Kuinka pitkälle valokuitukaapelia voidaan vetää? Etäisyysrajoitukset selitetty

Kuituoptiset kaapelit voidaan ajaa mistä tahansa 2 kilometriä yli 100 kilometriin ilman signaalin regenerointia kaapelin tyypistä ja sovelluksesta riippuen. Single-mode fiber (SMF) tukee etäisyyksiä jopa 40-100 kilometriä standardisovelluksiin, kun taas monimuotokuitu (MMF) on tyypillisesti rajoitettu 300 metristä 2 kilometriin . Todellinen etäisyys riippuu tekijöistä, kuten kuidun tyypistä, aallonpituudesta, verkkolaitteista ja signaalin laatuvaatimuksista.

Single-Mode Fiber Distance -ominaisuudet

Yksimuotokuitu on suunniteltu pitkän matkan siirtoon ja edustaa tietoliikenneverkkojen selkäranka maailmanlaajuisesti. Sen pieni ytimen halkaisija (8-10 mikronia) mahdollistaa valon kulkemisen yhdellä tiellä, minimoiden signaalin hajaantumisen ja mahdollistaen poikkeuksellisen ulottuvuuden.

Vakiomuotoiset sovellukset

Tyypillisissä verkkokäytöissä yksimuotokuitu saavuttaa seuraavat etäisyydet:

• 1000BASE-LX (1 Gbps): Jopa 10 kilometriä vakiooptiikalla, laajennettavissa 40 kilometriin parannetuilla moduuleilla
• 10GBASE-LR (10 Gbps): Vakiokantama 10 kilometriä, 10GBASE-ER yltää 40 kilometriin
• 40GBASE-LR4 ja 100GBASE-LR4: 10 kilometriä nopeille datakeskusten yhteyksille
• Pitkän ulottuvuuden versiot (ER/ZR): 40-80 kilometriä suurkaupunki- ja alueverkkoihin

Laajennetun valikoiman ratkaisuja

Erikoislaitteilla yksimuotokuitu voi kattaa jopa pitkiä matkoja. Tiheä aallonpituusjakoinen multipleksointi (DWDM) -järjestelmät lähettävät rutiininomaisesti signaaleja yli 1000 kilometriä käyttämällä useita aallonpituuksia ja optisia vahvistimia. Mantereita yhdistävissä merenalaisissa kaapeleissa käytetään yksimuotokuitua 10 000 kilometriä valtameren pohjan yli ja toistimia sijoitetaan 50-100 kilometrin välein signaalin regeneroimiseksi.

Monimuotokuituetäisyysrajoitukset

Monimuotokuidussa on suurempi ytimen halkaisija (50 tai 62,5 mikronia), mikä mahdollistaa useiden valotilojen leviämisen samanaikaisesti. Vaikka tämä tekee työskentelystä helpompaa ja halvempaa lyhyillä etäisyyksillä, se luo modaalisen hajonnan, joka rajoittaa merkittävästi lähetysaluetta.

Malli on selvä: tiedonsiirtonopeuden kasvaessa monimuotoetäisyyden kapasiteetti pienenee. varten 40 ja 100 Gbps sovellukset , jopa uusin OM5 kuitu on rajoitettu 100-150 metriin, joten se soveltuu vain datakeskusympäristöihin, joissa laitteet sijaitsevat välittömässä läheisyydessä.

Lähetysetäisyyteen vaikuttavat tekijät

Optisen tehon budjetti

Optinen tehobudjetti edustaa signaalihäviön määrää, jonka järjestelmä voi sietää lähettimen ja vastaanottimen välillä. Tyypillinen lähetin-vastaanotin saattaa lähettää klo -3 dBm ja vaativat vähintään vastaanotetun tehon -20 dBm , joka tarjoaa 17 dB:n tehobudjetin. Jokainen kaapelin liitin, jatkos ja metri kuluttaa osan tästä budjetista liitäntähäviön ja vaimennuksen vuoksi.

