Strata wtrąceniowa

Czym jest tłumienność (strata) wtrąceniowa?

Tłumienność (strata) wtrąceniowa to ilość energii, którą sygnał traci podczas podróży wzdłuż łącza kablowego. Jest to naturalne zjawisko, które występuje w przypadku każdego rodzaju transmisji – czy to energii elektrycznej, czy danych. Ta redukcja sygnału, zwana również tłumieniem, jest bezpośrednio związana z długością kabla – im dłuższy kabel, tym większa strata wtrąceniowa. Strata wtrąceniowa jest również powodowana przez wszelkie punkty połączeń wzdłuż łącza kablowego (tj. złącza i spawy).

Wzór na stratę wtrąceniową

Tłumienność wtrąceniowa jest kluczowym parametrem wydajności zarówno w zastosowaniach miedzianych, jak i światłowodowych, mierzonym w decybelach (dB). Zazwyczaj jest to liczba dodatnia, która jest obliczana przez porównanie mocy wejściowej sygnału w źródle z mocą wyjściową na odległym końcu. Im niższa tłumienność wtrąceniowa, tym lepsza wydajność. Jeśli tłumienność wtrąceniowa jest zbyt wysoka, może to uniemożliwić prawidłowy odbiór i interpretację sygnału przez aktywny sprzęt na drugim końcu łącza. Ponieważ tłumienność wtrąceniowa jest bezpośrednio związana z odległością i liczbą punktów połączeń, normy branżowe określają limity tłumienności wtrąceniowej oraz liczbę połączeń i ograniczenia odległości dla określonych zastosowań.

Strata wtrąceniowa versus strata odbiciowa a współczynnik odbicia

Podobnie jak tłumienność wtrąceniowa, tłumienność odbiciowa jest kolejnym parametrem, który jest ważny zarówno w systemach miedzianych, jak i światłowodowych. Zamiast mierzyć ilość strat w łączu, strata odbiciowa mierzy ilość mocy wprowadzonej do źródła w porównaniu do ilości odbitej z powrotem w kierunku źródła. Podobnie jak tłumienność wtrąceniowa, tłumienność odbiciowa jest liczbą dodatnią. Jednak w przeciwieństwie do strat wtrąceniowych, im wyższa liczba, tym lepsza wydajność. Zmniejszone odbicia skutkują wyższymi stratami odbiciowymi. Innymi słowy, gdyby żaden sygnał nie został odbity, straty odbiciowe byłyby nieskończone. Wyższe straty odbiciowe korelują również z niższymi stratami wtrąceniowymi. Ważne jest, aby pamiętać, że w zastosowaniach światłowodowych odwrotnością strat odbiciowych jest współczynnik odbicia, który mierzy ilość odbicia wstecznego utworzonego przez zdarzenie odbijające (tj. złącze) w porównaniu do ilości wprowadzonego światła. Również wyrażony w dB, współczynnik odbicia jest liczbą ujemną. Więcej informacji można znaleźć w naszym artykule na temat różnicy między stratami odbiciowymi a współczynnikiem odbicia.

Strata wtrąceniowa w światłowodzie

Straty wtrąceniowe w systemach okablowania światłowodowego są znacznie mniejsze niż w przypadku miedzi, dlatego też światłowody obsługują znacznie większe odległości i dalekie zastosowania szkieletowe. Przykładowo, światłowód wielomodowy traci tylko około 3% (0,3 dB) swojej pierwotnej siły sygnału na dystansie 100 metrów, podczas gdy kabel miedziany kategorii 6A traci około 94% (12 dB) swojej siły sygnału na tym samym dystansie. Istnieją jednak ograniczenia dotyczące strat wtrąceniowych, które mogą być obsługiwane przez określone aplikacje światłowodowe, a aplikacje o wyższej przepustowości mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące strat. Przykładowo, aplikacja 10 Gb/s 10GBASE-SR na 400 metrach światłowodu wielomodowego dopuszcza maksymalną tłumienność wtrąceniową kanału na poziomie 2,9 dB, podczas gdy aplikacja 100 Gb/s 100GBASE-SR4 dopuszcza maksymalnie zaledwie 1,5 dB.

