تا کجا می توان کابل فیبر نوری را اجرا کرد؟ محدودیت های فاصله توضیح داده شده است

کابل های فیبر نوری را می توان از هر جایی اجرا کرد 2 کیلومتر تا بیش از 100 کیلومتر بدون بازسازی سیگنال، بسته به نوع کابل و کاربرد. فیبر تک حالته (SMF) تا فواصل را پشتیبانی می کند 40-100 کیلومتر برای کاربردهای استاندارد، در حالی که فیبر چند حالته (MMF) معمولاً محدود به 300 متر تا 2 کیلومتر . فاصله واقعی به عواملی از جمله نوع فیبر، طول موج، تجهیزات شبکه و الزامات کیفیت سیگنال بستگی دارد.

قابلیت فاصله فیبر تک حالته

فیبر تک حالته برای انتقال از راه دور طراحی شده است و نشان دهنده ستون فقرات شبکه های مخابراتی در سراسر جهان است. قطر هسته کوچک آن (8-10 میکرون) به نور اجازه می دهد تا در یک مسیر واحد حرکت کند، پراکندگی سیگنال را به حداقل می رساند و دسترسی استثنایی را ممکن می کند.

نرم افزارهای استاندارد تک حالته

برای استقرار شبکه معمولی، فیبر تک حالته به فواصل زیر دست می یابد:

• 1000BASE-LX (1 گیگابیت در ثانیه): تا 10 کیلومتر با اپتیک استاندارد، قابل افزایش تا 40 کیلومتر با ماژول های پیشرفته
• 10GBASE-LR (10Gbps): برد استاندارد 10 کیلومتر، با 10GBASE-ER به 40 کیلومتر می رسد
• 40GBASE-LR4 و 100GBASE-LR4: 10 کیلومتر برای اتصالات مرکز داده با سرعت بالا
• انواع دوربرد (ER/ZR): 40-80 کیلومتر برای شبکه های شهری و منطقه ای

راه حل های دامنه گسترده

با تجهیزات تخصصی، فیبر تک حالته می تواند مسافت های بیشتری را طی کند. سیستم های مالتی پلکسی با تقسیم طول موج متراکم (DWDM) به طور معمول سیگنال ها را ارسال می کنند بیش از 1000 کیلومتر با استفاده از طول موج های متعدد و تقویت کننده های نوری. کابل‌های زیردریایی که قاره‌ها را به هم متصل می‌کنند از فیبر تک حالته استفاده می‌کنند 10000 کیلومتر در کف اقیانوس ها، با تکرار کننده هایی که هر 50 تا 100 کیلومتر برای بازسازی سیگنال قرار می گیرند.

محدودیت های فاصله فیبر چند حالته

فیبر چند حالته دارای قطر هسته بزرگتر (50 یا 62.5 میکرون) است که به چندین حالت نور اجازه انتشار همزمان می دهد. در حالی که این کار کار با آن را آسان‌تر و برای مسافت‌های کوتاه کم‌هزینه‌تر می‌کند، پراکندگی مودال ایجاد می‌کند که به طور قابل توجهی محدوده انتقال را محدود می‌کند.

الگو واضح است: با افزایش نرخ داده، قابلیت فاصله چند حالته کاهش می یابد. برای برنامه های 40 و 100 گیگابیت بر ثانیه ، حتی آخرین فیبر OM5 نیز به 100-150 متر محدود شده است، و آن را فقط برای محیط های مرکز داده که تجهیزات در مجاورت نزدیک قرار دارند، مناسب می کند.

عوامل موثر بر فاصله انتقال

بودجه برق نوری

بودجه توان نوری نشان دهنده میزان تلفات سیگنالی است که یک سیستم می تواند بین فرستنده و گیرنده تحمل کند. یک فرستنده گیرنده معمولی ممکن است در -3 دسی بل و به حداقل توان دریافتی نیاز دارند -20 دسی بل ، بودجه برق 17 دسی بل را فراهم می کند. هر کانکتور، اتصال، و متر کابل بخشی از این بودجه را از طریق از بین رفتن و تضعیف درج مصرف می کند.

