Cum se calculează pierderea de fibre și se verifică bugetul de putere

Fiecare legătură de fibră optică pierde o oarecare putere optică între transmițător și receptor. A ști cum să calculezi pierderea - și să o compari cu bugetul de putere al echipamentului - este ceea ce separă o legătură care funcționează fiabil de una care eșuează în condiții reale-lumea. Acest ghid prezintă formula de calcul a pierderii de fibre, un exemplu-cu-pas cu pas și verificările practice pe care le folosesc inginerii experimentați pentru a evita cele mai frecvente greșeli de buget.
 

Ce este pierderea fibrelor și de ce contează?

Pierderea fibrei este reducerea puterii semnalului optic pe măsură ce lumina trece printr-o legătură de fibră optică. În practică, pierderea totală printr-o legătură provine din mai multe surse: cablul de fibră în sine, perechile de conectori cuplate, îmbinări și orice componente pasive, cum ar fidespicatoaresau cuplaje în cale.

Veți vedea adesea termeni înrudiți folosiți în moduri ușor diferite.Atenuarede obicei se referă la pierderea de putere inerentă pe unitatea de lungime a fibrei, exprimată în dB/km.Pierderea de inserțiedescrie pierderea totală-la-terminată măsurată printr-o legătură instalată, inclusiv toate componentele.Pierderea legăturiieste suma calculată sau măsurată a tuturor pierderilor pasive din canal. Aceste distincții contează deoarece amestecarea lor duce la erori de buget - un punct subliniat atât în ​​CorningGhid de testare pentru fibră optică (LAN-1561-AEN)și Asociația Fibrei Opticereferință la bugetul pierderii. Pentru o comparație mai profundă, consultați ghidul nostrupierdere de inserție vs pierdere de retur.

Un număr brut de pierdere în sine vă spune foarte puțin. O citire de 3 dB ar putea fi perfect acceptabilă pe o legătură scurtă cu campus multimod, dar problematică pe un trunchi lung monomod cu limite strânse de aplicare. De aceea, pierderea fibrei este întotdeauna evaluată în raport cu două lucruri: bugetul de pierdere-conexiunii (pierderea totală pasivă estimată) și bugetul de putere al echipamentului activ (diferența dintre ieșirea emițătorului și sensibilitatea receptorului).

Ce cauzează pierderea fibrei într-o legătură optică?

Patru factori principali contribuie la pierderea unui canal de fibră tipic. Înțelegerea fiecăruia vă ajută să construiți un buget precis în loc să ghiciți.

Atenuarea fibrei la distanță

Fiecare fibră optică absoarbe și împrăștie puțină lumină pe măsură ce se propagă. Coeficientul de atenuare depinde de tipul fibrei și lungimea de undă. Conform standardului ANSI/TIA-568.3-D, valorile maxime admisibile de atenuare în scopuri de planificare sunt:

Acestea sunt maxime de planificare conservatoare. Producătorii produc în mod obișnuitfibră monomodalăcu atenuare mult sub 0,35 dB/km la 1310 nm și sub 0,25 dB/km la 1550 nm. Dacă aveți fișa tehnică a cablurilor, utilizați acele valori mai strânse - permisele standard există ca plase de siguranță-caz mai proaste, nu ca cele mai bune estimări.

Pierderea perechii de conectori

Pierderea are loc de fiecare dată când doiconectori de fibră opticăsunt împerecheate împreună. În buget, contați perechile de conectori cuplate, nu capete individuale ale conectorilor. Standardul TIA-568.3{-D stabilește un maxim de 0,75 dB per pereche, dar conectorii lustruiți din fabrică de înaltă calitate (tipuri SC, LC, FC) ating de obicei 0,3–0,5 dB per pereche în practică. Acest lucru este în concordanță cu recomandarea Corning de a utiliza specificațiile actuale ale conectorului, mai degrabă decât limita maximă standard, ori de câte ori este disponibilă.

