Milyen messzire vezethető az optikai kábel? Távolsági határok magyarázata

Száloptikai kábelek bárhonnan futtatható 2 kilométertől több mint 100 kilométerig jelregenerálás nélkül, a kábel típusától és alkalmazásától függően. Az egymódusú optikai szál (SMF) akár távolságot is támogat 40-100 kilométer szabványos alkalmazásokhoz, míg a többmódusú szál (MMF) jellemzően erre korlátozódik 300 méter és 2 kilométer között . A tényleges távolság olyan tényezőktől függ, mint a szál típusa, a hullámhossz, a hálózati berendezés és a jelminőségi követelmények.

Egymódusú optikai száltávolsági képességek

Az egymódusú optikai szálat nagy távolságú átvitelre tervezték, és a távközlési hálózatok gerincét jelenti világszerte. Kis magátmérője (8-10 mikron) lehetővé teszi, hogy a fény egyetlen úton haladjon, minimálisra csökkentve a jelszórást, és kivételes elérést tesz lehetővé.

Szabványos egymódú alkalmazások

Tipikus hálózati telepítéseknél az egymódusú optikai szál a következő távolságokat éri el:

• 1000BASE-LX (1 Gbps): Normál optikával akár 10 kilométerre, továbbfejlesztett modulokkal 40 kilométerre bővíthető
• 10GBASE-LR (10 Gbps): 10 kilométeres normál hatótávolság, a 10GBASE-ER pedig eléri a 40 kilométert
• 40GBASE-LR4 és 100GBASE-LR4: 10 kilométer a nagy sebességű adatközpontok összekapcsolásához
• Hosszú hatótávolságú változatok (ER/ZR): 40-80 kilométer nagyvárosi és regionális hálózatoknál

Kiterjesztett megoldások

Speciális berendezésekkel az egymódusú optikai szálak még nagyobb távolságokra is képesek. A sűrű hullámhossz-osztásos multiplexelő (DWDM) rendszerek rutinszerűen továbbítanak jeleket több mint 1000 kilométer több hullámhossz és optikai erősítők használatával. A kontinenseket összekötő tenger alatti kábelek egymódusú optikai szálakat használnak az átnyúláshoz 10.000 kilométer óceánfenéken át, 50-100 kilométerenként elhelyezett jelismétlőkkel a jel regenerálására.

Multimódusú optikai szál távolságkorlátozások

A többmódusú szál nagyobb magátmérővel (50 vagy 62,5 mikron) rendelkezik, amely lehetővé teszi több fénymód egyidejű terjedését. Noha ez megkönnyíti a munkát és olcsóbb rövid távolságokon, modális diszperziót hoz létre, amely jelentősen korlátozza az átviteli tartományt.

A minta egyértelmű: az adatátviteli sebesség növekedésével a többmódusú távolsági képességek csökkennek. Mert 40 és 100 Gbps alkalmazások , még a legújabb OM5 optikai szál is 100-150 méterre korlátozódik, így csak olyan adatközponti környezetekben használható, ahol a berendezések közvetlen közelben találhatók.

Az átviteli távolságot befolyásoló tényezők

Optikai teljesítmény költségvetés

Az optikai teljesítmény költségvetése a jelveszteség mértékét jelenti, amelyet a rendszer elvisel az adó és a vevő között. Egy tipikus adó-vevő a következő helyen küldhet -3 dBm és minimális vett teljesítményt igényel -20 dBm 17 dB teljesítmény költségvetést biztosítva. Minden csatlakozó, toldás és méter kábel felemészti ennek a költségvetésnek egy részét a beillesztési veszteség és csillapítás révén.

Hullámhossz kiválasztása

A különböző hullámhosszak eltérő csillapítási sebességet tapasztalnak a szálban. A leggyakoribb hullámhosszak és jellemzőik a következők:

• 850 nm: Multimódusú szálban használatos, 2,5-3,5 dB/km csillapítás, legrövidebb hatótávolság
• 1310 nm: Gyakori egymódusú, 0,35-0,5 dB/km csillapítás, közepes távolságokra jó
• 1550 nm: Nagy távolságokra preferált, 0,2-0,25 dB/km csillapítás, maximális hatótávolságot tesz lehetővé

Kábelminőség és telepítés

A rossz szerelési gyakorlat drámaian csökkenti a hatékony távolságot. Mikrohajlítások szűk hajlítási sugárból , a csatlakozókat érő feszültség és a szálvégek szennyeződése csatlakozási pontonként 0,5-3 dB veszteséget okozhat. Egy 10 km-re tervezett kábel csak 5 km-t érhet el, ha gondatlanul, számos nagy veszteségű toldással szerelik fel.

Diszperziós hatások

A kromatikus diszperzió hatására a különböző hullámhosszak kissé eltérő sebességgel haladnak, és az impulzusokat nagy távolságokra terjesztik. Az egymódusú szálban 1550 nm-en a kromatikus diszperzió kb 17 ps/(nm·km) . 80 km-nél hosszabb 10 Gbps jel esetén ez jelentős impulzusszélesedést okozhat, ami diszperziókompenzációs modulokat igényel a jel integritásának megőrzéséhez.