Aallonpituuden valinta

Eri aallonpituuksilla kuidun vaimennusaste vaihtelee. Yleisimmät aallonpituudet ja niiden ominaisuudet ovat:

• 850nm: Käytetään monimuotokuidussa, vaimennus 2,5-3,5 dB/km, lyhin ulottuvuus
• 1310nm: Yleinen yksimoodissa, vaimennus 0,35-0,5 dB/km, hyvä keskipitkillä matkoilla
• 1550 nm: Suositeltu pitkille matkoille, vaimennus 0,2-0,25 dB/km, mahdollistaa maksimaalisen ulottuvuuden

Kaapelin laatu ja asennus

Huonot asennuskäytännöt vähentävät dramaattisesti tehokasta etäisyyttä. Mikrotaivutukset tiukasta taivutussäteestä , liittimiin kohdistuva rasitus ja kuitujen päätypintojen kontaminaatio voi lisätä 0,5-3 dB häviötä liitoskohtaa kohti. 10 km:n kaapelilla voi saavuttaa vain 5 km, jos se asennetaan huolimattomasti lukuisilla suurihäviöisillä jatkoksilla.

Dispersioefektit

Kromaattinen dispersio saa eri aallonpituuksia kulkemaan hieman eri nopeuksilla ja levittää pulsseja pitkiä matkoja. Yksimuotokuidussa 1550 nm:ssä kromaattinen dispersio on noin 17 ps/(nm·km) . 10 Gbps:n signaalilla yli 80 km:n matkalla tämä voi aiheuttaa merkittävää pulssin levenemistä, mikä vaatii dispersion kompensointimoduuleja signaalin eheyden ylläpitämiseksi.

Käytännön sovellusskenaariot

Kampusverkostot

Yliopisto- ja yrityskampukset otetaan tyypillisesti käyttöön OM3 tai OM4 monimuotokuitu rakennusten välisiin yhteyksiin alle 300 metriä, kustannukset noin 0,50-2,00 dollaria per metri asennettu. Yksimuotokuitu tarjoaa yhteyksiä useiden kilometrien päähän suuremmilla etäisyyksillä olevissa rakennuksissa hieman korkeammilla materiaalikustannuksilla, mutta huomattavasti alhaisemmilla kokonaiskustannuksilla elektroniikkavaatimusten vähenemisen vuoksi.

Metropolitan Networks

Metro Ethernet -palveluissa käytetään yleisesti yksimuotokuitua yhdistämään yritysten toimipaikat eri kaupunkien välillä. Etäisyydet 20-40 kilometriä ovat rutiinia vakiooptiikalla, kun taas 80 kilometriä voidaan saavuttaa laajennetun ulottuvuuden lähetin-vastaanottimilla. Palveluntarjoajat ylläpitävät tyypillisesti kuiturenkaita, joissa on useita polkuja redundanssia varten.

Tietokeskusten yhteydet

Nykyaikaiset datakeskukset vaativat nopean yhteyden tilojen välillä katastrofipalautusta ja kuormituksen tasapainottamista varten. 100 Gbps yhteydet 10-40 kilometrin päähän Yksimuotokuitujen käyttämisestä on tullut standardi, ja johtavat palveluntarjoajat ovat ottaneet ne käyttöön 400 Gbps linkit tärkeimmille liitäntäpisteille. Nämä järjestelmät käyttävät usein koherenttia optiikkatekniikkaa kapasiteetin ja ulottuvuuden maksimoimiseksi.

Kuitu kotiin (FTTH)

Asuinkuitujen käyttöönotossa käytetään tyypillisesti passiivisen optisen verkon (PON) arkkitehtuuria, joka jakaa yhden kuidun palvelemaan 32-64 kotia asti 20 kilometriä keskustoimistosta. Uusimmat XGS-PON- ja NG-PON2-standardit tukevat 10 Gbps symmetriset nopeudet samalla kun tämä vaihteluväli säilyy, riittää kapasiteettia vuosikymmeniä kestävään asuinkysynnän kasvuun.