În legăturile scurte, - să spunem sub 500 de metri -, pierderea conectorului domină adesea bugetul total mai mult decât o face atenuarea fibrei. Acesta este unul dintre motivele pentru care calitatea conectorului șiselectarea tipului de conectorcontează atât de mult în cablarea sediului.

Pierdere prin îmbinare

Îmbinările prin fuziune și îmbinările mecanice adaugă pierderi. Maximul TIA-568.3-D este de 0,3 dB per îmbinare. Imbinarile de fuziune cu alinierea corespunzatoare a miezului ating in mod obisnuit sub 0,1 dB, in timp ce imbinarile mecanice tind sa scada in intervalul 0,2-0,5 dB. Dacă bugetați pentru o rută exterioară a plantei cu mai multe puncte de îmbinare, acele valori mici se adună rapid pe termen lung.

Îndoituri, contaminare și alți factori

Macrobendurile și microbendurile cresc atenuarea dincolo de specificațiile nominale ale cablului. Contaminarea pe fețele de capăt ale conectorilor este una dintre cele mai frecvente cauze ale pierderilor neașteptate în câmp - FOA identifică conectorii murdari ca fiind o sursă principală de eșecuri ale testelor. Trasearea strânsă a cablurilor, managementul defectuos al cablurilor și stresul de mediu pot împinge pierderile măsurate peste estimarea calculată.

Unele legături includ, de asemenea, componente pasive, cum ar fi atenuatoarele optice, cuplele WDM sauSplittere PLC. Fiecare dintre acestea are propria pierdere de inserție specificată care trebuie adăugată la buget.

Formula de calcul a pierderii fibrelor

Formula de bază pentru estimarea pierderii totale a legăturii este simplă:

Pierderea totală a legăturii (dB)=(Coeficient de atenuare × Lungimea fibrei) + (Număr de perechi de conectori × Pierdere per pereche) + (Număr de îmbinări × Pierdere per îmbinare) + Pierdere de alte componente pasive

Aceasta este aceeași structură folosită în Corning'sCalculator buget pierdere linkși în metodologia de bugetare a FOA. Apoi comparați acest total cu bugetul de putere al echipamentului activ:

Bugetul de putere (dB)=Puterea de ieșire a emițătorului (dBm) − Sensibilitatea receptorului (dBm)

Marja de operare (dB)=Buget de putere - Pierdere totală a conexiunii

O marjă de operare pozitivă înseamnă că legătura ar trebui să funcționeze. O marjă sub aproximativ 3 dB este considerată riscantă pentru-fiabilitatea pe termen lung, deoarece transmițătoarele îmbătrânesc, conectorii acumulează contaminare, iar îmbinările se pot degrada dacă cablurile sunt manipulate sau redirecționate. FOA recomandă menținerea a cel puțin 3 dB de marjă pentru a ține cont de acești-factori reali.

O notă importantă:dBeste o unitate relativă (exprimă un raport), în timp cedBmeste un nivel de putere absolut (referit la 1 mW). Confuzia celor două este o eroare surprinzător de comună care invalidează întregul calcul al bugetului de putere-chiar atunci când estimarea pierderii în sine este corectă.
 

Cum calculezi pierderea de fibre pas cu pas?

Pasul 1: Documentați Componentele Legăturii reale

Înainte de a deschide un calculator, enumerați totul din canal: tipul de fibră, lungimea de undă de operare, lungimea totală a traseului (nu doar distanța pe hartă - include curse verticale, bucle de slăbiciune și ocoliri de rutare), numărul de perechi de conectori cuplate, numărul de îmbinări și orice dispozitive pasive. Cele mai multe erori de bugetare încep aici, cu numărarea incompletă a componentelor.

