Jak obliczyć straty w światłowodzie i sprawdzić budżet mocy

Każde łącze światłowodowe traci część mocy optycznej pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Umiejętność obliczenia tej straty - i porównania jej z budżetem mocy sprzętu - odróżnia łącze, które działa niezawodnie od tego, które zawodzi-w rzeczywistych warunkach. W tym przewodniku omówiono wzór obliczania strat w światłowodzie, przykład-krok po-kroku oraz praktyczne kontrole przeprowadzane przez doświadczonych inżynierów, aby uniknąć najczęstszych błędów w budżetowaniu.
 

Co to jest utrata błonnika i dlaczego ma to znaczenie?

Straty w światłowodzie to zmniejszenie mocy sygnału optycznego w miarę przemieszczania się światła przez łącze światłowodowe. W praktyce całkowite straty na łączu pochodzą z kilku źródeł: samego kabla światłowodowego, par złączy, spawów i wszelkich elementów pasywnych, takich jakrozdzielaczelub łączniki na ścieżce.

Często zobaczysz powiązane terminy używane w nieco inny sposób.Osłabieniezazwyczaj odnosi się do nieodłącznej straty mocy na jednostkę długości światłowodu, wyrażonej w dB/km.Strata wtrąceniowaopisuje całkowitą-stratę-od końca do końca mierzoną w zainstalowanym łączu, łącznie ze wszystkimi komponentami.Utrata łączajest obliczoną lub zmierzoną sumą wszystkich strat pasywnych w kanale. Te rozróżnienia mają znaczenie, ponieważ ich pomieszanie prowadzi do błędów w budżetowaniu -, co podkreślono w obu raportach Corningawytyczne dotyczące testów światłowodów (LAN-1561-AEN)oraz Stowarzyszenie Światłowodoweodniesienie do budżetu strat. Aby uzyskać głębsze porównanie, zobacz nasz przewodnik na tematstrata wtrąceniowa a strata zwrotna.

Sama liczba surowych strat niewiele mówi. Odczyt na poziomie 3 dB może być całkowicie akceptowalny na krótkim wielomodowym łączu kampusowym, ale może być problematyczny na długim łączu jednomodowym z wąskimi ograniczeniami zastosowań. Dlatego też straty w światłowodzie są zawsze oceniane na podstawie dwóch czynników: budżetu strat łącza (szacowana całkowita strata pasywna) i budżetu mocy sprzętu aktywnego (różnica między mocą wyjściową nadajnika a czułością odbiornika).

Co powoduje utratę włókna w łączu optycznym?

Cztery główne czynniki przyczyniają się do strat w typowym kanale światłowodowym. Zrozumienie każdego z nich pomoże Ci zbudować dokładny budżet zamiast zgadywać.

Tłumienie światłowodu na odległość

Każde światłowód pochłania i rozprasza część światła podczas jego propagacji. Współczynnik tłumienia zależy od rodzaju włókna i długości fali. Zgodnie z normą ANSI/TIA-568.3-D, maksymalne dopuszczalne wartości tłumienia dla celów planowania wynoszą:

Są to konserwatywne maksima planistyczne. Producenci rutynowo produkująświatłowód jednomodowyz tłumieniem znacznie poniżej 0,35 dB/km przy 1310 nm i poniżej 0,25 dB/km przy 1550 nm. Jeśli masz aktualny arkusz danych kabla, użyj węższych wartości ({5}} istnieją standardowe dopuszczalne wartości jako najgorszych-przypadków zabezpieczeń, a nie najlepszych szacunków.

Utrata pary złącza

Strata następuje za każdym razem dwazłącza światłowodowesą ze sobą powiązane. Podczas budżetowania liczy się pary połączonych złączy, a nie poszczególne końcówki złączy. Standard TIA-568.3-D ustala maksymalnie 0,75 dB na parę połączoną, ale wysokiej jakości fabrycznie polerowane złącza (typy SC, LC, FC) zazwyczaj osiągają w praktyce 0,3–0,5 dB na parę. Jest to zgodne z zaleceniem firmy Corning, aby stosować rzeczywiste specyfikacje złączy, a nie maksymalne standardowe dopuszczalne rozmiary, jeśli są dostępne.