انتخاب طول موج

طول موج های مختلف نرخ های تضعیف متفاوتی را در فیبر تجربه می کنند. متداول ترین طول موج ها و ویژگی های آنها عبارتند از:

• 850 نانومتر: مورد استفاده در فیبر چند حالته، تضعیف 2.5-3.5 دسی بل در کیلومتر، کوتاه ترین دسترسی
• 1310 نانومتر: معمول برای تک حالت، تضعیف 0.35-0.5 dB/km، خوب برای فواصل متوسط
• 1550 نانومتر: ترجیحاً برای مسافت های طولانی، میرایی 0.2-0.25 دسی بل در کیلومتر، حداکثر دسترسی را امکان پذیر می کند.

کیفیت کابل و نصب

شیوه های ضعیف نصب به طور چشمگیری فاصله موثر را کاهش می دهد. خم های ریز از شعاع خمش تنگ فشار روی کانکتورها و آلودگی روی فیبرهای انتهایی می تواند 0.5-3 دسی بل افت را در هر نقطه اتصال اضافه کند. کابلی که برای مسافت 10 کیلومتر نامگذاری شده است، تنها در صورت نصب بی دقتی با اتصالات پرتلفات، تنها به 5 کیلومتر می رسد.

اثرات پراکندگی

پراکندگی رنگی باعث می شود که طول موج های مختلف با سرعت های کمی متفاوت حرکت کنند و پالس ها را در فواصل طولانی پخش کنند. در فیبر تک حالته در 1550 نانومتر، پراکندگی رنگی تقریباً است 17 ps/(nm·km) . برای سیگنال 10 گیگابیت بر ثانیه بیش از 80 کیلومتر، این می تواند باعث گشاد شدن پالس قابل توجهی شود که به ماژول های جبران پراکندگی برای حفظ یکپارچگی سیگنال نیاز دارد.

سناریوهای کاربردی عملی

شبکه های پردیس

دانشگاه ها و پردیس های شرکتی معمولا مستقر می شوند فیبر چند حالته OM3 یا OM4 برای اتصالات ساختمان به ساختمان زیر 300 متر، با هزینه های حدودی 0.50-2.00 دلار در هر متر نصب شده است. برای ساختمان‌هایی که با فواصل بیشتر از هم جدا شده‌اند، فیبر تک حالته اتصال تا چندین کیلومتر را با هزینه مواد کمی بالاتر اما هزینه کل مالکیت به طور قابل‌توجهی پایین‌تر به دلیل کاهش الزامات الکترونیکی فراهم می‌کند.

شبکه های متروپولیتن

سرویس‌های اترنت مترو معمولاً از فیبر تک حالته برای اتصال مکان‌های تجاری در سراسر شهرها استفاده می‌کنند. فواصل از 20-40 کیلومتر در حالی که با اپتیک استاندارد روتین هستند 80 کیلومتر می توان با فرستنده و گیرنده های با دسترسی گسترده به دست آورد. ارائه دهندگان خدمات معمولاً حلقه های فیبر را با چندین مسیر برای افزونگی نگهداری می کنند.

اتصالات مرکز داده

دیتاسنترهای مدرن به اتصال پرسرعت بین امکانات برای بازیابی بلایا و تعادل بار نیاز دارند. اتصالات 100 گیگابیت بر ثانیه بیش از 10-40 کیلومتر استفاده از فیبر تک حالته استاندارد شده است و ارائه دهندگان پیشرو آن را اجرا می کنند لینک های 400 گیگابیت بر ثانیه برای نقاط اتصال اصلی این سیستم ها اغلب از فناوری اپتیک منسجم برای به حداکثر رساندن ظرفیت و دسترسی استفاده می کنند.

فیبر به خانه (FTTH)

استقرار فیبرهای مسکونی معمولاً از معماری‌های شبکه نوری غیرفعال (PON) استفاده می‌کنند که یک فیبر واحد را برای سرویس دهی تقسیم می‌کند. 32-64 خانه در فواصل تا 20 کیلومتر از دفتر مرکزی آخرین استانداردهای XGS-PON و NG-PON2 را پشتیبانی می کند سرعت متقارن 10 گیگابیت بر ثانیه ضمن حفظ این محدوده، ظرفیت کافی برای چندین دهه رشد تقاضای مسکونی را فراهم می کند.

