Optique : Hiérarchie numérique synchrone (SDH)

Introduction aux fibres optiques, aux dB, à l'atténuation et aux mesures

17 décembre 2015 - Traduction automatique
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Contenu

dB

Introduction

Ce document est une référence rapide à certaines des formules et information importante liées aux technologies optiques. Ce document se concentre sur des décibels (dB), décibels par milliwatt (dBm), l'atténuation et des mesures, et fournit une introduction aux fibres optiques.

Conditions préalables

Conditions requises

Aucune spécification déterminée n'est requise pour ce document.

Composants utilisés

Ce document n'est pas limité à des versions de matériel et de logiciel spécifiques.

Les informations contenues dans ce document ont été créées à partir des périphériques d'un environnement de laboratoire spécifique. Tous les périphériques utilisés dans ce document ont démarré avec une configuration effacée (par défaut). Si votre réseau est opérationnel, assurez-vous que vous comprenez l'effet potentiel de toute commande.

Conventions

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Quel est un décibel ?

Un décibel (dB) est une unité utilisée pour exprimer des différences relatives en force du signal. Un décibel est exprimé comme logarithme de la base 10 du rapport des signaux d'unité de deux, comme affiché ici :

dB = log10 (P1/P2) 10 x

là où le log10 est le logarithme de la base 10, et P1 et P2 sont les alimentations d'être comparées.

Remarque: Le log10 est différent du logarithme de la base e de logarithme de Neparian (Ln ou LN).

Vous pouvez également exprimer l'amplitude de signal en dB. L'alimentation est proportionnelle au carré de l'amplitude d'un signal. Par conséquent, le dB est exprimé en tant que :

dB = log10 (V1/V2) 20 x

là où V1 et V2 sont les amplitudes à comparer.

1 Bell (pas actuellement utilisée) = log10 (P1/P2)

1 décibel (dB) = 1 Bell/10 = 10 * log10 (P1/P2)

dBr = dB (relatif) = dB = 10 * log10 (P1/P2)

Règles de logarithme de la base 10

  • Log10 (AxB) = log10 (a) + log10 (b)

  • Log10 (A/B) = log10 (a) - log10 (b)

  • Log10 (1/A) = - Log10 (a)

  • Log10 (0,01) = - Log10 (100) = -2

  • Log10 (0,1) = - Log10(10) = - 1

  • Log10 (1) = 0

  • Log10 (2) = 0,3

  • Log10 (4) = 0,6

  • Log10 (10) = 1

  • Log10 (20) = 1,3

    Log10 (2 x 10) = log10 (2) + log10 (10) = 1 + 0,3

  • Log10 (100) = 2

  • Log10 (1000) = 3

  • Log10 (10000) = 4

dB

Ce tableau présente les rapports de logarithme et d'alimentation de dB (décibel) :

Rapport d'alimentation dB = log10 (rapport 10 x d'alimentation)
AxB dB X = log 10 x10(A) + log 10 x10(B)
A/B dB X = log 10 x10(A) - log 10 x10(B)
1/A dB X = + log10 (1/A) 10 x = - log 10 x10 (a)
0,01 - 20 dB = - log 10 x10(100)
0,1 - 10 dB = log 10 x10 (1)
1 0 dB = log 10 x10 (1)
2 3 dB = log 10 x10 (2)
4 6 dB = log 10 x10 (4)
10 10 dB = log 10 x10 (10)
20 13 dB = 10 x (log10 (10) + log10 (2))
100 20 dB = log10 (100) 10 x
1000 30 dB = log10 (1000) 10 x
10000 40 dB = log10 (10000) 10 x

Décibels dans les milliwatts (dBm)

milliwatt de dBm = de dB = log10 10 x (alimentation dans mW/1 mW)

Alimentation Rapport dBm = log10 10 x (alimentation dans mW/1 mW)
1 mW 1 mW/1mW=1 0 dBm = log 10 x10 (1)
2 mW 2 mW/1mW=2 dBm 3 = log 10 x10 (2)
4 mW 4 mW/1mW=4 dBm 6 = log 10 x10 (4)
10 mW 10 mW/1mW=10 dBm 10 = log 10 x10 (10)
0,1 W 100 mW/1mW=100 dBm 20 = log10 (100) 10 x
1 W 1000 mW/1mW=1000 dBm 30 = log10 (1000) 10 x
10 W 10000mW/1mW=10000 dBm 40 = log10 (10000) 10 x

Décibels qui mettent en référence un watt (le dBW)

watt de dBW = de dB = 10 x Log10 (alimentation dedans avec 1 W)

Alimentation Rapport dBm = log10 10 x (alimentation dans mW/1 mW)
1 W 1 AVEC 1 W = 1 0 dBW = log 10 x10 (1)
2 W 2 AVEC 1 W = 2 dBW 3 = log 10 x10 (2)
4 W 4 AVEC 1 W = 4 dBW 6 = log 10 x10 (4)
10 W 10 AVEC 1 W = 10 dBW 10 = log 10 x10 (10)
100 mW 0,1 AVEC 1 W = 0,1 -10 dBW = log de -10 x10 (10)
10 mW 0,01 AVEC 1 W = 1/100 -20 dBW = log10 (100) de -10 x
1 mW 0,001W/1W=1/1000 -30 dBW = log10 (1000) de -10 x

