Conoscenza

La distanza di trasmissione non è una proprietà solo del cavo. È il risultato del budget del sistema: la fibra che installi, la velocità dei dati che la percorri, la lunghezza d'onda utilizzata dai ricetrasmettitori, la perdita aggiunta dai connettori e dalle giunzioni e la dispersione che il segnale accumula lungo il percorso. Cambia uno qualsiasi di questi e la distanza massima cambierà con esso.

Ecco perché due collegamenti costruiti con lo stesso cavo possono comportarsi in modo completamente diverso - uno percorre 40 km senza errori, l'altro fallisce a 300 m. Questa guida spiega quali variabili impostano il tetto, come calcolare il tetto per il tuo collegamento e cosa controllare quando un collegamento non raggiunge la portata nominale.

La distanza è un budget di collegamento, non una specifica del cavo

Prima di considerare i singoli fattori, è utile sapere come si classificano i pezzi. Per un collegamento progettato normalmente, la distanza massima viene decisa più o meno in questo ordine:

• Tipo e grado di fibra- modalità singola-o modalità multipla e quale categoria all'interno di ciascuna
• Velocità dati e standard di interfaccia ottica- 1G, 10G, 100G, 400G si comportano in modo molto diverso sulla stessa fibra
• Specifiche del ricetrasmettitore- potenza di lancio, sensibilità del ricevitore, portata nominale
• Perdita totale del collegamento- attenuazione della fibra più ogni connettore, giunzione e splitter nel percorso
• Dispersione- dispersione modale su multimodale, dispersione cromatica su lunghe campate monomodali-
• Qualità dell'ambiente e dell'installazione- è principalmente una questione di affidabilità e margine, non un limite di distanza di primo-ordine

Le condizioni ambientali appartengono a questo elenco, ma non in cima. La temperatura, l'umidità e lo stress meccanico corrodono principalmente il tuomarginee affidabilità-a lungo termine. Raramente decidono se un collegamento progettato correttamente raggiunge i 10 km o i 40 km.

Tipo di fibra e larghezza di banda modale

La fibra mono-modale trasporta una modalità di propagazione, quindi evita completamente la dispersione modale ed è l'unica scelta realistica oltre poche centinaia di metri. La fibra multimodale trasporta molte modalità che arrivano in tempi leggermente diversi e quella diffusione - e non l'attenuazione - è ciò che ne limita la portata a velocità di trasmissione dati elevate.

Questo è il motivo per cui la modalità multipla è specificata dalarghezza di banda modale effettivapiuttosto che per distanza. OM3 ha una frequenza nominale di 2.000 MHz·km a 850 nm e OM4 a 4.700 MHz·km; la cifra più alta è esattamente il motivoFibra OM4supporta canali 10G e 100G più lunghi rispetto a OM3 su hardware altrimenti identico. Se stai ancora decidendo tra le due famiglie, i compromessi-in termini di costo, prezzo del ricetrasmettitore e margine di aggiornamento sono trattati in questoconfronto tra modalità singola-e modalità multimodale.

All'interno della modalità-singola, la categoria conta meno per la distanza grezza di quanto si pensi.Fibra G.652.Dè la scelta principale, specificata inRaccomandazione ITU-T G.652con attenuazione cablata non superiore a 0,4 dB/km a 1310 nm e 0,3 dB/km a 1550 nm. Gradi G.657 insensibili alla piegatura-, definiti inITU-T G.657, non trasmettono ulteriormente in un tratto rettilineo - semplicemente perdono meno dove il percorso impone curve strette.

Quindi cosa succede realmente se scegli la fibra sbagliata? Raramente una "mancanza di distanza" netta. Più spesso si tratta di uno di questi: il ricetrasmettitore non si collega affatto perché un modulo a modalità singola- non può accoppiarsi correttamente in un core da 50 µm; il collegamento si attiva ma si verificano errori sotto carico perché la larghezza di banda modale è insufficiente per la tariffa; oppure il ricevitore è sovraccarico perché l'intervallo è molto più breve di quello per cui è stato progettato il modulo.

Velocità dati, lunghezza d'onda e dispersione

La stessa fibra supporta distanze molto diverse a seconda di cosa ci si passa sopra. Symbol rate più elevati significano periodi di bit più brevi, quindi una determinata quantità di diffusione dell'impulso consuma una frazione maggiore dell'occhio. Il risultato è lo schema che ogni ingegnere di rete nota alla fine: la portata diminuisce all’aumentare della velocità.

Tieni presente che OM4 ti offre 100 metri a 10G ma solo 30 metri a 100G. Il grado della fibra non può compensare indefinitamente la velocità.

La lunghezza d'onda funziona in due direzioni contemporaneamente. A 1550 nm l'attenuazione è più bassa - tipicamente intorno a 0,19–0,21 dB/km su G.652.D contro 0,32–0,35 dB/km a 1310 nm - motivo per cui i sistemi a lungo raggio e DWDM risiedono nella banda C-. Ma 1550 nm è anche il luogo in cui la fibra monomodale standard-mostra circa 17 ps/nm·km didispersione cromatica, mentre 1310 nm si trova vicino al punto di dispersione-zero. Su un collegamento 10G o 25G oltre i 60-80 km, il vincolo vincolante diventa la dispersione, non la potenza, ed è necessaria una compensazione o un’interfaccia coerente piuttosto che un trasmettitore più potente.

