Как далеко можно прокладывать оптоволоконный кабель? Объяснение ограничений по расстоянию

Оптоволоконные кабели можно запускать где угодно из От 2 километров до более 100 километров без регенерации сигнала, в зависимости от типа кабеля и применения. Одномодовое волокно (SMF) поддерживает расстояния до 40-100 километров для стандартных приложений, тогда как многомодовое волокно (MMF) обычно ограничивается От 300 метров до 2 километров . Фактическое расстояние зависит от таких факторов, как тип волокна, длина волны, сетевое оборудование и требования к качеству сигнала.

Возможности расстояния по одномодовому оптоволоконному кабелю

Одномодовое волокно предназначено для передачи на большие расстояния и представляет собой основу телекоммуникационных сетей по всему миру. Его небольшой диаметр сердцевины (8–10 микрон) позволяет свету распространяться по одному пути, сводя к минимуму дисперсию сигнала и обеспечивая исключительную дальность действия.

Стандартные одномодовые приложения

В типичных сетевых развертываниях одномодовое волокно обеспечивает следующие расстояния:

• 1000BASE-LX (1 Гбит/с): До 10 километров со стандартной оптикой, с возможностью увеличения до 40 километров с улучшенными модулями.
• 10GBASE-LR (10 Гбит/с): Стандартный радиус действия 10 километров, при 10GBASE-ER радиус действия достигает 40 километров.
• 40GBASE-LR4 и 100GBASE-LR4: 10 километров для высокоскоростных межсоединений центров обработки данных
• Варианты с большой досягаемостью (ER/ZR): 40-80 километров для городских и региональных сетей

Решения расширенного диапазона

Благодаря специальному оборудованию одномодовое волокно может охватывать еще большие расстояния. Системы плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM) регулярно передают сигналы. более 1000 километров с использованием нескольких длин волн и оптических усилителей. В подводных кабелях, соединяющих континенты, используется одномодовое волокно. 10 000 километров по дну океана, а ретрансляторы устанавливаются каждые 50–100 километров для восстановления сигнала.

Ограничения на расстояние многомодового оптоволокна

Многомодовое волокно имеет больший диаметр сердцевины (50 или 62,5 микрон), что позволяет одновременно распространять несколько световых мод. Хотя это упрощает работу и удешевляет работу на коротких расстояниях, это создает модальную дисперсию, которая значительно ограничивает дальность передачи.

Закономерность ясна: по мере увеличения скорости передачи данных возможности многомодового расстояния уменьшаются. Для Приложения 40 и 100 Гбит/с Даже новейшее оптоволокно OM5 ограничено длиной 100–150 метров, что делает его пригодным только для центров обработки данных, где оборудование расположено в непосредственной близости.

Факторы, влияющие на расстояние передачи

Бюджет оптической мощности

Бюджет оптической мощности представляет собой величину потерь сигнала, которую система может допустить между передатчиком и приемником. Типичный трансивер может передавать на -3 дБм и требуют минимальной получаемой мощности -20 дБм , обеспечивая бюджет мощности 17 дБ. Каждый разъем, соединение и метр кабеля потребляют часть этого бюджета за счет вносимых потерь и затухания.

Выбор длины волны

Различные длины волн испытывают разную степень затухания в волокне. Наиболее распространенные длины волн и их характеристики включают в себя:

• 850 нм: Используется в многомодовом волокне, затухание 2,5-3,5 дБ/км, наименьшая дальность действия.
• 1310 нм: Обычное для одномодовых, затухание 0,35-0,5 дБ/км, хорошо для средних расстояний.
• 1550 нм: Предпочтительно для больших расстояний, затухание 0,2–0,25 дБ/км обеспечивает максимальную дальность действия.

Качество и установка кабеля

Неправильные методы установки резко сокращают эффективное расстояние. Микроизгибы из-за малого радиуса изгиба , нагрузка на разъемы и загрязнение торцов волокна могут добавить потери на 0,5–3 дБ на точку подключения. Кабель, рассчитанный на 10 км, может достичь только 5 км, если он проложен небрежно с многочисленными соединениями с высокими потерями.

Эффекты дисперсии

Хроматическая дисперсия заставляет волны разной длины перемещаться с несколько разной скоростью, распространяя импульсы на большие расстояния. В одномодовом волокне на длине волны 1550 нм хроматическая дисперсия составляет примерно 17 пс/(нм·км) . Для сигнала со скоростью 10 Гбит/с на расстоянии более 80 км это может привести к значительному уширению импульса, что потребует использования модулей компенсации дисперсии для поддержания целостности сигнала.