W krótkich łączach - powiedzmy poniżej 500 metrów - straty na złączu często dominują w całkowitym budżecie w większym stopniu niż tłumienie światłowodu. Jest to jeden z powodów, dla których jakość złączy iwybór typu złączaznaczenie w okablowaniu lokali.

Utrata połączenia

Zarówno złącza zgrzewane, jak i złącza mechaniczne zwiększają straty. Maksymalna wartość TIA-568.3-D wynosi 0,3 dB na złącze. Spawy termojądrowe przy odpowiednim ułożeniu rdzenia zwykle osiągają poziom poniżej 0,1 dB, podczas gdy złącza mechaniczne zwykle mieszczą się w zakresie 0,2–0,5 dB. Jeśli budżetujesz na zewnętrzną trasę roślinną z wieloma punktami łączenia, te małe wartości szybko się sumują w dłuższej perspektywie.

Zagięcia, zanieczyszczenia i inne czynniki

Makrozgięcia i mikrozgięcia zwiększają tłumienie poza specyfikację znamionową kabla. Zanieczyszczenie powierzchni czołowych złączy jest jedną z najczęstszych przyczyn nieoczekiwanych strat w terenie. - FOA identyfikuje brudne złącza jako główne źródło niepowodzeń testów. Ciasne prowadzenie kabli, złe zarządzanie kablami i obciążenia środowiskowe mogą spowodować, że zmierzone straty staną się wyższe niż obliczone szacunki.

Niektóre łącza zawierają również elementy pasywne, takie jak tłumiki optyczne, łączniki WDM lubSplittery PLC. Każdy z nich ma swoją określoną tłumienność wtrąceniową, którą należy doliczyć do budżetu.

Wzór obliczania strat włókien

Podstawowy wzór na oszacowanie całkowitej utraty łącza jest prosty:

Całkowita strata łącza (dB)=(współczynnik tłumienia × długość włókna) + (liczba par złączy × strata na parę) + (liczba spawów × strata na splot) + inne straty na elementach pasywnych

Jest to ta sama konstrukcja, którą zastosowano w Corning'sKalkulator budżetu strat łączaoraz w metodologii budżetowania FOA. Następnie porównujesz tę sumę z budżetem mocy sprzętu aktywnego:

Budżet mocy (dB)=Moc wyjściowa nadajnika (dBm) − Czułość odbiornika (dBm)

Margines operacyjny (dB)=Budżet mocy − Całkowita utrata łącza

Dodatnia marża operacyjna oznacza, że ​​łącze powinno działać. Margines poniżej około 3 dB jest uważany za ryzykowny dla-długoterminowej niezawodności, ponieważ przetworniki się starzeją, złącza gromadzą zanieczyszczenia, a złącza mogą ulec zniszczeniu w przypadku obsługi lub zmiany trasy kabli. FOA zaleca utrzymanie co najmniej 3 dB marginesu, aby uwzględnić te-rzeczywiste czynniki.

Jedna ważna uwaga:dBjest jednostką względną (wyraża stosunek), podczas gdydBmjest absolutnym poziomem mocy (odniesionym do 1 mW). Mylenie tych dwóch elementów jest zaskakująco częstym błędem, który unieważnia całe obliczenie-budżetu mocy, nawet jeśli samo oszacowanie strat jest prawidłowe.
 

Jak krok po kroku obliczyć utratę włókna?

Krok 1: Udokumentuj rzeczywiste komponenty łącza

Przed otwarciem kalkulatora wypisz wszystko w kanale: typ światłowodu, robocza długość fali, całkowitą długość trasy (nie tylko odległość na mapie - obejmują biegi pionowe, luźne pętle i objazdy trasowania), liczbę współpracujących par złączy, liczbę spawów i wszelkich urządzeń pasywnych. Większość błędów budżetowania zaczyna się tutaj, od niekompletnego zliczenia komponentów.

