Hiểu biết

Cáp quang có thể chạy được bao xa? Sau nhiều năm lập kế hoạch và vận hành các liên kết sợi quang - từ bản vá-trung tâm dữ liệu ngắn đến các đường trục liên-thành phố -, câu trả lời trung thực của tôi là không có con số duy nhất nhưng phạm vi có thể dự đoán được khi bạn biết mình cần tìm gì. Một cuộc chạy có thể là bất cứ điều gì, từ vài trăm mét đa chế độ bên trong một tòa nhà đến hơn 10.000 km chế độ đơn được khuếch đại-dưới đại dương. Yếu tố đặt ra giới hạn là loại sợi, bước sóng, công suất bộ thu phát hoặc bộ khuếch đại cũng như mức độ sạch của các đầu nối và mối nối của bạn. Dưới đây tôi chia nhỏ khoảng cách tối đa thực tế của cáp quang theo loại, trình bày cách tính phạm vi tiếp cận của liên kết và giải thích cách các kỹ sư mở rộng cáp quang khắp các thành phố, lục địa và đại dương.

Từ vài trăm mét đến hơn 10.000 km

Nếu bạn chỉ cần những số liệu tiêu đề, thì đây là khoảng cách cáp quang theo loại trong nháy mắt. Phạm vi tiếp cận thay đổi theo từng bước rõ ràng tùy thuộc vào sợi quang và thiết bị ở mỗi đầu.

Điều gì quyết định sợi quang có thể chạy bao xa?

Ánh sáng không truyền miễn phí qua kính. Hai hiệu ứng vật lý đặt ra giới hạn về khoảng cách. Đầu tiên làsự suy giảm- tín hiệu yếu đi khi truyền đi, gây ra bởi sự hấp thụ ánh sáng, tán xạ và mất uốn cong và được đo bằng decibel trên km (dB/km). Thứ hai làsự phân tán- xung ánh sáng trải rộng theo khoảng cách, điều này cuối cùng sẽ giới hạn tốc độ dữ liệu thay vì phạm vi tiếp cận thô.

Đối với sợi quang chế độ đơn{0}}tiêu chuẩn,Khuyến nghị của ITU-T G.652giới hạn suy giảm ở mức 0,4 dB/km ở 1310 nm và 0,35 dB/km ở 1550 nm, và sợi G.652.D hiện đại thường hoạt động tốt hơn tại hiện trường. Bởi vì suy hao phụ thuộc vào bước sóng-nên chỉ cần di chuyển từ cửa sổ 1310 nm sang cửa sổ 1550 nm có thể giúp bạn có phạm vi tiếp cận lớn hơn đáng kể trên cùng một sợi quang.

Ngoài vật lý, bốn yếu tố thực tế quyết định con số thực tế của bạn:

• Loại và cấp sợiChế độ đa chế độ - so với chế độ đơn{1}}và cấp độ OM hoặc G{2}}cụ thể.
• Bước sóng- 1310 nm so với cửa sổ tổn thất-1550 nm thấp hơn.
• Bộ thu phát hoặc bộ khuếch đại- công suất phóng và độ nhạy của máy thu xác định quỹ quang.
• Chất lượng đầu nối và mối nối- mỗi cặp giao phối và mối nối hợp nhất sẽ làm tăng thêm tổn thất làm ảnh hưởng đến tầm với của bạn.

Nếu bạn vẫn đang lựa chọn giữa các loại sợi, tổng quan của chúng tôi vềchế độ đơn- so với cáp quang đa chế độphân tích sự cân bằng-chi tiết hơn.

Khoảng cách tối đa của sợi quang đa mode (OM1 đến OM5)

Sợi đa mode được sử dụng bên trong các tòa nhà, trung tâm dữ liệu và mạng LAN. Lõi lớn hơn của nó dễ kết nối và rẻ tiền, nhưng nó bị phân tán phương thức, đây là bức tường giới hạn khoảng cách tối đa của sợi đa mode ở tốc độ cao hơn. Các khoảng cách tiêu chuẩn dưới đây được xác định bởiTiêu chuẩn Ethernet IEEE 802.3cho 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-SR).

Ở 1 Gigabit Ethernet, đa chế độ đạt xa hơn - lên tới khoảng 550 m trên OM3 - nhưng mô hình rất rõ ràng: tốc độ dữ liệu càng cao thì thời gian chạy đa chế độ càng ngắn. Theo nguyên tắc chung, nếu hiện nay liên kết của bạn có chiều dài dưới khoảng 300 m và sẽ ở mức ngắn thì đa chế độ là lựa chọn-hiệu quả về mặt chi phí. Nếu thời gian chạy dài hơn hoặc bạn dự định nâng cấp lên 25G, 40G, 100G trở lên thì chế độ đơn sẽ là lựa chọn dài hạn tốt hơn. Bạn có thể xem lại các lớp và công trình trên trang của chúng tôisợi đa modetrang.