Gains en puissance/tension

Cette table compare les gains en puissance et en tension :

dB Rapport d'alimentation Rapport de tension dB Rapport d'alimentation Rapport de tension
0 1,00 1,00 10 10,00 3,16
1 1,26 1,12 11 12,59 3,55
2 1,58 1,26 12 15,85 3,98
3 2,00 1,41 13 19,95 4,47
4 2,51 1,58 14 25,12 5,01
5 3,16 1,78 15 31,62 5,62
6 3,98 2,00 16 39,81 6,31
7 5,01 2,24 17 50,12 7,08
8 6,31 2,51 18 63,10 7,94
9 7,94 2,82 19 79,43 8,91
10 10,00 3,16 20 100,00 10,00

Avec ces informations, vous pouvez définir les formules pour l'atténuation et les gagner :

Atténuation (dB) = log10(P in/P 10 x) = 20xLog10(V in/V)

Gain (dB) = log10(P out/P 10 x dedans) = log10(V out/V 20 x dedans)

Structure de fibre optique

La fibre optique est un support pour diffuser les informations. La fibre optique est faite de verre basé sur silice, et se compose d'un noyau entouré par la gaine. La partie centrale de la fibre, appelée le noyau, a un indice de réfraction de N1. La gaine qui entoure le noyau a un indice de réfraction inférieur de N2. Quand la lumière entre dans la fibre, la gaine confine la lumière au noyau de fibre, et la lumière voyage en bas de la fibre par réflexion interne entre les bornes du noyau et la gaine.

Figure 1 ? Structure de fibre optique

db_290005.gif

Type de fibre

Les fibres uni-mode (millimètre) (SM) et à plusieurs modes de fonctionnement sont les fibres de courant principal qui sont manufacturées et lancées sur le marché aujourd'hui. La figure 2 fournit des informations sur ces deux types de fibre.

Figure 2 ? Fibres SM et millimètre

db_290006.gif

Longueur d'onde

Un peu de lumière est injectée dans la fibre. Ceci tombe dans la longueur d'onde visible (de 400nm à 700nm) et la longueur d'onde infrarouge proche (de 700nm à 1700nm) dans le spectre électromagnétique (voir le schéma 3).

Figure 3 ? Le spectre électromagnétique

db_290007.gif

Il y a quatre longueurs d'onde spéciales que vous pouvez utiliser pour la transmission de fibre optique avec les niveaux Optiques bas de perte, que ce tableau présente :

Windows Longueur d'onde Perte
1ère longueur d'onde 850nm 3dB/km
2ème longueur d'onde 1310nm 0.4dB/km
3ème longueur d'onde 1550nm (bande de C) 0.2dB/km
4ème longueur d'onde 1625nm (bande L) 0.2dB/km

Alimentation Optique

Afin de mesurer la perte Optique, vous pouvez utiliser deux unités, à savoir, dBm et dB. Tandis que le dBm est le niveau de puissance réel représenté dans les milliwatts, le dB (décibel) est la différence entre les alimentations.

Figure 4 ? Comment mesurer l'alimentation Optique

db_290008.gif

Si la puissance d'entrée Optique est P1 (dBm) et la puissance de sortie Optique est P2 (dBm), la coupure de courant est P1 - le dB P2. Afin de voir combien d'alimentation est perdue entre l'entrée et sortie, référez-vous à la valeur de dB dans cette table de conversion de puissance :

dB Actionnez comme % d'alimentation dedans % d'alimentation perdus Remarques
1 79% 21% -
2 63% 37% -
3 50% 50% 1/2 l'alimentation
4 40% 60% -
5 32% 68% -
6 25% 75% 1/4 de l'alimentation
7 20% 80% 1/5 de l'alimentation
8 16% 84% 1/6 de l'alimentation
9 12% 88% 1/8 de l'alimentation
10 10% 90% 1/10 de l'alimentation
11 8% 92% 1/12 de l'alimentation
12 6.3% 93.7% 1/16 de l'alimentation
13 5% 95% 1/20 de l'alimentation
14 4% 96% 1/25 de l'alimentation
15 3.2% 96.8% 1/30 de l'alimentation

Par exemple, quand la ligne directe (LD) l'entrée qu'Optique dans la fibre est 0dBm et puissance de sortie est -15dBm, la perte Optique pour la fibre est calculée en tant que :

Input   Output    Optical Loss 
0dBm -  (-15dBm)  =15dB 

Dans la table de conversion de puissance, 15dB pour la perte Optique égale une alimentation Optique perdue de 96.8 pour cent. Par conséquent, seulement une alimentation Optique de 3.2 pour cent demeure quand il voyage par la fibre.

