Kako izračunati izgubo vlaken in preveriti proračun moči

Vsaka povezava z optičnimi vlakni izgubi nekaj optične moči med oddajnikom in sprejemnikom. Vedeti, kako izračunati to izgubo - in jo primerjati s proračunom moči opreme -, je tisto, kar loči povezavo, ki deluje zanesljivo, od tiste, ki odpove v-resničnih pogojih. Ta vodnik vodi skozi formulo za izračun izgube vlaken,--delan primer po korakih in praktične preglede, ki jih uporabljajo izkušeni inženirji, da bi se izognili najpogostejšim napakam pri proračunu.
 

Kaj je izguba vlaken in zakaj je pomembna?

Izguba vlaken je zmanjšanje moči optičnega signala, ko svetloba potuje skozi optično povezavo. V praksi skupna izguba prek povezave izvira iz več virov: samega optičnega kabla, povezanih parov konektorjev, spojev in vseh pasivnih komponent, kot je npr.cepilnikiali spojke na poti.

Pogosto boste videli sorodne izraze, uporabljene na nekoliko drugačne načine.Slabljenjese običajno nanaša na inherentno izgubo moči na enoto dolžine vlakna, izraženo v dB/km.Vstavljena izgubaopisuje skupno izgubo od-{1}}do konca, izmerjeno v nameščeni povezavi, vključno z vsemi komponentami.Izguba povezaveje izračunana ali izmerjena vsota vseh pasivnih izgub v kanalu. Te razlike so pomembne, ker njihovo mešanje vodi do proračunskih napak - točka, poudarjena v obeh Corningovihsmernice za testiranje optičnih vlaken (LAN-1561-AEN)in Fiber Optic Association'sreferenca proračuna izgube. Za podrobnejšo primerjavo si oglejte naš vodnik navstavljena izguba proti povratni izgubi.

Neobdelana številka izgube sama po sebi pove zelo malo. Odčitek 3 dB je lahko povsem sprejemljiv na kratki večmodni kampusni povezavi, vendar problematičen na dolgem enomodnem traku s tesnimi omejitvami uporabe. Zato se izguba vlaken vedno ocenjuje glede na dve stvari: proračun-izgub povezave (ocenjena skupna pasivna izguba) in proračun moči aktivne opreme (razlika med izhodno močjo oddajnika in občutljivostjo sprejemnika).

Kaj povzroča izgubo vlaken v optični povezavi?

Štirje glavni dejavniki prispevajo k izgubi v tipičnem kanalu vlaken. Razumevanje vsakega vam pomaga sestaviti natančen proračun namesto ugibanja.

Slabljenje vlaken na razdalji

Vsako optično vlakno med širjenjem absorbira in razprši nekaj svetlobe. Koeficient slabljenja je odvisen od vrste vlakna in valovne dolžine. V skladu s standardom ANSI/TIA-568.3-D so največje dovoljene vrednosti dušenja za namene načrtovanja:

To so konservativni maksimumi načrtovanja. Proizvajalci redno proizvajajoenomodno vlaknoz dušenjem precej pod 0,35 dB/km pri 1310 nm in pod 0,25 dB/km pri 1550 nm. Če imate dejanski podatkovni list za kable, uporabite tiste strožje vrednosti - standardna dovoljenja obstajajo kot najslab-varnostne mreže, ne kot najboljše ocene.

Izguba para konektorjev

Izguba se pojavi vsakič, ko sta dvakonektorji za optična vlaknaso parjeni skupaj. Pri proračunu štejete povezane pare konektorjev, ne posameznih koncev konektorjev. Standard TIA-568.3-D določa največ 0,75 dB na par, vendar visokokakovostni tovarniško polirani konektorji (vrste SC, LC, FC) v praksi običajno dosežejo 0,3–0,5 dB na par. To je v skladu s priporočilom podjetja Corning, da se namesto največjega standardnega dovoljenega dovoljenega, kadar koli je na voljo, uporabijo dejanske specifikacije priključkov.

Pri kratkih povezavah - recimo pod 500 metri - izguba konektorja pogosto prevladuje nad skupnim proračunom bolj kot slabljenje vlaken. To je eden od razlogov, zakaj kakovost priključkov inizbira vrste priključkatako pomembno pri kabliranju prostorov.

Izguba spoja

Fuzijski spoji in mehanski spoji dodajo izgubo. Največja vrednost TIA-568.3-D je 0,3 dB na spoj. Fuzijski spoji s pravilno poravnavo jedra rutinsko dosežejo manj kot 0,1 dB, medtem ko mehanski spoji ponavadi padejo v območje 0,2–0,5 dB. Če predvidevate proračun za zunanjo pot obrata z več spojnimi točkami, se te majhne vrednosti na dolgi rok hitro povečajo.

