Hoe u vezelverlies kunt berekenen en het energiebudget kunt controleren

Elke glasvezelverbinding verliest wat optisch vermogen tussen de zender en de ontvanger. Weten hoe je dat verlies - kunt berekenen en vergelijken met het energiebudget van de apparatuur - is wat een verbinding onderscheidt die betrouwbaar werkt en een verbinding die faalt onder reële- omstandigheden. In deze gids wordt de formule voor het berekenen van vezelverlies besproken, een stap{5}}voor-stap uitgewerkt voorbeeld en de praktische controles die ervaren ingenieurs gebruiken om de meest voorkomende budgetteringsfouten te voorkomen.
 

Wat is vezelverlies en waarom is het belangrijk?

Vezelverlies is de vermindering van het optische signaalvermogen terwijl licht door een glasvezelverbinding reist. In de praktijk is het totale verlies via een verbinding afkomstig van verschillende bronnen: de glasvezelkabel zelf, gekoppelde connectorparen, splitsingen en eventuele passieve componenten zoalssplittersof koppelingen in het pad.

Je zult vaak verwante termen tegenkomen die op enigszins verschillende manieren worden gebruikt.Verzwakkingverwijst doorgaans naar het inherente vermogensverlies per lengte-eenheid van de vezel, uitgedrukt in dB/km.Invoegverliesbeschrijft het totale eind-tot-eindverlies gemeten over een geïnstalleerde link, inclusief alle componenten.Verbindingsverliesis de berekende of gemeten som van alle passieve verliezen in het kanaal. Deze verschillen zijn van belang omdat het door elkaar halen ervan tot budgettaire fouten leidt - een punt dat in beide studies van Corning wordt benadruktrichtlijnen voor glasvezeltesten (LAN-1561-AEN)en die van de Fiber Optic Associationreferentie voor verliesbudget. Voor een diepere vergelijking, zie onze gids opinvoegverlies versus retourverlies.

Een ruw verliescijfer op zichzelf vertelt u heel weinig. Een meting van 3 dB zou volkomen acceptabel kunnen zijn op een korte multimode campusverbinding, maar problematisch op een lange singlemode trunk met strakke toepassingslimieten. Daarom wordt vezelverlies altijd beoordeeld op basis van twee zaken: het link-verliesbudget (het geschatte totale passieve verlies) en het stroombudget van de actieve apparatuur (het verschil tussen zenderuitgang en ontvangergevoeligheid).

Wat veroorzaakt glasvezelverlies in een optische verbinding?

Vier belangrijke factoren dragen bij aan verliezen in een typisch glasvezelkanaal. Als u ze allemaal begrijpt, kunt u een nauwkeurig budget opstellen in plaats van te raden.

Vezeldemping over afstand

Elke optische vezel absorbeert en verstrooit een deel van het licht terwijl het zich voortplant. De verzwakkingscoëfficiënt is afhankelijk van het vezeltype en de golflengte. Volgens de ANSI/TIA-568.3-D-standaard zijn de maximaal toegestane dempingswaarden voor planningsdoeleinden:

Dit zijn conservatieve planningsmaxima. Fabrikanten produceren routinematigsinglemode glasvezelmet een demping ruim onder 0,35 dB/km bij 1310 nm en onder 0,25 dB/km bij 1550 nm. Als u over het daadwerkelijke kabelgegevensblad beschikt, gebruik dan die strengere waarden. - Er bestaan ​​standaardtoeslagen als vangnet in het slechtste- geval, en niet als beste schattingen.

Connectorpaarverlies

Verlies treedt elke keer op als tweeglasvezel connectorenzijn met elkaar gepaard. Bij het budgetteren telt u gekoppelde connectorparen, niet individuele connectoruiteinden. De TIA-568.3-D-standaard stelt een maximum van 0,75 dB per gekoppeld paar vast, maar hoogwaardige, in de fabriek gepolijste connectoren (SC-, LC-, FC-types) bereiken in de praktijk doorgaans 0,3–0,5 dB per paar. Dit komt overeen met de aanbeveling van Corning om daadwerkelijke connectorspecificaties te gebruiken in plaats van de maximale standaardlimiet, indien beschikbaar.

