Kuitutaivutushäviön määrittely

Kuituoptiikassa oleva taivutushäviö viittaa valon vaimentumiseen, koska kuitu on fyysisesti taivutettu. Kun kuitu on taivutettu, olosuhteet kokonaisheijastukseen häiriintyvät. Valo, joka normaalisti ohjattaisiin pitkin ydintä alkaa vuotaa verhoukseen ja lopulta välttyy kuidun. Tämä vuoto suoraan kääntää signaalin häviöön, joka mitataan desibeleillä (dB). Menetyksen vakavuus riippuu taipumissäteestä, valon aallonpituudesta ja kuidun suunnittelusta. Jopa pieni mutka suositellun säteen alapuolella voi tuoda mitattavia vaimennuksia.

Makrotaivutus vs. mikrotaivutus

Taivutushäviöt luokitellaan laajasti kahteen luokkaan:

  • Makrotaivutus:[] Tämä tapahtuu, kun kuitu joutuu suuren säteilyn mutkan alle, kuten tiukka silmukka tai nurkka kaapelialustassa. Makrotaivutushäviö on yleensä ennustettavissa ja se voidaan laskea taivutussäteen ja aallonpituuden perusteella. Vaikutus korostuu pidemmillä aallonpituuksilla (esim. 1550 nm vs. 1310 nm), koska toimintatilan kentän halkaisija on suurempi, jolloin valo on alttiimpi vuotoille.
  • Mikrotaivutus:[ Nämä ovat pieniä vääristymiä kuituakselilla, jotka johtuvat usein epätasaisesta kaapelin säikeistyksestä, kaapelisiteiden paineesta tai asennusten sivuttaispaineista. Mikrotaivutushäviöitä on vaikeampi ennustaa ja ne voivat näkyä ajan myötä vähitellen lisääntyvänä vaimennuksena. Ne ovat yleinen kysymys tiheässä kaapeliympäristössä, kuten laastarin paneelissa ja tulpassa.

Miten taivutushäviöt vaikuttavat verkon suorituskykyyn

Taivutushäviöiden vaikutus ulottuu pelkän signaalin hajoamisen ulkopuolelle. Live-verkossa nämä tappiot aiheuttavat useita suorituskykyyn liittyviä ongelmia:

  • Arginaalin vähentäminen:[] Jokainen mutka kuluttaa osan järjestelmän optisesta tehobudjetista. 3 dB:n marginaalilla suunniteltu verkko voi pettää, jos kumulatiiviset taivutushäviöt syövät tuohon marginaaliin, erityisesti lämpötilan vaihtelun tai komponenttien ikääntymisen aikana.
  • BER:[] Kun optinen signaali-melusuhde (OSNR) laskee, vastaanotin kamppailee erottaakseen ykköset ja nollat. Tämä johtaa korkeampaan BER:iin, joka puolestaan pakottaa eteenpäin virhekorjausta (FEC) työskentelemään kovemmin ja vähentää tehokasta suoritusta.
  • Link Etäisyysrajoitukset:[] Taivutushäviöt voivat tehokkaasti lyhentää kuituyhteyden enimmäiskattavuutta. Järjestelmä, jonka pitäisi saavuttaa 40 km 10 Gbps:llä, voi saavuttaa 30 km vain, jos on useita mutkia. Tämä on erityisen tärkeää kauko- ja sukellusveneverkoissa, joissa toistimet ovat kalliita.
  • Myös jaksottaiset viat:[] Ulko- tai ilma-aluksissa tuuli ja lämpölaajeneminen voivat tilapäisesti muuttaa säteitä ryppypisteissä tai sulkemisissa, mikä aiheuttaa epäsäännöllisiä yhteysongelmia, joita on tunnetusti vaikea diagnosoida.
  • Pysyvä polunesto:[] Verkot, jotka alun perin otettiin käyttöön vakiomuotoisella yksimuotokuitua (SSMF) käyttäen, saattavat osoittautua riittämättömiksi, kun ne päivitetään korkeampiin datanopeuksiin (esim. 100 Gbps tai 400 Gbps), koska nämä järjestelmät ovat alttiimpia menetykselle. Taivutuksen herkkä entinen kuitu voi muuttua pullonkaulaksi.

