Điểm nổi bật của nghiên cứu về các yếu tố then chốt trong độ tin cậy của mạng cáp quang

Khi xây dựng một mạng truyền thông cáp quang, việc đảm bảo truyền tín hiệu ổn định và tránh các lỗi truyền thông do suy hao tín hiệu quá mức là rất quan trọng. Việc đánh giá chính xác suy hao liên kết cáp quang và khoảng cách truyền tối đa là điều cần thiết. Bài viết này khám phá các phương pháp tính toán suy hao liên kết cáp quang và cung cấp các hướng dẫn thực tế để ước tính khoảng cách, giúp xây dựng các hệ thống truyền thông quang hiệu suất cao, đáng tin cậy.

Hãy tưởng tượng việc xây dựng một con đường cao tốc nơi các phương tiện (tín hiệu quang) phải di chuyển không bị cản trở từ điểm đầu đến điểm cuối. Nếu con đường không bằng phẳng (suy hao cáp quang) hoặc có quá nhiều giao lộ (tổn thất đầu nối và mối nối), tốc độ của các phương tiện chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng và một số có thể không đến được đích. Suy hao liên kết cáp quang hoạt động giống như những khiếm khuyết trên đường này, dần dần tiêu thụ năng lượng của tín hiệu quang và cuối cùng làm giảm chất lượng tín hiệu hoặc gây ra lỗi truyền thông.

Do đó, trong quá trình thiết kế và triển khai mạng cáp quang, việc đánh giá và kiểm soát chính xác suy hao liên kết là cần thiết để đảm bảo tín hiệu quang đến được đầu thu với cường độ đủ mạnh để truyền thông đáng tin cậy.

Đánh giá suy hao liên kết cáp quang đòi hỏi các công cụ và phương pháp chuyên nghiệp, giống như một bác sĩ chẩn đoán một tình trạng bệnh lý. Phương pháp trực tiếp và chính xác nhất là sử dụng Máy đo phản xạ miền thời gian quang (OTDR) để đo. OTDR cung cấp các giá trị suy hao thực tế cho tất cả các sự kiện trong liên kết (đầu nối, mối nối, suy hao cáp quang), cung cấp dữ liệu chính xác để tối ưu hóa mạng.

Tuy nhiên, việc đo bằng OTDR không phải lúc nào cũng khả thi. Trong quá trình phân tích tính khả thi của dự án ban đầu hoặc khắc phục sự cố trong các mạng hiện có, các phương pháp thay thế phải được sử dụng:

1. Ước tính tổng suy hao liên kết dựa trên chiều dài cáp và các biến suy hao đã biết
2. Ước tính khoảng cách cáp quang tối đa dựa trên ngân sách công suất quang và các biến suy hao

Cả hai phương pháp đều dựa trên các ước tính hợp lý về các yếu tố suy hao khác nhau kết hợp với các biên an toàn để hướng dẫn thiết kế và tối ưu hóa mạng.

Suy hao liên kết cáp quang không phải là hằng số; nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Việc hiểu rõ những yếu tố này cho phép ước tính suy hao chính xác hơn và các biện pháp giảm thiểu phù hợp.

Các loại cáp quang khác nhau (đơn mode, đa mode) và bước sóng hoạt động (850nm, 1300nm, 1310nm, 1550nm) có các hệ số suy hao riêng biệt. Nói chung, cáp quang đơn mode có suy hao thấp hơn so với đa mode và các bước sóng cao hơn thể hiện suy hao thấp hơn. Việc lựa chọn nên cân bằng khoảng cách truyền, yêu cầu băng thông và chi phí.

Sự hấp thụ và tán xạ tín hiệu bên trong cáp quang là những nguyên nhân gây suy hao chính. Các nhà sản xuất cung cấp các hệ số suy hao tính bằng dB/km. Tổng suy hao cáp quang được tính toán dựa trên chiều dài và hệ số này.

Các đầu nối nối các sợi quang và thiết bị gây ra suy hao bổ sung từ việc chèn và phản xạ. Các đầu nối chất lượng cao và việc lắp đặt đúng cách sẽ giảm thiểu điều này.

Hàn nối vĩnh viễn các sợi quang bằng phương pháp hàn thường có suy hao thấp hơn so với đầu nối, nhưng chất lượng phụ thuộc vào thiết bị và kỹ năng của kỹ thuật viên.

Suy hao có thể tăng theo thời gian do cáp quang bị lão hóa hoặc đầu nối bị nhiễm bẩn. Việc bao gồm một biên an toàn (3-10dB tùy thuộc vào ứng dụng) đảm bảo sự ổn định lâu dài.

