Как да изчислите загубата на влакна и да проверите бюджета на мощността

Всяка оптична връзка губи част от оптичната мощност между предавателя и приемника. Да знаете как да изчислите тази загуба - и да я сравните с бюджета на мощността на оборудването - е това, което отличава връзката, която работи надеждно, от тази, която се проваля в реални-условия. Това ръководство разглежда формулата за изчисляване на загубата на влакна, стъпка{5}}по-работен пример и практическите проверки, които опитните инженери използват, за да избегнат най-често срещаните грешки при бюджетирането.
 

Какво е загуба на фибри и защо има значение?

Загубата на влакна е намаляването на мощността на оптичния сигнал, докато светлината преминава през оптична връзка. На практика общата загуба в една връзка идва от няколко източника: самият оптичен кабел, съединителните двойки съединители, снажданията и всички пасивни компоненти катосплитериили съединители по пътя.

Често ще видите свързани термини, използвани по малко по-различни начини.Затихванеобикновено се отнася до присъщата загуба на мощност на единица дължина на влакното, изразена в dB/km.Вмъкната загубаописва общата загуба от-до-край, измерена през инсталирана връзка, включително всички компоненти.Загуба на връзкае изчислената или измерена сума от всички пасивни загуби в канала. Тези разлики имат значение, защото смесването им води до грешки в бюджетирането - точка, подчертана и в двата документа на Corningнасоки за тестване на оптични влакна (LAN-1561-AEN)и Асоциацията за оптични влакнапрепратка към бюджета на загубата. За по-задълбочено сравнение вижте нашето ръководство зазагуба на вмъкване срещу загуба на връщане.

Суровото число на загубата само по себе си ви казва много малко. Отчитане от 3 dB може да бъде напълно приемливо за къса многомодова връзка в кампус, но проблематично за дълга едномодова магистрала с тесни ограничения на приложението. Ето защо загубата на влакна винаги се оценява спрямо две неща: бюджета на -загубата на връзката (приблизителната обща пасивна загуба) и бюджета на мощността на активното оборудване (разликата между изхода на предавателя и чувствителността на приемника).

Какво причинява загуба на влакна в оптична връзка?

Четири основни фактора допринасят за загубата в типичен влакнен канал. Разбирането на всеки от тях ви помага да съставите точен бюджет, вместо да гадаете.

Затихване на влакното по разстояние

Всяко оптично влакно поглъща и разпръсква малко светлина, докато се разпространява. Коефициентът на затихване зависи от вида на влакното и дължината на вълната. Съгласно стандарта ANSI/TIA-568.3-D максимално допустимите стойности на затихване за целите на планирането са:

Това са консервативни максимуми на планиране. Производителите рутинно произвеждатедномодово влакносъс затихване доста под 0,35 dB/km при 1310 nm и под 0,25 dB/km при 1550 nm. Ако разполагате с действителния лист с данни за кабела, използвайте тези по-строги стойности - стандартните квоти съществуват като предпазни мрежи в най-лошия-случай, а не като най-добри оценки.

Загуба на двойка конектори

Загубата се случва всеки път, когато двеоптични конекториса чифтосани заедно. При бюджетирането вие броите съединени двойки конектори, а не отделни краища на конектори. Стандартът TIA-568.3-D определя максимум от 0,75 dB на свързана двойка, но висококачествените фабрично полирани конектори (типове SC, LC, FC) обикновено постигат 0,3–0,5 dB на двойка на практика. Това е в съответствие с препоръката на Corning да се използват действителните спецификации на съединителя, а не максималното стандартно допустимо количество, когато е налично.

При къси връзки - да речем под 500 метра - загубата на конектор често доминира общия бюджет повече от затихването на влакното. Това е една от причините качеството на съединителя иизбор на тип конекторимат толкова голямо значение при окабеляването на помещенията.

Загуба на снаждане

Снажданията чрез синтез и механичните снаждания добавят загуба. Максимумът на TIA-568.3-D е 0,3 dB на снаждане. Фузионните снаждания с правилно подравняване на сърцевината рутинно постигат под 0,1 dB, докато механичните снаждания са склонни да попадат в диапазона 0,2–0,5 dB. Ако планирате бюджет за маршрут на външна инсталация с множество точки на снаждане, тези малки стойности се събират бързо в дългосрочен план.