گسترش فراتر از فاصله های استاندارد

تقویت کننده های نوری

تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFAs) سیگنال های نوری را بدون تبدیل به شکل الکتریکی تقویت می کنند و دهانه های 80-120 کیلومتری بین نقاط تقویت یک EDFA معمولی فراهم می کند 15-25 دسی بل افزایش ، میرایی فیبر را جبران می کند و به سیگنال ها اجازه می دهد چندین بخش را طی کنند. شبکه های دوربرد تقویت کننده های متعدد را برای دستیابی به فواصل بین قاره ای آبشاری می کنند.

احیا کننده ها و تکرار کننده ها

هنگامی که کیفیت سیگنال فراتر از آن چیزی است که تقویت کننده می تواند تصحیح کند، کاهش می یابد، احیاگرهای الکترونیکی سیگنال نوری را به الکتریکی تبدیل می کنند، آن را تمیز می کنند و دوباره زمان بندی می کنند، سپس دوباره بر روی یک حامل نوری جدید ارسال می کنند. سیستم های کابلی زیردریایی، احیاء کننده ها را هر کدام قرار می دهند 50-100 کیلومتر در محفظه های مهر و موم شده در کف اقیانوس، با طول عمر طراحی 25 سال و هیچ قابلیت نگهداری پس از استقرار.

تصحیح خطای فوروارد

سیستم‌های پرسرعت مدرن از تصحیح خطای رو به جلو (FEC) پیچیده‌ای استفاده می‌کنند که افزونگی را به جریان داده اضافه می‌کند و به گیرنده اجازه می‌دهد تا خطاهای بیت را بدون ارسال مجدد تصحیح کند. FEC تصمیم گیری سخت می تواند دسترسی را 2-3 دسی بل افزایش دهد، در حالی که FEC تصمیم گیری نرم 10-11 دسی بل بهره کدگذاری را اضافه می کند که به طور بالقوه فاصله قابل دستیابی برای سیستم های انتقال منسجم را دو برابر می کند.

انتخاب فیبر مناسب برای نیازهای فاصله

انتخاب کابل فیبر نوری مناسب نیازمند متعادل کردن نیازهای فعلی در برابر نیازهای آینده و محدودیت های بودجه است. برای فاصله ها زیر 300 متر در دیتاسنتر فیبر چند حالته OM4 بهترین نسبت هزینه-عملکرد را با فرستنده و گیرنده های ارزان قیمت در دسترس ارائه می دهد. صرفه جویی در هزینه مواد در مقایسه با حالت تک حالت حداقل است، اما اپتیک می تواند هزینه داشته باشد 50-70 درصد کمتر .

برای هر فاصله ای بیش از 500 متر یا نیاز به 10 سال عمر مفید دارد فیبر تک حالته انتخاب برتر است. در حالی که فرستنده گیرنده ها در ابتدا هزینه بیشتری دارند، حالت تک حالت پتانسیل ارتقای نامحدودی را فراهم می کند. فیبری که امروزه برای 1 گیگابیت بر ثانیه نصب می شود، بعداً می تواند با تغییر تجهیزات نقطه پایانی، 100 گیگابیت در ثانیه یا بیشتر را پشتیبانی کند، در حالی که حالت چند حالته نیاز به تعویض کامل کابل دارد.

نصب را در نظر بگیرید فیبر تک حالته OS2 با 12-24 رشته حتی اگر الزامات فعلی متوسط باشد. هزینه افزایشی کابل در مقایسه با کار نصب کم است و داشتن الیاف یدکی محافظت در برابر آسیب را فراهم می کند و افزایش ظرفیت را آسان می کند. در برنامه های شهری و طولانی مدت، تک حالت تنها گزینه قابل اجرا است، با انتخاب فرستنده گیرنده خاص تعیین می کند که آیا شما به مسافت 10، 40 یا 100 کیلومتری دست یابید.