Затухание

Для коротких участков волокна передача на длине волны 1310 нм остается привлекательной благодаря цене и доступности соответствующих лазеров. Несколько факторов, однако, побуждают к использованию передачи на больших длинах волн. На высоких скоростях передачи данных требования к чувствительности приемника обычно являются более строгими, что делает необходимым получение большей оптической энергии для поддержания низкой частоты ошибок. Из-за относительно высокого затухания на длине волны 1310 нм (см. таблицу 3) максимально возможные расстояния меньше по сравнению с 1550 нм. На больших расстояниях, которые превосходят допустимые пределы по чувствительности оптических приемников, сигналы в диапазоне 1550 нм могут быть усилены оптическим способом (обычно с использованием усилителей EDFA), что является невозможным на 1310 нм. В результате, передача на 1310 нм требует электрической регенерации, которая намного дороже, чем оптическое усиление.

Длина волны, нм Максимальное затухание в волокне по стандарту IEC 60793-2, дБ/км Обычное затухание в кабеле, дБ/км 1310 0,4 0,35 1550 0,3 0,25

Таблица 3.

(Затухание в стандартном одномодовом волокне в диапазонах 1310 и 1550 нм).

Хроматическая дисперсия

Оптические импульсы, несущие цифровые данные, содержат в себе ограниченный спектр волн (а не только одну узкую длину волны). Так как различные длины волн распространяются в волокне с различной скоростью, отдельные компоненты импульса разделяются по мере его распространения по волокну. В конце концов, соседние оптические импульсы начинают перекрываться друг с другом и сигнал существенно искажается.

На 1310 нм затухание разрушает оптический сигнал, передаваемый по стандартному одномодовому волокну, еще до того, как хроматическая дисперсия становится проблемой. В результате, хроматическая дисперсия не является недостатком для передачи со скоростью 10 Гб/с в диапазоне 1310 нм по стандартному одномодовому волокну. Однако в диапазоне 1550 нм увеличенная хроматическая дисперсия в стандартном одномодовом волокне становится значительным сдерживающим фактором, обычно ограничивающим передачу 10 Gigabit Ethernet расстоянием в 40 км (хотя это зависит также от выбора передатчика).

На расстояниях, превышающих дисперсионные пороговые значения для стандартного одномодового волокна, требуется либо электрическая регенерация сигнала, либо оптическая компенсация дисперсии. Волокна DSF и NZDSF уменьшают хроматическую дисперсию в области 1550 нм, таким образом, увеличивается расстояние, на котором не требуется электрическая регенерация или оптическая компенсация дисперсии.

Поляризационная модовая дисперсия

Постоянно упоминаемым потенциальным препятствием для использования решений 10 Гб/с является поляризационная модовая дисперсия (PMD), вносимая некоторыми волоконными инфраструктурами. Фактически PMD разделяет оптический сигнал на два идентичных сигнала, которые распространяются по волокну с различными скоростями. Если две компоненты значительно разделены в момент получения сигнала, передаваемая информация может оказаться значительно повреждена.

Большинство оптических волокон, соответствующих современным стандартам G.652 (стандартное одномодовое волокно) и G.655 (волокно с ненулевой смещенной дисперсией), подходят для передачи со скоростью 10 Гб/с в глобальных сетевых решениях. Однако у старых инфраструктур, особенно у тех, которые были созданы до 1990-х годов, существуют потенциальные недостатки. Недостаток требований к PMD в промышленных стандартах в то время сделал возможным большой разброс в характеристиках волокон в зависимости от производителей и использованных технологий. Хотя стандартизация PMD во многом решила проблему, значительное количество волокна, введенного в эксплуатацию до начала 1990-х, представляет собой потенциальную проблему для применения технологии передачи на скорости 10 Гб/с. Ситуация достаточно значительна и является для нескольких ведущих операторов основанием для того, чтобы требовать тестирования PMD в любой сети, рассматриваемой с точки зрения возможной работы на скорости 10Гб/с. PMD остается в фокусе внимания при разработке волокна под высокие скорости передачи (40 Гб/с и выше).Анализ конструкции волокна для сетей 10-Gigabit Ethernet

Основными факторами, влияющими на дизайн сетей 10 Gigabit Ethernet, являются:

• Сетевая топология, которая включает в себя расстояния, потери на стыках и количество соединений (т.е. энергетический потенциал линии связи).

