Kako izračunati gubitak vlakana i provjeriti proračun energije

Svaka veza od optičkih vlakana gubi nešto optičke snage između odašiljača i prijamnika. Poznavanje kako izračunati taj gubitak - i usporediti ga s proračunom snage opreme - ono je što razlikuje vezu koja pouzdano radi od one koja ne radi u stvarnim-uvjetima. Ovaj vodič prolazi kroz formulu za izračun gubitka vlakana, korak{5}}po-primjer rada i praktične provjere koje iskusni inženjeri koriste kako bi izbjegli najčešće pogreške u proračunu.
 

Što je gubitak vlakana i zašto je bitan?

Gubitak vlakana je smanjenje snage optičkog signala dok svjetlost putuje kroz optičku vezu. U praksi, ukupni gubitak preko veze dolazi iz nekoliko izvora: sam optički kabel, spojeni parovi konektora, spojevi i sve pasivne komponente kao što surazdjelniciili spojnice na putu.

Često ćete vidjeti srodne izraze koji se koriste na malo drugačije načine.Prigušenjeobično se odnosi na inherentni gubitak snage po jedinici duljine vlakna, izražen u dB/km.Insercijski gubitakopisuje ukupni gubitak od-do-kraja mjeren preko instalirane veze, uključujući sve komponente.Gubitak vezeje izračunati ili izmjereni zbroj svih pasivnih gubitaka u kanalu. Ove su razlike važne jer njihovo miješanje dovodi do pogrešaka u proračunu - točka naglašena u oba Corning-ovasmjernice za ispitivanje optičkih vlakana (LAN-1561-AEN)i Fiber Optic Association'sgubitak proračuna reference. Za dublju usporedbu pogledajte naš vodič nauneseni gubitak vs povratni gubitak.

Neobrađeni broj gubitaka sam po sebi govori vrlo malo. Očitanje od 3 dB moglo bi biti savršeno prihvatljivo na kratkoj multimodnoj kampus vezi, ali problematično na dugoj jednomodnoj magistrali s uskim ograničenjima primjene. Zbog toga se gubitak vlakana uvijek procjenjuje u odnosu na dvije stvari: proračun gubitka-veze (procijenjeni ukupni pasivni gubitak) i proračun snage aktivne opreme (razlika između izlaza odašiljača i osjetljivosti prijemnika).

Što uzrokuje gubitak vlakana u optičkoj vezi?

Četiri glavna čimbenika doprinose gubitku u tipičnom vlaknastom kanalu. Razumijevanje svakog od njih pomaže vam da napravite točan proračun umjesto da nagađate.

Slabljenje vlakana preko udaljenosti

Svako optičko vlakno apsorbira i raspršuje dio svjetlosti dok se širi. Koeficijent prigušenja ovisi o vrsti vlakna i valnoj duljini. Prema standardu ANSI/TIA-568.3-D, najveće dopuštene vrijednosti prigušenja za potrebe planiranja su:

Ovo su maksimumi konzervativnog planiranja. Proizvođači redovito proizvodejednomodno vlaknos prigušenjem znatno ispod 0,35 dB/km na 1310 nm i ispod 0,25 dB/km na 1550 nm. Ako imate stvarnu podatkovnu tablicu kabela, upotrijebite te uže vrijednosti - standardna dopuštenja postoje kao najgore-sigurnosne mreže, a ne kao najbolje procjene.

Gubitak para konektora

Gubitak se javlja svaki put dvakonektori za optička vlaknase pare zajedno. U proračunu računate spojene parove konektora, a ne pojedinačne krajeve konektora. Standard TIA-568.3-D postavlja najviše 0,75 dB po spojenom paru, ali visokokvalitetni tvornički polirani konektori (SC, LC, FC tipovi) obično postižu 0,3–0,5 dB po paru u praksi. To je u skladu s preporukom Corninga da se koriste stvarne specifikacije konektora, a ne maksimalni standardni dopušteni iznos kad god je dostupan.

U kratkim vezama - recimo ispod 500 metara - gubitak konektora često dominira ukupnim proračunom više od prigušenja vlakana. To je jedan od razloga zašto kvaliteta konektora iizbor vrste konektoratoliko važni u kabliranju prostorija.

Gubitak spajanja

Spojevi fuzijom i mehanički spojevi dodaju gubitak. TIA-568.3-D maksimum je 0,3 dB po spoju. Fuzioni spojevi s pravilnim poravnanjem jezgre rutinski postižu ispod 0,1 dB, dok mehanički spojevi padaju u raspon od 0,2–0,5 dB. Ako proračun planirate za trasu vanjskog postrojenja s više točaka spajanja, te se male vrijednosti brzo zbrajaju tijekom dugog razdoblja.