Огъвания, замърсяване и други фактори

Macrobends и microbends увеличават затихването над номиналната спецификация на кабела. Замърсяването на челните повърхности на конекторите е една от най-честите причини за неочаквани загуби в полето - FOA идентифицира мръсните конектори като водещ източник на неуспешни тестове. Плътното прокарване на кабелите, лошото управление на кабелите и стресът от околната среда могат да издигнат измерените загуби над изчислената оценка.

Някои връзки включват и пасивни компоненти като оптични атенюатори, WDM съединители илиPLC сплитери. Всеки от тях има своя собствена определена загуба на вмъкване, която трябва да се добави към бюджета.

Формула за изчисляване на загубата на влакна

Основната формула за оценка на общата загуба на връзка е проста:

Обща загуба на връзка (dB)=(Коефициент на затихване × Дължина на влакното) + (Брой двойки конектори × Загуба на чифт) + (Брой снаждания × Загуба на снаждане) + Загуба на други пасивни компоненти

Това е същата структура, използвана в Corning'sкалкулатор на бюджета за загуба на връзкаи в методологията за бюджетиране на FOA. След това сравнявате тази обща сума с енергийния бюджет на активното оборудване:

Бюджет на мощността (dB)=Изходна мощност на предавателя (dBm) − Чувствителност на приемника (dBm)

Оперативен марж (dB)=Бюджет на мощността − Пълна загуба на връзка

Положителен оперативен марж означава, че връзката трябва да функционира. Марж под приблизително 3 dB се счита за рисков за дългосрочна-надеждност, тъй като предавателите стареят, конекторите натрупват замърсяване и снаждането може да се влоши, ако кабелите се обработват или пренасочват. FOA препоръчва поддържането на поне 3 dB марж, за да се отчетат тези-фактори от реалния свят.

Една важна забележка:dBе относителна единица (изразява отношение), докатоdBmе ниво на абсолютна мощност (отнесено към 1 mW). Объркването на двете е изненадващо често срещана грешка, която обезсилва цялото изчисление на-бюджета на мощността, дори когато самата оценка на загубите е правилна.
 

Как изчислявате загубата на фибри стъпка по стъпка?

Стъпка 1: Документирайте действителните компоненти на връзката

Преди да отворите калкулатор, избройте всичко в канала: тип влакно, работна дължина на вълната, обща дължина на маршрута (не само разстоянието на картата - включва вертикални линии, хлабави контури и обиколки на маршрута), броя на съединените двойки конектори, броя на снажданията и всички пасивни устройства. Повечето грешки при бюджетирането започват тук, с непълно преброяване на компонентите.

Стъпка 2: Изберете Стойности на загубите

Използвайте спецификациите на производителя на компонента, когато има такива. Върнете се към максимумите на TIA-568.3-D само когато действителните спецификации не са известни. Както Fluke Networks посочва в своитеръководство за изчисляване на бюджета на загубата, стандартите осигуряват минимална приемлива производителност - реалните компоненти обикновено са по-добри и използването на данни на производителя дава по-точна оценка.

Стъпка 3: Изчислете всеки компонент на загубата

Умножете коефициента на затихване по дължината на влакното. Умножете броя на чифтовете конектори по загуба на чифт. Умножете броя на снаждането по загуба на снаждане. Добавете всички загуби на пасивни компоненти. Сумирайте всичко за общата очаквана загуба на връзка.

Стъпка 4: Сравнете с енергийния бюджет

Намерете изходната мощност на предавателя и чувствителността на приемника от листа с данни на трансивъра. Тези две числа обикновено се изброяват в dBm. Разликата е в мощностния бюджет. Извадете общата загуба на връзка от бюджета за мощност, за да получите оперативния марж. За повече относно спецификациите на трансивъра вижте нашето сравнение наедномодов SFP срещу многомодов SFP.

Стъпка 5: Проверете дали маржът е адекватен

Положителният марж е необходим, но не винаги достатъчен. Ако маржът е под 3 dB, връзката е уязвима към влошаване от стареене на компоненти, замърсени краища, допълнителни снаждания от бъдещи ремонти или температурни-свързани промени на затихването. При практическото внедряване инженерите, които проектират точно на ръба, често стигат до отстраняване на неизправности в рамките на година или две.