Pasul 2: Selectați valorile pierderilor

Folosiți specificațiile producătorului componentelor atunci când sunt disponibile. Reveniți la maximele TIA-568.3-D numai atunci când specificațiile reale nu sunt cunoscute. După cum subliniază Fluke Networks în documentul lorGhid de calcul al bugetului pierderilor, standardele oferă o performanță minimă acceptabilă - componentele reale sunt de obicei mai bune, iar utilizarea datelor producătorului produce o estimare mai precisă.

Pasul 3: Calculați fiecare componentă a pierderii

Înmulțiți coeficientul de atenuare cu lungimea fibrei. Înmulțiți numărul de perechi de conectori cu pierderea pe pereche. Înmulțiți numărul de îmbinări cu pierderea per îmbinare. Adăugați orice pierderi de componente pasive. Însumați totul pentru pierderea totală estimată a link-ului.

Pasul 4: Comparați cu bugetul de putere

Găsiți puterea de ieșire a transmițătorului și sensibilitatea receptorului din foaia de date a transmițătorului. Aceste două numere sunt de obicei listate în dBm. Diferența este bugetul de putere. Scădeți pierderea totală a conexiunii din bugetul de putere pentru a obține marja de operare. Pentru mai multe despre specificațiile transceiverului, consultați comparația noastrăSFP monomod vs SFP multimod.

Pasul 5: Verificați că marja este adecvată

O marjă pozitivă este necesară, dar nu întotdeauna suficientă. Dacă marja este sub 3 dB, legătura este vulnerabilă la degradarea din cauza componentelor învechite, a fețelor murdare, a îmbinărilor suplimentare din reparații viitoare sau a modificărilor de atenuare-de temperatură. În implementările practice, inginerii care proiectează chiar la margine ajung adesea să remedieze defecțiunile în decurs de un an sau doi.

Exemplu lucrat: Link monomod de 10 km la 1310 nm

Luați în considerare o legătură monomodală exterioară-de fabrică care rulează 10 km la 1310 nm, cu două perechi de conectori împerecheate și o îmbinare prin fuziune. Folosind valorile de planificare TIA-568.3-D pentru cablul monomod din exteriorul uzinei:

Acum să presupunem că fișa de date a transceiver-ului arată o ieșire a transmițătorului de -15 dBm și o sensibilitate a receptorului de -28 dBm:

Bugetul de putere=−15 − (−28) =13 dB

Marja operațională=13 − 6.8 =6,2 dB

Cu o marjă de 6,2 dB, această legătură trece confortabil. Chiar și după ce ați rezervat 3 dB pentru degradarea pe termen lung-, există încă peste 3 dB de spațiu - suficient pentru a absorbi o viitoare reparație a îmbinării sau o anumită îmbătrânire a conectorului fără a scădea sub pragul de fiabilitate.

Dacă ați folosit specificațiile reale ale cablului (să zicem 0,35 dB/km) și pierderea tipică a conectorului (să zicem 0,5 dB/pereche), totalul ar scădea la aproximativ 4,8 dB, oferind o marjă și mai mare. De aceea, utilizarea datelor componentelor reale contează - valorile standard de planificare sunt conservatoare prin proiectare.
 

Pierdere calculată vs pierdere măsurată: când este suficient fiecare?

O pierdere calculată este o estimare. Este util în timpul proiectării, cotării, comparării rutelor și validării pre-instalării. Dar nu este același lucru cu certificarea pe teren.

Pentru legăturile instalate, abordarea standard din industrie este testarea de nivel 1 cu un set de testare a pierderii optice (OLTS), care măsoară direct pierderea totală de inserție a conexiunii folosind o sursă de lumină calibrată și un contor de putere. Atât standardul TIA-568.3-D, cât și ghidurile de testare Corning identifică testarea OLTS ca fiind cea mai precisă caracterizare a performanței unei legături de fibră instalată. Dacă trebuie să localizați o anumită defecțiune - o îmbinare defectuoasă, un conector deteriorat sau o îndoire strânsă - un reflectometru optic în domeniul timpului (OTDR) oferă detalii la nivel de eveniment pe care un OLTS nu le poate. Fluke Networks descrie testarea OTDR caCertificare de nivel 2, recomandat alături de OLTS pentru o strategie completă de testare.

