Como calcular a atenuação em cabos de fibra óptica?

Tipos de perda em fibra óptica

A perda na fibra pode ser chamada de atenuação da fibra, que pode medir a atenuação dos sinais ópticos durante a transmissão. A atenuação na fibra óptica se deve a muitos fatores, incluindo absorção de luz, curvatura do cabo, perda no conector e assim por diante. O sinal óptico é absorvido pelo material da fibra óptica na fibra óptica. Portanto, a absorção de luz na fibra óptica também é chamada de absorção pelo material. Devido às impurezas de comprimento de onda, a energia luminosa será absorvida e convertida em outras formas de energia, como calor.

Geralmente dividimos a perda das fibras ópticas em duas classificações principais: a perda inerente da própria fibra óptica e a perda externa. A tipos de perdas em fibra óptica são divididas de acordo com as características inerentes da fibra óptica ou por fatores externos. A atenuação intrínseca da fibra óptica inclui perda por dispersão cromática e perda de potência de transmissão. As perdas externas incluem perda por emenda, perda por conector, perda por curvatura no cabo de fibra óptica etc. Quando calculamos a atenuação, precisamos considerar a influência de ambas ao mesmo tempo. A perda inerente da fibra óptica aumentará com o aumento da distância de transmissão. Vamos analisar abaixo o padrão de atenuação da perda intrínseca.

O padrão do setor para atenuação inerente de cabos de fibra

A série G.65x de Recomendações ITU-T especifica os requisitos de desempenho e transmissão do cabo óptico. Elas são amplamente aceitas e usadas pela indústria de fibra óptica. A perda de potência de transmissão precisa ser calculada com precisão no enlace de cabo óptico de longa distância, e o coeficiente de atenuação é expresso em dB/km. É o parâmetro mais crucial na medição de perda em fibra. Atualmente, o tipo de cabo óptico mais amplamente utilizado é o cabo óptico da série G.652. De acordo com o padrão ITU-T G652, a atenuação máxima da série G.652 de cabos ópticos é mostrada na tabela a seguir:

O comprimento de onda de dispersão zero na tabela acima significa que a dispersão é zero na faixa de 1300~1324. A dispersão também é um indicador que precisa ser considerado na transmissão. O coeficiente de dispersão do G.652D é geralmente 17ps/(nm*km). Quer saber mais sobre dispersão? Explicaremos em detalhes no próximo artigo.

Como calcular a perda de potência em fibra óptica

Perda total do link = perda por atenuação da fibra + perda no conector + perda por emenda + perda por inserção do equipamento

Perda de atenuação da fibra = coeficiente máximo de atenuação x distância de transmissão

Perda do conector = o número de pontos de conector x a perda máxima de inserção do conector

Perda de emenda = o número de emendas x perda do ponto de emenda é geralmente calculada em 0,1 dB/por unidade.

Deve-se observar que todos os cálculos de perda acima são resultados teóricos. A perda por curvatura causada pela curvatura do cabo óptico e a perda causada por outros fatores ambientais são ignoradas. Em geral, a perda real será diferente do resultado do cálculo teórico. Para garantir que a transmissão não seja afetada, uma margem do sistema será reservada no cálculo. Uma margem de 3dB será reservada para a margem do sistema. Isso equivale a dizer que, se a atenuação total de um link for de 10dB, então calcularemos pelo menos de acordo com o padrão de 13dB ao projetar.

Vamos apresentar um caso prático para demonstrar as etapas de cálculo. O cabo óptico G.652 está instalado entre os dois data centers. O comprimento do cabo óptico é de 45km, e o comprimento de onda de transmissão é de 1550nm. Há 3 pontos de fusão e dois painéis adaptadores LC UPC entre os links.

Calcule a perda de atenuação da fibra. De acordo com a tabela acima, o coeficiente de atenuação pode ser de 0.35dB/km. 

Perda de atenuação da fibra óptica=0.35dB/km x 45km=15.75dB

A perda máxima de inserção de LC UPC geralmente é de 0.3dB. Os conectores e painéis adaptadores em ambas as extremidades têm um total de 4 pontos de conector. 

Perda do conector = 4 x 0.3dB = 1.2dB

Perda de emenda = 3 X 0.1dB = 0.3dB

A perda total do link=15.75dB+1.2dB+0.3dB=17.25dB

A margem do sistema é de 3dB. Então, podemos projetar este enlace de acordo com a perda da fibra óptica de 20.25dB. Observe que todos os cálculos acima são valores teóricos. Se quiser obter a perda real precisa, você pode usar OTDR para medir.

Como calcular o orçamento de potência em cabo de fibra óptica?

O orçamento de potência é usado para avaliar a atenuação máxima de potência que todo o sistema pode tolerar. O resultado do cálculo do orçamento de potência (P Budget) é a diferença entre a sensibilidade do receptor (P Receive) e a saída do transmissor para a fibra (P Transmit ).

Tome o módulo SFP+ 10G 80KM DWDM como exemplo. A faixa de potência TX deste módulo é 0~4dBm, e a Sensibilidade do Receptor é -23dBm. O orçamento de potência deste módulo=0dBm-(-23dBm)=23dBm. Então, a perda total do enlace deste módulo com o cabo óptico mais a margem do sistema precisa ser menor que 23dB para poder transmitir normalmente.

O que é OSNR?

OSNR é a razão entre a potência do sinal e a potência do ruído depois que um canal óptico passa por uma rede óptica. OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio) é uma medida fundamental da qualidade do sinal em sistemas de fibra óptica de longa distância. Ela fornece uma estimativa da influência da potência do ruído sobre a potência do sinal. Em geral, quanto maior o OSNR, melhor para todo o sistema.

A fórmula comum para calcular o OSNR é: OSNR=10*log(S/N)

O S maiúsculo na fórmula é a potência do sinal, e N é a potência do ruído, e suas unidades são todas expressas em watts ou miliwatts. O valor de OSNR é o mais importante no lado do receptor; um valor baixo de OSNR significa que o receptor não detectará o sinal. Geralmente, a OSNR na extremidade receptora deve ser maior que 15 dB a 18 dB; esse valor depende de muitos fatores, como taxa de dados, BER exigida e assim por diante. O método de medição da OSNR é definido na norma IEC 61282-12 / b-IEC 61280-2 -9.

Pequeno teste para cálculo de atenuação em cabo de fibra G.652

Depois de ler isso, vocês já têm uma ideia de como calcular a atenuação da fibra. Agora, vamos fazer um quiz.

Suponha que os parâmetros de um determinado módulo óptico sejam os seguintes:

Comprimento de onda central = 1310nm; Potência Tx =-4~0dBm; Sensibilidade do receptor = -15 dBm;

Julgue se o módulo pode funcionar normalmente na fibra óptica acima. Se você ainda tiver algum problema com isso. Entre em contato QSPFTEK para obter ajuda.

Parte da referência de conteúdo: https://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx?rec=13076