Krok 2: Wybierz wartości strat

Jeśli są dostępne, skorzystaj ze specyfikacji producenta komponentu. Wracaj do wartości maksymalnych TIA-568.3-D tylko wtedy, gdy rzeczywiste specyfikacje nie są znane. Jak wskazuje Fluke Networks w swoimprzewodnik obliczania budżetu stratnormy zapewniają minimalną akceptowalną wydajność - rzeczywiste komponenty są zwykle lepsze, a wykorzystanie danych producenta umożliwia dokładniejsze oszacowanie.

Krok 3: Oblicz każdy składnik straty

Pomnóż współczynnik tłumienia przez długość włókna. Pomnóż liczbę par złączy przez stratę na parę. Pomnóż liczbę splotów przez stratę na splot. Dodaj wszelkie straty elementów pasywnych. Zsumuj wszystko, aby uzyskać całkowitą szacowaną utratę łącza.

Krok 4: Porównanie z budżetem mocy

Znajdź moc wyjściową nadajnika i czułość odbiornika z arkusza danych transiwera. Te dwie liczby są zwykle podawane w dBm. Różnica polega na budżecie mocy. Odejmij całkowitą stratę łącza od budżetu mocy, aby uzyskać margines operacyjny. Aby uzyskać więcej informacji na temat specyfikacji transiwera, zobacz nasze porównaniejednomodowy SFP vs wielomodowy SFP.

Krok 5: Sprawdź, czy margines jest odpowiedni

Dodatni margines jest konieczny, ale nie zawsze wystarczający. Jeśli margines jest mniejszy niż 3 dB, łącze jest podatne na degradację spowodowaną starzeniem się komponentów, brudnymi powierzchniami końcowymi, dodatkowymi spawami z przyszłych napraw lub zmianami tłumienia związanymi-z temperaturą. W praktycznych wdrożeniach inżynierowie, którzy projektują bezpośrednio na krawędzi, często rozwiązują problemy w ciągu roku lub dwóch.

Przykład praktyczny: łącze jednomodowe o długości 10 km przy 1310 nm

Rozważmy zewnętrzne łącze jednomodowe-zakładowe działające na dystansie 10 km przy 1310 nm, z dwiema parami dopasowanych złączy i jednym złączem termojądrowym. Korzystanie z wartości planowania TIA-568.3-D dla kabla jednomodowego poza zakładem:

Załóżmy teraz, że arkusz danych transiwera pokazuje moc wyjściową nadajnika wynoszącą -15 dBm i czułość odbiornika wynoszącą -28 dBm:

Budżet mocy=−15 − (−28) =13dB

Marża operacyjna=13 − 6.8 =6,2 dB

Przy marginesie 6,2 dB łącze to przechodzi komfortowo. Nawet po zarezerwowaniu 3 dB na-terminową degradację, nadal pozostaje ponad 3 dB zapasu - wystarczającego, aby zamortyzować przyszłą naprawę spawów lub starzenie się złącza bez spadku poniżej progu niezawodności.

Jeśli użyłbyś rzeczywistych specyfikacji kabla (powiedzmy 0,35 dB/km) i typowej tłumienności złącza (powiedzmy 0,5 dB/parę), suma spadłaby do około 4,8 dB, co dałoby jeszcze większy margines. Dlatego właśnie liczy się wykorzystanie rzeczywistych danych komponentów. - Standardowe wartości planowania są z założenia konserwatywne.
 

Obliczona strata a zmierzona strata: kiedy każda z nich wystarczy?

Obliczona strata jest szacunkiem. Jest to przydatne podczas projektowania, wyceny, porównywania tras i sprawdzania poprawności przed instalacją. Ale to nie to samo, co certyfikacja terenowa.

W przypadku zainstalowanych łączy standardowym podejściem branżowym jest testowanie poziomu 1 za pomocą zestawu do testowania strat optycznych (OLTS), który bezpośrednio mierzy całkowitą tłumienność wtrąceniową łącza za pomocą skalibrowanego źródła światła i miernika mocy. Zarówno norma TIA-568.3-D, jak i wytyczne testowe firmy Corning uznają testowanie OLTS za najdokładniejszą charakterystykę wydajności zainstalowanego łącza światłowodowego. Jeśli chcesz zlokalizować konkretną usterkę - wadliwe złącze, uszkodzone złącze lub ciasne zagięcie, optyczny reflektometr w dziedzinie czasu (OTDR) dostarcza szczegółów na poziomie zdarzenia, których nie jest w stanie uzyskać OLTS. Fluke Networks opisuje testowanie OTDR jakoCertyfikat poziomu 2, zalecane wraz z OLTS w celu uzyskania kompletnej strategii testowania.