• Тип волоконного кабеля (одномодовое или многомодовое волокно) и эксплуатационные характеристики на определенной длине волны. Эксплуатационные характеристики определяются вносимыми потерями в канале (затуханием в кабеле) и модальным диапазоном (для многомодового волокна).

• Использование специальных патч-кордов со смещенными коннекторами для подавления DGD, если они необходимы. 1310 нм решение WWDM, 10GBASE-LX4, требует использования этих специальных патч-кордов совместно с многомодовым волокном для достижения требуемых расстояний.

• Реализация кабельной системы, совместимая с сетевыми устройствами Ethernet, основанными на светодиодах и лазерах, что позволяет осуществить интеграцию существующих 10 Мб/с и 100 Мб/с сетей, основанных на использовании светодиодов и 1 Гб/с и 10 Гб/с сетей, основанных на использовании лазеров.

Первым шагом при конструировании отдельных волоконных линий связи является определение энергетического потенциала. Эта величина (выраженная в дБ) определена в стандарте 10GbE для каждого оптического интерфейса. Таблицы для всех интерфейсов показаны далее в этой части статьи. Энергетический потенциал линии связи вычисляется, как разность между минимальной энергией, передаваемой в волокно, и минимальной чувствительностью приемника (см. рис. 2). Чувствительность приемника – это минимальная мощность, необходимая для поддержания требуемого соотношения сигнал/шум в определенных условиях эксплуатации. Энергетический потенциал линии связи определяет общую величину потерь из-за затухания и других факторов, воздействующих на распространение сигнала между передатчиком и приемником.

Энергетический потенциал линии связи используется для вычисления вносимых потерь и потери мощности. Вносимые потери – это основной параметр, определяемый для описания потерь в кабеле и соединителях (см. рис.3). Вносимые потери в канале состоят из определенных потерь в кабеле на каждом эксплуатационном участке, потерь в местах стыков и потерь на соединителях. Соединение состоит из пары состыкованных оптических разъемов. Обычно выделяется 1,5 дБ на потери на разъемах и местах стыков для многомодового волокна и 2 дБ для одномодового. В решениях 10-Gigabit Ethernet потери мощности определяются в соответствии с энергетическим потенциалом линии связи. Эти потери заставляют принимать в расчет такие эффекты, как дисперсия, которая может вызывать межсимвольную интерференцию и разрушать оптический сигнал.

Рабочие расстояния для 10 Gigabit Ethernet, которые даны в расположенных ниже таблицах, ограничиваются вносимыми потерями в канале, рабочим диапазоном кабеля для многомодового волокна и оптическими характеристиками приемопередатчиков (тип PMD). Расстояния больше 30 км в стандарте 10GBASE-E считаются "инженерными линиями связи", так как для поддержки столь больших расстояний затухание в кабеле должно быть меньше, чем максимальное затухание в стандартном одномодовом волокне (таблица 3). Следовательно, кабельные системы, проложенные на расстояния больше, чем 30 км, должны быть испытаны в эксплуатационных условиях для подтверждения соответствия их условиям по вносимым потерям не более 11 дБ (таблица 6). Измерение вносимых потерь производится в соответствии с методикой ANSI/TIA/EIA-526-14A/method B и ANSI/TIA/EIA-526-7/method A-1.

Параметр 10BASE-S 62,5 мкм MMF 50 мкм MMF Модальный рабочий диапазон на 850 нм (МГц*км) 160 200 400 500 1000 Энергетический потенциал линии связи (дБ) 7,3 7,3 7,3 7,3 7,3 Рабочее расстояние (м) 26 33 66 82 300 Вносимые потери в канале1(дБ) 1,6 1,6 1,7 1,8 2,6 Потери мощности2(дБ) 4,7 4,8 5,1 5,0 4,7

Таблица 4.

(Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-S по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0).

1). Вносимые потери даны для длины волны 850 нм.

2). Потери мощности даны для длины волны 840 нм.

Параметр 10BASE-L Энергетический потенциал линии связи (дБ) 9,4 Рабочее расстояние (км) 10 Вносимые потери в канале1(дБ) 6,2 Потери мощности2(дБ) 3,2

Таблица 5.

(Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-L по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0).

1). Вносимые потери даны для длины волны 1310 нм.

2). Потери мощности даны для длины волны 1260 нм.

Параметр 10BASE-E Энергетический потенциал линии связи (дБ) 15,0 Рабочее расстояние (км) 30 403 Вносимые потери в канале1(дБ) 10,9 10,9 Потери мощности2(дБ) 3,6 4,1

Таблица 6.

(Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-E по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0).

1). Вносимые потери даны для длины волны 1550 нм.

2). Потери мощности даны для длины волны 1565 нм.

3). Расстояния, большие, чем 30 км, должны быть испытаны в эксплуатационных условиях для подтверждения соответствия их условиям по вносимым потерям не более 11 дБ. Измерение вносимых потерь производится в соответствии с методикой ANSI/TIA/EIA-526-14A/method B и ANSI/TIA/EIA-526-7/method A-1.

Параметр 10BASE-LX4 62,5 мкм MMF 50 мкм MMF SMF Модальный рабочий диапазон на 850 нм (МГц*км) 500 400 500 - Энергетический потенциал линии связи (дБ) 7,5 7,5 7,5 8,2 Рабочее расстояние (м) 300 240 300 10000 Вносимые потери в канале1(дБ) 2,0 1,9 2,0 6,2 Потери мощности2(дБ) 5,0 5,5 5,5 1,9

Таблица 7.

(Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-LX4 по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0).

1). Вносимые потери даны для длины волны 1300 нм для многомодового и 1310 нм для одномодового волокна. Предполагается использование патчкорда со смещенным вводом излучения. Общие вносимые потери, включая затухание, связанное с использованием таких патчкордов, могут быть на 0,5 дБ выше, чем указано в таблице.

2). Потери мощности даны для длины волны 1269 нм.

Волокно 62,5 мкм MMF 50 мкм MMF SMF МГц*км 1601 200 400 500 20002 - SR/SW 850 нм 26 м 33 м 66 м 82 м 300 м - LR/LW 1310 нм - - - - - 10 км ER/EW 1550 нм - - - - - 40 км LX4 1310 нм 300 м @ 500 МГц*км3 - - - - 10 км

Таблица 8.

(Волокно, поддерживающее стандарт 10GbE и соответствующие расстояния).

1). Обычно называется "волокном FDDI".

2). Иногда называется "многомодовым волокном 10 Gigabit Ethernet". Подробно описано в стандарте TIA-492AAAC.

3). 62,5 мкм многомодовое волокно имеет модальный диапазон 500 Мгц*км на длине волны 1310 нм вместо 160 или 200 Мгц*км на 850 нм. Иногда называется "многомодовым волокном 10 Gigabit Ethernet". Подробно описано в стандарте TIA-492AAAC.

При проектировании линий связи 10GBASE-E длиной больше 30 км, когда кабель еще не проложен, производится расчет потерь в кабельной линии и проверка того, что общие потери в кабельных компонентах не превосходят 11 дБ, допустимых для 10GBASE-E (таблица 6). Потери в кабельной линии подсчитываются суммированием потерь в кабеле и потерь на разъемах и стыках. Затухание в кабеле рассчитывается как произведение длины линии связи на коэффициент затухания в волокне (дБ/км).

Как показано в таблице 9 (сценарий 1), если затухание в кабеле составляет 0.225 дБ/км, то затухание в линии связи длиной 40 км будет составлять 9 дБ (40 км х 0.225 = 9 дБ). Предполагая, что потери на разъемах и стыках для одномодового волокна составляют 2 дБ, общие потери будут равны 11 дБ (9 дБ + 2 дБ = 11 дБ), что является допустимым для стандарта 10GBASE-E (таблица 6). Подобные расчеты можно провести для сценариев 2 и 3.

Параметр Сценарий 1 Сценарий 2 Сценарий 3 Максимальные потери в канале 11 дБ 11 дБ 11 дБ Требуемые потери на затухание 0,225 дБ/км 0,257 дБ/км 0,3 дБ/км2 Потери на разъемах и стыках 2 дБ 2 дБ 2 дБ Максимальное расстояние 40 км 35 км 30 км

Таблица 9.

(Пример расчета потерь в линии связи 10GBASE-E).

1). Канал 10GBASE-E должен иметь затухание от 5 до 11 дБ. Если необходимо, для соответствия этому условию можно использовать аттенюаторы. 2). Это максимальное затухание в кабеле, разрешенное для одномодового волокна на длине волны 1550 нм согласно стандарту IEC 60793-2 (см. таблицу 3). Глоссарий Диаметр пятна моды (MFD)

MFD используется для описания распределения оптической мощности в волокне, давая понятие «эффективного» диаметра, иногда называемого диаметром пятна.