Khoảng cách tối đa sợi quang ở chế độ đơn- (LR, ER, ZR)

Sợi quang đơn mode, với lõi nhỏ và đường dẫn ánh sáng ổn định, chính là lúc câu hỏi về sợi quang đơn mode có thể chạy được bao xa trở nên thú vị. Không có gì ngoài bộ thu phát - không có bộ khuếch đại quang học tiêu chuẩn hóa - mang đến cho bạn khoảng cách rõ ràng và có thể lặp lại.

Việc nhảy từ 10 km đến 80 km không miễn phí. Quang học-tầm với dài hơn sử dụng công suất phóng cao hơn, bộ thu nhạy hơn và cửa sổ 1550 nm và khi vượt qua khoảng 40 km, bạn bắt đầu thiết kế xoay quanh sự phân tán màu sắc. Một chi tiết thực tế thu hút sự chú ý của mọi người: trên một liên kết ngắn, mô-đun lớp ZR{7}}thực sự có thể làm quá tải bộ thu, vì vậy, bạn có thể cần một bộ suy giảm nội tuyến để đưa nguồn điện nhận được trở lại phạm vi phủ sóng. Về mặt quang học của liên kết, hãy xem phạm vi của chúng tôimô-đun thu phát quangvà đối với bản thân chất xơ, chúng tôisợi đơn chế độlớp.

Khoảng cách cáp quang dài{0}}với bộ khuếch đại (EDFA và DWDM)

Khi một liên kết phát triển vượt xa những gì mà bộ thu phát có thể tự mình thực hiện - nghĩ đến các tuyến đường xuyên-thành phố, xuyên{2}}quốc gia hoặc xuyên{3}}đại dương -, chúng tôi sẽ ngừng dựa vào mạng quang và bắt đầu thiết kế đường dây. Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium-(EDFA) trực tiếp tăng cường ánh sáng mà không chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện. Trong các thiết kế mặt đất điển hình, các vị trí khuếch đại nằm cách nhau khoảng 80 đến 120 km, nhưng khoảng cách đó là kết quả thiết kế chứ không phải là tiêu chuẩn cố định: nó phụ thuộc vào độ suy hao, độ suy giảm sợi quang, OSNR, định dạng điều chế và sửa lỗi chuyển tiếp.

Lớpghép kênh phân chia bước sóng dày đặc (DWDM)ở trên cùng và một cặp sợi quang mang hàng tá kênh bước sóng độc lập, mỗi kênh có tốc độ cao-riêng, trải dài hàng trăm đến hàng nghìn km. Sự kết hợp giữa sợi quang-tổn hao thấp, khả năng khuếch đại và DWDM là điều giúp cho các đường trục đường dài-và đường trục siêu-dài-hiện đại trở nên khả thi.

Khoảng cách cáp quang tàu ngầm

Cáp ngầm là điểm cuối cùng của khoảng cách cáp quang. Các hệ thống lặp lại dưới biển chạy hàng nghìn km, trong đó chiều dài dài nhất là hơn 10.000 km, sử dụng các bộ lặp quang chìm được cấp nguồn qua chính cáp. TheoĐiện báoĐịa lý, các hệ thống này mang hơn 99% lưu lượng dữ liệu liên lục địa trên một mạng lưới toàn cầu với hơn một triệu km cáp. Nếu bạn làm việc ở đầu dải quang phổ này, chúng tôicáp quang dưới nướcđược thiết kế cho chính xác những điều kiện này.

Khoảng cách cáp quang và cáp đồng

Ethernet đồng như Cat6 hoặc Cat6A có độ cao 100 m. Con số duy nhất đó là lý do tại sao cáp quang giành chiến thắng ở mọi thời điểm mà khoảng cách trở nên quan trọng: ngay cả chế độ đa chế độ cơ bản cũng tiến xa hơn nhiều lần và chế độ đơn -còn tiến xa hơn hàng nghìn lần. Ngoài phạm vi tiếp cận thô, cáp quang sẽ loại bỏ chuỗi các bộ chuyển mạch trung gian và bộ lặp mà đồng sẽ cần, điều này thường có nghĩa là mạng-bảo trì đơn giản hơn, ổn định hơn và ít hơn.

