Cât de departe poate fi rulat cablul de fibră optică? Limitele de distanță explicate

Cabluri de fibră optică poate fi rulat oriunde 2 kilometri până la peste 100 de kilometri fără regenerare a semnalului, în funcție de tipul cablului și aplicație. Fibră monomod (SMF) acceptă distanțe de până la 40-100 de kilometri pentru aplicații standard, în timp ce fibra multimodală (MMF) este de obicei limitată la 300 de metri până la 2 kilometri . Distanța reală depinde de factori precum tipul de fibră, lungimea de undă, echipamentul de rețea și cerințele de calitate a semnalului.

Capacități de distanță de fibră monomod

Fibra monomod este concepută pentru transmisia pe distanțe lungi și reprezintă coloana vertebrală a rețelelor de telecomunicații din întreaga lume. Diametrul mic al miezului (8-10 microni) permite luminii să circule într-o singură cale, minimizând dispersia semnalului și permițând o rază excepțională.

Aplicații standard cu un singur mod

Pentru implementările tipice de rețea, fibra monomodă atinge următoarele distanțe:

• 1000BASE-LX (1 Gbps): Până la 10 kilometri cu optica standard, extensibilă la 40 de kilometri cu module îmbunătățite
• 10GBASE-LR (10 Gbps): Gama standard de 10 kilometri, cu 10GBASE-ER ajungând la 40 de kilometri
• 40GBASE-LR4 și 100GBASE-LR4: 10 kilometri pentru interconexiunile centrelor de date de mare viteză
• Variante cu rază lungă de acțiune (ER/ZR): 40-80 de kilometri pentru rețele metropolitane și regionale

Soluții cu gamă extinsă

Cu echipamente specializate, fibra monomod se poate întinde pe distanțe și mai mari. Sistemele de multiplexare prin diviziune a lungimii de undă densă (DWDM) transmit semnale de rutină peste 1.000 de kilometri prin utilizarea mai multor lungimi de undă și amplificatoare optice. Cablurile submarine care conectează continentele utilizează fibră monomod pentru a se întinde 10.000 de kilometri peste fundul oceanului, cu repetoare plasate la fiecare 50-100 de kilometri pentru a regenera semnalul.

Limitări ale distanței de fibre multimodale

Fibra multimodală are un diametru de miez mai mare (50 sau 62,5 microni) care permite propagarea simultană a mai multor moduri de lumină. În timp ce acest lucru face mai ușor de lucrat cu și mai puțin costisitor pentru distanțe scurte, creează dispersie modală care limitează în mod semnificativ raza de transmisie.

Modelul este clar: pe măsură ce ratele de date cresc, capacitățile de distanță multimode scad. Pentru Aplicații de 40 și 100 Gbps , chiar și cea mai recentă fibră OM5 este limitată la 100-150 de metri, ceea ce o face potrivită numai pentru mediile de centre de date în care echipamentele sunt amplasate în imediata apropiere.

Factorii care afectează distanța de transmisie

Bugetul de putere optică

Bugetul de putere optică reprezintă cantitatea de pierdere de semnal pe care un sistem o poate tolera între emițător și receptor. Un transceiver tipic ar putea transmite la -3 dBm și necesită o putere minimă primită de -20 dBm , oferind un buget de putere de 17 dB. Fiecare conector, îmbinare și metru de cablu consumă o parte din acest buget prin pierderea de inserție și atenuare.

Selectarea lungimii de undă

Lungimi de undă diferite experimentează rate de atenuare diferite în fibră. Cele mai comune lungimi de undă și caracteristicile lor includ:

• 850 nm: Folosit în fibră multimodală, atenuare de 2,5-3,5 dB/km, cea mai scurtă distanță
• 1310 nm: Obișnuit pentru monomod, atenuare de 0,35-0,5 dB/km, bună pentru distanțe medii
• 1550 nm: De preferat pentru distanțe lungi, atenuarea de 0,2-0,25 dB/km, permite atingerea maximă

Calitatea cablului și instalare

Practicile proaste de instalare reduc dramatic distanța efectivă. Microcoduri de la raza de îndoire strânsă , stresul asupra conectorilor și contaminarea pe fețele de capăt ale fibrei pot adăuga 0,5-3 dB de pierdere per punct de conectare. Un cablu cu o lungime de 10 km poate atinge doar 5 km dacă este instalat neglijent cu numeroase îmbinări cu pierderi mari.

Efecte de dispersie

Dispersia cromatică face ca diferite lungimi de undă să călătorească la viteze ușor diferite, răspândind impulsurile pe distanțe lungi. În fibra monomod la 1550 nm, dispersia cromatică este de aproximativ 17 ps/(nm·km) . Pentru un semnal de 10 Gbps peste 80 km, acest lucru poate cauza o lărgire semnificativă a impulsului, necesitând module de compensare a dispersiei pentru a menține integritatea semnalului.