Bilancio della potenza ottica

Questo è il calcolo che trasforma la discussione sopra in un numero. Inizia con ciò che ti offre il ricetrasmettitore:

Budget di potenza disponibile (dB)=potenza di uscita minima del trasmettitore (dBm) − sensibilità del ricevitore (dBm)

Quindi sottrai tutto ciò che il collegamento consuma:

• Attenuazione della fibra: coefficiente di attenuazione (dB/km) × lunghezza (km)
• Perdita del connettore: numero di coppie accoppiate × perdita per coppia (tipicamente 0,2–0,5 dB sul campo; TIA consente fino a 0,75 dB)
• Perdita di giunzione: numero di giunzioni di fusione × perdita per giunzione (tipicamente inferiore a 0,1 dB, con 0,3 dB come limite di accettazione comune)
• Perdita di componenti passivi: splitter PON, patch panel, filtri WDM
• Margine del sistema: 3 dB è il limite convenzionale per invecchiamento, riparazioni e incertezza di misura

Un esempio funzionante per un collegamento monomodale- di 10 km a 1310 nm, utilizzando i valori rappresentativi della scheda tecnica - sostituisci sempre le cifre della scheda tecnica del tuo modulo:

• Uscita minima del trasmettitore: −8,0 dBm; sensibilità del ricevitore: −18,0 dBm →bilancio 10,0 dB
• Fibra: 10 km × 0,36 dB/km=3.6 dB
• Connettori: 4 coppie accoppiate × 0,5 dB=2.0 dB
• Giunzioni: 2 × 0,1 dB=0.2 dB
• Perdita totale del collegamento=5.8 dB; margine rimanente=4.2 dB

Al di sopra di 3 dB di margine il collegamento è valido. Sotto di esso, sei a un connettore sporco o a una giunzione di riparazione lontana dagli errori. E se il calcolo viene superato ma il collegamento continua a fallire, il limite non è la potenza - guardare la dispersione o una mancata corrispondenza di velocità/interfaccia.

Connettori, Giunzioni e Piegature

In un laboratorio la fibra domina il bilancio delle perdite. Sul campo, di solito, gli eventi discreti funzionano. Quattro coppie di connettori a 0,5 dB ciascuna costano quanto 5,5 km di fibra G.652.D a 1310 nm - e il numero di connettori è la variabile più spesso sottovalutata in fase di progettazione.

Tre modalità di guasto rappresentano la maggior parte del deficit tra la perdita calcolata e quella misurata:

• Facce terminali contaminate.Una singola particella su una ghiera può aggiungere qualsiasi cosa, da una frazione di dB al completo guasto del collegamento, ed è la prima cosa da ispezionare su qualsiasi collegamento che si sia degradato senza un cambiamento fisico.
• Giunzioni di fusione scadenti.Il disallineamento del nucleo, gli errori dell'angolo di taglio e la contaminazione risultano tutti elevatiperdita di giunzione. Una giunzione costantemente superiore a 0,3 dB dovrebbe essere rifatta-piuttosto che accettata.
• Piegatura.La macropiegatura - un cavo tirato attorno all'angolo di un vassoio più stretto del suo raggio di curvatura minimo - appare come un passo localizzato su una traccia OTDR ed è fortemente dipendente dalla lunghezza d'onda-, peggio a 1550 nm che a 1310 nm. La microflessione dovuta allo schiacciamento o alle fascette-troppo strette è più diffusa e più difficile da localizzare. ILcomportamento di perdita da flessione della fibra G.657è ciò che vale la pena specificare per i percorsi interni-edifici FTTH in cui gli installatori non possono garantire raggi generosi.

Portata e compatibilità del ricetrasmettitore

La distanza stampata su un modulo ottico è una valutazione del sistema derivata dallo standard dell'interfaccia, non una promessa sul percorso particolare. Si presuppone un tipo di fibra specifico, una lunghezza d'onda specifica e una perdita di inserzione del canale definita dallo standard. Tre controlli prima di impegnarsi:

• Il tipo di fibra e la lunghezza d'onda devono corrispondere su entrambe le estremità.Un modulo da 850 nm e un intervallo a modalità singola- sono semplicemente incompatibili e un modulo da 1310 nm non interagirà con uno da 1550 nm.
• La perdita di collegamento calcolata deve essere inferiore al limite di perdita di inserzione del canale dell'interfaccia, che è specificato per tipo PHY daGruppo di lavoro IEEE 802.3.
• Controllare il punto di sovraccarico del ricevitore, non solo la sensibilità.Mettere un modulo ER da 40 km su un collegamento da 500 m può saturare il ricevitore e produrre errori che assomigliano esattamente a una perdita eccessiva. Montare un attenuatore.