Użyj obliczeń, gdy:projektujesz nową trasę, porównujesz opcje połączeń lub sprawdzasz przed instalacją, czy budżet mocy sprzętu powinien być wystarczający.

Użyj pomiaru, gdy:certyfikujesz zainstalowane łącze do akceptacji, rozwiązujesz nieoczekiwane problemy z wydajnością lub sprawdzasz, czy zmierzona strata mieści się w obliczonym budżecie.

W praktyce często zmierzona strata nieznacznie różni się od obliczonego szacunku. Jeśli zmierzona strata znacznie przekracza budżet, w pierwszej kolejności należy sprawdzić-zanieczyszczenie powierzchni czołowej złącza, nieprawidłową liczbę par złączy oraz nieoczekiwane zagięcia lub uszkodzenia kabla na trasie.
 

Jaka jest dopuszczalna utrata włókien?

Nie ma jednej uniwersalnej odpowiedzi. - akceptowalne straty zależą od konkretnego łącza i działającego na nim sprzętu. Istnieją jednak praktyczne wskazówki:

Łącze przechodzi test budżetu strat, jeśli całkowita zmierzona tłumienność wtrąceniowa jest równa lub niższa od budżetu obliczonego dla tego konkretnego łącza. Łącze przechodzi test budżetu mocy, jeśli po odjęciu całkowitych strat od budżetu mocy urządzenia nadal występuje dodatni margines operacyjny. Aby zapewnić długoterminową-niezawodność, powszechnie zaleca się margines działania wynoszący co najmniej 3 dB powyżej minimalnej czułości odbiornika.

Dla szybkiego odniesienia, typowe wartości tłumienia przy planowaniu z normy TIA-568.3-D to: światłowód wielomodowy przy 850 nm nie powinien przekraczać 3,5 dB/km; Jednomodowy kabel zewnętrzny przy 1310 nm nie powinien przekraczać 0,5 dB/km; i pary złączy nie powinny przekraczać 0,75 dB każda. Jeśli zmierzone wartości na komponent mieszczą się w tych granicach, a całkowite straty w łączu mieszczą się w budżecie mocy z odpowiednim marginesem, połączenie jest ogólnie akceptowalne.

Gdzie znaleźć moc Tx i czułość Rx w arkuszu danych transiwera

Dwie liczby potrzebne do obliczenia budżetu mocy - moc wyjściowa nadajnika (Tx) i czułość odbiornika (Rx) - są wymienione w arkuszu danych modułu nadawczo-odbiorczego, zwykle w tabeli zatytułowanej „Charakterystyka optyczna” lub „Parametry nadajnika/odbiornika”. Szukać:

• Moc wyjściowa nadajnika (min./maks.):podane w dBm. Użyj wartości minimalnej w przypadku budżetowania w najgorszym przypadku.
• Czułość odbiornika:podane w dBm. Jest to najsłabszy sygnał, jaki odbiornik może wykryć przy zachowaniu wymaganej bitowej stopy błędu.
• Przeciążenie odbiornika (lub maksymalna moc wejściowa):najsilniejszy sygnał, jaki odbiornik może obsłużyć bez błędów. Ma to znaczenie w przypadku bardzo krótkich łączy, gdzie straty są minimalne.

Budżet mocy to różnica pomiędzy minimalną mocą wyjściową Tx a czułością Rx. Jeśli w arkuszu danych podano minimalną czułość Tx wynoszącą -8,2 dBm i -14,4 dBm Rx, budżet mocy wynosi 6,2 dB -, pozostawiając znacznie mniej miejsca na utratę łącza niż moduł-o dużym zasięgu z budżetem 13 dB. Wybór odpowiedniego transiwera dla odległości łącza jest pierwszym krokiem do rozsądnego budżetu. Aby uzyskać szersze spojrzenie, zobacz nasz artykuł na temattransceivery vs transpondery.

