Оптический бюджет

Оптический бюджет (энергетический потенциал)

В настоящее время во всем мире средства телекоммуникации переживают период широчайшего внедрения оптических систем в практику.

Оптическая система (optical system) — совокупность оптических элементов, созданная для определённого формирования пучков световых лучей.

Элементы оптических систем можно классифицировать следующим образом:

1.   элементы, которые создают сигнал в линии;

2.   элементы, которые вносят дополнительное затухание.

К первой категории относятся оптические трансиверы (GBIC, SFP, SFP+, XENPAK, XFP, X2 и др.) и усилители сигнала. Важными параметрами трансиверов (приемопередатчиков) являются: выходная мощность передатчика (transmitter output power) и чувствительность приемника (receiver sensitivity), это паспортные величины.

Чувствительность приемника – величина, характеризующая минимальный уровень сигнала на его входе, который приемник еще может принимать.

Выходная мощность передатчика – величина, характеризующая уровень выходного сигнала передатчика.

Уровень сигнала, передаваемого передатчиком по оптической линии, затухает с расстоянием, поэтому, когда он достигает приемника, его уровень становится меньше (на величину затуханий в линии). Если этот уровень не меньше чувствительности приемника, то приемник сможет принять такой сигнал, иначе система работать не будет.    

Разность этих показателей дает нам оптический бюджет (optical budget), обеспечиваемый трансивером: оптический бюджет (энергетический потенциал) – разность между оптической мощностью передатчика и чувствительностью приемника, выраженная в dB. Это паспортная информация, которую производитель (по идее) должен прикладывать ко всем приемопередатчикам (трансиверам). Если производитель этого не сделал, то ее можно легко посчитать.

Рассмотрим пример:

Pout = 1dBm – выходная мощность передатчика;

S = -18dBm – чувствительность приемника;

OB (optical budget) – ?

OB = Pout – S = (1-(-18))dBm = 19dBm

Оптический бюджет трансивера характеризует максимально-возможное затухание в линии, в которой он может использоваться. Т.е. показывает, что он может использоваться в линии с затуханием, которое не превышает величину бюджета.

Ко второй категории относятся остальные элементы (коннекторы, разветвители, аттенюаторы и др.), которые вносят в линию дополнительные потери. Стоит также не забывать о том, что затухание в оптическом кабеле зависит не только от его длины, но также и от несущей (длины волны):

 Зависимость затухания от длины волны в одномодовом оптическом кабеле

чем больше длина волны, тем меньше затуханий в линию вносит оптический кабель.

При расчетах оптической системы необходимо учитывать следующие источники затухания:

затухание в оптическом кабеле:

• в мультимодовом кабеле (850нм) – 2.7 dB/км;
• в мультимодовом кабеле (1310нм) – 0.75 dB/км;
• в одномодовом кабеле (1310-1450нм) – 0.35 dB/км;
• в одномодовом кабеле (1470-1610нм) – 0.25 dB/км;

точки соединения:

• коннекторы, MM – 0.5dB;
• коннекторы, SM – 0.3dB;
• на сварке – 0.1dB.

Рассмотрим пример расчета затуханий в линии:

L=60км – длина одномодового оптического кабеля;

λ=1310нм – рабочая длина волны => коэффициент затухания для одномодового оптического кабеля 0.35dB/км;

известно, что на линии есть 2 коннектора и 1 место сварки, которые вносят дополнительные затухания (0.3dB и 0.1dB соответственно);

Z (затухания в линии) – ?

Z=L*0.35+2*0.3+1*0.1 = (60*0.35+0.6+0.1)dB = (21+0,7)dB = 21.7dB

Чтобы передать сигнал по линии с таким затуханием необходимо подобрать трансивер с оптическим бюджетом больше 21.7dB.

Для обеспечения надежной работы оптической системы учитывают возможность увеличения оптических потерь при изменении внешних факторов и ухудшении характеристик компонентов ВОЛС и мощности лазера, связанных с их старением. Для компенсации данных потерь обычно выбирают оптический бюджет трансиверов с запасом на 3-6dB.

Зачастую расчет потерь в линии не производят, а проводят реальные измерения с помощью рефлектометров. Рефлектометр передает оптический импульс по смонтированным оптическим линиям и измеряет отраженные световые частицы, отображая рассеянные и отраженные оптические сигналы как функцию длины. Сравнивая количество света, отраженного в разные моменты времени, определяются потери в линии и отражательная способность оптического кабеля. Полученные данные могут быть представлены графически в виде рефлектограмм.

Рефлектограмма — исчерпывающая информация о соединителях, сращиваниях и разрывах по всей длине оптической линии. Фактически это графическое изображение результатов измерения оптических потерь в линии:

Рефлектограмма импульсного рефлектометра

Вертикальная шкала определяет уровень потерь в dB, горизонтальная ось соответствует расстоянию от рефлектометра до тестируемого участка.

Знание оптического бюджета и затухания в линии позволяет произвести оценку работоспособности системы: если суммарное затухание линии больше оптического бюджета, то работать ничего не будет.