Cách tính khoảng cách liên kết sợi quang (Ngân sách năng lượng quang)

Trong thực tế, bạn không đoán được khoảng cách - bạn chạy nguồn điện quang. Liên kết hoạt động khi quỹ quang khả dụng lớn hơn hoặc bằng tổng tổn thất dọc theo đường dẫn:

Quỹ quang khả dụng Lớn hơn hoặc bằng suy hao sợi quang + suy hao đầu nối + suy hao mối nối + giới hạn an toàn

Đây là một ví dụ hoạt động đơn giản cho liên kết khuôn viên trường ở chế độ đơn dài 8 km sử dụng quang học LR 10GBASE-LR:

• Ngân sách quang học (quang học LR): khoảng 6 dB ngân sách có thể sử dụng.
• Suy hao sợi quang: 8 km × 0,35 dB/km ≈ 2,8 dB.
• Đầu nối: 2 cặp ghép đôi × 0,5 dB=1.0 dB.
• Mối nối: 2 × 0,1 dB=0.2 dB.
• Biên độ khuyến nghị: khoảng 1,0 dB.
• Tổng yêu cầu: khoảng 5,0 dB, nằm trong giới hạn 6 dB, do đó đường truyền có khoảng trống.

Nếu tổng số vượt quá ngân sách của bạn, bạn có các lựa chọn rõ ràng: nâng cấp lên bộ quang có công suất-cao hơn, chuyển sang bước sóng suy hao-thấp hơn, loại bỏ tổn hao thụ động hoặc thêm bộ khuếch đại.

Cách kéo dài khoảng cách cáp quang

Để đẩy một liên kết hiện có đi xa hơn, đây là các bước theo thứ tự gần đúng mà tôi sẽ thử:

• Làm sạch và kiểm tra các mặt cuối.Đầu nối bẩn là tổn thất phổ biến nhất có thể tránh được; chỉ riêng việc làm sạch có thể phục hồi từ 1 đến 3 dB, nghĩa là phải tăng thêm vài km.
• Chuyển sang bộ thu phát-có phạm vi tiếp cận dài hơn,ví dụ: LR sang ER đến ZR, để có thêm công suất phóng và độ nhạy của máy thu.
• Thay đổi bước sóngtừ 1310 nm đến cửa sổ suy hao-1550 nm thấp hơn trên sợi tiêu chuẩn.
• Giảm tổn thất thụ độngbằng cách sử dụng ít đầu nối hơn, mối nối tốt hơn và bán kính uốn cong chính xác.
• Thêm EDFA hoặc chuyển sang DWDMcho những khoảng vượt xa những gì bất kỳ quang đơn lẻ nào có thể đạt tới.
• Sử dụng loại sợi khác,chẳng hạn như suy hao cực kỳ-thấp-G.654.E, cho các khoảng thời gian rất dài.

• 

Những sai lầm thường gặp làm rút ngắn thời gian chạy của bạn

Trước khi vận hành bất kỳ liên kết nào, tôi kiểm tra những thứ đang âm thầm tiêu hao ngân sách khoảng cách:

• Mối nối kém và suy hao mối nối cao- một vài mối nối nhiệt hạch kém có thể tiêu tốn hơn một km sợi quang.
• Mặt cuối bị bẩn hoặc trầy xước- thường vô hình trước mắt nhưng rõ ràng trên phạm vi kiểm tra.
• Những khúc cua chặt dưới bán kính uốn cong tối thiểu- đặc biệt tốn kém ở bước sóng 1550 nm.
• Sợi-phân loại sai- chạy 10G trên OM1 hoặc OM2 khi liên kết thực sự cần chế độ OM3, OM4 hoặc chế độ-đơn.
• Bỏ qua xác minh- mọi liên kết đều phải được chứng minh bằng dấu vết OTDR và ​​​​kiểm tra mất-chèn trước khi liên kết đi vào hoạt động.

Điểm cuối cùng quan trọng nhất. Xác minh vớikiểm tra cáp quangsử dụng OTDR và ​​​​đồng hồ đo điện là cách duy nhất để xác nhận giới hạn khoảng cách thực của bạn thay vì tin vào bảng thông số kỹ thuật.

Bài học chính

Khoảng cách cáp quang không thực sự bị giới hạn bởi kính - nó bị giới hạn bởi thiết kế hệ thống và ngân sách quang học của bạn. Đa chế độ bao phủ toàn bộ tòa nhà,-chế độ đơn bao phủ khuôn viên trường và thành phố, DWDM khuếch đại bao phủ toàn quốc và các hệ thống lặp lại dưới biển bao phủ hành tinh. Chọn cáp quang và cáp quang phù hợp với hoạt động, tính toán ngân sách điện năng và xác minh liên kết trước khi bạn vận hành nó và cáp quang sẽ đến bất cứ nơi nào mà mạng của bạn cần đến.