Як розрахувати втрати волокна та перевірити бюджет потужності

Кожне волоконно-оптичне з’єднання втрачає частину оптичної потужності між передавачем і приймачем. Знання того, як розрахувати цю втрату - та порівняти її з бюджетом потужності обладнання -, – це те, що відрізняє надійно працюючий зв’язок від зв’язку, який виходить з ладу в реальних-умовах. У цьому посібнику описано формулу розрахунку втрат волокна, покроковий-за-приклад роботи та практичні перевірки, які використовують досвідчені інженери, щоб уникнути найпоширеніших помилок у бюджеті.
 

Що таке втрата волокон і чому це важливо?

Втрата волокна — це зменшення потужності оптичного сигналу під час проходження світла через волоконно-оптичне з’єднання. На практиці загальні втрати в каналі зв’язку відбуваються з кількох джерел: самого оптоволоконного кабелю, сполучених пар роз’ємів, з’єднань і будь-яких пасивних компонентів, таких якрозгалужувачіабо муфти на шляху.

Ви часто побачите, що пов’язані терміни використовуються дещо по-іншому.Затуханнязазвичай відноситься до властивих втрат потужності на одиницю довжини волокна, виражених у дБ/км.Внесені втратиописує загальні--кінцеві втрати, виміряні через встановлене з’єднання, включаючи всі компоненти.Втрата посиланняце розрахована або виміряна сума всіх пасивних втрат у каналі. Ці відмінності мають значення, оскільки їх змішування призводить до помилок бюджетування - на цьому наголошується в обох звітах Corningінструкції з тестування оптоволокна (LAN-1561-AEN)та Асоціації оптоволокнадовідка про бюджет збитків. Для глибшого порівняння перегляньте наш посібниквнесені втрати проти зворотних втрат.

Число збитків саме по собі мало що говорить. Зчитування 3 дБ може бути цілком прийнятним для короткого багатомодового каналу кампусу, але проблематичним для довгої одномодової магістралі з жорсткими обмеженнями додатків. Ось чому втрати оптоволокна завжди оцінюються за двома речами: -бюджетом втрат зв’язку (розрахункові загальні пасивні втрати) та бюджетом потужності активного обладнання (різниця між вихідною потужністю передавача та чутливістю приймача).

Що спричиняє втрату волокна в оптичному з’єднанні?

Чотири основні фактори сприяють втраті в типовому волоконному каналі. Розуміння кожного з них допоможе вам створити точний бюджет, а не гадати.

Затухання волокна на відстані

Кожне оптичне волокно поглинає та розсіює світло під час його поширення. Коефіцієнт ослаблення залежить від типу волокна та довжини хвилі. Відповідно до стандарту ANSI/TIA-568.3-D максимально допустимі значення затухання для цілей планування:

Це консервативні максимуми планування. Виробники регулярно виробляютьодномодове волокноіз загасанням значно нижче 0,35 дБ/км на 1310 нм і нижче 0,25 дБ/км на 1550 нм. Якщо у вас є фактична таблиця даних кабелю, використовуйте ті більш жорсткі значення - стандартні допуски існують як найгірші-системи безпеки, а не як найкращі оцінки.

Втрата пари конекторів

Втрата відбувається щоразу дваволоконно-оптичні з'єднувачіспаровуються разом. При складанні бюджету ви враховуєте сполучені пари з’єднувачів, а не окремі кінці з’єднувачів. Стандарт TIA-568.3-D встановлює максимум 0,75 дБ на сполучену пару, але високоякісні відшліфовані на заводі роз’єми (типи SC, LC, FC) на практиці зазвичай досягають 0,3–0,5 дБ на пару. Це узгоджується з рекомендацією Corning щодо використання фактичних специфікацій роз’ємів, а не максимального стандартного дозволу, якщо це можливо.

У коротких з’єднаннях -, скажімо, менше 500 метрів - втрати з’єднувача часто переважають у загальному бюджеті більше, ніж затухання у волокні. Це одна з причин, чому якість роз’єму тавибір типу роз'ємумають велике значення для кабельної розводки в приміщеннях.

Втрата з’єднання

Як зварювання, так і механічне з’єднання додають втрат. Максимум TIA-568.3-D становить 0,3 дБ на зрощення. Зварювальні з’єднання з належним вирівнюванням серцевини зазвичай досягають менше 0,1 дБ, тоді як механічні з’єднання, як правило, опускаються в діапазоні 0,2–0,5 дБ. Якщо ви плануєте прокладати маршрут зовнішнього заводу з кількома точками з’єднання, ці невеликі значення швидко складаються протягом тривалого часу.

