Krótkodystansowe aplikacje jednomodowe w centrach danych zwracają uwagę na reflektancję

Krótkodystansowe aplikacje jednomodowe w centrach danych zwracają uwagę na reflektancję

Większość z nas wie, że tłumienność wtrąceniowa jest kluczowym parametrem w aplikacjach światłowodowych — szczególnie w przypadku aplikacji wielomodowych o rygorystycznym budżecie tłumienia. Choć historycznie tłumienność wtrąceniowa była mniejszym problemem w długodystansowych aplikacjach jednomodowych, w przypadku krótkodystansowych aplikacji jednomodowych sytuacja wygląda już inaczej. Mają one ograniczone budżety tłumienia, które dodatkowo zależą od reflektancji.

Rygorystyczny budżet tłumienności wtrąceniowej

Wraz ze wzrostem prędkości transmisji wymagania dotyczące tłumienności wtrąceniowej i długości łączy w aplikacjach wielomodowych stały się bardziej rygorystyczne. Maksymalna tłumienność wtrąceniowa dla transmisji 10 Gig na dystansie 400 metrów w światłowodzie wielomodowym OM4, czyli 10GBASE-SR, wynosi 2,9 dB. Dla transmisji 400 Gig na dystansie 100 metrów w światłowodzie wielomodowym OM4, czyli 400GBASE-SR4, maksymalna tłumienność wtrąceniowa wynosi zaledwie 1,8 dB.
Dla porównania, długodystansowe aplikacje jednomodowe mają znacznie większe budżety tłumienia — 6,3 dB dla aplikacji 10-kilometrowych, czyli LR, oraz od 15 do 18 dB dla aplikacji 40-kilometrowych, czyli ER. Nowsze krótkodystansowe aplikacje jednomodowe, takie jak DR i FR, mają jednak budżety tłumienności wtrąceniowej bardziej zbliżone do aplikacji wielomodowych. Co więcej, w tych zastosowaniach znaczenie ma już nie tylko tłumienność wtrąceniowa — należy również zwracać uwagę na odbicia.

Aplikacje jednomodowe o krótkim zasięgu są coraz bardziej popularne w przypadku centrów danych, które wymagają odległości większej niż 100 metrów obsługiwanej przez światłowód wielomodowy, ale nie wymagają dystansów charakterystycznych dla długodystansowych aplikacji jednomodowych wykorzystujących drogie transceivery laserowe o dużej mocy. Zamiast tego krótkodystansowe aplikacje jednomodowe wykorzystują tańsze transceivery o niższej mocy, obsługujące odległości 500 lub 2000 metrów. Te ekonomiczne zastosowania wiążą się jednak z niższymi dopuszczalnymi wartościami tłumienności wtrąceniowej, jak pokazano w poniższej tabeli.

Przy tak niskich limitach tłumienności wtrąceniowej problemem może okazać się większa liczba połączeń. Projektując łączność jednomodową, należy dziś brać pod uwagę tłumienność wtrąceniową i wybierać komponenty o niskiej tłumienności, aby zmieścić się w założonym budżecie. Standardowe złącze o tłumienności 0,75 dB nie będzie już wystarczające. Wystarczy policzyć: cztery złącza po 0,75 dB każde oraz tłumienność samego kabla spowodują przekroczenie budżetu w krótkodystansowym kanale DR.

W przypadku nowych krótkodystansowych aplikacji jednomodowych trzeba więc pamiętać nie tylko o ograniczonym budżecie tłumienia, ale również o reflektancji. W rzeczywistości limity tłumienności wtrąceniowej dla tych aplikacji zależą właśnie od reflektancji.

Reflektancja i jej znaczenie w krótkodystansowych aplikacjach jednomodowych

Zanim omówimy, dlaczego reflektancja stanowi istotny problem w krótkodystansowych aplikacjach jednomodowych, warto cofnąć się o krok i przypomnieć, czym właściwie jest reflektancja.

