Как рассчитать затухание в оптоволоконных кабелях?

Типы потерь в оптическом волокне

Потери в оптоволокне также называют затуханием в оптоволокне; этот показатель позволяет измерить затухание оптических сигналов во время передачи. Затухание в оптическом волокне вызвано множеством факторов, включая поглощение света, изгиб кабеля, потери в разъемах и так далее. Оптический сигнал поглощается материалом оптического волокна. Поэтому поглощение света в оптическом волокне также называют поглощением материалом. Из-за примесей, связанных с длиной волны, световая энергия поглощается и преобразуется в другие формы энергии, например в тепло.

Обычно потери в оптических волокнах подразделяют на две основные категории: собственные потери самого оптического волокна и внешние потери. виды потерь в оптическом волокне делятся в соответствии с присущими оптическому волокну характеристиками или внешними факторами. К внутренним потерям в оптическом волокне относятся потери из-за хроматической дисперсии и потери мощности при передаче. К внешним потерям относятся потери на сварных соединениях, потери на коннекторах, потери на изгибах оптического кабеля и т. д. При расчете затухания необходимо одновременно учитывать влияние обоих факторов. Внутренние потери оптического волокна увеличиваются с увеличением расстояния передачи. Ниже рассмотрим стандарт затухания, обусловленного внутренними потерями.

Отраслевой стандарт для собственного затухания оптоволоконного кабеля

Серия рекомендаций G.65x ITU-T определяет эксплуатационные характеристики и требования к передаче оптического кабеля. Они широко признаны и используются в отрасли оптоволоконных технологий. Потери мощности передачи необходимо точно рассчитывать в линиях дальней связи на базе оптического кабеля, а коэффициент затухания выражается в дБ/км. Это наиболее важный параметр при измерении потерь в оптоволокне. В настоящее время наиболее широко используется оптический кабель серии G.652. Согласно стандарту ITU-T G652, максимальное затухание оптических кабелей серии G.652 указано в следующей таблице:

Указанная в таблице длина волны нулевой дисперсии означает, что дисперсия равна нулю в диапазоне 1300~1324. Дисперсионный коэффициент также является показателем, который необходимо учитывать при передаче. Коэффициент дисперсии G.652D обычно составляет 17ps/(nm*km). Если вы хотите узнать больше о дисперсии, мы подробно расскажем об этом в следующей статье.

Как рассчитать потери мощности в оптическом волокне

Общие потери в линии = потери на затухание в оптоволокне + потери на коннекторах + потери на сварных соединениях + потери на внесение оборудования

Потери на затухание в оптоволокне = максимальный коэффициент затухания x расстояние передачи

Потери в разъемах = количество точек подключения x максимальные вносимые потери разъема

Потери на сварных соединениях = количество сварных соединений x потери в точке сварки, обычно рассчитываемые как 0.1 дБ/соединение.

Следует отметить, что все приведённые выше расчёты потерь являются теоретическими результатами. Потери на изгиб, вызванные изгибом оптического кабеля, и потери, вызванные другими факторами окружающей среды, не учитываются. Как правило, фактические потери будут отличаться от теоретического расчётного результата. Чтобы гарантировать, что передача не будет нарушена, при расчёте предусматривается системный запас. Для системного запаса предусматривается запас 3dB. Это означает, что если общее затухание линии составляет 10dB, то при проектировании мы будем рассчитывать как минимум по стандарту 13dB.

Рассмотрим практический пример, чтобы продемонстрировать этапы расчета. Оптический кабель G.652 проложен между двумя центрами обработки данных. Длина оптического кабеля составляет 45km, а длина волны передачи — 1550nm. Между соединениями расположены 3 точки сварки и две адаптерные панели LC UPC.

Рассчитайте потери на затухание в оптоволокне. Согласно приведённой выше таблице, коэффициент затухания может составлять 0.35dB/km. 

Потери на затухание оптического волокна=0.35dB/km x 45km=15.75dB

Максимальные вносимые потери LC UPC обычно составляют 0.3dB. На обоих концах расположены коннекторы и панели адаптеров, всего 4 точки подключения. 

Потери на соединителях = 4 x 0.3dB = 1.2dB

Потери на сварном соединении = 3 X 0.1dB = 0.3dB

Общие потери в линии=15.75dB+1.2dB+0.3dB=17.25dB

Запас системы составляет 3dB. Затем мы можем спроектировать это соединение с учётом потерь в оптическом волокне, равных 20.25dB. Обратите внимание, что все приведённые выше расчёты являются теоретическими значениями. Чтобы получить точные фактические данные о потерях, можно использовать OTDR для измерения.

Как рассчитать энергетический бюджет волоконно-оптического кабеля?

Энергетический бюджет используется для оценки максимального затухания мощности, которое может выдержать вся система. Результат расчета энергетического бюджета (P Budget) представляет собой разницу между чувствительностью приемника (P Receive) и выходным сигналом передатчика, поступающим в оптоволокно (P Transmit ).

В качестве примера рассмотрим модуль SFP+ 10G 80KM DWDM. Диапазон мощности передачи TX этого модуля составляет 0~4dBm, а чувствительность приемника — -23dBm. Энергетический бюджет этого модуля=0dBm-(-23dBm)=23dBm. Затем необходимо, чтобы суммарные потери линии этого модуля, включая оптический кабель и системный запас, были меньше 23dB, чтобы передача могла выполняться нормально.

Что такое OSNR?

OSNR — это отношение мощности сигнала к мощности шума после прохождения оптического канала через оптическую сеть. OSNR (отношение сигнал/шум в оптическом канале) — ключевой показатель качества сигнала в оптоволоконных системах дальней связи. Он позволяет оценить влияние мощности шума на мощность сигнала. В целом, чем выше OSNR, тем лучше для всей системы.

Распространенная формула для расчета OSNR: OSNR=10*log(S/N)

Заглавная S в формуле обозначает мощность сигнала, а N — мощность шума; их единицы измерения выражаются в ваттах или милливаттах. Значение OSNR является наиболее важным на стороне приемника. Низкое значение OSNR означает, что приемник не обнаружит сигнал. Как правило, OSNR на приемном конце должно быть выше 15 дБ–18 дБ; это значение зависит от многих факторов, таких как скорость передачи данных, требуемый BER и т. д. Метод измерения OSNR определен в стандарте IEC 61282-12 / b-IEC 61280-2 -9.

Небольшой тест для расчета затухания в оптоволоконном кабеле G.652

Прочитав это, вы уже получили представление о том, как рассчитывать затухание в оптоволокне. А теперь давайте пройдем небольшой тест.

Предположим, что параметры определённого оптического модуля следующие:

Центральная длина волны = 1310nm; мощность Tx =-4~0dBm; чувствительность приемника = -15 dBm;

Пожалуйста, проверьте, может ли модуль нормально работать с указанным выше оптоволокном. Если проблема все еще сохраняется, свяжитесь с нами QSPFTEK за помощью.

Часть справочной информации о содержимом: https://www.itu.int/itu-t/recommendations/rec.aspx?rec=13076