Вигини, забруднення та інші фактори

Макробіни та мікровигини збільшують затухання за межі номінальних характеристик кабелю. Забруднення на торцях роз’ємів є однією з найпоширеніших причин неочікуваних втрат у полі - FOA визначає брудні роз’єми як провідне джерело невдач при тестуванні. Тісна прокладка кабелів, погане розміщення кабелів і вплив навколишнього середовища можуть призвести до того, що виміряні втрати перевищать розраховану оцінку.

Деякі канали також включають пасивні компоненти, такі як оптичні атенюатори, з’єднувачі WDM абоPLC спліттери. Кожен із них має власну визначену внесену втрату, яку потрібно додати до бюджету.

Формула розрахунку втрати волокна

Основна формула для оцінки загальної втрати зв’язку проста:

Загальні втрати зв’язку (дБ)=(коефіцієнт затухання × довжина волокна) + (кількість пар з’єднувачів × втрати на пару) + (кількість з’єднань × втрати на з’єднання) + втрати інших пасивних компонентів

Це та сама структура, яка використовується в Corningкалькулятор бюджету втрати посиланняі в методології бюджетування FOA. Потім ви порівнюєте цю загальну суму з бюджетом потужності активного обладнання:

Бюджет потужності (дБ)=Вихідна потужність передавача (дБм) − Чутливість приймача (дБм)

Операційний запас (дБ)=Бюджет потужності − загальна втрата зв’язку

Позитивна операційна маржа означає, що зв’язок має функціонувати. Запас нижче приблизно 3 дБ вважається ризикованим для довгострокової-надійності, оскільки передавачі старіють, з’єднувачі накопичують забруднення, а з’єднання можуть погіршитися, якщо кабелі маніпулювати або змінювати маршрут. FOA рекомендує підтримувати принаймні 3 дБ запасу для врахування цих-факторів реального світу.

Одне важливе зауваження:дБє відносною одиницею (виражає відношення), адБмце абсолютний рівень потужності (прив’язаний до 1 мВт). Плутання цих двох є напрочуд поширеною помилкою, яка робить недійсним увесь-обчислення бюджету потужності, навіть якщо сама оцінка втрат правильна.
 

Як крок за кроком розрахувати втрату волокна?

Крок 1: Задокументуйте фактичні компоненти посилання

Перш ніж відкривати калькулятор, перерахуйте все в каналі: тип волокна, робочу довжину хвилі, загальну довжину маршруту (не лише відстань на карті - включає вертикальні прогони, петлі провисання та об’їзди маршрутів), кількість сполучених пар роз’ємів, кількість з’єднань і будь-які пасивні пристрої. Більшість помилок бюджетування починається тут із неповного підрахунку компонентів.

Крок 2: Виберіть значення втрат

Використовуйте специфікації виробника компонентів, якщо вони доступні. Поверніться до максимумів TIA-568.3-D лише тоді, коли фактичні характеристики невідомі. Як зазначає Fluke Networks у своїхпосібник з розрахунку бюджету збитків, стандарти забезпечують мінімально прийнятну продуктивність - реальні компоненти зазвичай кращі, а використання даних виробника дає точнішу оцінку.

Крок 3: Обчисліть кожен компонент збитку

Помножте коефіцієнт ослаблення на довжину волокна. Помножте кількість пар роз’ємів на втрату на пару. Помножте кількість з’єднань на втрати на з’єднання. Додайте будь-які втрати пасивних компонентів. Підсумуйте все для загальної передбачуваної втрати зв’язку.

Крок 4: Порівняйте з бюджетом потужності

Знайдіть вихідну потужність передавача та чутливість приймача з таблиці даних трансивера. Ці два числа зазвичай вказуються в дБм. Різниця полягає в бюджеті потужності. Відніміть загальні втрати зв’язку з бюджету потужності, щоб отримати експлуатаційний запас. Щоб дізнатися більше про характеристики трансивера, перегляньте наше порівнянняодномодовий SFP проти багатомодового SFP.

Крок 5. Переконайтеся, що маржа достатня

Позитивний запас необхідний, але не завжди достатній. Якщо запас становить менше 3 дБ, зв’язок вразливий до погіршення внаслідок старіння компонентів, забруднення торців, додаткових з’єднань від майбутніх ремонтів або-пов’язаних із температурою змін загасання. У практичних розгортаннях інженери, які проектують на межі, часто вирішують проблеми протягом року чи двох.