Per l'approvvigionamento, la regola pratica è chiedere ai fornitori i tre numeri che consentono di verificare personalmente la richiesta: potenza di uscita minima del trasmettitore, sensibilità del ricevitore e perdita di inserzione nominale del canale. Un "modulo da 20 km" quotato senza tali cifre non può essere confrontato con il percorso.

Condizioni ambientali e di installazione

L'ambiente influisce indirettamente sulla distanza, consumando margine e degradando il cavo nel tempo. I cavi per esterni necessitano di strutture-che bloccano l'acqua, resistenti ai raggi UV-e che siano meccanicamente robuste perché l'ingresso di umidità in una guaina danneggiata o in una chiusura di giunzione e un carico di schiacciamento che induce microflessioni sono ciò che spinge un collegamento fuori budget anni dopo la messa in servizio. Gli estremi ciclici delle temperature contano principalmente ai limiti dell'intervallo operativo specificato e durante l'invecchiamento a lungo-termine, non come una variabile di distanza-da{6}}giorno.

Una correzione che vale la pena fare esplicitamente, perché appare costantemente nella letteratura via cavo:le classificazioni-ignifughe e resistenti-al fuoco non estendono la distanza di trasmissione.Esistono per soddisfare le norme antincendio degli edifici, limitare la propagazione delle fiamme e controllare le emissioni di fumo e alogeni. La flessibilità e le prestazioni di piegatura influiscono effettivamente sulla perdita installata; la classificazione della fiamma no. Specificarli entrambi, ma non confonderli.

Domande frequenti

Fino a che distanza può effettivamente trasmettere la fibra monomodale-?

Dipende dall'interfaccia, non dalla fibra. Le interfacce Ethernet standard in modalità-singola coprono 10 km (LR), 40 km (ER) e 80 km (classe ZR-, fornitore-specificato). Grazie alla compensazione dell'amplificazione e della dispersione, i sistemi sottomarini e a lungo raggio-percorrono migliaia di chilometri sulla stessa categoria di fibre. La fibra non è quasi mai l’elemento limitante.

Perché la stessa fibra supporta distanze minori a velocità di trasmissione dati più elevate?

Due ragioni. Frequenze più elevate accorciano il periodo di bit, quindi una quantità fissa di impulso diffuso dalla dispersione consuma proporzionalmente una quantità maggiore di occhio. Inoltre, i ricevitori con velocità-più elevata generalmente necessitano di maggiore potenza ottica per lo stesso tasso di errore, il che riduce il budget energetico. Entrambi gli effetti spingono nella stessa direzione.

Per le lunghe distanze è meglio 1310 nm o 1550 nm?

1550 nm ha un'attenuazione inferiore, quindi vince in termini di budget energetico su lunghi intervalli. Ma 1310 nm si trova vicino alla lunghezza d'onda a dispersione zero-della fibra monomodale-standard, quindi è più tollerante sui collegamenti ad alta-velocità. Per un intervallo di perdita-limitato, scegli 1550 nm; per una dispersione-limitata, 1310 nm o un'interfaccia con compensazione della dispersione.

Il mio collegamento rientra ampiamente nella distanza nominale del modulo, ma presenta ancora errori. Perché?

Le cause più comuni, nell'ordine: superfici terminali del connettore contaminate, più coppie di connettori nel percorso rispetto al budget previsto, una giunzione con-perdite elevate, una curvatura che viola il raggio minimo o sovraccarico del ricevitore su un collegamento corto con un modulo a lunga-portata. Misura prima la perdita - separa i problemi di alimentazione da tutto il resto.

I cavi a bassa-perdita o "premium" aumentano la distanza in modo significativo?

A volte, ma l’effetto è limitato e deve essere quantificato. Passando da 0,35 dB/km a 0,19 dB/km a 1550 nm si risparmia 1,6 dB su 10 km - reali, ma più piccoli di tre connettori scadenti. La fibra con perdite ultra-basse- guadagna il suo prezzo su tratte lunghe e non ripetute, non sui collegamenti dei campus. Chiedere sempre a quale lunghezza d'onda si riferisce il valore di attenuazione indicato e ricordare che la portata nominale del ricetrasmettitore limita comunque il collegamento indipendentemente dalla qualità della fibra.

Riepilogo

La distanza di trasmissione in fibra ottica è impostata da un sistema, non da un cavo. Correggi prima la velocità dei dati e lo standard dell'interfaccia, poi il tipo e il grado della fibra, quindi calcola il budget energetico rispetto al numero reale di connettori e giunzioni e infine controlla la dispersione per tratti lunghi o ad alta-velocità. Tratta le specifiche ambientali come una decisione sull'affidabilità e sul margine - necessaria, ma una questione diversa dalla portata.

Se si specifica un cavo per un percorso con una lunghezza e una velocità note, il passo successivo utile è quello di lavorare all'indietro: prendere la tolleranza di perdita di inserzione del canale dell'interfaccia, sottrarre 3 dB di margine, sottrarre il connettore e il budget di giunzione e vedere quale coefficiente di attenuazione richiede la cifra rimanente della fibra. Quel numero, non una distanza di marketing, è ciò che dovrebbe guidare la specifica.