Budżety strat wtrąceniowych w światłowodach

W oparciu o maksymalne wartości tłumienności wtrąceniowej opublikowane w normach branżowych dla określonych zastosowań, budżety strat są określane na wczesnym etapie projektowania, aby zapewnić, że instalacja kablowa nie przekroczy maksymalnej specyfikacji. W oparciu o specyfikacje producenta dotyczące światłowodów i złączy, a także maksymalne określone straty wszelkich spawów lub rozgałęźników, budżety strat wtrąceniowych światłowodów są obliczane poprzez dodanie strat wtrąceniowych dla długości światłowodu i dla każdego planowanego punktu połączenia w kanale. Sprzęt aktywny należy również uwzględnić zgodnie ze specyfikacjami producenta sprzętu w oparciu o wszelkie różnice między nadajnikami i odbiornikami, a także pewien margines, aby uwzględnić utratę mocy w czasie, która może wystąpić z powodu wieku nadajnika. Dowiedz się więcej o obliczaniu i zapewnianiu budżetów strat.

Jak testować straty wtrąceniowe w systemach światłowodowych?

Ponieważ tłumienność wtrąceniowa jest podstawowym parametrem wydajności, który wpływa na zdolność łącza światłowodowego do obsługi danego zastosowania, jest ona wymagana do testowania certyfikacji światłowodów zgodnie z normami branżowymi. Zestaw do testowania strat optycznych, taki jak CertiFiber® Pro firmy Fluke Networks, zapewnia najdokładniejszy pomiar strat wtrąceniowych na łączu, wykorzystując źródło światła na jednym końcu i miernik mocy na drugim, aby dokładnie zmierzyć ilość światła wychodzącego na przeciwległym końcu. Zarówno normy TIA, jak i ISO używają terminu “Tier 1” do opisania testowania za pomocą OLTS.

Niektóre projekty określają również rozszerzone testy typu “Tier 2”, które wymagają optycznego reflektometru OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) w celu scharakteryzowania strat na poszczególnych spawach i złączach. OTDR osiąga to poprzez przesyłanie impulsów światła do włókna i pomiar ilości światła odbitego od każdego impulsu. OTDR jest również zwykle wymagany do obliczania strat odbiciowych (return loss) konkretnych złączy i dlatego jest niezbędny w aplikacjach takich jak jednomodowe o krótkim zasięgu, w których maksymalna strata wtrąceniowa zależy od liczby strat odbiciowych złączy w kanale. Ważne jest, aby pamiętać, że użycie OTDR w testach Tier 2 nie zastępuje OLTS, ponieważ całkowity pomiar tłumienności wtrąceniowej uzyskany za pomocą OTDR jest obliczeniem wywnioskowanym, które niekoniecznie przedstawia całkowitą stratę, która wystąpi na łączu po jego uruchomieniu. Tak więc nawet jeśli specyfikacja wymaga rozszerzonego testowania Tier 2, nadal wymagane jest testowanie strat wtrąceniowych Tier 1 za pomocą OLTS. W tych scenariuszach zaleca się również wykonanie charakterystyki OTDR przed testami tłumienności wtrąceniowej OLTS, ponieważ jest to wymagane do ostatecznego potwierdzenia zgodności. Przeczytaj o korzystaniu zarówno z OLTS, jak i OTDR, aby uzyskać kompletną strategię testowania.

Procedura testowania strat wtrąceniowych dla światłowodów

Testowanie strat wtrąceniowych w dzisiejszych wielomodowych systemach światłowodowych wymaga zastosowania warunków startowych o ograniczonym strumieniu (EF-Encircled Flux) w celu zmniejszenia niepewności pomiaru. Metoda ta kontroluje sposób, w jaki światło jest wprowadzane do testowanego światłowodu, aby zapobiec nadmiernemu wypełnieniu, które może potencjalnie spowodować pesymistyczny wynik, lub niedostatecznemu wypełnieniu (underfilled launch), które może skutkować wynikiem optymistycznym. Fluke Networks dostarcza wyłącznie testery zgodne z EF i kable referencyjne dla długości fali 850 nm i 1300 nm we wszystkich typach światłowodów wielomodowych. Dowiedz się więcej o zgodności z EF.