Работен пример: 10 km едномодова връзка при 1310 nm

Помислете за външна-едномодова връзка на инсталация, която се движи на 10 км при 1310 nm, с две свързани двойки съединители и едно снаждане чрез синтез. Използване на планови стойности на TIA-568.3-D за едномодов кабел извън завода:

Сега да предположим, че листът с данни на трансивъра показва изход на предавателя от −15 dBm и чувствителност на приемника от −28 dBm:

Бюджет за мощност=−15 − (−28) =13 dB

Оперативен марж=13 − 6.8 =6,2 dB

С марж от 6,2 dB тази връзка преминава удобно. Дори след запазване на 3 dB за дългосрочно-влошаване, все още има над 3 dB свобода -, достатъчна, за да поеме бъдещ ремонт на снаждане или стареене на конектор, без да пада под прага на надеждност.

Ако сте използвали действителните спецификации на кабела (да речем 0,35 dB/km) и типичната загуба на конектор (да речем 0,5 dB/чифт), общата сума ще падне до около 4,8 dB, което ще даде още по-голям марж. Ето защо използването на данни за реални компоненти има значение - стандартните стойности за планиране са консервативни по дизайн.
 

Изчислена загуба срещу измерена загуба: Кога всяка една е достатъчна?

Изчислената загуба е приблизителна оценка. Полезно е по време на проектиране, цитиране, сравнение на маршрути и пред{1}}валидиране на инсталацията. Но това не е същото като полевото сертифициране.

За инсталирани връзки стандартният подход в индустрията е тестване от ниво 1 с тестов комплект за оптични загуби (OLTS), който директно измерва общата загуба на вмъкване на връзката с помощта на калибриран светлинен източник и електромер. Както стандартът TIA-568.3-D, така и насоките за тестване на Corning идентифицират OLTS тестването като най-точното характеризиране на производителността на инсталирана оптична връзка. Ако трябва да локализирате конкретна повреда - лошо снаждане, повреден съединител или плътно огъване - оптичен рефлектометър във времеви домейн (OTDR) предоставя подробности на ниво събитие, които OLTS не могат. Fluke Networks описва OTDR тестването катоСертификация Tier 2, препоръчва се заедно с OLTS за цялостна стратегия за тестване.

Използвайте изчисление, когато:проектирате нов маршрут, сравнявате опции за връзка или проверявате дали бюджетът за захранване на оборудването трябва да е достатъчен преди инсталиране.

Използвайте измерване, когато:сертифицирате инсталирана връзка за приемане, отстранявате неочаквани проблеми с производителността или проверявате дали измерената загуба попада в рамките на изчисления бюджет.

На практика е обичайно измерената загуба да се различава леко от изчислената оценка. Ако измерените загуби са значително по-високи от бюджета, първите неща, които трябва да проверите, са замърсяване от края на конектора, неправилен брой двойки конектори и неочаквани завои или повреда на кабела по маршрута.
 

Каква е приемливата загуба на фибри?

Няма един универсален отговор - приемливата загуба зависи от конкретната връзка и оборудването, работещо по нея. Има обаче практически насоки:

Връзката преминава теста за бюджет на загубата, ако общата измерена загуба на вмъкване е равна или под изчисления бюджет за тази конкретна връзка. Връзката преминава теста за енергийния бюджет, ако все още има положителен оперативен марж след изваждане на общата загуба от бюджета за мощност на оборудването. За дългосрочна-надеждност широко се препоръчва оперативен запас от поне 3 dB над минималната чувствителност на приемника.

За бърза справка, типичните планови стойности на затихване от стандарта TIA-568.3-D са: многомодовото влакно при 850 nm не трябва да надвишава 3,5 dB/km; едномодов външен кабел при 1310 nm не трябва да надвишава 0,5 dB/km; и двойките съединители не трябва да надвишават 0,75 dB всяка. Ако вашите измерени стойности за компонент са в рамките на тези граници и общата загуба на връзка е под бюджета за мощност с адекватен запас, връзката като цяло е приемлива.

