¿Cómo calcular la atenuación en cables de fibra óptica?

Tipos de pérdida de fibra óptica

La pérdida de fibra puede denominarse atenuación de fibra, que puede medir la atenuación de las señales ópticas durante la transmisión. La atenuación en la fibra óptica se debe a muchos factores, incluida la absorción de luz, la curvatura del cable, la pérdida del conector, etc. La señal óptica es absorbida por el material de la fibra óptica. Por lo tanto, la absorción de luz en la fibra óptica también se denomina absorción del material. Debido a las impurezas de longitud de onda, la energía luminosa será absorbida y convertida en otras formas de energía, como calor.

Generalmente dividimos la pérdida de fibras ópticas en dos clasificaciones principales: la pérdida inherente de la propia fibra óptica y la pérdida externa. La tipos de pérdidas en la fibra óptica se dividen según las características inherentes de la fibra óptica o por factores externos. La atenuación intrínseca de la fibra óptica incluye la pérdida por dispersión cromática y la pérdida de potencia de transmisión. Las pérdidas externas incluyen la pérdida por empalme, la pérdida por conector, la pérdida por curvatura en el cable de fibra óptica, etc. Al calcular la atenuación, debemos considerar la influencia de ambas al mismo tiempo. La pérdida inherente de la fibra óptica aumentará con el incremento de la distancia de transmisión. Veamos a continuación el estándar de atenuación de la pérdida intrínseca.

El estándar de la industria para la atenuación inherente del cable de fibra

La serie G.65x de Recomendaciones ITU-T especifica los requisitos de rendimiento y transmisión del cable óptico. Son ampliamente aceptadas y utilizadas por la industria de la fibra óptica. La pérdida de potencia de transmisión debe calcularse con precisión en el enlace de cable óptico de larga distancia, y el coeficiente de atenuación se expresa en dB/km. Es el parámetro más importante en la medición de pérdidas de fibra. Actualmente, el tipo de cable óptico más utilizado es el cable óptico de la serie G.652. Según la norma ITU-T G652, la atenuación máxima de la serie G.652 de cables ópticos se muestra en la siguiente tabla:

La longitud de onda de dispersión cero en la tabla anterior significa que la dispersión es cero en la banda 1300~1324. La dispersión también es un indicador que debe considerarse en la transmisión. El coeficiente de dispersión de G.652D es generalmente de 17ps/(nm*km). Si desea conocer información sobre la dispersión, la explicaremos en detalle en el próximo artículo.

Cómo calcular la pérdida de potencia en la fibra óptica

Pérdida total del enlace = pérdida por atenuación de la fibra + pérdida del conector + pérdida por empalme + pérdida de inserción del equipo

Pérdida por atenuación de fibra = coeficiente máximo de atenuación x distancia de transmisión

Pérdida del conector = el número de puntos de conector x la pérdida máxima de inserción del conector

Pérdida por empalme = el número de empalmes x la pérdida del punto de empalme se calcula generalmente a 0.1dB/por unidad.

Cabe señalar que todos los cálculos de pérdida anteriores son resultados teóricos. Se ignora la pérdida por curvatura causada por la curvatura del cable óptico y la pérdida causada por otros factores ambientales. Por lo general, la pérdida real será diferente del resultado del cálculo teórico. Para garantizar que la transmisión no se vea afectada, se reservará un margen del sistema en el cálculo. Se reservará un margen de 3dB para el margen del sistema. Es equivalente a que, si la atenuación total de un enlace es de 10dB, entonces calcularemos al menos de acuerdo con el estándar de 13dB al diseñar.

Presentemos un caso práctico para demostrar los pasos de cálculo. El cable óptico G.652 está instalado entre los dos centros de datos. La longitud del cable óptico es de 45km y la longitud de onda de transmisión es de 1550nm. Hay 3 puntos de fusión y dos paneles adaptadores LC UPC entre los enlaces.

Calcule la pérdida de atenuación de la fibra. Según la tabla anterior, el coeficiente de atenuación puede ser de 0.35dB/km. 

Pérdida de atenuación de la fibra óptica=0.35dB/km x 45km=15.75dB

La pérdida máxima de inserción de LC UPC es generalmente de 0.3dB. Los conectores y paneles adaptadores en ambos extremos tienen un total de 4 puntos de conector. 

Pérdida del conector = 4 x 0.3dB = 1.2dB

Pérdida por empalme = 3 X 0.1dB = 0.3dB

La pérdida total del enlace=15.75dB+1.2dB+0.3dB=17.25dB

El margen del sistema es de 3dB. Entonces podemos diseñar este enlace de acuerdo con la pérdida de fibra óptica de 20.25dB. Tenga en cuenta que todos los cálculos anteriores son valores teóricos. Si desea obtener la pérdida real exacta, puede utilizar OTDR para medir.

¿Cómo calcular el presupuesto de potencia en un cable de fibra óptica?

El presupuesto de potencia se utiliza para evaluar la atenuación máxima de potencia que todo el sistema puede tolerar. El resultado del cálculo del presupuesto de potencia (P Budget) es la diferencia entre la sensibilidad del receptor (P Receive) y la salida del transmisor a la fibra (P Transmit ).

Tomemos como ejemplo el módulo SFP+ 10G 80KM DWDM. El rango de potencia TX de este módulo es de 0~4dBm, y la sensibilidad del receptor es de -23dBm. El presupuesto de potencia de este módulo=0dBm-(-23dBm)=23dBm. Entonces, la pérdida total del enlace de este módulo con el cable óptico más el margen del sistema debe ser inferior a 23dB para poder transmitir normalmente.

¿Qué es OSNR?

OSNR es la relación entre la potencia de la señal y la potencia del ruido después de que un canal óptico pasa a través de una red óptica. OSNR (relación señal-ruido óptica) es una medida clave de la calidad de la señal en sistemas de fibra óptica de larga distancia. Proporciona una estimación de la influencia de la potencia del ruido sobre la potencia de la señal. En general, cuanto mayor sea el OSNR, mejor para todo el sistema.

La fórmula común para calcular el OSNR es: OSNR=10*log(S/N)

La S mayúscula en la fórmula representa la potencia de la señal, y N representa la potencia de ruido, y sus unidades se expresan en vatios o milivatios. El valor de OSNR es el más importante en el lado del receptor; un valor bajo de OSNR significa que el receptor no detectará la señal. Generalmente, la OSNR en el extremo receptor debe ser superior a 15 dB a 18 dB; este valor depende de muchos factores, como la tasa de datos, la BER requerida, etc. El método de medición de OSNR se define en la norma IEC 61282-12 / b-IEC 61280-2 -9.

Pequeña prueba para el cálculo de atenuación en cable de fibra G.652

Después de leer esto, ustedes ya tienen una idea de cómo calcular la atenuación de fibra. Ahora, hagamos un cuestionario.

Supongamos que los parámetros de un determinado módulo óptico son los siguientes:

Longitud de onda central = 1310nm; potencia Tx =-4~0dBm; sensibilidad del receptor = -15 dBm;

Evalúe si el módulo puede funcionar normalmente con la fibra óptica anterior. Si todavía tiene algún problema con él. No dude en contactarnos QSPFTEK para obtener ayuda.

Parte de la referencia de contenido: https://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx?rec=13076