Domyślną procedurą testowania tłumienności wtrąceniowej jest metoda jednego patchcordu (1-jumper), która uwzględnia straty na połączeniach na obu końcach, co odpowiada rzeczywistemu użytkowaniu infrastruktury okablowania. Aby dokładnie przetestować straty na pierwszym i ostatnim złączu, należy je połączyć z podobnym złączem o znanej jakości za pomocą testowych przewodów referencyjnych (TRC). muszą one być połączone z podobnym, wysokiej jakości złączem za pomocą kabli referencyjnych (TRC – Test Reference Cords). TRC to wysokiej jakości kable testowe zakończone złączami klasy referencyjnej oraz z optycznym wyrównaniem rdzeni światłowodowych, które charakteryzują się bardzo niskim tłumieniem: poniżej 0,2 dB dla włókien jednomodowych i poniżej 0,1 dB dla wielomodowych. Typowe patchcordy światłowodowe używane na co dzień do łączenia urządzeń mają tłumienie w zakresie 0,3 dB do 0,5 dB i nie powinny być stosowane do testowania.

Aby uwzględnić tłumienie kabla referencyjnego (TRC), miernik strat optycznych (OLTS) musi zostać skalibrowany do poziomu 0 dB strat poprzez ustawienie punktu odniesienia – podobnie jak wagi kuchennej, na której najpierw umieszcza się miskę i kalibruje wagę do zera, aby uzyskać dokładny pomiar masy samej zawartości. Ustawienie punktu odniesienia jest proste dzięki CertiFiber Pro firmy Fluke Networks, który oferuje Set Reference Wizard – intuicyjny kreator prowadzący użytkownika krok po kroku przez cały proces. Dowiedz się, jak ustawić odniesienie miernika światłowodowego za pomocą kreatora Set Reference Wizard.

Przykład strat wtrąceniowych

Testowanie tłumienia wtrąceniowego za pomocą miernika OLTS CertiFiber Pro firmy Fluke Networks zapewnia łatwą interpretację wyników w formie wskazania zaliczone/niezaliczone (pass/fail), w zależności od typu testowanego włókna oraz granic testowych dla danej aplikacji. Urządzenie wyświetla całkowitą stratę łącza oraz jego długość. Jak pokazano w przykładowym teście tłumienia wtrąceniowego, przerywana linia oznacza elementy uwzględnione w pomiarze, a okno „Detail” przedstawia margines i dopuszczalne limity dla włókna przy obu długościach fal.

Wyniki testów strat wtrąceniowych dla każdego łącza światłowodowego mogą być również przesyłane i zarządzane za pośrednictwem LinkWare™ Live, usługi opartej na chmurze, która umożliwia generowanie raportów certyfikacyjnych oraz udostępnianie, śledzenie i zarządzanie wszystkimi wynikami testów projektu. Oprócz wyników tłumienności wtrąceniowej, raport certyfikacji tłumienności wtrąceniowej LinkWare zawiera informacje o testowanym włóknie, identyfikatorze kabla, typie złącza i limitach testowych, dacie i godzinie, a nawet informacje o kalibracji i oprogramowaniu testera.