Къде да намерите мощност на предаване и чувствителност на прием в лист с данни за трансивър

Двете числа, от които се нуждаете за изчисляване на бюджета на мощността - изходна мощност на предавателя (Tx) и чувствителност на приемника (Rx) - са посочени в листа с данни на модула на трансивъра, обикновено в таблица с надпис „Оптични характеристики“ или „Параметри на предавател/приемник“. Търсете:

• Изходна мощност на предавателя (мин/макс):дадени в dBm. Използвайте минималната стойност за най-лошия-случай на бюджетиране.
• Чувствителност на приемника:дадени в dBm. Това е най-слабият сигнал, който приемникът може да открие, като същевременно поддържа необходимия процент грешки при битове.
• Претоварване на приемника (или максимална входна мощност):най-силният сигнал, който приемникът може да обработи без грешки. Това има значение при много къси връзки, където загубата е минимална.

Бюджетът на мощността е разликата между минималния Tx изход и Rx чувствителността. Ако листът с данни изброява −8,2 dBm минимум Tx и −14,4 dBm Rx чувствителност, бюджетът за мощност е 6,2 dB - оставяйки много по-малко място за загуба на връзка, отколкото модул с дълъг-обхват с бюджет от 13 dB. Изборът на правилния трансивър за разстоянието на връзката е първата стъпка към работещ бюджет. За по-широк поглед вижте нашата статия затрансивъри срещу транспондери.

Често срещани грешки при изчисляване на загубата на влакна

Преброяване на конектори вместо двойки конектори

Методите за бюджетиране отчитат съчетани двойки конектори - два конектора, свързани заедно - не отделни краища. Ако преброите всеки разхлабен край на конектора, ще надцените или подцените загубата в зависимост от това как прилагате стойността за-единица. Насоките за тестване на Corning са изрични по този въпрос.

Объркващо dB и dBm

dB е относително съотношение. dBm е абсолютно ниво на мощност. Ако извадите стойност на dBm от стойност на dB или ги сравните директно, резултатът от вашия бюджет за мощност ще бъде безсмислен. Запазете стойностите на загубите в dB и нивата на мощност в dBm и ги комбинирайте само чрез правилната формула.

Използване на стандартни максимуми, когато са налични действителните спецификации

Стойностите за планиране на TIA са надбавки за най-лош-случай, а не типични стойности. Ако имате спецификациите на кабела и конектора на производителя, използвайте тези по-строги числа. Прекомерното-разчитане на стандартните максимуми може да доведе до свръх-инженерство (поръчване на по--мощни трансивъри, от които нямате нужда) или, още по-лошо, маскиране на истински проблем, защото щедрото надбавка остави бюджета да изглежда „добре“.

Липсващи компоненти в канала

Пач панелите, оптичните атенюатори, съединителите, WDM филтрите и крайните крайни елементи на допълнително поле допринасят за загубата. Лесно е да забравите точка за свързване на пач панел или атенюатор, който е добавен, за да предотврати претоварването на приемника. Вървете по маршрута, проверете-изградените чертежи и пребройте всичко.

Игнориране на крайно{0}}замърсяване на лицето

Замърсените краища на конекторите са една от най-честите причини, поради които измерените загуби надвишават изчисления бюджет. Микроскопичните частици прах могат драстично да увеличат загубата на вмъкване и обратното отражение. Всички FOA, Corning и Fluke Networks наблягат на проверката и почистването на съединителя като предпоставка преди всяко измерване на загубите. В много-реални случаи на отстраняване на неизправности почистването на крайните повърхности разрешава проблема без повторно-снаждане или подмяна на кабела.

Изчисленият бюджет преминава, но измерената загуба не успява - А сега?

Когато математиката казва, че връзката трябва да работи, но OLTS казва, че не работи, най-вероятните причини са: замърсени конектори, неправилен брой двойки конектори в бюджета, неотчетен снаждане или пач панел, прекомерно огъване на кабела или повреда на кабела, която не е била видима по време на инсталирането. Започнете с проверка на конектора, след това проверете броя на компонентите и използвайте OTDR, за да локализирате конкретното събитие на загуба, ако почистването не разреши празнината.

Едномодов срещу многомодов: Ключови разлики за бюджетиране на загубите

Едномодовото и многомодовото влакно имат различни характеристики на затихване, различни работни дължини на вълната и различни типични разстояния на връзката -, като всички те влияят върху бюджетирането.