Zavoji, onečišćenje i drugi čimbenici

Macrobends i microbends povećavaju prigušenje izvan nazivne specifikacije kabela. Kontaminacija na krajevima konektora jedan je od najčešćih uzroka neočekivanih gubitaka na terenu - FOA identificira prljave konektore kao vodeći izvor neuspjeha testa. Usko usmjeravanje kabela, loše upravljanje kabelima i stres okoliša mogu izmjeriti gubitak iznad izračunate procjene.

Neke veze također uključuju pasivne komponente kao što su optički prigušnici, WDM spojnice iliPLC razdjelnici. Svaki od njih ima svoj specificirani uneseni gubitak koji se mora dodati proračunu.

Formula za izračun gubitka vlakana

Temeljna formula za procjenu ukupnog gubitka veze je jednostavna:

Ukupni gubitak veze (dB)=(koeficijent prigušenja × duljina vlakna) + (broj pari konektora × gubitak po paru) + (broj spojeva × gubitak po spoju) + gubitak ostalih pasivnih komponenti

Ovo je ista struktura korištena u Corningukalkulator proračuna gubitka vezete u proračunskoj metodologiji UŠV-a. Zatim uspoređujete taj ukupni iznos s proračunom snage aktivne opreme:

Proračun snage (dB)=Izlazna snaga odašiljača (dBm) − Osjetljivost prijemnika (dBm)

Radna margina (dB)=Budžet snage − Ukupni gubitak veze

Pozitivna operativna marža znači da veza treba funkcionirati. Marža ispod otprilike 3 dB smatra se rizičnom za dugoročnu-pouzdanost, jer odašiljači stare, konektori nakupljaju kontaminaciju, a spojevi se mogu pogoršati ako se kabelima rukuje ili preusmjerava. FOA preporučuje održavanje margine od najmanje 3 dB kako bi se uzeli u obzir ovi-faktori stvarnog svijeta.

Jedna važna napomena:dBje relativna jedinica (izražava omjer), dokdBmje apsolutna razina snage (s obzirom na 1 mW). Zamjena to dvoje je iznenađujuće uobičajena pogreška koja poništava cijeli izračun-proračuna energije čak i kada je sama procjena gubitka točna.
 

Kako izračunati gubitak vlakana korak po korak?

Korak 1: Dokumentirajte stvarne komponente veze

Prije nego što otvorite kalkulator, navedite sve u kanalu: vrstu vlakna, radnu valnu duljinu, ukupnu duljinu rute (ne samo udaljenost na karti - uključuje okomite prolaze, opuštene petlje i zaobilaznice), broj spojenih parova konektora, broj spojeva i sve pasivne uređaje. Većina proračunskih pogrešaka počinje ovdje, s nepotpunim brojanjem komponenti.

Korak 2: Odaberite Vrijednosti gubitaka

Koristite specifikacije proizvođača komponente ako su dostupne. Vratite se na maksimalne vrijednosti TIA-568.3-D samo kada stvarne specifikacije nisu poznate. Kao što Fluke Networks ističe u svojimvodič za izračun proračuna gubitaka, standardi pružaju minimalnu prihvatljivu izvedbu - stvarne komponente obično su bolje, a korištenje podataka proizvođača daje točniju procjenu.

Korak 3: Izračunajte svaku komponentu gubitka

Pomnožite koeficijent prigušenja s duljinom vlakna. Pomnožite broj parova konektora gubitkom po paru. Pomnožite broj spojeva s gubitkom po spoju. Dodajte sve gubitke pasivnih komponenti. Zbrojite sve za ukupni procijenjeni gubitak veze.

Korak 4: Usporedite s proračunom snage

Pronađite izlaznu snagu odašiljača i osjetljivost prijemnika iz podatkovne tablice primopredajnika. Ova dva broja obično se navode u dBm. Razlika je u proračunu snage. Oduzmite ukupni gubitak veze od proračuna snage kako biste dobili operativnu maržu. Za više informacija o specifikacijama primopredajnika pogledajte našu usporedbusinglemode SFP vs multimode SFP.

Korak 5: Provjerite je li marža odgovarajuća

Pozitivna margina je neophodna, ali nije uvijek dovoljna. Ako je margina manja od 3 dB, veza je osjetljiva na degradaciju zbog starenja komponenti, prljavih krajeva, dodatnih spojeva zbog budućih popravaka ili temperaturno-promjena prigušenja. U praktičnim implementacijama, inženjeri koji projektiraju na samom rubu često završe s otklanjanjem kvarova u roku od godinu ili dvije.