Przyczyny strat wtrąceniowych w systemach światłowodowych

Przekroczenie dopuszczalnego tłumienia wtrąceniowego dla danej aplikacji może wynikać z zastosowania komponentów niskiej jakości lub nieprawidłowego zakończenia w terenie, takich jak niewspółosiowość złączy lub zabrudzone czoła włókien. W rzeczywistości zanieczyszczenie czoła włókna pozostaje główną przyczyną strat wtrąceniowych. Jeśli system był poddawany zmianom, rozbudowom i modyfikacjom bez odpowiedniego czyszczenia i inspekcji czoła włókien, to co było czyste podczas instalacji, może teraz być zabrudzone i powodować dodatkowe tłumienie w kanale. Inne przyczyny mogą obejmować błędne obliczenia podczas określania budżetu strat wtrąceniowych lub możliwość, że coś zmieniło się podczas instalacji, na przykład dodano połączenie lub wydłużono łącza. Problemy po instalacji mogą być również spowodowane przejściem klienta na aplikację o wyższej prędkości, która ma bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące tłumienności wtrąceniowej niż ta, która została użyta w pierwotnych obliczeniach budżetu tłumienności wtrąceniowej. Dowiedz się więcej o przyczynach strat wtrąceniowych.

Jak wspomniano wcześniej, dobre parametry tłumienia odbicia (return loss) są również dobrym wskaźnikiem poprawnego tłumienia wtrąceniowego. Chociaż tłumienie wtrąceniowe jest głównym parametrem wydajności potrzebnym do zapewnienia wsparcia dla danej aplikacji, istnieją aplikacje bardziej podatne na reflektancję, gdzie liczba i wartości tłumienia odbicia złączy mogą wpływać na dopuszczalne maksymalne tłumienie wtrąceniowe. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku tanich, niskomocowych nadajników-odbiorników stosowanych w nowych aplikacjach krótkodystansowych jednomodowych (short-reach single-mode). Dowiedz się więcej o wymaganiach dotyczących tłumienia wtrąceniowego w aplikacjach krótkodystansowych jednomodowych.

Rozwiązywanie problemów ze stratami wtrąceniowymi w światłowodach

Gdy tłumienność wtrąceniowa nie przejdzie testów certyfikacyjnych za pomocą miernika OLTS, najlepszym sposobem na zlokalizowanie problemu jest użycie reflektometru OTDR, który umożliwia pomiar strat w określonych zdarzeniach, takich jak przerwania włókna, zagięcia, spawy i złącza. Dzięki temu technicy mogą określić przyczynę i dokładną lokalizację strat. OTDR generuje graficzny ślad (tarce), który charakteryzuje każdą stratę wzdłuż łącza światłowodowego, umożliwiając szczegółową analizę.

Chociaż doświadczeni użytkownicy reflektometrów OTDR potrafią rozpoznać zdarzenia związane z złączami testera, kablami startowych, złączami, spawami mechanicznymi, spawami fuzyjnych, źle dopasowanymi włóknami i końcami łącza, to nie każdy jest ekspertem w analizie śladów (trace). Na szczęście zaawansowane urządzenia OTDR, takie jak Fluke Networks OptiFiber™ Pro, oferują czytelną graficzną mapę zdarzeń (Event Map). Mapa zdarzeń analizuje straty przy użyciu zaawansowanej logiki, która automatycznie interpretuje ślad, co znacznie upraszcza proces diagnozowania problemów. Dowiedz się więcej o rozwiązywaniu problemów z tłumieniem wtrąceniowym.

Straty wtrąceniowe w miedzi

Ponieważ tłumienność wtrąceniowa występuje dla każdego rodzaju transmisji, jest ona również parametrem wydajności w systemach okablowania miedzianego. W porównaniu do światłowodów, systemy okablowania miedzianego wykazują znacznie większe straty wtrąceniowe. Kluczową różnicą jest również fakt, że utrata sygnału przez miedź zmienia się wraz z częstotliwością sygnału – łącza miedziane wykazują większe straty dla sygnałów o wyższej częstotliwości. Przykładowo, maksymalna dopuszczalna tłumienność wtrąceniowa dla kategorii 5e określonej na 100 MHz wynosi około 22 dB, podczas gdy kategoria 6 określona na 250 MHz wynosi nieco ponad 32 dB.