Gyakorlati alkalmazási forgatókönyvek

Campus Networks

Jellemzően egyetemi és vállalati campusok helyezkednek el OM3 vagy OM4 multimódusú szál 300 méter alatti épület-épület összeköttetésekre, kb 0,50-2,00 dollár méterenként telepítve. Nagyobb távolságra elválasztott épületek esetén az egymódusú optikai szál akár több kilométeres csatlakozást is biztosít valamivel magasabb anyagköltséggel, de a csökkentett elektronikai követelmények miatt lényegesen alacsonyabb teljes fenntartási költséggel.

Metropolitan Networks

A Metro Ethernet szolgáltatások általában egymódusú optikai szálat használnak a városok közötti üzleti helyek összekapcsolására. Távolságok 20-40 kilométer szokásos optikával rutinszerűek, míg 80 kilométer kiterjesztett hatótávolságú adó-vevőkkel érhető el. A szolgáltatók általában több útvonalú optikai gyűrűket tartanak fenn a redundancia érdekében.

Adatközpont összeköttetések

A modern adatközpontok nagy sebességű kapcsolatot igényelnek a katasztrófa-helyreállítás és a terheléselosztás létesítményei között. 100 Gbps kapcsolat 10-40 kilométeren keresztül Az egymódusú optikai szál használata szabványossá vált, a vezető szolgáltatók pedig ezt hajtják végre 400 Gbps-os linkek főbb összekapcsolási pontokhoz. Ezek a rendszerek gyakran koherens optikai technológiát alkalmaznak a kapacitás és az elérés maximalizálása érdekében.

Fiber to the Home (FTTH)

A lakossági üvegszálas telepítések általában passzív optikai hálózati (PON) architektúrákat használnak, amelyek egyetlen szálat osztanak fel a kiszolgáláshoz 32-64 otthon ig terjedő távolságokon át 20 kilométer a központi irodából. A legújabb XGS-PON és NG-PON2 szabványok támogatása 10 Gbps szimmetrikus sebesség miközben megtartja ezt a tartományt, elegendő kapacitást biztosítva a lakossági kereslet évtizedes növekedéséhez.

A szabványos távolságok túllépése

Optikai erősítők

Az erbiummal adalékolt szálerősítők (EDFA-k) felerősítik az optikai jeleket anélkül, hogy elektromos formává alakítanák át, így 80-120 kilométeres fesztávolság erősítési pontok között. Egy tipikus EDFA biztosít 15-25 dB erősítés , amely kompenzálja a szál csillapítását, és lehetővé teszi a jelek több szegmensen való áthaladását. A hosszú távú hálózatok több erősítőt kaszkádolnak a transzkontinentális távolságok elérése érdekében.

Regenerátorok és átjátszók

Ha a jel minősége meghaladja azt, amit az erősítéssel korrigálni tud, az elektronikus regenerátorok elektromossá alakítják az optikai jelet, megtisztítják és újraidőzítik, majd új optikai hordozón továbbítják. A tenger alatti kábelrendszerek minden esetben regenerátorokat helyeznek el 50-100 kilométer zárt házakban az óceán fenekén, tervezett élettartammal 25 év és nincs karbantartási képesség a telepítés után.

Továbbítási hibajavítás

A modern nagysebességű rendszerek kifinomult továbbítási hibajavítást (FEC) tartalmaznak, amely redundanciát ad az adatfolyamhoz, lehetővé téve a vevő számára, hogy újraküldés nélkül kijavítsa a bithibákat. Kemény döntés FEC 2-3 dB-lel kiterjesztheti az elérést, míg lágy döntésű FEC 10-11 dB kódolási erősítést ad hozzá, ami potenciálisan megduplázza a koherens átviteli rendszerek elérhető távolságát.

A távolsági követelményeknek megfelelő szál kiválasztása

A megfelelő optikai kábel kiválasztása megköveteli a jelenlegi igények és a jövőbeli követelmények és a költségvetési korlátok közötti egyensúlyt. Távolságokhoz 300 méter alatti adatközpontokban , Az OM4 multimódusú optikai szál a legjobb költség-teljesítmény arányt kínálja könnyen elérhető, olcsó adó-vevőkkel. Az anyagköltség-megtakarítás az egymódusúhoz képest minimális, de az optika költséges lehet 50-70%-kal kevesebb .

Bármilyen távolságra 500 méteren túl, vagy 10 éves élettartamot igényel , az egymódusú optikai szál a kiváló választás. Míg az adó-vevők kezdetben drágábbak, az egymódusú mód korlátlan frissítési lehetőséget biztosít. Egy ma 1 Gb/s sebességre telepített optikai szál a későbbiekben 100 Gb/s vagy annál nagyobb sebességet is képes támogatni, egyszerűen végponti berendezés cseréjével, míg a többmódusú kábel teljes cseréjét igényelné.

Fontolja meg a telepítést OS2 egymódusú szál, 12-24 szálas még ha a jelenlegi követelmények szerények is. A növekményes kábelköltség kicsi a telepítési munkához képest, és a tartalék szálak védelmet nyújtanak a sérülésekkel szemben, és lehetővé teszik a könnyű kapacitásbővítést. A nagyvárosi és a nagy távolságú alkalmazásokban az egyetlen mód az egyetlen életképes lehetőség, ahol az adott adó-vevő kiválasztása határozza meg, hogy 10, 40 vagy 100 kilométeres távolságot ér-e el.