Upogibi, onesnaženje in drugi dejavniki

Macrobends in microbends povečajo slabljenje preko nazivne specifikacije kabla. Kontaminacija na končnih površinah konektorjev je eden najpogostejših vzrokov za nepričakovane izgube na terenu - FOA identificira umazane konektorje kot glavni vir napak pri testiranju. Tesna napeljava kablov, slabo upravljanje kablov in obremenitve okolja lahko izmerjeno izgubo dvignejo nad izračunano oceno.

Nekatere povezave vključujejo tudi pasivne komponente, kot so optični atenuatorji, spojniki WDM ozPLC razdelilniki. Vsak od teh ima svojo določeno vstavljeno izgubo, ki jo je treba dodati proračunu.

Formula za izračun izgube vlaken

Osnovna formula za ocenjevanje skupne izgube povezave je enostavna:

Skupna izguba povezave (dB)=(Koeficient slabljenja × dolžina vlakna) + (Število parov konektorjev × Izguba na par) + (Število spojev × Izguba na spoj) + Izguba drugih pasivnih komponent

To je ista struktura, uporabljena v Corningukalkulator proračuna izgube povezavein v proračunski metodologiji FOA. Nato to skupno vrednost primerjate s proračunom moči aktivne opreme:

Proračun moči (dB)=Izhodna moč oddajnika (dBm) − Občutljivost sprejemnika (dBm)

Delovna marža (dB)=Proračun moči − Popolna izguba povezave

Pozitivna operativna marža pomeni, da mora povezava delovati. Stopnja pod približno 3 dB velja za tvegano za dolgoročno-zanesljivost, ker se oddajniki starajo, konektorji nabirajo kontaminacijo, spoji pa se lahko poslabšajo, če ravnate s kabli ali jih preusmerjate. FOA priporoča vzdrževanje vsaj 3 dB rezerve, da se upoštevajo ti-dejavniki iz resničnega sveta.

Ena pomembna opomba:dBje relativna enota (izraža razmerje), medtem kodBmje absolutna raven moči (navedena na 1 mW). Zamenjavanje obeh je presenetljivo pogosta napaka, ki izniči celoten izračun-proračuna moči, tudi če je sama ocena izgube pravilna.
 

Kako korak za korakom izračunate izgubo vlaken?

1. korak: Dokumentirajte dejanske komponente povezave

Preden odprete kalkulator, navedite vse v kanalu: vrsto vlakna, delovno valovno dolžino, skupno dolžino poti (ne samo razdalje zemljevida - vključuje navpične proge, ohlapne zanke in obvoze poti), število povezanih parov konektorjev, število spojev in morebitne pasivne naprave. Večina napak pri proračunu se začne tukaj, z nepopolnim štetjem komponent.

2. korak: Izberite Vrednosti izgube

Uporabite specifikacije proizvajalca komponent, če so na voljo. Vrnite se na najvišje vrednosti TIA-568.3-D le, če dejanske specifikacije niso znane. Kot poudarja Fluke Networks v svojihvodnik za izračun proračuna izgube, standardi zagotavljajo minimalno sprejemljivo zmogljivost - prave komponente so običajno boljše, uporaba podatkov proizvajalca pa daje natančnejšo oceno.

3. korak: Izračunajte vsako komponento izgube

Pomnožite koeficient slabljenja z dolžino vlakna. Pomnožite število parov konektorjev z izgubo na par. Pomnožite število spojev z izgubo na spoj. Dodajte morebitne izgube pasivnih komponent. Seštejte vse za skupno ocenjeno izgubo povezave.

4. korak: Primerjajte s proračunom moči

Poiščite izhodno moč oddajnika in občutljivost sprejemnika na podatkovnem listu oddajnika. Ti dve številki sta običajno navedeni v dBm. Razlika je proračun moči. Odštejte skupno izgubo povezave od proračuna za moč, da dobite operativno maržo. Za več o specifikacijah oddajnika-sprejemnika si oglejte našo primerjavoenomodni SFP proti večmodnemu SFP.

5. korak: Preverite, ali je marža ustrezna

Pozitivna marža je potrebna, vendar ne vedno zadostna. Če je marža pod 3 dB, je povezava občutljiva na degradacijo zaradi staranja komponent, umazanih končnih ploskev, dodatnih spojev zaradi prihodnjih popravil ali temperaturnih-povezanih sprememb dušenja. Pri praktičnih uvedbah inženirji, ki načrtujejo na robu, pogosto končajo z odpravljanjem napak v letu ali dveh.

