da fibra e nas variáveis de perda conhecidas
2. Estimativa da distância máxima da fibra com base no orçamento de potência óptica e nas variáveis de perda

Ambos os métodos dependem de estimativas razoáveis de vários fatores de perda combinados com margens de segurança para orientar o projeto e a otimização da rede.

A perda de enlace de fibra não é constante; ela é influenciada por múltiplos fatores. Compreender isso permite uma estimativa de perda mais precisa e medidas de mitigação apropriadas.

Diferentes tipos de fibra (monomodo, multimodo) e comprimentos de onda operacionais (850nm, 1300nm, 1310nm, 1550nm) têm coeficientes de atenuação distintos. Geralmente, a fibra monomodo tem menor atenuação do que a multimodo, e comprimentos de onda mais altos exibem menor atenuação. A seleção deve equilibrar a distância de transmissão, os requisitos de largura de banda e o custo.

A absorção e o espalhamento do sinal dentro da fibra são as principais causas de perda. Os fabricantes fornecem coeficientes de atenuação em dB/km. A perda total da fibra é calculada com base no comprimento e nesse coeficiente.

Os conectores que unem fibras e equipamentos introduzem perda adicional por inserção e reflexão. Conectores de alta qualidade e instalação adequada minimizam isso.

A emenda por fusão une permanentemente as fibras com perda tipicamente menor do que os conectores, mas a qualidade depende do equipamento e da habilidade do técnico.

A perda pode aumentar com o tempo devido ao envelhecimento da fibra ou à contaminação do conector. Incluir uma margem de segurança (3-10dB, dependendo da aplicação) garante a estabilidade a longo prazo.

Notas:

1. Os valores estão em conformidade com os padrões TIA/EIA e outros padrões da indústria
2. Os valores representam o desempenho alcançável para novas instalações de fibra

Quando o comprimento da fibra, a contagem de emendas e a contagem de conectores são conhecidos, use esta fórmula:

Perda do Enlace = [Comprimento da Fibra (km) × Atenuação da Fibra/km] + [Perda de Emenda × Contagem de Emendas] + [Perda do Conector × Contagem de Conectores] + [Margem de Segurança]

Um enlace monomodo de 40 km a 1310nm com 2 pares de conectores e 5 emendas:

Perda do Enlace = [40km × 0.4dB/km] + [0.1dB × 5] + [0.75dB × 2] + [3.0dB] = 21.0dB

Isso requer ~21.0dB de potência óptica para uma transmissão confiável. Sempre verifique a perda real após a instalação.

Quando o orçamento de potência óptica, a contagem de conectores e a contagem de emendas são conhecidos:

Comprimento da Fibra = {[(Potência Mínima do Transmissor) - (Sensibilidade do Receptor)] - [Perda de Emenda × Contagem de Emendas] - [Perda do Conector × Contagem de Conectores] - [Margem de Segurança]} / [Atenuação da Fibra/km]

Um enlace Fast Ethernet monomodo a 1310nm com 2 pares de conectores e 5 emendas. Potência do transmissor: -8.0dB, sensibilidade do receptor: -34.0dB:

Comprimento da Fibra = {[(-8.0dB) - (-34.0dB)] - [0.1dB × 5] - [0.75dB × 2] - [3.0dB]} / [0.4dB/km] = 52.5 km

A distância máxima é ~52.5km. Verifique a perda real após a instalação.

• Coeficiente de atenuação real da fibra
• Projeto e idade da fibra
• Qualidade do conector e perda real
• Qualidade da emenda e perda real
• Número de emendas e conectores no enlace

Projetar sistemas de fibra requer o equilíbrio de múltiplos fatores. Os padrões de desempenho devem ser definidos primeiro e, em seguida, alcançados. Lembre-se, é um sistema integrado.

Componentes-chave para o cálculo do desempenho do sistema:

Normalmente o impacto mais significativo. Os fabricantes fornecem valores em dB/km. Perda total = distância × fator de perda (usando o comprimento total do cabo, não a distância do mapa).

Monomodo: 0.25-0.35 dB/km. Multimodo: ~2.5 (@850nm) e 0.8 (@1300nm) dB/km. Multimodo com LEDs é adequado para ≤1km; monomodo com lasers lida com distâncias maiores.

Dois tipos básicos: LASER (alta/média/baixa potência para distâncias longas/médias/curtas) e LED (principalmente multimodo, alguns monomodo de alta potência). Classificado por saída (por exemplo, -5dB).

A luz mínima necessária para a operação (por exemplo, -28dB).

Emendas mecânicas: 0.7-1.5 dB cada. Emendas por fusão: 0.1-0.5 dB cada (preferível para menor perda).

Crítico para contabilizar o envelhecimento, dispositivos adicionados, reparos de danos no cabo, etc. Normalmente 3-10dB.

Cenário: Dois centros a 8 milhas de distância (comprimento real do cabo 9 milhas ≈ 14.5km) com 4 emendas por fusão planejadas.

Opções do fabricante do roteador para monomodo:

Comparando as opções de potência (potência de transmissão + perda da fibra vs. sensibilidade do receptor):

Com a margem de 5.0dB incluída, a opção de curto alcance oferece capacidade suficiente (margem total de 8.0dB).