Исследование подчеркивает ключевые факторы надежности волоконно-оптических сетей

При построении сети оптической связи критически важно обеспечить стабильную передачу сигнала и избежать сбоев связи из-за чрезмерных потерь сигнала. Точная оценка потерь в волоконно-оптической линии и максимального расстояния передачи имеет важное значение. В этой статье рассматриваются методы расчета потерь в волоконно-оптической линии и приводятся практические рекомендации по оценке расстояния, чтобы помочь построить высокопроизводительные и надежные системы оптической связи.

Представьте себе строительство автомагистрали, по которой транспортные средства (оптические сигналы) должны беспрепятственно перемещаться от начала до конца. Если дорога неровная (затухание волокна) или имеет слишком много перекрестков (потери в разъемах и соединениях), скорость транспортных средств неизбежно пострадает, а некоторые могут не достичь пункта назначения. Потери в волоконно-оптической линии действуют как эти дорожные неровности, постепенно поглощая энергию оптического сигнала и, в конечном итоге, ухудшая качество сигнала или вызывая сбой связи.

Поэтому при проектировании и развертывании волоконно-оптических сетей необходима точная оценка и контроль потерь в линии, чтобы обеспечить достижение оптическими сигналами принимающего конца с достаточной мощностью для надежной связи.

Оценка потерь в волоконно-оптической линии требует профессиональных инструментов и методов, как и диагностика состояния врачом. Наиболее прямым и точным методом является использование оптического рефлектометра во временной области (OTDR) для измерения. OTDR предоставляет фактические значения потерь для всех событий в линии (разъемы, соединения, затухание волокна), предлагая точные данные для оптимизации сети.

Однако измерения OTDR не всегда выполнимы. При первоначальном анализе технико-экономического обоснования проекта или устранении неполадок в существующих сетях необходимо использовать альтернативные методы:

1. Оценка общих потерь в линии на основе известных переменных длины волокна и потерь
2. Оценка максимального расстояния волокна на основе бюджета оптической мощности и переменных потерь

Оба метода опираются на разумные оценки различных факторов потерь в сочетании с запасами прочности для руководства проектированием и оптимизацией сети.

Потери в волоконно-оптической линии не постоянны; на них влияют несколько факторов. Понимание этих факторов позволяет более точно оценивать потери и принимать соответствующие меры по смягчению последствий.

Различные типы волокна (одномодовое, многомодовое) и рабочие длины волн (850 нм, 1300 нм, 1310 нм, 1550 нм) имеют различные коэффициенты затухания. Как правило, одномодовое волокно имеет меньшее затухание, чем многомодовое, а более высокие длины волн демонстрируют меньшее затухание. Выбор должен учитывать расстояние передачи, требования к пропускной способности и стоимость.

Поглощение и рассеяние сигнала внутри волокна являются основными причинами потерь. Производители предоставляют коэффициенты затухания в дБ/км. Общие потери в волокне рассчитываются на основе длины и этого коэффициента.

Разъемы, соединяющие волокна и оборудование, вносят дополнительные потери из-за вставки и отражения. Высококачественные разъемы и правильная установка минимизируют это.

Сращивание методом сплавления постоянно соединяет волокна, обычно с меньшими потерями, чем разъемы, но качество зависит от оборудования и квалификации техника.

Потери могут увеличиваться со временем из-за старения волокна или загрязнения разъема. Включение запаса прочности (3-10 дБ в зависимости от применения) обеспечивает долгосрочную стабильность.

Примечания:

1. Значения соответствуют стандартам TIA/EIA и другим отраслевым стандартам
2. Значения представляют достижимую производительность для новых волоконно-оптических установок

Если известны длина волокна, количество соединений и количество разъемов, используйте эту формулу:

Потери в линии = [Длина волокна (км) × Затухание волокна/км] + [Потери в соединении × Количество соединений] + [Потери в разъеме × Количество разъемов] + [Запас прочности]

Волоконно-оптическая линия длиной 40 км, одномодовая, 1310 нм, с 2 парами разъемов и 5 соединениями:

Потери в линии = [40 км × 0,4 дБ/км] + [0,1 дБ × 5] + [0,75 дБ × 2] + [3,0 дБ] = 21,0 дБ

Для надежной передачи требуется ~21,0 дБ оптической мощности. Всегда проверяйте фактические потери после установки.

Если известны бюджет оптической мощности, количество разъемов и количество соединений:

Длина волокна = {[(Минимальная мощность передатчика) - (Чувствительность приемника)] - [Потери в соединении × Количество соединений] - [Потери в разъеме × Количество разъемов] - [Запас прочности]} / [Затухание волокна/км]

Волоконно-оптическая линия Fast Ethernet, одномодовая, 1310 нм, с 2 парами разъемов и 5 соединениями. Мощность передатчика: -8,0 дБ, чувствительность приемника: -34,0 дБ:

Длина волокна = {[(-8,0 дБ) - (-34,0 дБ)] - [0,1 дБ × 5] - [0,75 дБ × 2] - [3,0 дБ]} / [0,4 дБ/км] = 52,5 км

Максимальное расстояние составляет ~52,5 км. Проверьте фактические потери после установки.

• Фактический коэффициент затухания волокна
• Конструкция и возраст волокна
• Качество разъема и фактические потери
• Качество соединения и фактические потери
• Количество соединений и разъемов в линии

Проектирование волоконно-оптических систем требует балансировки нескольких факторов. Сначала необходимо установить стандарты производительности, а затем достичь их. Помните, что это интегрированная система.

Ключевые компоненты для расчета производительности системы:

Обычно наиболее значительное влияние. Производители предоставляют значения в дБ/км. Общие потери = расстояние × коэффициент потерь (с использованием общей длины кабеля, а не расстояния по карте).

Одномодовое: 0,25-0,35 дБ/км. Многомодовое: ~2,5 (при 850 нм) и 0,8 (при 1300 нм) дБ/км. Многомодовое с светодиодами подходит для ≤1 км; одномодовое с лазерами обрабатывает большие расстояния.

Два основных типа: ЛАЗЕР (высокая/средняя/низкая мощность для больших/средних/коротких расстояний) и СВЕТОДИОД (в основном многомодовый, некоторые мощные одномодовые). Оценивается по выходу (например, -5 дБ).

Минимальный свет, необходимый для работы (например, -28 дБ).

Механические соединения: 0,7-1,5 дБ каждое. Сплавные соединения: 0,1-0,5 дБ каждое (предпочтительны для меньших потерь).

Критически важен для учета старения, добавленных устройств, ремонта повреждений кабеля и т. д. Обычно 3-10 дБ.

Сценарий: Два центра на расстоянии 8 миль (фактическая длина кабеля 9 миль ≈ 14,5 км) с запланированными 4 сплавными соединениями.

Варианты производителя маршрутизатора для одномодового режима:

Сравнение вариантов мощности (мощность передачи + потери в волокне по сравнению с чувствительностью приемника):

С включенным запасом 5,0 дБ вариант короткого диапазона обеспечивает достаточную производительность (общий запас 8,0 дБ).