Bij korte verbindingen - zeg onder de 500 meter - domineert connectorverlies vaak meer het totale budget dan glasvezelverzwakking. Dat is een reden waarom connectorkwaliteit enselectie van het connectortypeis zo belangrijk bij de bekabeling van gebouwen.

Lasverlies

Fusieverbindingen en mechanische verbindingen zorgen beide voor verlies. Het maximum van TIA-568.3-D is 0,3 dB per las. Fusiesplitsingen met de juiste kernuitlijning bereiken routinematig minder dan 0,1 dB, terwijl mechanische splitsingen de neiging hebben om in het bereik van 0,2-0,5 dB te vallen. Als u budgetteert voor een route buiten de fabriek met meerdere verbindingspunten, kunnen deze kleine waarden op de lange termijn snel oplopen.

Bochten, vervuiling en andere factoren

Macrobends en microbends verhogen de demping boven de nominale specificatie van de kabel. Vervuiling op de eindvlakken van connectoren is een van de meest voorkomende oorzaken van onverwachte verliezen in het veld. - De FOA identificeert vuile connectoren als een belangrijke bron van testfouten. Strakke kabelgeleiding, slecht kabelbeheer en omgevingsstress kunnen het gemeten verlies allemaal boven de berekende schatting brengen.

Sommige koppelingen bevatten ook passieve componenten zoals optische verzwakkers, WDM-koppelingen ofPLC-splitters. Elk van deze heeft zijn eigen gespecificeerde invoegverlies dat aan het budget moet worden toegevoegd.

Berekeningsformule voor vezelverlies

De kernformule voor het schatten van het totale linkverlies is eenvoudig:

Totaal verbindingsverlies (dB)=(dempingscoëfficiënt × vezellengte) + (aantal connectorparen × verlies per paar) + (aantal splitsingen × verlies per verbinding) + verlies van andere passieve componenten

Dit is dezelfde structuur die wordt gebruikt in Corning'slink verlies budgetcalculatoren in de budgetteringsmethodologie van de FOA. Vervolgens vergelijkt u dat totaal met het energiebudget van de actieve apparatuur:

Vermogensbudget (dB)=Uitgangsvermogen zender (dBm) − Gevoeligheid ontvanger (dBm)

Bedrijfsmarge (dB)=Energiebudget − Totaal verbindingsverlies

Een positieve operationele marge betekent dat de link zou moeten functioneren. Een marge van minder dan ongeveer 3 dB wordt als riskant beschouwd voor de betrouwbaarheid op de lange- termijn, omdat zenders verouderen, connectoren vervuild raken en verbindingen kunnen verslechteren als kabels worden gehanteerd of omgeleid. De FOA raadt aan een marge van ten minste 3 dB aan te houden om rekening te houden met deze reële- factoren.

Eén belangrijke opmerking:dBis een relatieve eenheid (het drukt een verhouding uit), terwijldBmis een absoluut vermogensniveau (gerelateerd aan 1 mW). Het verwarren van deze twee is een verrassend vaak voorkomende fout die de volledige -begrotingsberekening ongeldig maakt, zelfs als de schatting van het verlies zelf correct is.
 

Hoe bereken je stap voor stap het vezelverlies?

Stap 1: Documenteer de feitelijke linkcomponenten

Voordat u een rekenmachine opent, noteert u alles in het kanaal: vezeltype, operationele golflengte, totale routelengte (niet alleen de kaartafstand - omvat verticale trajecten, slappe lussen en routeomleidingen), het aantal gekoppelde connectorparen, het aantal splitsingen en eventuele passieve apparaten. De meeste budgetteringsfouten beginnen hier, met onvolledige componenttellingen.