Многомодово влакно (OM1–OM5)работи при 850 nm и 1300 nm с по-високо затихване на километър, но обикновено се използва за по-къси връзки вътре в сгради и кампуси. Бюджетите за мощност за високо-скоростни мултимодови приложения (като 10GBASE-SR) могат да бъдат доста ограничени - понякога само 2–3 dB -, което означава, че почти няма място за допълнителни съединители или замърсени краища.

Едномодово влакно (OS1/OS2)работи при 1310 nm и 1550 nm с много по-ниско затихване, което го прави стандартен избор за гръбначни мрежи на кампуси, метро мрежи и-връзки за дълги разстояния. Бюджетите за мощност обикновено са по-големи, но по-големите разстояния означават по-голямо общо затихване на влакната и често повече снаждания, така че бюджетът все още може да бъде ограничен при удължени маршрути.

Винаги съпоставяйте коефициента на затихване с правилния тип влакно и дължина на вълната. Използването на многомодова стойност в едномодов бюджет (или обратното) е грешка, която е изненадващо лесна за допускане при превключване между проекти.

Често задавани въпроси

Как изчислявате загубата на оптична връзка?

Добавете загубите от затихване на влакна (dB/km × дължина), двойки съединители (брой × загуби на чифт), снаждания (брой × загуби на снаждане) и всякакви други пасивни компоненти. Сумата е прогнозната ви обща загуба на връзка. Сравнете го с бюджета на мощността на оборудването, за да определите дали връзката трябва да работи.

Какво представлява бюджетът за оптична връзка?

Бюджетът за оптична връзка (или -бюджет за загуба на връзка) е изчислената оценка на общата пасивна загуба през оптична връзка. Включва всички допринесли за загуба - влакна, съединители, снаждания и пасивни устройства. FOA го описва като оценка, която се сравнява с бюджета на мощността на оборудването, за да се провери жизнеспособността на връзката и с резултатите от теста, за да се потвърди правилното инсталиране.

Каква е разликата между вмъкната загуба и затихването?

Атенюацията се отнася конкретно до загубата на оптична мощност на километър влакно поради абсорбция и разсейване в стъклото. Загубата на вмъкване е по-широкото измерване от-до-край на общата загуба в инсталирана връзка, включително затихване на влакна плюс всички загуби на конектори, снаждане и компоненти. За подробна разбивка прочетете нашата статия завмъкнати загуби във влакнести мрежи.

Каква е приемливата загуба на влакна за конектор?

Стандартът ANSI/TIA-568.3-D позволява максимум 0,75 dB на свързана двойка съединители. Въпреки това, добре направените фабрично полирани конектори обикновено достигат 0,3–0,5 dB. Използването на действителните спецификации на съединителя вместо максималната стандартна надбавка създава по-реалистичен бюджет.

Колко марж трябва да има една оптична връзка?

Минимум 3 dB оперативен марж е широко следвана насока в индустрията. Това отчита стареенето на трансмитера, замърсяването на конектора с течение на времето, възможните бъдещи ремонти на снаждане и свързаните с температурата-промени на затихването. Връзките, проектирани с марж под 3 dB, е по-вероятно да изискват поддръжка или да се повредят преждевременно.

Какви инструменти се използват за измерване на загубата на влакна?

Комплектът за изпитване на оптични загуби (OLTS), състоящ се от калибриран източник на светлина и измервател на мощността, е стандартният инструмент за сертифициране на Tier 1 за пълна загуба на връзка. OTDR се използва за тестване от ниво 2 - той осигурява трасиране на разстояние-, показващо загубата при всяко отделно събитие (конектор, снаждане, огъване) по влакното.

Препратки и допълнителна литература

• Fiber Optic Association - Изчисляване на бюджетите за загуби при оптични влакна
• Corning - Препоръчителни насоки за тестване на оптични влакна (LAN-1561-AEN)
• Corning - Бюджетен калкулатор за загуба на връзка
• Fluke Networks - Изчисляване на бюджета за загуба на оптична връзка
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: Пълна стратегия за тестване на оптични влакна
• ANSI/TIA-568.3-D - Стандарт за кабели и компоненти за оптични влакна (достъпен отTIA)