Typowe błędy w obliczaniu strat włókien

Liczenie złączy zamiast par złączy

Metody budżetowania zliczają pary złączy - dwa złącza połączone ze sobą - a nie pojedyncze końcówki. Jeśli policzysz każdy luźny koniec złącza, przeszacowujesz lub niedoszacowujesz stratę w zależności od tego, jak zastosujesz wartość na-jednostkę. Wytyczne firmy Corning dotyczące testów są w tej kwestii jednoznaczne.

Mylące dB i dBm

dB to stosunek względny. dBm to absolutny poziom mocy. Jeśli od wartości dBm odejmiesz wartość dBm lub porównasz je bezpośrednio, wynik budżetu mocy będzie bez znaczenia. Zachowaj wartości strat w dB i poziomy mocy w dBm i łącz je tylko za pomocą odpowiedniego wzoru.

Używanie standardowych wartości maksymalnych, gdy dostępne są rzeczywiste specyfikacje

Wartości planowania TIA są uwzględniane w najgorszym-przypadku, a nie wartościami typowymi. Jeśli znasz specyfikacje kabla i złącza producenta, użyj tych węższych numerów. Nadmierne-poleganie na standardowych wartościach maksymalnych może prowadzić do-przesadnego projektowania (zamawianie-transceiverów o większej mocy, których nie potrzebujesz) lub, co gorsza, maskowania prawdziwego problemu, ponieważ hojny dodatek sprawia, że ​​budżet wygląda „w porządku”.

Brakujące komponenty w kanale

Panele krosowe, tłumiki optyczne, łączniki, filtry WDM i dodatkowe zakończenia polowe – wszystko to przyczynia się do strat. Łatwo zapomnieć o miejscu podłączenia panelu krosowego lub tłumiku, który został dodany, aby zapobiec przeciążeniu odbiornika. Przejdź się trasą, sprawdź-rysunki powykonawcze i wszystko policz.

Ignorowanie końca-Zanieczyszczenie twarzy

Brudne końcówki złączy są jedną z najczęstszych przyczyn, dla których zmierzona strata przekracza obliczony budżet. Mikroskopijne cząsteczki kurzu mogą radykalnie zwiększyć tłumienie wtrąceniowe i odbicie wsteczne. Sieci FOA, Corning i Fluke kładą nacisk na kontrolę i czyszczenie złączy jako warunek wstępny przed jakimkolwiek pomiarem strat. W wielu rzeczywistych-przypadkach rozwiązywania problemów czyszczenie końcówek rozwiązuje problem bez konieczności-ponownego łączenia lub wymiany kabla.

Obliczony budżet został zrealizowany, ale zmierzona strata nie powiodła się. - Co teraz?

Kiedy matematyka mówi, że łącze powinno działać, ale OLTS twierdzi, że tak nie jest, najbardziej prawdopodobnymi przyczynami są: zanieczyszczone złącza, nieprawidłowa liczba par złączy w budżecie, nieuwzględnione złącza lub panel krosowy, nadmierne zgięcie kabla lub uszkodzenie kabla, które nie było widoczne podczas instalacji. Zacznij od kontroli złącza, następnie sprawdź liczbę komponentów i użyj OTDR, aby zlokalizować konkretne zdarzenie utraty, jeśli czyszczenie nie usunie przerwy.

Tryb jednomodowy a tryb wielomodowy: kluczowe różnice w budżetowaniu strat

Światłowód jednomodowy i wielomodowy mają różne charakterystyki tłumienia, różne długości fal roboczych i różne typowe odległości łączy -, a wszystko to wpływa na budżet.

Światłowód wielomodowy (OM1–OM5)działa przy 850 nm i 1300 nm z większym tłumieniem na kilometr, ale jest zwykle używany do krótszych łączy wewnątrz budynków i kampusów. Budżety mocy dla-szybkich aplikacji wielomodowych (takich jak 10GBASE-SR) mogą być dość wąskie - czasami tylko 2–3 dB -, co oznacza, że ​​prawie nie ma miejsca na dodatkowe złącza lub brudne powierzchnie końcowe.