Radni primjer: Jednomodna veza od 10 km na 1310 nm

Razmotrite vanjsku-postrojnu vezu jednog moda koja radi 10 km na 1310 nm, s dva spojena para konektora i jednim fuzijskim spojem. Korištenje TIA-568.3-D planiranih vrijednosti za jednomodni kabel izvan postrojenja:

Sada pretpostavimo da podatkovna tablica primopredajnika pokazuje izlaz odašiljača od -15 dBm i osjetljivost prijemnika od -28 dBm:

Proračun snage=−15 − (−28) =13 dB

Operativna marža=13 − 6.8 =6,2 dB

Uz marginu od 6,2 dB, ova veza prolazi ugodno. Čak i nakon rezerviranja 3 dB za dugotrajnu-degradaciju, još uvijek postoji više od 3 dB prostora - dovoljno za apsorbiranje budućih popravka spojeva ili starenja konektora bez pada ispod praga pouzdanosti.

Ako ste koristili stvarne specifikacije kabela (recimo 0,35 dB/km) i tipični gubitak konektora (recimo 0,5 dB/par), ukupni bi pad pao na oko 4,8 dB, dajući još veću marginu. Zato je korištenje stvarnih podataka o komponentama važno - standardne vrijednosti planiranja su po dizajnu konzervativne.
 

Izračunati gubitak naspram izmjerenog gubitka: kada je svaki dovoljan?

Izračunati gubitak je procjena. Korisno je tijekom projektiranja, citiranja, usporedbe ruta i prije{1}}potvrde valjanosti instalacije. Ali to nije isto što i terenska certifikacija.

Za instalirane veze, industrijski standardni pristup je testiranje razine 1 sa setom za ispitivanje optičkih gubitaka (OLTS), koji izravno mjeri ukupni gubitak veze pomoću kalibriranog izvora svjetlosti i mjerača snage. I standard TIA-568.3-D i Corningove smjernice za testiranje identificiraju OLTS testiranje kao najtočniju karakterizaciju performansi instalirane optičke veze. Ako trebate locirati određeni kvar - loš spoj, oštećen konektor ili usko savijanje - optički reflektometar u vremenskoj domeni (OTDR) pruža detalje na razini događaja koje OLTS ne može. Fluke Networks opisuje OTDR testiranje kaoTier 2 certifikat, preporučuje se uz OLTS za cjelovitu strategiju testiranja.

Koristite izračun kada:dizajnirate novu rutu, uspoređujete opcije veze ili provjeravate da bi proračun snage opreme trebao biti dovoljan prije instalacije.

Koristite mjerenje kada:potvrđujete instaliranu vezu za prihvaćanje, rješavate neočekivane probleme s izvedbom ili provjeravate da izmjereni gubitak spada unutar izračunatog proračuna.

U praksi je uobičajeno da se izmjereni gubitak malo razlikuje od izračunate procjene. Ako je izmjereni gubitak znatno veći od proračuna, prve stvari koje treba provjeriti su kontaminacija kraj-čela konektora, netočan broj parova konektora i neočekivana savijanja ili oštećenja kabela duž trase.
 

Što je prihvatljivi gubitak vlakana?

Ne postoji jedinstveni univerzalni odgovor - prihvatljiv gubitak ovisi o specifičnoj vezi i opremi koja na njoj radi. Međutim, postoje praktične smjernice:

Veza prolazi test proračuna gubitaka ako je ukupni izmjereni uneseni gubitak jednak ili ispod izračunatog proračuna za tu specifičnu vezu. Veza prolazi test proračuna snage ako još uvijek postoji pozitivna operativna marža nakon oduzimanja ukupnog gubitka od proračuna snage opreme. Za dugoročnu-pouzdanost, široko se preporučuje radna granica od najmanje 3 dB iznad minimalne osjetljivosti prijemnika.

Za brzu referencu, tipične planirane vrijednosti prigušenja iz standarda TIA-568.3-D su: višemodno vlakno na 850 nm ne smije prelaziti 3,5 dB/km; jednomodni vanjski kabel na 1310 nm ne bi trebao prelaziti 0,5 dB/km; i parovi konektora ne smiju prelaziti 0,75 dB svaki. Ako su vaše izmjerene vrijednosti po komponenti unutar ovih granica, a ukupni gubitak veze je ispod proračuna snage uz odgovarajuću marginu, veza je općenito prihvatljiva.