Stap 2: Selecteer Verlieswaarden

Gebruik de specificaties van de fabrikant van het onderdeel, indien beschikbaar. Ga alleen terug naar de TIA-568.3-D-maxima als de feitelijke specificaties niet bekend zijn. Zoals Fluke Networks aangeeft in hunGids voor het berekenen van het verliesbudget, standaarden bieden minimaal acceptabele prestaties - echte componenten zijn meestal beter, en het gebruik van fabrikantgegevens levert een nauwkeurigere schatting op.

Stap 3: Bereken elke verliescomponent

Vermenigvuldig de verzwakkingscoëfficiënt met de vezellengte. Vermenigvuldig het aantal connectorparen met het verlies per paar. Vermenigvuldig het aantal splitsingen met het verlies per splitsing. Voeg eventuele passieve componentverliezen toe. Tel alles bij elkaar op voor het totale geschatte linkverlies.

Stap 4: Vergelijk met het energiebudget

Vind het uitgangsvermogen van de zender en de gevoeligheid van de ontvanger in het gegevensblad van de transceiver. Deze twee getallen worden meestal weergegeven in dBm. Het verschil is het energiebudget. Trek het totale verbindingsverlies af van het energiebudget om de operationele marge te verkrijgen. Voor meer informatie over de specificaties van de transceiver, zie onze vergelijking vansinglemode SFP versus multimode SFP.

Stap 5: Controleer of de marge voldoende is

Een positieve marge is noodzakelijk, maar niet altijd voldoende. Als de marge kleiner is dan 3 dB, is de verbinding kwetsbaar voor degradatie door verouderde componenten, vuile eindvlakken, extra verbindingen door toekomstige reparaties of temperatuur-gerelateerde dempingsveranderingen. Bij praktische implementaties zijn engineers die direct aan de rand ontwerpen vaak binnen een jaar of twee bezig met het oplossen van fouten.

Uitgewerkt voorbeeld: 10 km Singlemode Link op 1310 nm

Beschouw een externe-singlemode-verbinding over een afstand van 10 km bij 1310 nm, met twee gekoppelde connectorparen en één fusiesplitsing. TIA-568.3-D-planningswaarden gebruiken voor singlemode-kabel buiten de fabriek:

Stel nu dat het gegevensblad van de zendontvanger een zenderuitvoer van −15 dBm en een ontvangergevoeligheid van −28 dBm toont:

Energiebudget=−15 − (−28) =13dB

Operationele marge=13 − 6.8 =6,2 dB

Met een marge van 6,2 dB passeert deze link comfortabel. Zelfs nadat 3 dB is gereserveerd voor degradatie op de lange- termijn, is er nog steeds meer dan 3 dB aan speelruimte - genoeg om een ​​toekomstige reparatie van een verbinding of enige connectorveroudering op te vangen zonder onder de betrouwbaarheidsdrempel te vallen.

Als je de werkelijke kabelspecificaties zou gebruiken (zeg 0,35 dB/km) en typisch connectorverlies (zeg 0,5 dB/paar), zou het totaal dalen tot ongeveer 4,8 dB, wat een nog grotere marge oplevert. Dat is de reden waarom het gebruik van echte componentgegevens ertoe doet. - Standaard planningswaarden zijn conservatief van opzet.
 

Berekend verlies versus gemeten verlies: wanneer is elk voldoende?

Een berekend verlies is een schatting. Het is handig tijdens ontwerp, offertes, routevergelijking en pre--validatie vóór de installatie. Maar het is niet hetzelfde als veldcertificering.

Voor geïnstalleerde links bestaat de industriestandaard uit Tier 1-testen met een Optical Loss Test Set (OLTS), die direct het totale invoegverlies van de link meet met behulp van een gekalibreerde lichtbron en vermogensmeter. Zowel de TIA-568.3-D-standaard als de testrichtlijnen van Corning identificeren OLTS-testen als de meest nauwkeurige karakterisering van de prestaties van een geïnstalleerde glasvezelverbinding. Als u een specifieke fout - een slechte verbinding, een beschadigde connector of een krappe bocht moet lokaliseren, biedt een Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) details op gebeurtenisniveau die een OLTS niet kan. Fluke Networks beschrijft OTDR-testen alsTier 2-certificering, aanbevolen naast OLTS voor een complete teststrategie.