Scenarii practice de aplicare

Rețele de campus

Campusurile universitare și corporative sunt de obicei implementate Fibră multimod OM3 sau OM4 pentru conexiuni clădire la clădire sub 300 de metri, cu costuri în jur 0,50-2,00 USD pe metru instalat. Pentru clădirile separate de distanțe mai mari, fibra monomodă oferă conectivitate până la câțiva kilometri la un cost de material ușor mai mare, dar un cost total de proprietate semnificativ mai mic datorită cerințelor reduse de electronică.

Rețele metropolitane

Serviciile Metro Ethernet folosesc în mod obișnuit fibră monomod pentru a conecta locații comerciale din orașe. Distanțele de 20-40 de kilometri sunt de rutină cu optica standard, în timp ce 80 de kilometri poate fi realizat cu transceiver-uri cu rază extinsă. Furnizorii de servicii mențin de obicei inele de fibră cu căi multiple pentru redundanță.

Interconexiuni ale centrelor de date

Centrele de date moderne necesită conectivitate de mare viteză între facilități pentru recuperarea în caz de dezastru și echilibrarea sarcinii. Conexiuni de 100 Gbps pe 10-40 de kilometri utilizarea fibrei monomode au devenit standard, implementând furnizorii de frunte Legături de 400 Gbps pentru punctele de interconectare majore. Aceste sisteme folosesc adesea tehnologie optică coerentă pentru a maximiza capacitatea și raza de acoperire.

Fibră până la domiciliu (FTTH)

Implementările de fibră rezidențială folosesc de obicei arhitecturi de rețea optică pasivă (PON) care împart o singură fibră pentru a servi 32-64 case pe distante pana la 20 de kilometri de la biroul central. Cele mai recente standarde XGS-PON și NG-PON2 acceptă Viteze simetrice de 10 Gbps menținând în același timp acest interval, oferind o capacitate suficientă pentru decenii de creștere a cererii rezidențiale.

Extinderea dincolo de distanțe standard

Amplificatoare optice

Amplificatoarele cu fibră dopată cu erbiu (EDFA) sporesc semnalele optice fără a se converti în formă electrică, permițând intervale de 80-120 de kilometri între punctele de amplificare. Un EDFA tipic oferă Câștig de 15-25 dB , compensând atenuarea fibrei și permițând semnalelor să traverseze mai multe segmente. Rețelele pe distanțe lungi pun în cascadă mai multe amplificatoare pentru a atinge distanțe transcontinentale.

Regeneratoare și Repetoare

Când calitatea semnalului se degradează dincolo de ceea ce poate corecta amplificarea, regeneratoarele electronice convertesc semnalul optic în electric, îl curăță și îl retemporizează, apoi îl retransmit pe un purtător optic nou. Sistemele de cabluri submarine plasează regeneratoare fiecare 50-100 de kilometri în carcase sigilate pe fundul oceanului, cu durate de viață de proiectare de 25 de ani și nicio capacitate de întreținere odată implementată.

Redirecționarea erorilor

Sistemele moderne de mare viteză încorporează o corectare a erorilor avansate (FEC) care adaugă redundanță fluxului de date, permițând receptorului să corecteze erorile de biți fără retransmitere. FEC cu o decizie grea poate extinde atingerea cu 2-3 dB, în timp ce soft-decizie FEC adaugă 10-11 dB de câștig de codare, dublând posibil distanța realizabilă pentru sistemele de transmisie coerente.

Alegerea fibrei potrivite pentru cerințele dvs. de distanță

Selectarea unui cablu de fibră optică adecvată necesită echilibrarea nevoilor actuale cu cerințele viitoare și constrângerile bugetare. Pentru distante sub 300 de metri în centrele de date , fibra multimod OM4 oferă cel mai bun raport cost-performanță cu transceiver-uri ieftine, ușor disponibile. Economiile de costuri ale materialelor comparativ cu modul unic sunt minime, dar optica poate costa 50-70% mai puțin .

Pentru orice distanta peste 500 de metri sau necesită o durată de viață de 10 ani , fibra monomod este alegerea superioară. În timp ce transceiverele costă mai mult inițial, modul unic oferă un potențial nelimitat de upgrade. O fibră instalată astăzi pentru 1 Gbps poate suporta ulterior 100 Gbps sau mai mult prin simpla schimbare a echipamentelor terminale, în timp ce multimodul ar necesita înlocuirea completă a cablului.

Luați în considerare instalarea Fibră monomod OS2 cu 12-24 fire chiar dacă cerințele actuale sunt modeste. Costul incremental al cablului este mic în comparație cu forța de muncă la instalare, iar fibrele de rezervă oferă protecție împotriva deteriorării și permite extinderea ușoară a capacității. În aplicațiile metropolitane și pe distanțe lungi, modul unic este singura opțiune viabilă, selecția specifică a transceiver-ului determinând dacă atingeți o acoperire de 10, 40 sau 100 de kilometri.