Ghi chú:

1. Các giá trị tuân thủ các tiêu chuẩn TIA/EIA và các tiêu chuẩn công nghiệp khác
2. Các giá trị thể hiện hiệu suất có thể đạt được đối với các cài đặt cáp quang mới

Khi biết chiều dài cáp quang, số lượng mối nối và số lượng đầu nối, hãy sử dụng công thức này:

Suy Hao Liên Kết = [Chiều Dài Cáp (km) × Suy Hao Cáp Quang/km] + [Suy Hao Mối Nối × Số Lượng Mối Nối] + [Suy Hao Đầu Nối × Số Lượng Đầu Nối] + [Biên An Toàn]

Một liên kết đơn mode 40km ở 1310nm với 2 cặp đầu nối và 5 mối nối:

Suy Hao Liên Kết = [40km × 0.4dB/km] + [0.1dB × 5] + [0.75dB × 2] + [3.0dB] = 21.0dB

Điều này yêu cầu ~21.0dB công suất quang để truyền đáng tin cậy. Luôn xác minh suy hao thực tế sau khi cài đặt.

Khi biết ngân sách công suất quang, số lượng đầu nối và số lượng mối nối:

Chiều Dài Cáp = {[(Công Suất Máy Phát Tối Thiểu) - (Độ Nhạy Máy Thu)] - [Suy Hao Mối Nối × Số Lượng Mối Nối] - [Suy Hao Đầu Nối × Số Lượng Đầu Nối] - [Biên An Toàn]} / [Suy Hao Cáp Quang/km]

Một liên kết Fast Ethernet đơn mode ở 1310nm với 2 cặp đầu nối và 5 mối nối. Công suất máy phát: -8.0dB, độ nhạy máy thu: -34.0dB:

Chiều Dài Cáp = {[(-8.0dB) - (-34.0dB)] - [0.1dB × 5] - [0.75dB × 2] - [3.0dB]} / [0.4dB/km] = 52.5 km

Khoảng cách tối đa là ~52.5km. Xác minh suy hao thực tế sau khi cài đặt.

• Hệ số suy hao cáp quang thực tế
• Thiết kế và tuổi thọ của cáp quang
• Chất lượng đầu nối và suy hao thực tế
• Chất lượng mối nối và suy hao thực tế
• Số lượng mối nối và đầu nối trong liên kết

Thiết kế hệ thống cáp quang đòi hỏi phải cân bằng nhiều yếu tố. Các tiêu chuẩn hiệu suất phải được thiết lập trước, sau đó đạt được. Hãy nhớ rằng, đó là một hệ thống tích hợp.

Các thành phần chính để tính toán hiệu suất hệ thống:

Thông thường là tác động quan trọng nhất. Các nhà sản xuất cung cấp các giá trị dB/km. Tổng suy hao = khoảng cách × hệ số suy hao (sử dụng tổng chiều dài cáp, không phải khoảng cách trên bản đồ).

Đơn mode: 0.25-0.35 dB/km. Đa mode: ~2.5 (@850nm) và 0.8 (@1300nm) dB/km. Đa mode với đèn LED phù hợp với ≤1km; đơn mode với laser xử lý khoảng cách xa hơn.

Hai loại cơ bản: LASER (công suất cao/trung bình/thấp cho khoảng cách xa/trung bình/ngắn) và LED (chủ yếu là đa mode, một số đơn mode công suất cao). Được đánh giá theo đầu ra (ví dụ: -5dB).

Ánh sáng tối thiểu cần thiết để hoạt động (ví dụ: -28dB).

Mối nối cơ học: 0.7-1.5 dB mỗi mối. Mối nối nóng chảy: 0.1-0.5 dB mỗi mối (được ưu tiên để giảm suy hao).

Rất quan trọng để tính đến sự lão hóa, các thiết bị được thêm vào, sửa chữa hư hỏng cáp, v.v. Thông thường là 3-10dB.

Tình huống: Hai trung tâm cách nhau 8 dặm (chiều dài cáp thực tế 9 dặm ≈ 14.5km) với 4 mối nối nóng chảy được lên kế hoạch.

Các tùy chọn của nhà sản xuất bộ định tuyến cho đơn mode:

So sánh các tùy chọn công suất (công suất phát + suy hao cáp quang so với độ nhạy máy thu):

Với biên 5.0dB được bao gồm, tùy chọn phạm vi ngắn cung cấp khả năng đầy đủ (tổng biên 8.0dB).