Verständnis der Verluste von Glasfaserverbindungen

Das Testen, Messen und Überwachen von Glasfaserinstallationen ist entscheidend, um den Zustand und die Leistung des Gesamtnetzes zu gewährleisten. Eine unzuverlässige Übertragung oder ein vollständiger Kommunikationsverlust kann sich als Manifestation erheblicher Faserverluste erweisen. Die Frage lautet: "Können wir den Wert der Verluste über eine Glasfaserverbindung berechnen?" Glücklicherweise lautet die Antwort auf diese Frage: "Ja, das können wir". Vorab in diesem Beitrag werden wir Ihnen umfangreiche Informationen von hoher Qualität zur Verfügung stellen, mit deren Hilfe Sie die Verluste über eine ausgewählte Glasfaserverbindung leicht berechnen können.

Nun, die Faserverluste sind eine Realität, und wir können sie nicht völlig loswerden. Selbst die effizientesten Systeme neigen dazu, mit einigen Verlusten zu arbeiten. Das liegt daran, dass die Übertragung von Licht über einen Faserstrang oder ein Glasfaserkabel keine 100%ige Effizienz erreichen kann. Wir können dieses Problem also nicht beseitigen, aber wir können es durch den Einsatz besserer Ausrüstung, besserer Verkabelungstechniken und mit Hilfe einer gut geplanten Netzwerktopologie in den Griff bekommen.

Dämpfungsverlust oder faseroptische Dämpfung sind zwei Begriffe, die auf dem Markt weit verbreitet sind, um eine andere Art von Faserverlust darzustellen. Definitionsgemäß ist der Faserverlust oder Dämpfungsverlust der Verlust von Licht zwischen einer faseroptischen Verbindung oder einem faseroptischen Kabel. Verschiedene Faktoren können auf höhere als die routinemäßigen oder mehr als die üblichen optischen Verluste zurückgeführt werden, wie z.B. Steckerverluste, Biegeverluste, Fehlausrichtung usw. Nach der Klassifizierung gibt es zwei Arten von Glasfaserverlusten;

• extrinsische Verluste
• intrinsische Verluste

Die intrinsischen Faserverluste hängen mit der Struktur des Glasfaserkabels zusammen und umfassen Dispersionsverluste, Absorptionsverluste und Streuverluste. Der Begriff "intrinsische Faserverluste" hingegen definiert die Verluste, die mit externen Faktoren wie Biegeverlust, Verbinderverlust und Spleißverlust zusammenhängen.

 Hier ist es wichtig zu verstehen, dass die meisten intrinsischen Arten von Faserverlusten außerhalb unserer Kontrolle liegen, aber extrinsische oder externe Faserverluste können im Großen und Ganzen bewältigt werden. Wir können bessere Vernetzungsergebnisse und geringere Faserverluste erzielen, wenn wir uns an gute industrielle Praktiken halten.     

Faserverluste sind ein Tabu, wenn es um die Vernetzung geht. Solche Verluste können sich für Unternehmen, die auf internetbasierte Dienste angewiesen sind oder die Telekommunikations- oder digitale Dienste anbieten, als sehr schwerwiegend erweisen. Daher können Dämpfungs- oder Glasfaserverluste nicht unbehandelt bleiben. Ein steigender Dämpfungswert über eine Glasfaserverbindung sollte in Ihrem Fall als Indikator für ein zugrunde liegendes Hardwareproblem sehr ernst genommen werden. Sie können das Risiko eines vollständigen Ausfalls minimieren, indem Sie die Faserverluste auf einem anfänglichen Niveau angehen.

Die TIA (Telecommunications Industry Association) ist eine Regulierungsbehörde, die Leistungsanforderungen für Steckverbinder und Kabel festlegt, die beim Bau von Glasfaserverbindungen verwendet werden. Die in den TIA-Normen angegebenen Referenzwerte müssen von allen Kabel- und Steckerherstellern eingehalten werden.

Im Allgemeinen enthält die Dokumentation, die mit Glasfaserkabeln oder -steckern geliefert wird, vollständige Informationen über die technischen Spezifikationen und die erwarteten Verluste. Die Dämpfung oder Faserdämpfung wird in dB pro Kilometer (dB/km) gemessen. Falls Ihr Kabelhersteller Ihnen die erforderliche Dokumentation nicht zur Verfügung gestellt hat, können Sie die Referenzwerte für die Faserdämpfung verwenden, wie sie in der TIA definiert sind.

Die Berechnung von Lichtwellenleitern lässt sich leicht durch einfache mathematische Berechnungen durchführen, vorausgesetzt, Sie haben die richtige Ausrüstung zur Verfügung. Wie wir oben erwähnt haben, wird jede Glasfaserkomponente und jedes Glasfaserkabel mit detaillierten Eigenschaften geliefert. Die folgenden einfachen Formeln werden für die Berechnung von Verlusten über eine Glasfaserverbindung verwendet;

• Gesamter Verbindungsverlust = Steckverbinderverlust + Kabeldämpfung + Spleißverlust
• Kabeldämpfung (dB) = Länge (km) x Dämpfungskoeffizient ( dB/km)
• Steckverbinder-Verlust (dB) = Anzahl der Steckverbinderpaare x Verlusttoleranz pro Steckverbinder (dB)
• Spleiß-Verlust (dB) = Anzahl der Spleiße x Verlusttoleranz pro Spleiß (dB)

Bitte beachten Sie, dass der Gesamtverlust der Verbindung nur eine Summe verschiedener bemerkenswerter Verluste innerhalb einer Glasfaserverbindung ist. Es muss verstanden werden, dass der gesamte Verbindungsverlust, den wir mit den mathematischen Mitteln berechnen, nicht mehr als eine Schätzung sein kann. Der tatsächliche Verlust könnte also niedriger oder höher sein, abhängig von verschiedenen Faktoren, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) Betriebstemperaturen, Hardware-Integrität, Fasertyp, Anzahl der Windungen usw.