Jak przetestować tłumienie wtrąceniowe w systemach okablowania miedzianego

Ponieważ tłumienność wtrąceniowa zmienia się wraz z częstotliwością, jest testowana w całym zakresie częstotliwości odpowiednim dla danego zastosowania. Na przykład w kanale kategorii 5e tłumienność wtrąceniowa jest testowana w zakresie od 1 MHz do 100 MHz. Dla kategorii 6A testuje się ją w zakresie od 1 MHz do 250 MHz. Testery z serii DSX CableAnalyzer firmy Fluke Networks automatycznie wykonują pomiary przy każdej częstotliwości w zależności od testowanego zastosowania i przedstawiają wyniki na wykresie obejmującym cały zakres częstotliwości, jak pokazano poniżej. Dowiedz się więcej o tym, jak mierzyć i testować tłumienność wtrąceniową w systemach miedzianych.

Zasada 3 dB

Zgodnie z normami branżowymi, wyniki tłumienności wtrąceniowej miedzi poniżej 3 dB są ignorowane. Jest to określane jako “reguła 3 dB” i ma zastosowanie do wszystkich standardowych limitów testowych okablowania miedzianego. Na bardzo krótkich odcinkach tłumienność wtrąceniowa może nigdy nie osiągnąć 3 dB, a zatem cały pomiar zostanie zignorowany. Dowiedz się więcej o regule 3 dB.

Reguła 4 dB

Dodatkowo, pomiary przesłuchu zbliżnego (NEXT – Near-End Crosstalk), które występują przy tłumieniu wtrąceniowym mniejszym niż 4 dB, również są ignorowane. Jeśli tłumienie wtrąceniowe nigdy nie osiągnie wartości 4 dB, cały pomiar przesłuchu zbliżnego (NEXT) zostanie pominięty, nawet jeśli przesłuch zbliżny przekroczy dopuszczalny limit. Dowiedz się więcej o regule 4 dB.

Odchylenie strat wtrąceniowych

Odchylenie tłumienia wtrąceniowego (ILD – Insertion Loss Deviation) spowodowane niedopasowaniem impedancji komponentów w kanale miedzianym jest istotnym czynnikiem przy wyższych częstotliwościach w aplikacjach szybkiego przesyłu danych w trybie pełnego dupleksu. Może ono generować szumy, które pogarszają wydajność połączenia. W takich zastosowaniach może pojawić się falowanie tłumienia (ripple) w wynikach tłumienia wtrąceniowego przy wysokich częstotliwościach (zwykle powyżej 75 MHz) na łączach wykazujących strukturalne zmiany impedancji. To falowanie zwiększa swoją amplitudę w funkcji częstotliwości oraz w zależności od struktury kabla. Chociaż ILD nie jest parametrem testowym w terenie, producenci mierzą go jako najgorszy przypadek różnicy między oczekiwanym tłumieniem wtrąceniowym a rzeczywistym zmierzonym tłumieniem. Przeczytaj więcej o odchyleniu tłumienności wtrąceniowej.

Przyczyny strat wtrąceniowych w systemach okablowania miedzianego

W okablowaniu miedzianym tłumienie wtrąceniowe w dużej mierze zależy od średnicy przewodu – przewody o grubości 23 AWG będą miały mniejsze tłumienie wtrąceniowe niż przewody o tej samej długości, ale cieńsze 24 AWG. Dlatego w zastosowaniach wymagających wyższych częstotliwości zwiększono grubość przewodów, przy czym kategoria 5e ma zazwyczaj średnicę 24 AWG, a kategoria 6A zazwyczaj stosuje przewody o grubości 22 lub 23 AWG. To również wyjaśnia, dlaczego niektóre z nowych, popularnych cieńszych kabli 28 AWG są ograniczone do krótszych odległości, aby skompensować zwiększone tłumienie. Ponadto okablowanie miedziane wykonane z linki (żyły wielodrutowej) wykazuje o 20-50% większe tłumienie wtrąceniowe w porównaniu do kabli z drutem (żyły jednodrutowej). Z tego powodu przewody z drutem są stosowane w dłuższych, stałych odcinkach (permanent link), a linki są ograniczone do krótkich patchcordów. W przypadku okablowania miedzianego, tłumienie może być również związane z temperaturą – wzrost temperatury może powodować zwiększenie tłumienia wtrąceniowego.