Delovni primer: 10 km enomodna povezava pri 1310 nm

Razmislite o zunanji-enomodni povezavi obrata, ki teče 10 km pri 1310 nm, z dvema povezanima paroma konektorjev in enim fuzijskim spojem. Uporaba načrtovanih vrednosti TIA-568.3-D za enomodni kabel zunaj obrata:

Zdaj pa predpostavimo, da podatkovni list oddajnika prikazuje izhod oddajnika -15 dBm in občutljivost sprejemnika -28 dBm:

Proračun moči=−15 − (−28) =13 dB

Operativna marža=13 − 6.8 =6,2 dB

S 6,2 dB rezerve ta povezava poteka udobno. Tudi po rezervaciji 3 dB za dolgoročno-degradacijo je še vedno več kot 3 dB prostora - dovolj, da absorbira prihodnje popravilo spoja ali staranje konektorja, ne da bi padel pod prag zanesljivosti.

Če bi uporabili dejanske specifikacije kabla (recimo 0,35 dB/km) in tipično izgubo priključka (recimo 0,5 dB/par), bi skupna vrednost padla na približno 4,8 dB, kar bi dalo še večjo rezervo. Zato je uporaba dejanskih podatkov komponent pomembna - standardne vrednosti načrtovanja so po zasnovi konzervativne.
 

Izračunana izguba v primerjavi z izmerjeno izgubo: kdaj je vsaka dovolj?

Izračunana izguba je ocena. Uporaben je med načrtovanjem, ponudbami, primerjavo poti in-preverjanjem pred namestitvijo. Vendar to ni isto kot terensko certificiranje.

Za nameščene povezave je industrijski standardni pristop testiranje stopnje 1 z naborom za testiranje optičnih izgub (OLTS), ki neposredno meri celotno vstavljeno izgubo povezave z uporabo kalibriranega vira svetlobe in merilnika moči. Standard TIA-568.3-D in Corningove smernice za testiranje opredeljujejo testiranje OLTS kot najbolj natančno karakterizacijo delovanja nameščene optične povezave. Če morate poiskati določeno napako - slab spoj, poškodovan priključek ali tesen upogib - optični reflektometer v časovni domeni (OTDR) zagotavlja podrobnosti na ravni dogodka, ki jih OLTS ne more. Fluke Networks opisuje testiranje OTDR kotTier 2 certifikat, ki se priporoča poleg OLTS za popolno strategijo testiranja.

Uporabite izračun, ko:načrtujete novo pot, primerjate možnosti povezave ali preverjate, ali mora proračun za napajanje opreme zadostovati pred namestitvijo.

Uporabite merjenje, kadar:potrjujete nameščeno povezavo za sprejem, odpravljate nepričakovane težave z delovanjem ali preverjate, ali izmerjena izguba sodi v izračunani proračun.

V praksi je običajno, da se izmerjena izguba nekoliko razlikuje od izračunane ocene. Če je izmerjena izguba znatno višja od proračuna, je treba najprej preveriti kontaminacijo kon-čelne strani konektorja, nepravilno število parov konektorjev in nepričakovane ovinke ali poškodbe kabla na poti.
 

Kakšna je sprejemljiva izguba vlaken?

Ni enotnega univerzalnega odgovora - sprejemljiva izguba je odvisna od specifične povezave in opreme, ki na njej deluje. Vendar pa obstajajo praktične smernice:

Povezava prestane preizkus proračuna izgube, če je skupna izmerjena vstavljena izguba enaka ali nižja od izračunanega proračuna za to specifično povezavo. Povezava uspešno opravi preizkus proračuna moči, če je po odštevanju skupne izgube od proračuna moči opreme še vedno pozitivna marža delovanja. Za dolgoročno-zanesljivost je na splošno priporočljiva meja delovanja vsaj 3 dB nad minimalno občutljivostjo sprejemnika.

Za hitro referenco so tipične načrtovane vrednosti dušenja iz standarda TIA-568.3-D naslednje: večmodno vlakno pri 850 nm ne sme preseči 3,5 dB/km; enomodni zunanji kabel pri 1310 nm ne sme preseči 0,5 dB/km; in konektorski pari ne smejo presegati 0,75 dB vsak. Če so vaše izmerjene vrednosti na komponento znotraj teh meja in je skupna izguba povezave pod proračunom moči z ustrezno rezervo, je povezava na splošno sprejemljiva.