Reflektancja określa moc sygnału odbitego od złącza lub końca kabla z powrotem w kierunku transceivera w porównaniu z ilością mocy sygnału wprowadzonej do toru. Jest ona zawsze wartością ujemną. Reflektancja jest zasadniczo odwrotnością tłumienności odbiciowej, czyli return loss, która określa stosunek mocy sygnału wprowadzonego do ilości sygnału powracającego lub odbitego i zawsze jest wartością dodatnią. Zarówno w przypadku reflektancji, jak i tłumienności odbiciowej, im dalej dana wartość znajduje się od zera, tym lepiej. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule „Insertion Loss Should Be a Positive Number”.

Na złączu światłowodowym pomiędzy dwoma włóknami występuje niewielka szczelina powietrzna. Różnica współczynnika załamania światła pomiędzy szkłem a powietrzem powoduje odbicie światła. Reflektancja może być również spowodowana zanieczyszczonymi lub źle wypolerowanymi czołami złączy, niedopasowaniem rdzeni, pęknięciami włókna, otwartymi końcami światłowodów oraz zanieczyszczeniami powstałymi w procesie produkcji.

Transceivery wielomodowe są bardzo odporne na odbicia, natomiast transceivery jednomodowe już nie — szczególnie przy wyższych długościach fali. W przypadku jednomodowych laserów dużej mocy nadmierne odbicie może wręcz uszkodzić transceiver. Dlatego w długodystansowych aplikacjach jednomodowych powszechnie stosuje się złącza APC. Złącza APC mają czoło zakończone pod kątem 8 stopni, dzięki czemu odbijają światło z powrotem do płaszcza, a nie bezpośrednio w kierunku transceivera. Zapewnia to lepszą reflektancję oraz lepszą tłumienność odbiciową.

Warto zauważyć, że choć dobre wartości reflektancji można uzyskać przy użyciu złącza LC UPC, wszystkie wielowłóknowe złącza jednomodowe MPO są złączami APC. Wynika to z faktu, że w przypadku MPO z prostym czołem UPC nie da się uzyskać wymaganej reflektancji.

Nowe wymaganie dotyczące reflektancji

Chociaż transceivery jednomodowe zawsze były podatne na reflektancję, tanie transceivery o niskiej mocy stosowane w krótkodystansowych aplikacjach jednomodowych są na nią jeszcze bardziej wrażliwe. Norma okablowania światłowodowego TIA 568.3 określa tłumienność odbiciową złączy, czyli wartość dodatnią, ale nie wymaga jej pomiaru w ramach testów Tier 1. Standardy aplikacji Ethernet IEEE 802.3 określają natomiast reflektancję, czyli wartość ujemną. Dodatkowo reflektometry OTDR wymagane do testów Tier 2 raportują reflektancję, a nie tłumienność odbiciową.

W przypadku krótkodystansowych aplikacji jednomodowych IEEE określa reflektancję w zależności od liczby połączonych par złączy w kanale. Jeśli wymagane wartości reflektancji nie mogą zostać spełnione, maksymalna tłumienność wtrąceniowa kanału musi zostać obniżona, co dodatkowo przemawia za stosowaniem złączy APC. Jak pokazano w poniższej tabeli, jeśli wartość reflektancji połączonych złączy wynosi -37 dB, w krótkodystansowym kanale jednomodowym można zastosować tylko jedno złącze. Przy lepszej reflektancji, wynoszącej -49 dB, w kanale można zastosować 10 złączy.

Aby określić maksymalną tłumienność kanału, IEEE podaje zależność pomiędzy tłumiennością wtrąceniową a liczbą pojedynczych punktów odbicia, jak pokazano w poniższej tabeli.