Робочий приклад: 10 км одномодового зв’язку на 1310 нм

Розглянемо зовнішню-модомодову лінію зв’язку, яка проходить 10 км на довжині хвилі 1310 нм, із двома сполученими парами роз’ємів і одним з’єднувальним з’єднанням. Використання TIA-568.3-D значень планування для зовнішнього одномодового кабелю:

Тепер припустімо, що таблиця даних трансивера показує вихід передавача -15 дБм і чутливість приймача -28 дБм:

Бюджет потужності=−15 − (−28) =13 дБ

Операційна маржа=13 − 6.8 =6,2 дБ

З запасом 6,2 дБ цей зв’язок проходить комфортно. Навіть після резервування 3 дБ для довгострокового-послаблення все ще залишається понад 3 дБ запасу -, достатнього для поглинання майбутнього ремонту з’єднання або старіння роз’єму без падіння нижче порогу надійності.

Якщо ви використовуєте фактичні характеристики кабелю (скажімо, 0,35 дБ/км) і типові втрати роз’єму (скажімо, 0,5 дБ/пару), загальна сума впаде приблизно до 4,8 дБ, що дасть ще більший запас. Ось чому використання реальних даних компонента має значення - стандартні значення планування є консервативними за своєю схемою.
 

Розраховані втрати проти виміряних: коли кожного достатньо?

Розрахований збиток є оцінкою. Це корисно під час проектування, пропозиції, порівняння маршрутів і перевірки перед -встановленням. Але це не те саме, що польова сертифікація.

Для встановлених каналів зв’язку галузевим стандартом є тестування рівня 1 за допомогою набору для тестування оптичних втрат (OLTS), який безпосередньо вимірює загальні внесені втрати каналу зв’язку за допомогою каліброваного джерела світла та вимірювача потужності. І стандарт TIA-568.3-D, і рекомендації щодо тестування Corning визначають тестування OLTS як найточнішу характеристику продуктивності встановленого оптоволокна. Якщо вам потрібно знайти конкретну несправність - погане з’єднання, пошкоджений з’єднувач або тугий вигин – оптичний рефлектометр у часовій області (OTDR) надає деталі на рівні подій, яких OLTS не може. Fluke Networks описує тестування OTDR якСертифікація рівня 2, рекомендований разом із OLTS для повної стратегії тестування.

Використовуйте розрахунок, коли:ви розробляєте новий маршрут, порівнюєте варіанти з’єднання або перевіряєте, чи бюджет обладнання має бути достатнім перед встановленням.

Використовуйте вимірювання, коли:ви сертифікуєте встановлене посилання для прийняття, усуваєте несподівані проблеми з продуктивністю або перевіряєте, що виміряні втрати входять у розрахований бюджет.

На практиці зазвичай виміряні втрати дещо відрізняються від розрахованої оцінки. Якщо виміряні втрати значно перевищують бюджет, перш за все перевірте забруднення торцевої-роз’єму, неправильну кількість пар роз’єму та неочікувані вигини або пошкодження кабелю вздовж маршруту.
 

Що таке прийнятна втрата клітковини?

Немає єдиної універсальної відповіді - прийнятні втрати залежать від конкретного зв’язку та обладнання, що на ньому працює. Однак є практичні рекомендації:

Посилання проходить перевірку бюджету втрат, якщо загальні виміряні внесені втрати дорівнюють або нижчі за розрахований бюджет для цього конкретного посилання. Посилання проходить перевірку бюджету потужності, якщо після віднімання загальних втрат із бюджету потужності обладнання все ще залишається додатна операційна маржа. Для довгострокової-надійності широко рекомендується робочий запас щонайменше на 3 дБ вище мінімальної чутливості приймача.

Для швидкої довідки типові планові значення затухання зі стандарту TIA-568.3-D такі: багатомодове волокно на 850 нм не повинно перевищувати 3,5 дБ/км; одномодовий зовнішній кабель на 1310 нм не повинен перевищувати 0,5 дБ/км; і пари роз’ємів не повинні перевищувати 0,75 дБ кожна. Якщо виміряні значення кожного компонента знаходяться в межах цих меж, а загальна втрата зв’язку не перевищує бюджету потужності з достатнім запасом, зв’язок загалом прийнятний.