Gebruik berekening wanneer:u ontwerpt een nieuwe route, vergelijkt verbindingsopties of controleert vóór de installatie of het stroombudget van de apparatuur voldoende moet zijn.

Gebruik meting wanneer:u certificeert een geïnstalleerde link voor acceptatie, lost onverwachte prestatieproblemen op of verifieert dat het gemeten verlies binnen het berekende budget valt.

In de praktijk komt het vaak voor dat het gemeten verlies enigszins afwijkt van de berekende schatting. Als het gemeten verlies aanzienlijk hoger is dan het budget, zijn de eerste dingen die u moet controleren vervuiling van het connectoruiteinde-, een onjuist aantal connectorparen en onverwachte bochten of kabelschade langs de route.
 

Wat is een aanvaardbaar vezelverlies?

Er is geen universeel antwoord. - Aanvaardbaar verlies hangt af van de specifieke link en de apparatuur die erop werkt. Er zijn echter praktische richtlijnen:

De link doorstaat de verliesbudgettest als het totale gemeten invoegverlies op of onder het berekende budget voor die specifieke link ligt. De link doorstaat de energiebudgettest als er nog steeds een positieve operationele marge is na aftrek van het totale verlies van het energiebudget van de apparatuur. Voor betrouwbaarheid op de lange- termijn wordt algemeen een operationele marge van ten minste 3 dB boven de minimale ontvangergevoeligheid aanbevolen.

Ter snelle referentie: typische planningsverzwakkingswaarden uit de TIA-568.3-D-standaard zijn: multimode glasvezel bij 850 nm mag niet hoger zijn dan 3,5 dB/km; singlemode buitenkabel bij 1310 nm mag niet hoger zijn dan 0,5 dB/km; en connectorparen mogen elk niet hoger zijn dan 0,75 dB. Als uw gemeten waarden per component ruim binnen deze limieten vallen en het totale linkverlies binnen het energiebudget ligt met voldoende marge, is de link over het algemeen acceptabel.

Waar u het Tx-vermogen en de Rx-gevoeligheid kunt vinden op het gegevensblad van een transceiver

De twee getallen die u nodig heeft voor een berekening van het energiebudget - uitgangsvermogen van de zender (Tx) en ontvangergevoeligheid (Rx) - staan ​​vermeld op het gegevensblad van de zendontvangermodule, meestal in een tabel met het label 'Optische kenmerken' of 'Zender-/ontvangerparameters'. Zoek naar:

• Uitgangsvermogen zender (min/max):gegeven in dBm. Gebruik de minimumwaarde voor budgettering in het slechtste- geval.
• Gevoeligheid ontvanger:gegeven in dBm. Dit is het zwakste signaal dat de ontvanger kan detecteren terwijl de vereiste bitfoutenkans behouden blijft.
• Overbelasting ontvanger (of maximaal ingangsvermogen):het sterkste signaal dat de ontvanger zonder fouten kan verwerken. Dit is van belang op zeer korte verbindingen waar het verlies minimaal is.

Het vermogensbudget is het verschil tussen de minimale Tx-uitvoer en de Rx-gevoeligheid. Als een datasheet de minimale Tx-gevoeligheid van −8,2 dBm en de gevoeligheid −14,4 dBm Rx vermeldt, bedraagt ​​het energiebudget 6,2 dB -, waardoor er veel minder ruimte is voor verbindingsverlies dan een module met een groot- bereik met een budget van 13 dB. Het kiezen van de juiste transceiver voor de linkafstand is de eerste stap naar een werkbaar budget. Voor een bredere kijk, zie ons artikel overzendontvangers versus transponders.