Gdje pronaći Tx snagu i Rx osjetljivost na podatkovnoj tablici primopredajnika

Dva broja koja su vam potrebna za izračun proračuna snage - izlazna snaga odašiljača (Tx) i osjetljivost prijemnika (Rx) - navedeni su na podatkovnoj tablici modula primopredajnika, obično u tablici s oznakom "Optičke karakteristike" ili "Parametri odašiljača/prijemnika". Tražiti:

• Izlazna snaga odašiljača (min/max):dano u dBm. Koristite minimalnu vrijednost za-najgori slučaj proračuna.
• Osjetljivost prijemnika:dano u dBm. Ovo je najslabiji signal koji prijamnik može detektirati uz održavanje potrebne stope pogreške u bitovima.
• Preopterećenje prijemnika (ili maksimalna ulazna snaga):najjači signal koji prijamnik može podnijeti bez grešaka. Ovo je važno na vrlo kratkim vezama gdje su gubici minimalni.

Proračun snage je razlika između minimalnog Tx izlaza i Rx osjetljivosti. Ako podatkovna tablica navodi −8,2 dBm minimalnu Tx i −14,4 dBm Rx osjetljivost, proračun snage je 6,2 dB - ostavljajući mnogo manje prostora za gubitak veze od modula dugog-dometa s proračunom od 13 dB. Odabir pravog primopredajnika za udaljenost veze prvi je korak prema isplativom proračunu. Za širi pogled pogledajte naš članak oprimopredajnici vs transponderi.

Uobičajene pogreške u proračunu gubitka vlakana

Brojanje konektora umjesto parova konektora

Metode proračuna računaju spojene parove konektora - dva spojena konektora - ne pojedinačne krajeve. Ako brojite svaki labavi kraj konektora, precijenit ćete ili podcijeniti gubitak ovisno o tome kako primijenite vrijednost po-jedinici. Corningove smjernice za testiranje su eksplicitne po ovom pitanju.

Brkanje dB i dBm

dB je relativni omjer. dBm je apsolutna razina snage. Ako oduzmete dBm vrijednost od dB vrijednosti ili ih izravno usporedite, rezultat vašeg proračuna snage bit će besmislen. Zadržite vrijednosti gubitaka u dB i razine snage u dBm i kombinirajte ih samo pomoću ispravne formule.

Korištenje standardnih maksimuma kada su dostupne stvarne specifikacije

Vrijednosti planiranja TIA-a dopuštenja su-za najgori slučaj, a ne tipične vrijednosti. Ako imate proizvođačeve specifikacije kabela i konektora, upotrijebite te uže brojeve. Pretjerano-oslanjanje na standardne maksimume može dovesti do pretjeranog-inženjeringa (naručivanje primopredajnika-jače snage koji vam ne trebaju) ili, još gore, prikrivanja stvarnog problema jer je velikodušni dodatak ostavio proračun "u redu".

Nedostaju komponente u kanalu

Patch paneli, optički atenuatori, spojnice, WDM filtri i dodatni završeci polja doprinose gubitku. Lako je zaboraviti priključnu točku patch panela ili prigušivač koji je dodan kako bi se spriječilo preopterećenje prijemnika. Hodajte rutom, provjerite-nacrte izvedenih i prebrojite sve.

Ignoriranje End{0}}Face kontaminacije

Prljavi krajevi konektora jedan su od najčešćih razloga zašto izmjereni gubitak premašuje izračunati proračun. Mikroskopske čestice prašine mogu dramatično povećati uneseni gubitak i povratnu refleksiju. FOA, Corning i Fluke Networks naglašavaju pregled i čišćenje konektora kao preduvjet prije bilo kakvog mjerenja gubitaka. U mnogim-slučajevima rješavanja problema u stvarnom svijetu, čišćenje krajnjih strana rješava problem bez ikakvog -spajanja ili zamjene kabela.

Izračunati proračun prolazi, ali izmjereni gubitak ne uspijeva - Što sada?

Kada matematika kaže da bi veza trebala raditi, ali OLTS kaže da ne radi, najvjerojatniji uzroci su: kontaminirani konektori, pogrešan broj parova konektora u proračunu, neobračunati spoj ili patch panel, prekomjerno savijanje kabela ili oštećenje kabela koje nije bilo vidljivo tijekom instalacije. Započnite s pregledom konektora, zatim provjerite broj komponenti i upotrijebite OTDR za lociranje specifičnog događaja gubitka ako čišćenje ne riješi prazninu.