Де знайти потужність передачі та чутливість прийому в таблиці даних трансивера

Дві цифри, необхідні для розрахунку бюджету потужності - вихідна потужність передавача (Tx) і чутливість приймача (Rx) -, перераховані в таблиці даних модуля трансивера, зазвичай у таблиці під назвою «Оптичні характеристики» або «Параметри передавача/приймача». шукати:

• Вихідна потужність передавача (мін/макс):подано в дБм. Використовуйте мінімальне значення для найгіршого-випадку бюджетування.
• Чутливість приймача:подано в дБм. Це найслабший сигнал, який приймач може виявити, зберігаючи необхідну частоту бітових помилок.
• Перевантаження приймача (або максимальна вхідна потужність):найсильніший сигнал, який приймач може обробляти без помилок. Це важливо для дуже коротких посилань, де втрати мінімальні.

Бюджет потужності - це різниця між мінімальним вихідним сигналом Tx і чутливістю Rx. Якщо в таблиці даних зазначено мінімальну чутливість передачі −8,2 дБм та −14,4 дБм приймача, бюджет потужності становить 6,2 дБ -, залишаючи набагато менше місця для втрат зв’язку, ніж модуль великого-досяжності з бюджетом 13 дБ. Вибір правильного трансивера для відстані зв’язку є першим кроком до ефективного бюджету. Для ширшого огляду перегляньте нашу статтю протрансивери проти транспондерів.

Поширені помилки підрахунку втрат волокна

Підрахунок конекторів замість пар конекторів

Методи бюджетування підраховують сполучені пари з’єднувачів - два з’єднувачі, з’єднані разом -, а не окремі кінці. Якщо ви порахуєте кожен незакріплений кінець з’єднувача, ви переоціните або занизите втрати залежно від того, як ви застосовуєте значення за-одиницю. Рекомендації щодо тестування Corning є чіткими щодо цього питання.

Плутання дБ і дБм

дБ — відносне співвідношення. dBm — це абсолютний рівень потужності. Якщо ви віднімете значення дБм від значення дБ або порівняєте їх напряму, результат вашого бюджету потужності буде безглуздим. Зберігайте значення втрат у дБ і рівні потужності в дБм і комбінуйте їх лише за допомогою правильної формули.

Використання стандартних максимумів, коли доступні фактичні характеристики

Значення планування TIA є надбавками-найгіршого випадку, а не типовими значеннями. Якщо у вас є технічні характеристики кабелю та роз’єму виробника, використовуйте ці точніші цифри. Над-покладання на стандартні максимуми може призвести до надмірного-технічного проектування (замовлення-приймачів-передавачів з більшою-потужністю, які вам не потрібні) або, що ще гірше, до маскування справжньої проблеми, оскільки щедра надбавка призвела до того, що бюджет виглядав би «добре».

Відсутні компоненти в каналі

Комутаційні панелі, оптичні атенюатори, з’єднувачі, фільтри WDM і додаткові кінцеві наконечники – все це сприяє втратам. Легко забути точку підключення патч-панелі або атенюатор, який був доданий для запобігання перевантаження приймача. Пройдіться маршрутом, перевірте-креслення та все підрахуйте.

Ігнорування End-Face Contamination

Брудні торці роз’ємів є однією з найпоширеніших причин, чому виміряні втрати перевищують розрахований бюджет. Мікроскопічні частинки пилу можуть значно збільшити внесені втрати та зворотне відображення. FOA, Corning і Fluke Networks наголошують на перевірці та очищенні роз’ємів як на передумові перед вимірюванням втрат. У багатьох реальних-випадках усунення несправностей очищення торцевих поверхонь вирішує проблему без повторного-зрощення чи заміни кабелю.

Розрахований бюджет виконується, але виміряні втрати не виконуються - Що тепер?

Коли математика каже, що зв’язок має працювати, але OLTS каже, що ні, найімовірнішими причинами є: забруднені з’єднувачі, неправильна кількість пар з’єднувачів у бюджеті, невраховане з’єднання або патч-панель, надмірне згинання кабелю або пошкодження кабелю, яке не було видно під час встановлення. Почніть з огляду роз’єму, потім перевірте кількість компонентів і використовуйте OTDR, щоб знайти конкретну подію втрати, якщо очищення не усуне розрив.