Veel voorkomende fouten bij het berekenen van vezelverlies

Connectors tellen in plaats van connectorparen

Budgetteringsmethoden tellen gekoppelde connectorparen - twee samengevoegde connectoren - en geen individuele uiteinden. Als u elk los connectoruiteinde meetelt, overschat of onderschat u het verlies, afhankelijk van hoe u de waarde per-eenheid toepast. De testrichtlijnen van Corning zijn op dit punt expliciet.

Verwarrende dB en dBm

dB is een relatieve verhouding. dBm is een absoluut vermogensniveau. Als u een dBm-waarde aftrekt van een dB-waarde, of deze rechtstreeks vergelijkt, is het resultaat van uw vermogensbudget zinloos. Houd de verlieswaarden in dB en de vermogensniveaus in dBm en combineer ze alleen via de juiste formule.

Standaardmaxima gebruiken wanneer werkelijke specificaties beschikbaar zijn

TIA-planningswaarden zijn gebaseerd op de slechts- worst case-waarden, en niet op typische waarden. Als u over de kabel- en connectorspecificaties van de fabrikant beschikt, gebruik dan die strengere cijfers. Een te-afhankelijkheid van standaardmaxima kan leiden tot over-engineering (het bestellen van transceivers met een hoger-vermogen die u niet nodig heeft) of, erger nog, het maskeren van een echt probleem omdat de royale toelage ervoor zorgde dat het budget er 'prima' uitzag.

Ontbrekende componenten in het kanaal

Patchpanelen, optische verzwakkers, koppelingen, WDM-filters en extra veldafsluitingen dragen allemaal bij aan verlies. Het is gemakkelijk om een ​​patchpaneelaansluitpunt of een verzwakker te vergeten die is toegevoegd om overbelasting van de ontvanger te voorkomen. Loop de route, bekijk de as-built tekeningen en tel alles.

Einde van -gezichtsbesmetting negeren

Vuile eindvlakken van connectoren zijn een van de meest voorkomende redenen waarom het gemeten verlies het berekende budget overschrijdt. Microscopische stofdeeltjes kunnen het invoegverlies en de terugreflectie dramatisch vergroten. De FOA-, Corning- en Fluke-netwerken leggen allemaal de nadruk op connectorinspectie en -reiniging als voorwaarde vóór enige verliesmeting. In veel gevallen van probleemoplossing in de echte-wereld lost het schoonmaken van de eindvlakken het probleem op zonder dat er opnieuw- splitsingen of kabelvervanging nodig zijn.

Berekend budget goedgekeurd, maar gemeten verlies mislukt - Wat nu?

Als de wiskunde zegt dat de link zou moeten werken, maar de OLTS zegt dat dit niet het geval is, zijn de meest waarschijnlijke oorzaken: vervuilde connectoren, een verkeerd aantal connectorparen in het budget, een niet-verantwoorde splitsing of patchpaneel, overmatig buigen van de kabel of kabelschade die niet zichtbaar was tijdens de installatie. Begin met connectorinspectie, controleer vervolgens het aantal componenten en gebruik een OTDR om de specifieke verliesgebeurtenis te lokaliseren als het schoonmaken het gat niet oplost.

Singlemode versus Multimode: belangrijkste verschillen voor verliesbudgettering

Singlemode en multimode glasvezel hebben verschillende dempingskarakteristieken, verschillende bedrijfsgolflengten en verschillende typische verbindingsafstanden - die allemaal van invloed zijn op de budgettering.

Multimode glasvezel (OM1-OM5)werkt op 850 nm en 1300 nm met een hogere demping per kilometer, maar wordt doorgaans gebruikt voor kortere verbindingen binnen gebouwen en campussen. Energiebudgetten voor multimode-toepassingen met hoge-snelheid (zoals 10GBASE-SR) kunnen behoorlijk krap zijn - soms slechts 2-3 dB -, wat betekent dat er bijna geen ruimte is voor extra connectoren of vieze eindvlakken.