Jednomodni u odnosu na višemodni: ključne razlike za proračun gubitaka

Jednomodna i višemodna vlakna imaju različite karakteristike prigušenja, različite radne valne duljine i različite tipične udaljenosti veze - što sve utječe na proračun.

Višemodno vlakno (OM1–OM5)radi na 850 nm i 1300 nm s većim prigušenjem po kilometru, ali se obično koristi za kraće veze unutar zgrada i kampusa. Proračuni za napajanje za -brze multimodne aplikacije (kao što je 10GBASE-SR) mogu biti prilično mali - ponekad samo 2–3 dB - što znači da gotovo da nema mjesta za dodatne konektore ili prljave krajeve.

Jednomodno vlakno (OS1/OS2)radi na 1310 nm i 1550 nm s puno nižim prigušenjem, što ga čini standardnim izborom za okosnice kampusa, metro mreže i-veze na duge udaljenosti. Proračuni za napajanje obično su veći, ali veće udaljenosti znače više ukupnog prigušenja vlakana i često više spojeva, tako da proračun i dalje može biti mali na produženim rutama.

Uvijek uskladite koeficijent prigušenja s ispravnom vrstom vlakna i valnom duljinom. Korištenje višemodne vrijednosti u jednomodnom proračunu (ili obrnuto) je pogreška koju je iznenađujuće lako napraviti prilikom prebacivanja između projekata.

Često postavljana pitanja

Kako izračunavate gubitak optičke veze?

Zbrojite gubitke od prigušenja vlakana (dB/km × duljina), parova konektora (broj × gubitak po paru), spojeva (broj × gubitak po spoju) i bilo koje druge pasivne komponente. Zbroj je vaš procijenjeni ukupni gubitak veze. Usporedite ga s proračunom snage opreme kako biste utvrdili treba li veza raditi.

Što je proračun optičke veze?

Proračun svjetlovodne veze (ili-proračun gubitka veze) je izračunata procjena ukupnog pasivnog gubitka preko optičke veze. Uključuje sva vlakna - koja doprinose gubitku, konektore, spojeve i pasivne uređaje. FOA to opisuje kao procjenu koja se uspoređuje s proračunom snage opreme kako bi se potvrdila održivost veze i s rezultatima testiranja kako bi se potvrdila ispravna instalacija.

Koja je razlika između unesenog gubitka i prigušenja?

Prigušenje se posebno odnosi na optičku snagu izgubljenu po kilometru vlakna zbog apsorpcije i raspršenja u staklu. Gubitak umetanja je šire mjerenje ukupnih gubitaka preko instalirane veze, od kraja do- kraja, uključujući slabljenje vlakana plus sve gubitke konektora, spojeva i komponenti. Za detaljnu analizu pročitajte naš članak oinsercijski gubitak u optičkim mrežama.

Koliki je prihvatljivi gubitak vlakana po konektoru?

ANSI/TIA-568.3-D standard dopušta maksimalno 0,75 dB po spojenom paru konektora. Međutim, dobro izrađeni tvornički polirani konektori obično postižu 0,3–0,5 dB. Korištenje stvarnih specifikacija konektora umjesto maksimalnog standardnog dopuštenja daje realističniji proračun.

Koliku marginu treba imati optička veza?

Minimalno 3 dB operativne marže široko je sljedeća industrijska smjernica. Ovo uzima u obzir starenje odašiljača, kontaminaciju konektora tijekom vremena, moguće buduće popravke spojeva i temperaturne-promjene prigušenja. Veća je vjerojatnost da će veze koje su dizajnirane s marginom manjom od 3 dB zahtijevati održavanje ili prerano otkazati.

Koji se alati koriste za mjerenje gubitka vlakana?

Set za ispitivanje optičkog gubitka (OLTS), koji se sastoji od kalibriranog izvora svjetlosti i mjerača snage, standardni je instrument za Tier 1 certifikaciju ukupnog gubitka veze. OTDR se koristi za testiranje razine 2 - on pruža udaljenost-mapirani trag koji pokazuje gubitak pri svakom pojedinačnom događaju (konektor, spoj, savijanje) duž vlakna.

Reference i dodatna literatura

• Fiber Optic Association - Izračun proračuna gubitaka optičkih vlakana
• Corning - Preporučene smjernice za testiranje optičkih vlakana (LAN-1561-AEN)
• Corning - Kalkulator proračuna gubitka veze
• Fluke Networks - Izračun proračuna gubitaka optičke veze
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: Potpuna strategija testiranja optičkih vlakana
• ANSI/TIA-568.3-D - Standard za kabele i komponente optičkih vlakana (dostupno odTIA)