Kje najti moč oddajanja in občutljivost sprejemnika na podatkovnem listu oddajnika

Dve številki, ki ju potrebujete za izračun proračuna moči - izhodna moč oddajnika (Tx) in občutljivost sprejemnika (Rx) - sta navedeni na podatkovnem listu modula oddajnika, običajno v tabeli z oznako »Optične lastnosti« ali »Parametri oddajnika/sprejemnika«. Poiščite:

• Izhodna moč oddajnika (min/max):podano v dBm. Uporabite najmanjšo vrednost za-najslabši možni proračun.
• Občutljivost sprejemnika:podano v dBm. To je najšibkejši signal, ki ga sprejemnik lahko zazna, medtem ko ohranja zahtevano stopnjo bitnih napak.
• Preobremenitev sprejemnika (ali največja vhodna moč):najmočnejši signal, ki ga lahko sprejemnik prenese brez napak. To je pomembno pri zelo kratkih povezavah, kjer je izguba minimalna.

Proračun moči je razlika med minimalnim izhodom Tx in občutljivostjo Rx. Če podatkovni list navaja −8,2 dBm najmanjšo Tx in −14,4 dBm Rx občutljivost, je proračun moči 6,2 dB -, kar pomeni veliko manj prostora za izgubo povezave kot modul z dolgim-dosegom s proračunom 13 dB. Izbira pravega oddajnika-sprejemnika za razdaljo povezave je prvi korak k izvedljivemu proračunu. Za širši pogled si oglejte naš članek ooddajniki proti transponderjem.

Pogoste napake pri izračunu izgube vlaken

Štetje konektorjev namesto parov konektorjev

Metode načrtovanja proračuna štejejo povezane pare konektorjev - dva spojnika, združena skupaj - ne posameznih koncev. Če preštejete vsak ohlapen konektor, boste izgubo precenili ali podcenili, odvisno od tega, kako uporabite vrednost na-enoto. Corningove smernice za testiranje so glede tega jasne.

Zmeda dB in dBm

dB je relativno razmerje. dBm je absolutna raven moči. Če od vrednosti dB odštejete vrednost dBm ali ju neposredno primerjate, bo vaš rezultat proračuna moči brez pomena. Ohranjajte vrednosti izgub v dB in nivoje moči v dBm ter jih kombinirajte samo s pravilno formulo.

Uporaba standardnih maksimumov, ko so na voljo dejanske specifikacije

Načrtovalne vrednosti TIA so dodatki-za najslabši možni primer in ne tipične vrednosti. Če imate proizvajalčeve specifikacije kabla in konektorja, uporabite te strožje številke. Prekomerno-zanašanje na standardne maksimalne vrednosti lahko privede do prekomernega-inženiringa (naročanje sprejemno-sprejemnikov z večjo-močjo, ki jih ne potrebujete) ali, kar je še huje, prikrivanja resnične težave, ker je zaradi izdatnega dodatka proračun videti "v redu".

Manjkajoče komponente v kanalu

Patch paneli, optični dušilniki, spojniki, WDM filtri in dodatni zaključki polja prispevajo k izgubi. Preprosto je pozabiti priključno točko patch panela ali dušilnik, ki je bil dodan za preprečevanje preobremenitve sprejemnika. Sprehodite se po poti, preverite-izdelane risbe in vse preštejte.

Ignoriranje kon-kontaminacije obraza

Umazane končne površine konektorjev so eden najpogostejših razlogov, zakaj izmerjena izguba presega izračunani proračun. Mikroskopski delci prahu lahko močno povečajo vstavljeno izgubo in povratni odboj. FOA, Corning in Fluke Networks vsi poudarjajo pregled in čiščenje konektorjev kot predpogoj pred merjenjem izgube. V mnogih-primerih odpravljanja težav v resničnem svetu čiščenje končnih ploskev reši težavo brez ponovnega -spojitve ali zamenjave kabla.

Izračunani proračun je uspešen, vendar izmerjena izguba ne uspe - Kaj pa zdaj?

Kadar matematika pravi, da bi morala povezava delovati, OLTS pa pravi, da ne, so najverjetnejši vzroki: onesnaženi konektorji, napačno štetje parov konektorjev v proračunu, neupoštevan spoj ali povezovalna plošča, pretirano upogibanje kabla ali poškodba kabla, ki med namestitvijo ni bila vidna. Začnite s pregledom priključka, nato preverite število komponent in uporabite OTDR, da poiščete določen dogodek izgube, če čiščenje ne odpravi vrzeli.