Funktionierendes Beispiel:

Bedenken Sie, dass wir eine Glasfaserverbindung haben, die aus einer SMF besteht, die 8 km lang ist und ein 1310 nm-Band für die optische Übertragung verwendet. Die angenommene Verbindung hat 2 x ST-Steckerpaare und 1 x Spleiß. Fahren wir also mit den Berechnungen nach den oben genannten Formeln fort;

- Berechnung des Faserdämpfungsverlusts;

Gemäß der Standardreferenz betragen die Werte die Lichtdämpfung eines 1310nm Singlemode-Lichtwellenleiterkabels 0,5dB/km. Somit beträgt die Gesamtkabeldämpfung gemäß der Formel: 0,5dB/km x 8km = 4dB.

- Berechnung des Gesamtverbinderverlusts;

Bei Verwendung der maximalen, durch TIA/EIA definierten Werte beträgt der Verlust pro Paar 0,75. Daher beträgt der Gesamtverlust des Steckverbinders in diesem Fall gemäß der Formel: 0,75dB x 2 = 1,5dB. In der praktischen Berechnung müssen die vom Hersteller des Steckverbinders definierten Werte verwendet werden.

- Berechnung des gesamten Spleißverlusts;

Für diese Berechnung verwenden wir die maximalen Spleissverlustwerte, wie sie durch die TIA/EIA definiert sind, d.h. 0,3 pro Spleiss. Für diese Verbindung mit einer Spleißung beträgt der gesamte Spleißverlust gemäß der oben genannten Formel: 1 x 0,3dB = 0,3dB.

- Berechnung des gesamten Verbindungsverlusts;

Wie bereits beschrieben, kann der Gesamtverlust über eine Glasfaserverbindung durch Addition von Kabeldämpfung, Spleißverlust und Steckverbinderverlust ermittelt werden. Für diese Verbindung beträgt der Gesamtverlust 4dB + 1,5dB + 0,3dB = 5,8dB.

Bitte beachten Sie, dass die OTDR-Verfolgung einer bestehenden Glasfaserverbindung die genaueste und einfachste Methode zur Berechnung des Gesamtverlusts der Verbindung ist.

Berechnung des Leistungsbudgets

Da wir nun etwas über die Berechnung von Verbindungsverlusten gelernt haben, lassen Sie uns mit der Berechnung des Energiebudgets fortfahren. Der Wert des Verbindungsverlusts ist eng mit dem Leistungsbudget verbunden. Der Vergleich zwischen dem gesamten Verbindungsverlust und dem Leistungsbudget zeigt die Zuverlässigkeit einer Glasfaserverbindung. Die Verbindung funktioniert nur dann wie gewünscht, wenn ihr Verbindungsverlust innerhalb des Verlustbudgets liegt. Das Leistungsbudget (PB) ist die Differenz zwischen der Empfindlichkeit des Empfängers (PR) und dem Senderausgang (PT). Für die Berechnung des Leistungsbudgets haben wir eine einfache Formel;

PB = PT - PR

Wenn man bedenkt, dass die Ausgangsleistung des Senders -12dBm und die Empfindlichkeit des Empfängers -25dBm beträgt, ergibt sich ein Leistungsbudget von -12dBm - (-25dBm) = 13dBm.

Berechnung der Leistungsreserve

Nach der Berechnung des Verbindungsverlustes und der Bestimmung des Leistungsbudgets können wir auch die Leistungsmarge berechnen. Die Leistungsmarge wird oft auch als Sicherheitsmarge betrachtet und stellt den Betrag der effektiven Leistung dar, der nach Ausgleich oder Subtraktion des gesamten Verbindungsverlustes vom verfügbaren Leistungsbudget zur Verfügung steht. Mit diesem Ausdruck können wir die Leistungsspanne leicht berechnen.

Nehmen Sie den oben erwähnten Fall des 8 km langen SMF als Beispiel. Der Verbindungsverlust, den wir für diesen Fall berechnet haben, beträgt 5,8dB, und das Leistungsbudget beträgt 12dB. Somit beträgt die Sicherheitsmarge oder der Leistungsspielraum für diese bestimmte (hypothetische) Glasfaserverbindung 13 dB - 5,8 dB = 7,2 dB.

Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass ein positives Leistungsbudget oder ein positiver Wert der Sicherheitsmarge einer Glasfaserverbindung anzeigt, dass die erforderliche Leistung für die Übertragung zur Verfügung steht. In diesem Fall hat unsere Verbindung also eine Sicherheitsmarge von 7,2 dB, und sie wird wie gewünscht funktionieren.

Es ist unmöglich, ein ideales Glasfasersystem mit Null Verlusten zu konstruieren und zu betreiben. Der Nettoverlust über eine faseroptische Verbindung lässt sich mit Hilfe eines OTDR genannten Geräts leicht bestimmen. Eine grobe Abschätzung des Faserverbindungsverlustes ist jedoch auch durch einfache arithmetische Berechnungen möglich. Diese Berechnungen beziehen bestimmte Parameter wie die maximale Dämpfung von Kabeln und Steckverbindern mit ein. Nach der Bestimmung des Leistungsverlustes über eine Verbindung können wir auch deren Leistungsbudget und Sicherheitsmarge berechnen. Um eine sichere Übertragung von Daten über eine optische Verbindung zu gewährleisten, sollte deren Leistungsspanne immer größer sein als die verfügbare Leistung.