Сценарии практического применения

Кампусные сети

Университетские и корпоративные кампусы обычно развертывают Многомодовое волокно OM3 или OM4 для соединений между зданиями длиной менее 300 метров, стоимость около $0,50-2,00 за метр установлен. Для зданий, разделенных большими расстояниями, одномодовое волокно обеспечивает связь на расстояние до нескольких километров при несколько более высоких материальных затратах, но значительно более низкой общей стоимости владения из-за снижения требований к электронике.

Городские сети

Службы Metro Ethernet обычно используют одномодовое волокно для соединения офисов в разных городах. Расстояния 20-40 километров являются обычным явлением для стандартной оптики, в то время как 80 километров может быть достигнуто с помощью трансиверов увеличенного радиуса действия. Поставщики услуг обычно поддерживают оптоволоконные кольца с несколькими путями для резервирования.

Соединения центров обработки данных

Современные центры обработки данных требуют высокоскоростного соединения между объектами для аварийного восстановления и балансировки нагрузки. Подключения 100 Гбит/с на расстояние 10–40 километров использование одномодового волокна стало стандартом, и ведущие поставщики внедряют Каналы 400 Гбит/с для основных точек соединения. В этих системах часто используется технология когерентной оптики для максимизации пропускной способности и дальности действия.

Оптоволокно до дома (FTTH)

При развертывании оптоволоконных сетей в жилых помещениях обычно используются архитектуры пассивных оптических сетей (PON), в которых одно волокно разделяется для обслуживания. 32-64 дома на расстояния до 20 километров из центрального офиса. Поддержка новейших стандартов XGS-PON и NG-PON2. Симметричные скорости 10 Гбит/с сохраняя при этом этот диапазон, обеспечивая достаточную пропускную способность для десятилетий роста спроса на жилье.

Расширение за пределы стандартных расстояний

Оптические усилители

Волоконные усилители, легированные эрбием (EDFA), усиливают оптические сигналы без преобразования в электрическую форму, что позволяет пролеты 80-120 километров между точками усиления. Типичный EDFA обеспечивает 15-25 дБ усиления , компенсируя затухание волокна и позволяя сигналам проходить через несколько сегментов. В сетях дальней связи каскадно соединяются несколько усилителей для достижения трансконтинентальных расстояний.

Регенераторы и повторители

Когда качество сигнала ухудшается за пределы того, что может исправить усиление, электронные регенераторы преобразуют оптический сигнал в электрический, очищают и изменяют его время, а затем повторно передают на новой оптической несущей. В подводных кабельных системах регенераторы размещаются каждые 50-100 километров в герметичных корпусах на дне океана с расчетным сроком службы 25 лет и отсутствие возможности технического обслуживания после развертывания.

Прямое исправление ошибок

Современные высокоскоростные системы включают сложную упреждающую коррекцию ошибок (FEC), которая добавляет избыточность потоку данных, позволяя получателю исправлять битовые ошибки без повторной передачи. Жесткое решение FEC может расширить зону действия на 2-3 дБ, в то время как мягкое решение FEC добавляет 10–11 дБ усиления кодирования, потенциально удваивая достижимое расстояние для систем когерентной передачи.

Выбор правильного волокна для ваших требований к расстоянию

Выбор подходящего оптоволоконного кабеля требует баланса текущих потребностей с будущими требованиями и бюджетными ограничениями. Для расстояний до 300 метров в центрах обработки данных Многомодовое оптоволокно OM4 предлагает лучшее соотношение цены и качества среди доступных и недорогих трансиверов. Экономия материальных затрат по сравнению с одномодовыми минимальна, но оптика может стоить дороже. на 50-70% меньше .

На любое расстояние свыше 500 метров или требующий 10-летнего срока службы одномодовое волокно является лучшим выбором. Хотя изначально трансиверы стоят дороже, одномодовые обеспечивают неограниченный потенциал модернизации. Оптоволокно, установленное сегодня на скорость 1 Гбит/с, позже может поддерживать скорость 100 Гбит/с и более, просто заменяя оконечное оборудование, тогда как для многомодового кабеля потребуется полная замена кабеля.

Рассмотрите возможность установки Одномодовое волокно OS2 с 12–24 жилами даже если текущие потребности скромны. Дополнительные затраты на кабель невелики по сравнению с трудозатратами на установку, а наличие запасных волокон обеспечивает защиту от повреждений и позволяет легко расширить емкость. В городских условиях и на дальних расстояниях одномодовый режим является единственным жизнеспособным вариантом, при этом конкретный выбор трансивера определяет, достигнете ли вы дальности действия 10, 40 или 100 километров.