Światłowód jednomodowy (OS1/OS2)działa na częstotliwościach 1310 nm i 1550 nm przy znacznie niższym tłumieniu, co czyni go standardowym wyborem w przypadku szkieletowych sieci kampusowych, sieci metra i łączy-długiego zasięgu. Budżety mocy są zwykle większe, ale większe odległości oznaczają większe całkowite tłumienie włókien i często więcej spawów, więc budżet może nadal być napięty na dłuższych trasach.

Zawsze dopasowuj współczynnik tłumienia do prawidłowego typu światłowodu i długości fali. Używanie wartości wielomodowej w budżecie jednomodowym (lub odwrotnie) to błąd, który zaskakująco łatwo popełnić przy przełączaniu się między projektami.

Często zadawane pytania

Jak obliczyć utratę łącza światłowodowego?

Zsumuj straty wynikające z tłumienia światłowodu (dB/km × długość), par złączy (liczba × strata na parę), spawów (liczba × strata na splot) i wszelkich innych elementów pasywnych. Suma to szacowana całkowita utrata łącza. Porównaj go z budżetem mocy sprzętu, aby określić, czy łącze powinno działać.

Jaki jest budżet łącza światłowodowego?

Budżet łącza światłowodowego (lub budżet-strat łącza) to obliczona szacunkowa całkowita strata pasywna w łączu światłowodowym. Obejmuje wszystkie źródła strat - światłowody, złącza, złącza i urządzenia pasywne. FOA opisuje to jako szacunkową wartość, którą porównuje się z budżetem mocy sprzętu w celu sprawdzenia sprawności łącza oraz z wynikami testów w celu potwierdzenia prawidłowej instalacji.

Jaka jest różnica między tłumieniem wtrąceniowym a tłumieniem?

Tłumienie odnosi się w szczególności do mocy optycznej utraconej na kilometr światłowodu w wyniku absorpcji i rozproszenia w szkle. Tłumienie wtrąceniowe to szerszy,-od{2}}pomiaru całkowitej straty w zainstalowanym łączu, obejmujący tłumienie światłowodu oraz wszystkie straty w złączach, splotach i komponentach. Aby zapoznać się ze szczegółowym zestawieniem, przeczytaj nasz artykuł na temattłumienie wtrąceniowe w sieciach światłowodowych.

Jaka jest akceptowalna strata włókna na złącze?

Standard ANSI/TIA-568.3-D dopuszcza maksymalnie 0,75 dB na parę połączonych złączy. Jednak dobrze wykonane, fabrycznie wypolerowane złącza zwykle osiągają poziom 0,3–0,5 dB. Stosowanie rzeczywistych specyfikacji złączy zamiast maksymalnego standardowego limitu zapewnia bardziej realistyczny budżet.

Jaki margines powinno mieć łącze światłowodowe?

Minimalna marża operacyjna wynosząca 3 dB to powszechnie stosowana wytyczna branżowa. Wpływa to na starzenie się przetwornika, zanieczyszczenie złącza z biegiem czasu, możliwe przyszłe naprawy połączeń i zmiany tłumienia związane z temperaturą.- Łącza zaprojektowane z marginesem mniejszym niż 3 dB częściej wymagają konserwacji lub przedwczesnej awarii.

Jakich narzędzi używa się do pomiaru utraty włókien?

Zestaw do testowania strat optycznych (OLTS), składający się ze skalibrowanego źródła światła i miernika mocy, jest standardowym narzędziem do certyfikacji poziomu 1 całkowitej utraty łącza. OTDR jest używany do testowania poziomu 2. - zapewnia ślad-odwzorowany na odległości, pokazujący straty przy każdym pojedynczym zdarzeniu (złącze, splot, zgięcie) wzdłuż światłowodu.

Referencje i dalsze czytanie

• Stowarzyszenie Fibre Optic - Obliczanie budżetów strat w światłowodach
• Zalecane wytyczne dotyczące testów światłowodów firmy Corning - (LAN-1561-AEN)
• Corning - Kalkulator budżetu strat łącza
• Fluke Networks - Obliczanie budżetu strat łącza światłowodowego
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: kompletna strategia testowania światłowodów
• ANSI/TIA-568.3-D — norma dotycząca okablowania i komponentów światłowodowych (dostępna na stronieTIA)