Utilizați calculul când:proiectați o nouă rută, comparați opțiunile de legătură sau verificați dacă bugetul de putere al echipamentului ar trebui să fie suficient înainte de instalare.

Utilizați măsurarea când:certificați o legătură instalată pentru acceptare, depanați probleme neașteptate de performanță sau verificați dacă pierderea măsurată se încadrează în bugetul calculat.

În practică, este obișnuit ca pierderea măsurată să difere ușor de estimarea calculată. Dacă pierderea măsurată este semnificativ mai mare decât bugetul, primele lucruri de verificat sunt contaminarea la capătul-față a conectorului, numărul incorect de perechi de conectori și îndoirile neașteptate sau deteriorarea cablului de-a lungul traseului.
 

Ce este o pierdere acceptabilă de fibre?

Nu există un singur răspuns universal - pierderea acceptabilă depinde de legătura specifică și de echipamentul care funcționează pe acesta. Cu toate acestea, există îndrumări practice:

Linkul trece testul bugetului de pierdere dacă pierderea totală de inserare măsurată este la sau sub bugetul calculat pentru acel link specific. Legătura trece testul bugetului de putere dacă există încă o marjă de funcționare pozitivă după scăderea pierderii totale din bugetul de putere al echipamentului. Pentru fiabilitatea-pe termen lung, se recomandă pe scară largă o marjă de operare de cel puțin 3 dB peste sensibilitatea minimă a receptorului.

Pentru o referință rapidă, valorile tipice de atenuare de planificare din standardul TIA-568.3-D sunt: ​​fibra multimod la 850 nm nu trebuie să depășească 3,5 dB/km; cablul exterior monomod la 1310 nm nu trebuie să depășească 0,5 dB/km; iar perechile de conectori nu trebuie să depășească 0,75 dB fiecare. Dacă valorile măsurate pe componentă sunt bine în aceste limite și pierderea totală a conexiunii este sub bugetul de putere cu o marjă adecvată, legătura este în general acceptabilă.

Unde să găsiți puterea Tx și sensibilitatea Rx pe o fișă de date a emițătorului-receptor

Cele două numere de care aveți nevoie pentru un calcul al bugetului de putere - puterea de ieșire a transmițătorului (Tx) și sensibilitatea receptorului (Rx) - sunt enumerate în fișa de date a modulului transceiver, de obicei într-un tabel etichetat „Caracteristici optice” sau „Parametri emițător/receptor”. Caută:

• Puterea de ieșire a transmițătorului (min/max):dat în dBm. Utilizați valoarea minimă pentru bugetul-cel mai rău.
• Sensibilitatea receptorului:dat în dBm. Acesta este cel mai slab semnal pe care receptorul îl poate detecta în același timp menținând rata de eroare de biți necesară.
• Supraîncărcare receptor (sau putere maximă de intrare):cel mai puternic semnal pe care receptorul îl poate gestiona fără erori. Acest lucru contează pentru legăturile foarte scurte unde pierderea este minimă.

Bugetul de putere este diferența dintre ieșirea minimă Tx și sensibilitatea Rx. Dacă o foaie de date listează o sensibilitate minimă de −8,2 dBm Tx și −14,4 dBm Rx, bugetul de putere este de 6,2 dB -, lăsând mult mai puțin spațiu pentru pierderea conexiunii decât un modul-de lungă durată cu un buget de 13 dB. Alegerea transceiver-ului potrivit pentru distanța de legătură este primul pas către un buget viabil. Pentru o vedere mai amplă, consultați articolul nostru despretransceiver vs transpondere.