Comprenez l'affaiblissement d'insertion

Dans n'importe quelle interconnexion de fibre optique, une certaine perte se produit. L'affaiblissement d'insertion pour un connecteur ou une épissure est la différence dans l'alimentation que vous voyez quand vous insérez le périphérique dans le système. Par exemple, prenez une longueur de fibre et mesurez l'alimentation Optique par la fibre. Notez la lecture (P1). Maintenant coupez la fibre dans la moitié, terminez les fibres et connectez-les, et mesurez l'alimentation de nouveau. Notez la seconde lecture (P2). La différence entre la première lecture (P1) et la deuxième (P2) est l'affaiblissement d'insertion, ou la perte d'alimentation Optique qui se produit quand vous insérez le connecteur dans la ligne. Ceci est mesuré en tant que :

Log 1010 de l'IL (dB) = (P2/P1)

Vous devez comprendre ces deux choses importantes au sujet de l'affaiblissement d'insertion :

  • L'affaiblissement d'insertion spécifié est pour les fibres identiques.

    Si le principal diamètre (ou le NA) du côté qui transmet des données est plus grand que le NA de la fibre qui reçoit des données, il y a perte supplémentaire.

    Ldia = log 1010 (diar/diat) 2

    LNA = log 1010 (NAr/nat) 2

    où :

    • Diamètre de Ldia = de perte

    • diar = le diamètre reçoivent

    • le diat = le diamètre transmettent

    • LNA = perte sur la fibre optique

    La perte supplémentaire peut se produire des réflexions de Fresnel. Ceux-ci se produisent quand deux fibres sont séparées de sorte qu'une discontinuité existe dans l'indice de réfraction. Pour deux fibres de verre séparées par un entrefer, les réflexions de Fresnel sont 0.32 dB.

  • La perte dépend du lancement.

    L'affaiblissement d'insertion dépend du lancement, et reçoit des conditions dans les deux fibres qui sont jointes. Dans un lancement court, vous pouvez remplir au-dessus du niveau la fibre avec de l'énergie Optique avez porté dedans la gaine et le noyau. Au-dessus de la distance, cette énergie excédentaire est perdue jusqu'à ce que la fibre atteigne une condition connue sous le nom de distribution de mode d'équilibre (EMD). Dans un long lancement, la fibre a déjà atteint EMD, ainsi l'énergie excédentaire est déjà éliminée loin et n'est pas présente au connecteur.

    Allumez que croise la jonction de fibre-à-fibre d'une interconnexion peut de nouveau remplir au-dessus du niveau la fibre avec des modes excédentaires de gaine. Ceux-ci sont rapidement perdus. C'est l'état de court-réception. Si vous mesurez la puissance de sortie d'une fibre de court-réception, vous pouvez voir l'énergie supplémentaire. Cependant, l'énergie supplémentaire n'est pas propagée loin. La lecture est donc incorrecte. De même, si la longueur de la fibre de réception est assez longue pour atteindre EMD, la lecture d'affaiblissement d'insertion peut être plus élevée, mais elle reflète des états réels d'application.

    Vous pouvez facilement simuler EMD (long lancement et recevoir). Pour ceci, vous devez enrouler la fibre autour d'un mandrin cinq fois. Ceci élimine les modes de gaine.

Calculez un budget d'alimentation

Vous pouvez faire une évaluation grossière d'un budget d'alimentation de lien. Pour ceci, vous devez permettre 0.75 dB pour chaque connexion de fibre-à-fibre, et supposez que la perte de fibre est proportionnelle avec la longueur dans la fibre.

Pour un 100-meter exécuté avec trois panneaux de connexions et fibres 62.5/125 qui ont une perte de 3.5 dB/km, toute la perte est 2.6 dB, comme affiché ici :

Fibre : 3.5 dB/km = 0.35 dB 100 mètres

Panneau de connexions 1 = 0.75 dB

Panneau de connexions 2 = 0.75 dB

Panneau de connexions 3 = 0.75 dB

Total = 2.6 dB

La perte mesurée est normalement moins. Par exemple, l'affaiblissement d'insertion moyen pour un connecteur Sc d'AMPÈRE est 0.3 dB. Dans ce cas, la perte de lien est seulement 1.4 dB. Indépendamment de si vous exécutez des Ethernets à 10 Mbits/s ou atmosphères à 155 Mbits/s, la perte est identique.

La réflectométrie Optique de temps-domaine (OTDR) est une méthode populaire de certification pour des systèmes de fibre. L'OTDR injecte la lumière dans la fibre, et puis affiche graphiquement les résultats de la lumière de retour-reflétée détectée. L'OTDR mesure le temps de transit écoulé de la lumière réfléchie de calculer la distance à différents événements. La visualisation permet la détermination de la perte par unité de longueur, l'évaluation des épissures et des connecteurs, et l'emplacement de défaut. OTDR zoome dedans à certains emplacements pour une image en gros plan des parties du lien.

Tandis que vous pouvez utiliser des compteurs d'électricité et des injecteurs de signal pour beaucoup joignent des certifications et des évaluations, OTDRs fournissent un outil de diagnostic puissant pour obtenir une image complète du lien. Mais OTDR exige plus de formation et une certaine compétence d'interpréter l'affichage.

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