Vakioetäisyyksien pidentäminen

Optiset vahvistimet

Erbium-seostetut kuituvahvistimet (EDFA:t) tehostavat optisia signaaleja muuttamatta sähköiseen muotoon, mikä mahdollistaa 80-120 kilometriä vahvistuspisteiden välillä. Tyypillinen EDFA tarjoaa 15-25 dB vahvistus , joka kompensoi kuidun vaimennusta ja sallii signaalien kulkea useiden segmenttien läpi. Pitkän matkan verkot kaskadoivat useita vahvistimia mannertenvälisten etäisyyksien saavuttamiseksi.

Regeneraattorit ja toistimet

Kun signaalin laatu heikkenee enemmän kuin mitä vahvistus voi korjata, elektroniset regeneraattorit muuntaa optisen signaalin sähköiseksi, puhdistaa ja ajastaa sen uudelleen ja lähettää sitten uudelleen uudelle optiselle kantoaaltolle. Merenalainen kaapelijärjestelmä sijoittaa regeneraattorit joka kerta 50-100 kilometriä suljetuissa koteloissa merenpohjassa, suunniteltu käyttöikä 25 vuotta eikä huoltokykyä sen käyttöönoton jälkeen.

Eteenpäin virheen korjaus

Nykyaikaisissa nopeissa järjestelmissä on kehittynyt eteenpäin suunnattu virheenkorjaus (FEC), joka lisää datavirtaan redundanssia, jolloin vastaanotin voi korjata bittivirheet ilman uudelleenlähetystä. Kovan päätöksen FEC voi laajentaa ulottuvuutta 2-3 dB, kun taas pehmeä päätös FEC lisää 10-11 dB koodausvahvistusta, mikä mahdollisesti kaksinkertaistaa koherenttien siirtojärjestelmien saavutettavissa olevan etäisyyden.

Oikean kuidun valitseminen etäisyysvaatimuksiisi

Sopivan valokuitukaapelin valitseminen edellyttää nykyisten tarpeiden tasapainottamista tulevien vaatimusten ja budjettirajoitusten kanssa. Etäisyyksiin alle 300 metrin päässä datakeskuksista OM4-monimuotokuitu tarjoaa parhaan kustannus-suorituskykysuhteen helposti saatavilla olevilla, edullisilla lähetin-vastaanottimilla. Materiaalikustannussäästöt yksimuotoiseen verrattuna ovat minimaaliset, mutta optiikka voi maksaa 50-70% vähemmän .

Kaikille etäisyyksille yli 500 metriä tai vaativat 10 vuoden käyttöiän , yksimuotokuitu on ylivoimainen valinta. Lähetin-vastaanottimet maksavat aluksi enemmän, mutta yksimuoto tarjoaa rajattoman päivityspotentiaalin. Nykyään 1 Gbps:lle asennettu kuitu voi myöhemmin tukea 100 Gbps tai enemmän yksinkertaisesti vaihtamalla päätelaitteiden laitteita, kun taas monimuoto vaatisi täydellisen kaapelin vaihdon.

Harkitse asennusta OS2 yksimuotokuitu 12-24 säikeellä vaikka nykyiset vaatimukset ovat vaatimattomia. Kaapelin lisäkustannukset ovat pienet verrattuna asennustyöhön, ja varakuitujen saaminen suojaa vaurioilta ja mahdollistaa helpon kapasiteetin laajentamisen. Pääkaupunkiseudun ja kaukoliikenteen sovelluksissa yksimuoto on ainoa käyttökelpoinen vaihtoehto, ja erityinen lähetinvastaanottimen valinta määrittää, saavutetaanko 10, 40 vai 100 kilometrin kattavuus.