Объяснение бюджета оптической мощности: как рассчитать потери в оптоволокне

При выборе оптического трансивера дальность передачи часто является первой характеристикой, которую люди проверяют. Однако приемопередатчик длиной 10 км не гарантирует автоматически надежную работу на каждом оптоволоконном канале длиной менее 10 км.

Затухание волокна, разъемы, соединения, патч-панели и другие компоненты снижают оптическую мощность при прохождении сигнала по каналу. Вот почему бюджет оптической мощности является важной частью планирования оптоволоконной сети.

Что такое бюджет оптической мощности?

Бюджет оптической мощности представляет собой максимальные оптические потери, которые может выдержать оптоволоконная линия при сохранении надежной связи.

В основном это определяется двумя характеристиками трансивера:

Tx Power – оптическая мощность, передаваемая модулем.

Чувствительность приемника – минимальная оптическая мощность, необходимая приемнику для правильного обнаружения сигнала.

Упрощенный расчет таков:

Бюджет оптической мощности = минимальная мощность передачи – чувствительность приемника

Например:

Минимальная мощность передачи: -3 дБм
Чувствительность приемника: -14 дБм

Бюджет оптической мощности:

-3 - (-14) = 11 дБ

Мощность передачи и чувствительность приемника выражаются в дБм, а разница между ними — в дБ.

Что способствует потере оптоволоконной связи?

Общие потери оптоволоконной линии обычно включают в себя несколько компонентов:

Затухание в волокне. В оптическом волокне потери зависят от типа волокна, длины волны, качества и расстояния передачи.

Потери в разъеме. Пары разъемов, адаптеры и патч-панели вносят дополнительные вносимые потери.

Потери при сращивании. Сварные соединения обычно приводят к относительно небольшим потерям, но множественные соединения все равно вносят свой вклад в общую сумму.

Потери пассивных компонентов — разветвители, мультиплексоры, фильтры и другие пассивные оптические компоненты также должны быть включены, если они присутствуют.

По возможности следует использовать фактические характеристики компонентов, а не предполагать фиксированные значения потерь.

Как рассчитать потери в оптоволокне

Упрощенный расчет таков:

Общие потери в канале = потери в оптоволокне + потери в соединителе + потери в сращивании + потери в других компонентах

Рассмотрим одномодовую оптоволоконную линию длиной 10 км:

Затухание в оптоволокне: 0,35 дБ/км
Две пары разъемов: 0,5 дБ каждая
Два соединения: 0,1 дБ каждый

Потеря волокна:

10 × 0,35 = 3,5 дБ

Потеря разъема:

2 × 0,5 = 1,0 дБ

Потери на сращивании:

2 × 0,1 = 0,2 дБ

Общая предполагаемая потеря связи:

3,5 + 1,0 + 0,2 = 4,7 дБ

Если трансивер обеспечивает бюджет оптической мощности 11 дБ, теоретический оставшийся запас составит:

11 – 4,7 = 6,3 дБ

Однако практическая волоконно-оптическая линия не должна проектироваться точно с максимально допустимыми потерями.

Почему важен запас прочности?

Загрязнение разъема, старение компонентов, дополнительные исправления, изменения температуры и варианты установки могут со временем увеличить оптические потери.

Поэтому инженеры обычно оставляют запас в несколько децибел. Соответствующее значение зависит от сетевой архитектуры, характеристик оборудования, применимых стандартов, операционной среды и ожидаемых изменений в течение срока службы канала.

Не забывайте о перегрузке приемника

Низкая получаемая мощность — не единственная потенциальная проблема.

Каждый оптический приемник также имеет характеристики максимальной входной мощности. Если потери в канале слишком малы, принимаемая оптическая мощность может превысить этот предел и перегрузить приемник, что может привести к ошибкам или нестабильной работе.

Поэтому правильная конструкция линии связи должна гарантировать, что ожидаемая мощность приема остается между чувствительностью приемника и максимальной входной мощностью приемника, указанной для приемопередатчика.

Почему связь может выйти из строя на номинальном расстоянии?

Амодуль рассчитан на 10 кмне гарантирует, что каждое соединение длиной менее 10 км будет работать правильно.

Например, линия длиной 8 км может включать в себя несколько разъемов, патч-панелей, сростков или участков оптоволокна низкого качества. Если общие вносимые потери превышают доступный бюджет оптической мощности, принимаемый сигнал все равно может быть слишком слабым.

Оптическая мощность также не единственное ограничение. На более длинных одномодовых линиях дисперсия и другие нарушения передачи могут ограничить зону действия, даже если принимаемая оптическая мощность достаточна.

Использование DOM/DDM для проверки условий связи

После установки,ДОМ/ДДМЭта информация может помочь инженерам оценить фактическое состояние оптической линии связи.

Оптическая мощность Rx особенно полезна. Если полученная мощность ниже ожидаемой, возможные причины включают в себя:

Грязные оптоволоконные разъемы
Чрезмерное затухание волокна
Поврежденные или изогнутые оптоволоконные кабели
Неожиданная потеря разъема или соединения
Проблемы с дистанционным передатчиком

Показания DOM/DDM всегда следует сравнивать со спецификациями и пороговыми значениями фактического оптического трансивера.

Бюджет оптической мощности и бюджет канала

Бюджет оптической мощности обычно описывает доступные оптические потери между выходом передатчика и чувствительностью приемника, в то время как полный расчет бюджета канала учитывает, как эта доступная мощность потребляется волокном, разъемами, соединениями, пассивными компонентами и инженерными запасами.

На практике многие производители и технические документы используют понятия «бюджет оптической мощности» и «бюджет канала» как синонимы. Поэтому понимание фактических характеристик и метода расчета более важно, чем сама терминология.

Заключение

Одного расстояния передачи недостаточно, чтобы определить, будет ли оптический трансивер работать надежно.

Правильная оценка линии должна учитывать баланс оптической мощности, затухание волокна, потери в разъемах и сращиваниях, пределы перегрузки приемника и инженерные запасы. Более длинные линии могут также потребовать учета дисперсии и других ограничений передачи.

Рассчитав потери в канале перед развертыванием и проверив фактическую мощность приема/передачи через DOM/DDM после установки, инженеры могут более эффективно выявлять потенциальные проблемы и создавать более надежные оптоволоконные каналы.