Enomodalni proti večmodnemu: ključne razlike pri načrtovanju izgub

Enomodovna in večmodna vlakna imajo različne lastnosti dušenja, različne delovne valovne dolžine in različne tipične razdalje povezave -, kar vse vpliva na proračun.

Večmodno vlakno (OM1–OM5)deluje pri 850 nm in 1300 nm z večjim slabljenjem na kilometer, vendar se običajno uporablja za krajše povezave znotraj stavb in kampusov. Poraba energije za visoko-hitrostne večmodne aplikacije (kot je 10GBASE-SR) je lahko zelo nizka - včasih le 2–3 dB -, kar pomeni, da skoraj ni prostora za dodatne priključke ali umazane končne površine.

Enomodovna vlakna (OS1/OS2)deluje pri 1310 nm in 1550 nm z veliko nižjim dušenjem, zaradi česar je standardna izbira za hrbtenice kampusa, podzemna omrežja in-povezave na dolge razdalje. Proračuni za moč so običajno večji, vendar daljše razdalje pomenijo večjo skupno slabitev vlaken in pogosto več spojev, zato je proračun lahko še vedno majhen na daljših poteh.

Vedno uskladite koeficient slabljenja s pravilno vrsto vlakna in valovno dolžino. Uporaba večmodne vrednosti v enomodnem proračunu (ali obratno) je napaka, ki jo je presenetljivo enostavno narediti pri preklapljanju med projekti.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kako izračunate izgubo povezave z optičnimi vlakni?

Seštejte izgube zaradi slabljenja vlaken (dB/km × dolžina), parov konektorjev (štetje × izgube na par), spojev (štetje × izgube na spoj) in vseh drugih pasivnih komponent. Vsota je vaša ocenjena skupna izguba povezave. Primerjajte ga s proračunom moči opreme, da ugotovite, ali naj povezava deluje.

Kaj je proračun za optično povezavo?

Proračun optične povezave (ali proračun-izgube povezave) je izračunana ocena skupne pasivne izgube prek optične povezave. Vključuje vsa vlakna -, ki prispevajo k izgubi, konektorje, spoje in pasivne naprave. FOA jo opisuje kot oceno, ki se primerja s proračunom moči opreme, da se preveri sposobnost preživetja povezave, in z rezultati testov, da se potrdi pravilna namestitev.

Kakšna je razlika med vstavljeno izgubo in slabljenjem?

Slabljenje se posebej nanaša na izgubljeno optično moč na kilometer vlakna zaradi absorpcije in sipanja v steklu. Vstavljena izguba je širša meritev celotne izgube v nameščeni povezavi, vključno z slabljenjem vlaken in vsemi izgubami v konektorjih, spojih in komponentah, od konca do- konca. Za podrobno razčlenitev preberite naš članek ovnesene izgube v optičnih omrežjih.

Kakšna je sprejemljiva izguba vlaken na konektor?

Standard ANSI/TIA-568.3-D dovoljuje največ 0,75 dB na povezani par priključkov. Vendar pa dobro izdelani tovarniško polirani konektorji običajno dosežejo 0,3–0,5 dB. Če uporabite dejanske specifikacije priključka namesto največjega standardnega dovoljenega zneska, ustvarite bolj realističen proračun.

Koliko marže mora imeti optična povezava?

Najmanj 3 dB operativne marže je splošno upoštevana industrijska smernica. To upošteva staranje oddajnika, kontaminacijo konektorja skozi čas, morebitna prihodnja popravila spoja in temperaturno-povezane spremembe dušenja. Povezave, zasnovane z manj kot 3 dB, bodo bolj verjetno zahtevale vzdrževanje ali bodo prezgodaj odpovedale.

Katera orodja se uporabljajo za merjenje izgube vlaken?

Komplet za testiranje optičnih izgub (OLTS), ki ga sestavljata umerjen vir svetlobe in merilnik moči, je standardni instrument za certificiranje stopnje 1 za popolno izgubo povezave. OTDR se uporablja za testiranje stopnje 2 - zagotavlja razdaljo-preslikano sled, ki prikazuje izgubo pri vsakem posameznem dogodku (konektor, spoj, upogib) vzdolž vlakna.

Reference in dodatno branje

• Fiber Optic Association - Izračun proračuna za izgubo optičnih vlaken
• Corning - Priporočene smernice za testiranje optičnih vlaken (LAN-1561-AEN)
• Corning - Link Loss Budget Calculator
• Fluke Networks - Izračun proračuna izgube optične povezave
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: Popolna strategija testiranja optičnih vlaken
• ANSI/TIA-568.3-D – Standard za kable in komponente optičnih vlaken (na voljo priTIA)