Singlemode glasvezel (OS1/OS2)werkt op 1310 nm en 1550 nm met een veel lagere demping, waardoor het de standaardkeuze is voor campusbackbones, metronetwerken en langeafstandsverbindingen. De energiebudgetten zijn meestal groter, maar langere afstanden betekenen meer totale vezelverzwakking en vaak meer splitsingen, zodat het budget op langere routes nog steeds krap kan zijn.

Zorg er altijd voor dat de verzwakkingscoëfficiënt overeenkomt met het juiste vezeltype en de juiste golflengte. Het gebruik van een multimode-waarde in een singlemode-budget (of omgekeerd) is een fout die verrassend eenvoudig te maken is bij het schakelen tussen projecten.

Veelgestelde vragen

Hoe bereken je glasvezelverbindingsverlies?

Tel de verliezen op als gevolg van vezelverzwakking (dB/km x lengte), connectorparen (aantal x verlies per paar), splitsingen (aantal x verlies per splitsing) en andere passieve componenten. De som is uw geschatte totale linkverlies. Vergelijk het met het stroombudget van de apparatuur om te bepalen of de link zou moeten werken.

Wat is een glasvezelverbindingsbudget?

Een glasvezelverbindingsbudget (of link{0}}verliesbudget) is de berekende schatting van het totale passieve verlies over een glasvezelverbinding. Het omvat alle verliesbijdragers - glasvezel, connectoren, splitsingen en passieve apparaten. De FOA beschrijft dit als de schatting die wordt vergeleken met het energiebudget van de apparatuur om de levensvatbaarheid van de verbinding te verifiëren en met testresultaten om de juiste installatie te bevestigen.

Wat is het verschil tussen insertieverlies en verzwakking?

Verzwakking verwijst specifiek naar het optische vermogen dat verloren gaat per kilometer vezel als gevolg van absorptie en verstrooiing in het glas. Invoegverlies is de bredere, eind{1}}tot- meting van het totale verlies over een geïnstalleerde link, inclusief vezelverzwakking plus alle connector-, splitsings- en componentverliezen. Voor een gedetailleerd overzicht kunt u ons artikel lezeninvoegverlies in glasvezelnetwerken.

Wat is een acceptabel vezelverlies per connector?

De ANSI/TIA-568.3-D-standaard staat een maximum van 0,75 dB per gekoppeld connectorpaar toe. Goed gemaakte, in de fabriek gepolijste connectoren bereiken echter doorgaans 0,3–0,5 dB. Het gebruik van werkelijke connectorspecificaties in plaats van de maximale standaardvergoeding levert een realistischer budget op.

Hoeveel marge moet een glasvezelverbinding hebben?

Een operationele marge van minimaal 3 dB is een algemeen gevolgde richtlijn in de sector. Dit houdt rekening met veroudering van de zender, vervuiling van de connector in de loop van de tijd, mogelijke toekomstige reparaties van lassen en temperatuur-gerelateerde verzwakkingsveranderingen. Verbindingen die zijn ontworpen met een marge van minder dan 3 dB hebben meer kans op onderhoud of vroegtijdig falen.

Welke hulpmiddelen worden gebruikt om vezelverlies te meten?

Een Optical Loss Test Set (OLTS), bestaande uit een gekalibreerde lichtbron en vermogensmeter, is het standaardinstrument voor Tier 1-certificering van totaal linkverlies. Een OTDR wordt gebruikt voor Tier 2-tests - het levert een op afstand-in kaart gebracht spoor dat het verlies weergeeft bij elke afzonderlijke gebeurtenis (connector, splitsing, bocht) langs de vezel.

Referenties en verder lezen

• Fiber Optic Association - Budgetten voor glasvezelverliezen berekenen
• Corning - Aanbevolen richtlijnen voor glasvezeltests (LAN-1561-AEN)
• Corning - Linkverliesbudgetcalculator
• Fluke Networks - Berekening van het verlies aan glasvezelverbindingen
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: een complete glasvezelteststrategie
• ANSI/TIA-568.3-D - Standaard voor optische vezelbekabeling en componenten (beschikbaar bijTIA)