Одномодовий проти багатомодового: ключові відмінності для бюджетування втрат

Одномодове та багатомодове волокно мають різні характеристики загасання, різні робочі довжини хвилі та різні типові відстані зв’язку -, усе це впливає на бюджет.

Багатомодове волокно (OM1–OM5)працює при 850 нм і 1300 нм з вищим загасанням на кілометр, але зазвичай використовується для коротших з’єднань усередині будівель і кампусів. Бюджети потужності для високо-швидкісних багаторежимних додатків (таких як 10GBASE-SR) можуть бути досить обмеженими - інколи лише 2–3 дБ -, що означає, що майже немає місця для додаткових роз’ємів або брудних торців.

Одномодове волокно (OS1/OS2)працює при 1310 нм і 1550 нм із значно меншим затуханням, що робить його стандартним вибором для магістральних мереж кампусу, мереж метро та -далеких магістралей. Бюджети потужності зазвичай більші, але більші відстані означають більше загальне загасання оптоволокна та часто більше з’єднань, тому бюджет усе ще може бути обмеженим на подовжених маршрутах.

Завжди підбирайте коефіцієнт ослаблення відповідно до правильного типу волокна та довжини хвилі. Використання багатомодового значення в одномодовому бюджеті (або навпаки) є помилкою, яку напрочуд легко зробити під час перемикання між проектами.

Часті запитання

Як розрахувати втрати оптоволоконного зв’язку?

Складіть втрати від загасання волокна (дБ/км × довжина), пар з’єднувачів (кількість × втрати на пару), з’єднання (кількість × втрати на з’єднання) та будь-які інші пасивні компоненти. Сума — це очікувана загальна втрата зв’язку. Порівняйте його з бюджетом потужності обладнання, щоб визначити, чи має працювати зв’язок.

Що таке бюджет оптоволоконного зв’язку?

Бюджет оптоволоконного зв’язку (або -бюджет втрат зв’язку) – це розрахована оцінка загальних пасивних втрат у оптоволоконному каналі. Він включає в себе всі - оптоволокна, з’єднувачі, з’єднання та пасивні пристрої. FOA описує це як оцінку, яка порівнюється з бюджетом потужності обладнання для перевірки життєздатності з’єднання та з результатами тестування для підтвердження правильності встановлення.

Яка різниця між внесеними втратами та затуханням?

Затухання стосується конкретно оптичної потужності, втраченої на кілометр волокна через поглинання та розсіювання в склі. Внесені втрати — це ширше вимірювання загальних втрат у встановленому каналі, включаючи затухання в волокні, а також усі втрати в з’єднувачах, з’єднаннях і компонентах. Щоб отримати детальну розбивку, прочитайте нашу статтювнесені втрати у оптоволоконних мережах.

Яка прийнятна втрата волокна на роз’єм?

Стандарт ANSI/TIA-568.3-D допускає максимум 0,75 дБ на сполучену пару роз’ємів. Однак добре виготовлені заводські поліровані роз’єми зазвичай досягають 0,3–0,5 дБ. Використання фактичних специфікацій роз’єму замість максимального стандартного дозволу забезпечує більш реалістичний бюджет.

Який запас повинен мати оптоволоконний канал?

Мінімум 3 дБ операційного запасу є загальноприйнятою галузевою настановою. Це враховує старіння передавача, забруднення роз’єму з часом, можливий майбутній ремонт з’єднань і-пов’язані з температурою зміни затухання. Посилання, розроблені з запасом менше ніж 3 дБ, швидше за все, потребуватимуть обслуговування або передчасно вийдуть з ладу.

Які інструменти використовуються для вимірювання втрати волокон?

Тестовий набір оптичних втрат (OLTS), що складається з каліброваного джерела світла та вимірювача потужності, є стандартним інструментом для сертифікації Рівня 1 повної втрати зв’язку. OTDR використовується для тестування рівня 2 - він забезпечує трасування відстані-, що показує втрати в кожній окремій події (з’єднувач, з’єднання, вигин) уздовж волокна.

Посилання та додаткова література

• Fiber Optic Association - Розрахунок бюджету втрат оптоволокна
• Corning - Рекомендовані інструкції з тестування оптоволокна (LAN-1561-AEN)
• Калькулятор бюджету втрат посилання Corning -
• Fluke Networks - Розрахунок бюджету втрат оптоволоконного зв’язку
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: повна стратегія тестування оптоволокна
• ANSI/TIA-568.3-D - Стандарт оптоволоконних кабелів і компонентів (доступний наTIA)