Greșeli comune de calcul a pierderii fibrelor

Numărarea conectorilor în loc de perechi de conectori

Metodele de bugetare numără perechile de conectori cuplati - doi conectori uniți - nu capete individuale. Dacă numărați fiecare capăt de conector slăbit, veți supraestima sau subestima pierderea, în funcție de modul în care aplicați valoarea pe-unitate. Orientările de testare ale lui Corning sunt explicite în acest punct.

Confuză dB și dBm

dB este un raport relativ. dBm este un nivel de putere absolut. Dacă scadeți o valoare dBm dintr-o valoare dB sau le comparați direct, rezultatul bugetului de putere va fi lipsit de sens. Păstrați valorile de pierdere în dB și nivelurile de putere în dBm și combinați-le doar prin formula corectă.

Utilizarea maximelor standard atunci când specificațiile reale sunt disponibile

Valorile de planificare TIA sunt permise-defavorabile, nu valori tipice. Dacă aveți specificațiile producătorului pentru cablu și conector, utilizați acele numere mai stricte. Încrederea-pe maxime standard poate duce la supra-inginerie (comandarea de transceiver cu putere mai mare-de care nu aveți nevoie) sau, mai rău, la mascarea unei probleme reale, deoarece alocația generoasă a lăsat bugetul să arate „bine”.

Componente lipsă din canal

Panourile de corecție, atenuatoarele optice, cuplele, filtrele WDM și terminațiile de câmp suplimentare contribuie toate la pierderi. Este ușor să uitați un punct de conectare a panoului de patch sau un atenuator care a fost adăugat pentru a preveni supraîncărcarea receptorului. Parcurgeți traseul, verificați-desenele așa cum au fost construite și numărați totul.

Ignorarea sfârşitului-contaminarea feţei

Fețele de capăt murdare ale conectorului sunt unul dintre cele mai comune motive pentru care pierderea măsurată depășește bugetul calculat. Particulele de praf microscopice pot crește dramatic pierderea de inserție și reflexia din spate. Rețelele FOA, Corning și Fluke pun toate accentul pe inspecția și curățarea conectorilor ca o condiție prealabilă înainte de orice măsurare a pierderilor. În multe cazuri de depanare din-lumea reală, curățarea fețelor de capăt rezolvă problema fără nicio re-imbinare sau înlocuire a cablului.

Bugetul calculat trece, dar pierderea măsurată eșuează - Acum ce?

Când matematica spune că legătura ar trebui să funcționeze, dar OLTS spune că nu, cele mai probabile cauze sunt: ​​conectori contaminați, un număr incorect de perechi de conectori în buget, o îmbinare sau un panou de corecție necontabil, îndoirea excesivă a cablului sau deteriorarea cablului care nu a fost vizibilă în timpul instalării. Începeți cu inspecția conectorului, apoi verificați numărul de componente și utilizați un OTDR pentru a localiza evenimentul de pierdere specific dacă curățarea nu rezolvă golul.

Singlemode vs Multimode: diferențe cheie pentru bugetarea pierderilor

Fibrele monomod și multimode au caracteristici de atenuare diferite, lungimi de undă de operare diferite și distanțe tipice de legătură diferite -, toate acestea afectând bugetul.

Fibră multimodală (OM1–OM5)operează la 850 nm și 1300 nm cu o atenuare mai mare pe kilometru, dar este utilizat de obicei pentru legături mai scurte în interiorul clădirilor și campusurilor. Bugetele de putere pentru aplicațiile multimode de mare-viteză (cum ar fi 10GBASE-SR) pot fi destul de strânse - uneori de doar 2–3 dB -, ceea ce înseamnă că aproape că nu mai este loc pentru conectori suplimentari sau fețe murdare.