Standardit ja taivutus-inarkat kuidut

Taivutushäviöiden vähentämiseksi televiestintäteollisuus on kehittänyt erikoistuotteita, joiden taivutusherkkyys on heikentynyt (BIF). Nämä kuidut on suunniteltu muunnellulla taitekerroinprofiililla. Usein juoksuhauta-avusteinen ydin on rajoittanut valoa entistä tiukemmin, jopa tiukan mutkan alla.

  • G.657.A:[ yhteensopiva G.652 (vakioyksitila) -kuidun kanssa, mutta parempi taivutuskyky. Pienin taivutussäde on tyypillisesti 10 mm yhden käännöksen osalta.
  • G.657.B:[ mahdollistaa vielä tiukemmat mutkat, jopa 5..7,5 mm, mikä tekee siitä ihanteellisen koti- ja yritysasennukseen, jossa tilaa on rajoitettu.

On tärkeää huomata, että taivutus-insensitiiviset kuidut vähentävät taipumisen menetystä, mutta eivät poista sitä. []Corning n SMF-28 Ultra] ja [OFS AllWave[] ovat esimerkkejä taivutusoptimoituja kuituja käytetään laajalti tänään.

Vaikutus eri verkkosegmentteihin

Kuitu-kotiin (FTTH)

FTTH-asennetuissa kuidut kulkevat keskustoimistosta yksittäisiin koteihin usein monin käännöksin varustettujen kanavien kautta. Taivutus-insensitiiviset pudotuskaapelit (G.657.B) ovat standardi. Optisen verkon pääteasemassa (ONT) tai kodin sisällä voi kuitenkin luoda teräviä taipumia, jotka aiheuttavat menetystä. Yksi 5 mm:n taivutus G.657.B-kuitu voi ottaa käyttöön 0,1.

Datakeskukset

Datakeskuksissa on tiheä kaapelointi, jossa on laastaripaneelit tiukoissa telikkeissä. Mikrotaivutus kaapelisiteistä ja huonosta reitityksestä voi heikentää 40G/100G/400G rinnakkaisoptiikka. Monet nykyaikaiset datakeskuskuidut ovat monitilaisia OM5 tai yhden moodin, mutta kaikki ovat alttiita taivutusherkkyydelle. [FS.com suosittelee käyttämään taivutus-insensitiivisiä laastarijohtoja ja pitämään yllä vähintään 10 kertaa kaapelin halkaisija.

Pitkähaul- ja metroverkot

Pitkällä nopeudella vahvistimet (EKRA) ovat 80..100 km:n päässä toisistaan. Taipumishäviö vain 1...2 dB:n missä tahansa vaiheessa voi lisätä vaadittua vahvistinvoittoa, nostaa melua ja mahdollisesti aiheuttaa järjestelmän sammumisen. Metroverkot, joissa on useita lisä-/drop-solmuja, ovat erityisen haavoittuvia, koska niillä on monia laastarilevyjä ja liitäntäpisteitä.

Taivutushäviön mittaus ja testaus

Verkon insinöörit käyttävät testilaitteita taipumishäviöiden määrittämiseen:

  • Optinen aika-alue Heijastusmittari (OTDR):[] OTDR lähettää pulssin ja mittaa takaisin sirpaloitua valoa tapahtumien paikantamiseksi. Terävä mutka näkyy askeleena pudotus jäljityksessä, mutta menetys ei välttämättä näy täysin, jos mutka on kuidun päässä. OTDR voi myös havaita piilotettuja tappioita kasvien muutosten jälkeen.
  • Optinen tehomittari ja valonlähde (LSPM):[ Tämä on tarkin menetelmä häviömittaukseen. Vertaa vastaan saatua tehoa lähtötehoa laskeaksesi kokonaislinkin menetyksen, mukaan lukien taivutuspanokset.
  • Visual Fault Locator (VFL):[] Punainen laser (650 nm) ruiskutetaan kuituun. Mutkasta pakeneva valo näkyy punaisena hehkuna. Tämä on nopea kenttädiagnostiikka, jolla löydetään vakavia mutkia, mutta se ei määritä menetystä.

Vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi monet teleoperaattorit noudattavat TIA-568.3-D tai ISO/IEC 11801 -standardeja, joissa määritellään kullekin kanavalle suurin sallittu tappio. Asennuksen jälkeen ja kaapelin liikkeiden jälkeen tapahtuva testaus on välttämätöntä, jotta taivutusongelmat saadaan ajoissa kiinni.

Ennaltaehkäisy ja parhaat käytännöt

Taivutushäviöiden minimointi edellyttää asianmukaisen suunnittelun, laatukomponenttien ja kurinalaisen asennuksen yhdistelmää:

  • Valitse oikea kuituluokka:[ Valitse G.657.A tai G.657.B kuitu sovellukseen, jossa odotetaan tiukkaa taivutusta. Vältä sekoittamasta G.652 ja G.657 laastarinaruissa, ellei yhteensopivuus ole varmistettu.
  • Pysy Bend Radius Asennuksen aikana:[ Tyypillinen pienin taivutussäde kaapelin ollessa jännittynyt on 20 kertaa kaapelin halkaisija; kun ei ole jännitystä, 10 kertaa. Noudata aina valmistajan ohjeita. Käytä taivutussädeohjaimia ja kaapelinhallintaa.
  • Käytä Loose Tube Kaapelit ulkona:[ Loose putki mallit mahdollistavat kuidun liikkua sisällä puskurin, vähentäen mikrotaivutus kaapelin puristus. Geeli-täytteiset putket myös suojata kosteudelta.
  • Vältä yli-kiristys Kaapeli Siteet:[] Käytä koukku-ja-silmukka (Velcro) hihnat sijasta muovinen vetoketjusiteet, jotka voivat puristaa kuituja ja ottaa käyttöön mikrotaivutus. Jos vetoketjut ovat tarpeen, älä purista niitä tiukasti.
  • Oikea liitäntäsuljin ja paikkapaneelit:[ Varmista, että liitäntäalustat ja kasetit on suunniteltu kuitutyypille. Säilytä ylimääräinen kuitu silmukkaan, joka ylittää suositellun säteen. Patch-paneeleissa käytä kulma-adapteria tai löysähallintaa.
  • Säännöllinen tarkastus OTDR:[:n kanssa Suorita perustason OTDR jälkiä jokaisesta uudesta linkistä. Toista testit vuosittain tai mahdollisten kuitutehtaan fyysisten muutosten jälkeen. Vertaa jälkiä vasta muodostuneiden mutkajen havaitsemiseksi.
  • Koulutus:[ Junan asennus miehistöt tärkeää taivutussäde. Yksi terävä narkkari aikana kiireinen työ voi heikentää suorituskykyä vuosia.

Esimerkkejä reaalimaailmasta

FTTH-verkoissa yleinen vikaskenaario on mutkan lähellä optista verkkopäätettä (ONT), joka on luotu asiakkaan huonekalujen siirtyessä. Menetys voi olla 2...4 dB 1550 nm:ssä, mikä aiheuttaa linkin synkronoinnin. Tietokeskuksissa voidaan tiivistää kaapelit kaapin oven taakse, kun ovi sulkeutuu ja syntyy mikrobeja, joita on vaikea löytää. [Fluke Networks ilmoittaa, että tällaiset taivutukseen liittyvät asiat muodostavat merkittävän osuuden "ei ongelmia" kuorma-autorullarullasta.

Päätelmät

Kuitutaivutushäviö on edelleen keskeinen huolenaihe kaikissa kuituoptisissa verkostoissa, olipa kyse sitten keskitetystä datakeskuksesta tai levittävästä FTTx-käytöstä. Vaikka taivutusherkkät kuidut ja tiukat standardit ovat dramaattisesti vähentäneet ongelmaa, ne eivät ole poistaneet sitä. Verkkotehoon ja dataan perustuva läpivienti on suoraan sidottu siihen, miten hyvin taivuttimia hallitaan asennuksen, ylläpidon ja toiminnan aikana. Ymmärtämällä sekä makro- että mikrotaivutuksen takana olevaa fysiikkaa, valitsemalla asianmukaisia mediaa ja valvomalla kurinalaisia asennuskäytäntöjä, verkon ammattilaiset voivat säilyttää optisen voiman budjetit, laajentaa linkkien etäisyyksiä ja vähentää kalliita vianmääritystä.