Wyższe temperatury powodują większe tłumienie we wszystkich kablach, dlatego normy określają maksymalne temperatury pracy dla okablowania miedzianego lub wymagają skrócenia maksymalnej długości kabla w środowiskach o podwyższonej temperaturze. Jest to szczególnie istotne w przypadku kabli miedzianych przenoszących zasilanie prądem stałym (DC) za pomocą technologii zdalnego zasilania, takich jak Power over Ethernet (PoE). W takich sytuacjach temperatura kabla może dodatkowo wzrosnąć, zwłaszcza gdy kable znajdują się w środku lub w pobliżu środka wiązki kablowej, gdzie rozpraszanie ciepła jest ograniczone. Wiązki kablowe, w których kable nie mogą odpowiednio odprowadzać ciepła, mogą mieć podwyższoną temperaturę, co powoduje dodatkowe tłumienie wtrąceniowe. Dlatego w przypadku zastosowań PoE należy uwzględnić wpływ temperatury na tłumienie i przestrzegać norm określających maksymalną długość oraz temperaturę pracy kabli.Dowiedz się więcej o wpływie temperatury na tłumienność wtrąceniową oraz wymaganiach norm.

Dodatkowo, zastosowanie lubrykantu na kablach w celu ułatwienia instalacji może spowodować niezaliczenie testu tłumienia wtrąceniowego – nawet jeśli wszystkie inne parametry przejdą pomyślnie. Lubrykant jest wysoko przewodzący, co powoduje, że elektrony “znikają” z kabla i nie są wykrywane przez tester Z czasem, gdy lubrykant utwardza się i staje się mniej przewodzący, tłumienie wtrąceniowe może się poprawić.

Co wyróżnia dobry sprzęt do testowania strat wtrąceniowych?

Niezależnie od tego, czy testujesz światłowód, czy miedź, kluczem do dobrego testera tłumienności wtrąceniowej jest dokładność. W przypadku testów certyfikacyjnych światłowodów oznacza to potrzebę posiadania testera zgodnego ze standardem Encircled Flux, umożliwiającego testowanie wielomodowych i jednomodowych łączy światłowodowych przy wielu długościach fal oraz zaawansowaną automatyczną analizę Pass/Fail zgodnie z normami branżowymi lub niestandardowymi limitami testowymi. Dodatkowo, możliwość łatwej i dokładnej konfiguracji testera może znacznie skrócić czas i zapobiec błędom podczas testowania. CertiFiber (TM) Pro firmy Fluke Networks, będący częścią rodziny produktów do certyfikacji okablowania Versiv™, jest bardzo dokładnym zestawem do testowania strat optycznych, który zawiera wszystkie te funkcje, aby przyspieszyć każdy etap procesu certyfikacji światłowodów. CertiFiber Pro można również łatwo zaktualizować do najnowszej wersji oprogramowania w celu wsparcia nowych aplikacji, obsługuje zarządzanie wynikami w chmurze za pomocą LinkWare™ Live oraz jest objęty kompleksowym planem ochrony z całodobowym wsparciem technicznym (24×7). Do szybkiej, prostej weryfikacji tłumienności wtrąceniowej i rozwiązywania problemów, miernik mocy optycznej SimpliFiber Pro firmy Fluke Networks jest zaawansowanym, oszczędzającym czas, tańszym testerem, który bada również tłumienność wtrąceniową przy wielu długościach fal i współpracuje z LinkWare Live.

Treść oparta na materiałach ze strony producenta www.flukenetworks.com.

Skontaktuj się z nami: KONTAKT

Zdobywaj wiedzę

• Czym jest strata odbiciowa?
• Strata wtrąceniowa a strata odbiciowa

Czytaj więcej Ciekawych artykułów