Fibră monomod (OS1/OS2)operează la 1310 nm și 1550 nm cu o atenuare mult mai mică, ceea ce o face alegerea standard pentru rețelele principale de campus, rețelele de metrou și legăturile-pe distanțe lungi. Bugetele de putere sunt de obicei mai mari, dar distanțe mai mari înseamnă mai multă atenuare totală a fibrei și adesea mai multe îmbinări, astfel încât bugetul poate fi încă strâns pe rutele extinse.

Potriviți întotdeauna coeficientul de atenuare cu tipul și lungimea de undă corecte de fibră. Utilizarea unei valori multimode într-un buget monomod (sau invers) este o eroare care este surprinzător de ușor de făcut atunci când comutați între proiecte.

Întrebări frecvente

Cum se calculează pierderea legăturii cu fibră optică?

Adunați pierderile de la atenuarea fibrei (dB/km × lungime), perechile de conectori (număr × pierdere pe pereche), îmbinări (număr × pierdere per îmbinare) și orice alte componente pasive. Suma este pierderea totală estimată a linkurilor. Comparați-l cu bugetul de putere al echipamentului pentru a determina dacă legătura ar trebui să funcționeze.

Ce este un buget de legături fibră?

Un buget de legătură de fibră (sau buget de-pierdere de legătură) este estimarea calculată a pierderii totale pasive printr-o legătură cu fibră optică. Include toți contributorii de pierderi - fibre, conectori, îmbinări și dispozitive pasive. FOA îl descrie ca fiind estimarea care este comparată cu bugetul de putere al echipamentului pentru a verifica viabilitatea conexiunii și cu rezultatele testelor pentru a confirma instalarea corectă.

Care este diferența dintre pierderea de inserție și atenuare?

Atenuarea se referă în mod specific la puterea optică pierdută pe kilometru de fibră din cauza absorbției și împrăștierii în sticlă. Pierderea prin inserție este măsurarea mai amplă, de la un capăt la altul, a pierderii totale pe o legătură instalată, inclusiv atenuarea fibrei plus toate pierderile de conector, îmbinare și componente. Pentru o defalcare detaliată, citiți articolul nostru desprepierderi de inserție în rețelele de fibră.

Care este o pierdere acceptabilă de fibră pe conector?

Standardul ANSI/TIA-568.3{-D permite maximum 0,75 dB per pereche de conectori cuplati. Cu toate acestea, conectorii lustruiți din fabrică bine realizate ating de obicei 0,3–0,5 dB. Folosirea specificațiilor actuale ale conectorului, mai degrabă decât alocația standard maximă, produce un buget mai realist.

Câtă marjă ar trebui să aibă un link de fibră?

Un minim de 3 dB de marjă de operare este un ghid în industrie respectat pe scară largă. Aceasta ține cont de îmbătrânirea transmițătorului, contaminarea conectorului în timp, posibilele reparații viitoare ale îmbinărilor și modificările de atenuare legate de temperatură-. Legăturile proiectate cu o marjă mai mică de 3 dB sunt mai susceptibile de a necesita întreținere sau de a eșua prematur.

Ce instrumente sunt folosite pentru a măsura pierderile de fibre?

Un set de testare a pierderii optice (OLTS), constând dintr-o sursă de lumină calibrată și un contor de putere, este instrumentul standard pentru certificarea de nivel 1 a pierderii totale a conexiunii. Un OTDR este utilizat pentru testarea nivelului 2 - oferă o urmă cartografică a distanței-care arată pierderea la fiecare eveniment individual (conector, îmbinare, îndoire) de-a lungul fibrei.

Referințe și lecturi suplimentare

• Asociația de fibră optică - Calcularea bugetelor de pierdere a fibrei optice
• Corning - Ghid de testare recomandat pentru fibră optică (LAN-1561-AEN)
• Corning - Calculator buget pierdere link
• Fluke Networks - Calculul bugetului pierderii conexiunii cu fibră optică
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: o strategie completă de testare a fibrei optice
• ANSI/TIA-568.3-D - Standard pentru cabluri și componente din fibră optică (disponibil de laTIA)