• W aplikacji 400GBASE-DR4 z czterema złączami o reflektancji -50 dB i bez połączeń w zakresie od -35 do -45 dB tłumienność wtrąceniowa wynosi 3,0 dB, co w tabeli zaznaczono na czerwono.
• Jeśli reflektancja tych samych czterech złączy wynosi -40 dB, maksymalna tłumienność wtrąceniowa spada do 2,7 dB, co w tabeli zaznaczono na żółto.
• Pamiętaj, że w przypadku reflektancji im dalej wartość znajduje się od zera, tym lepiej.

Jakie wartości przyjąć w projekcie?

Ponieważ większość jednomodowych złączy LC i MPO osiąga dobrą reflektancję na poziomie około -55 dB, mogłoby się wydawać, że kanał można bez problemu zaprojektować z tłumiennością wtrąceniową 3,0 dB. Ale warto się zatrzymać: reflektancja może pogarszać się z czasem, gdy na czołach złączy osiadają zabrudzenia i drobne zanieczyszczenia powstające podczas codziennego podłączania i odłączania patchcordów. Sam fakt, że w pierwszym dniu złącza miały reflektancję -55 dB, nie oznacza, że utrzymają tę wartość przez cały czas eksploatacji.

Zabrudzenia na czołach złączy światłowodowych są szczególnie istotnym problemem w złączach jednomodowych, w których rdzeń włókna jest znacznie mniejszy. Drobna cząsteczka kurzu może zablokować większą część światła w małym, 9-mikronowym rdzeniu światłowodu jednomodowego niż w większym, 50-mikronowym rdzeniu światłowodu wielomodowego.

Nawet jeśli podczas testów Tier 2 z użyciem OTDR w pierwszym dniu złącza osiągają reflektancję -55 dB, warto zaprojektować pewien margines bezpieczeństwa ze względu na możliwość wzrostu reflektancji w przyszłości. W przypadku czterech złączy w krótkodystansowej aplikacji jednomodowej może to oznaczać projektowanie pod kątem 2,7 dB zamiast 3 dB.

Trzeba podkreślić, że nawet jeśli łącze przejdzie testy Tier 1, czyli pomiar tłumienności wtrąceniowej, z dużym zapasem, nadmierna reflektancja nadal może sprawić, że łącze nie będzie działać prawidłowo. Właśnie tutaj przydaje się OTDR, taki jak Fluke Networks OptiFiber™ Pro — to jedyny sposób na dokładny pomiar reflektancji połączeń. OptiFiber Pro automatycznie interpretuje wyniki i prezentuje szczegółową reflektancję wszystkich połączeń na intuicyjnej, graficznej mapie zdarzeń EventMap.

OptiFiber Pro wyświetla wartości odbić na intuicyjnej, graficznej mapie zdarzeń EventMap.

Nie zapominaj o złotej zasadzie: sprawdzaj wszystkie złącza

Kolejnym kluczowym aspektem w krótkodystansowych aplikacjach jednomodowych — podobnie jak w każdej aplikacji światłowodowej — jest prawidłowa inspekcja. To, że producent deklaruje reflektancję złącza na poziomie -55 dB, nie oznacza, że złącze osiągnie taką wartość zaraz po wyjęciu z opakowania. Dlatego tak ważne jest, aby sprawdzić każde złącze i w razie potrzeby je wyczyścić przed podłączeniem.

Ponieważ złącza mogą zabrudzić się z czasem podczas odłączania i ponownego podłączania patchcordów, inspekcja i czyszczenie nie powinny być czynnościami wykonywanymi wyłącznie pierwszego dnia. Jest to szczególnie ważne w krótkodystansowych aplikacjach jednomodowych, gdzie pogorszenie reflektancji może wpływać na tłumienność wtrąceniową i ogólną wydajność kanału.

Jeśli sprawdzasz złącza APC za pomocą rozwiązania takiego jak Fluke Networks FI-700 FiberInspector™ Pro lub FI-500 FiberInspector Micro, pamiętaj, że należy użyć końcówki sondy APC, dostępnej osobno. Pozwala ona uwzględnić kąt 8 stopni i zapewnia prawidłowy obraz czoła złącza.

Bądź na bieżąco:

Newsletter