Inleiding tot glasvezel, dB, verzwakking en afmetingen

Inleiding

Dit document is een snelle naslaggids met enkele formules en belangrijke informatie over optische technologieën. Dit document richt zich op decibellen (dB), decibellen per milliwatt (dBm), verzwakking en metingen, en bevat een inleiding tot optische vezels.

Voorwaarden

Vereisten

Er zijn geen specifieke vereisten van toepassing op dit document.

Gebruikte componenten

Dit document is niet beperkt tot specifieke software- en hardware-versies.

De informatie in dit document is gebaseerd op de apparaten in een specifieke laboratoriumomgeving. Alle apparaten die in dit document worden beschreven, hadden een opgeschoonde (standaard)configuratie. Als uw netwerk live is, moet u de potentiële impact van elke opdracht begrijpen.

Conventies

Raadpleeg Cisco Technical Tips Conventions (Conventies voor technische tips van Cisco) voor meer informatie over documentconventies.

Wat is een Decibel?

Een decibel (dB) is een eenheid die wordt gebruikt om relatieve verschillen in signaalsterkte aan te geven. Een decibel wordt aangegeven als het base 10-logaritme van de energieverhouding van twee signalen, zoals hier weergegeven:

dB = 10 x Log₁₀ (P1/P2)

waarbij Log₁₀ het base 10-logaritme is, en P1 en P2 de vermogensbronnen zijn die moeten worden vergeleken.

Opmerking: Log₁₀ verschilt van het Neparian Logarithm (Ln of LN) base e-logaritme.

U kunt ook signaalamplitude aangeven in dB. Vermogen is proportioneel voor het vierkant van de amplitude van een signaal. Daarom wordt dB aangegeven als:

dB = 20 x Log₁₀ (V1/V2)

waarbij V1 en V2 de te vergelijken amplitudes zijn.

1 Bell (momenteel niet gebruikt) = Log₁₀ (P1/P2)

1 decibel (dB) = 1 Bell / 10 = 10 * Log₁₀ (P1/P2)

dBr = dB (relatief) = dB = 10 * Log₁₀ (P1/P2)

Base 10-logaritmeregels

• 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

Deze tabel bevat de vermogensverhoudingen voor Logaritme en dB (decibel):

Vermogensverhouding	dB = 10 x Log10 (vermogensverhouding)
AxB	x dB = 10 x Log10(A) + 10 x Log10(B)
A/B	x dB = 10 x Log10(A) - 10 x Log10(B)
1/A	x dB = + 10 x Log10 (1/A) = - 10 x Log10 (A)
0,01	- 20 dB = - 10 x Log10(100)
0,1	- 10 dB = 10 x Log10 (1)
1	0 dB = 10 x Log10 (1)
2	3 dB = 10 x Log10 (2)
4	6 dB = 10 x Log10 (4)
10	10 dB = 10 x Log10 (10)
20	13 dB = 10 x (Log10 (10) + Log10 (2))
100	20 dB = 10 x Log10 (100)
1000	30 dB = 10 x Log10 (1000)
10000	40 dB = 10 x Log10 (10000)

Decibel in milliwatt (dBm)

dBm = dB milliwatt = 10 x Log₁₀ (vermogen in mW / 1 mW)

Ondersteun	Verhouding	dBm = 10 x Log10 (vermogen in mW / 1 mW)
1 mW	1 mW/1mW=1	0 dBm = 10 x Log10 (1)
2 mW	2 mW/1mW=2	3 dBm = 10 x Log10 (2)
4 mW	4 mW/1mW=4	6 dBm = 10 x Log10 (4)
10 mW	10 mW/1mW=10	10 dBm = 10 x Log10 (10)
0,1 W	100 mW/1mW=100	20 dBm = 10 x Log10 (100)
1 W	1000 mW/1mW=1000	30 dBm = 10 x Log10 (1000)
10 W	10000mW/1mW=10000	40 dBm = 10 x Log10 (10000)

Decibel die verwijst naar één watt (dBW)

dBW = dB Watt = 10 x Log10 (vermogen in W / 1 W)

Ondersteun	Verhouding	dBm = 10 x Log10 (vermogen in mW / 1 mW)
1 W	1 W / 1 W = 1	0 dBW = 10 x Log10 (1)
2 W	2 W / 1 W = 2	3 dBW = 10 x Log10 (2)
4 W	4 W / 1 W = 4	6 dBW = 10 x Log10 (4)
10 W	10 W / 1 W = 10	10 dBW = 10 x Log10 (10)
100 mW	0,1 W / 1 W = 0,1	-10 dBW = -10 x Log10 (10)
10 mW	0,01 W / 1 W = 1/100	-20 dBW = -10 x Log10 (100)
1 mW	0,001W/1W=1/1000	-30 dBW = -10 x Log10 (1000)

Vermogens-/spanningsversterking

Deze tabel vergelijkt de vermogens- en spanningsversterkingen:

dB	Vermogensverhouding	Spanningsverhouding	dB	Vermogensverhouding	Spanningsverhouding
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

Met deze informatie kunt u de formules voor verzwakking en versterking definiëren:

Verzwakking (dB) = 10 x Log₁₀(P in/P out) = 20xLog₁₀(V in/V out)

Versterking (dB) = 10 x Log₁₀(P out/P in) = 20 x Log₁₀(V out/V in)

Optische vezelstructuur

Optische vezel is een medium om informatie te dragen. Optische vezel is gemaakt van op silica gebaseerd glas en bestaat uit een kern omsloten door een coating. Het centrale deel van de vezel, de kern genaamd, heeft een brekingindex van N1. De coating die om de kern heen zit, heeft een lagere brekingindex van N2. Wanneer licht de vezel binnenkomt, beperkt de coating het licht tot de vezelkern en reist het licht door interne reflectie tussen de grenzen van de kern en de coating door de vezel.

Afbeelding 1 - Optische vezelstructuur

Vezeltype

Singlemode (SM) en multimode (MM) vezels zijn de meest gebruikte vezels die tegenwoordig worden geproduceerd en verkocht. Afbeelding 2 biedt informatie over beide vezeltypen.

Afbeelding 2 - SM- en MM-vezels

Golflengte

Er wordt een kleine hoeveelheid licht in de vezel geïnjecteerd. Dit valt binnen de zichtbare golflengte (van 400 nm tot 700 nm) en bijna infrarood-golflengte (van 700 nm tot 1700 nm) in het elektromagnetische spectrum (zie Afbeelding 3).

Afbeelding 3 - Het elektromagnetisch spectrum

Er zijn vier speciale golflengten die u kunt gebruiken voor overdracht via optische vezel met lage optische verliesniveaus, die in deze tabel worden weergegeven:

Windows	Golflengte	Verlies
1e golflengte	850 nm	3 dB/km
2e golflengte	1310 nm	0,4 dB/km
3e golflengte	1550 nm (C-band)	0,2 dB/km
4e golflengte	1625 nm (L-band)	0,2 dB/km

Optisch vermogen

Voor het meten van optisch verlies kunt u twee eenheden gebruiken, namelijk dBm en dB. De eenheid dBm is het daadwerkelijke vermogensniveau dat in milliwatt wordt weergegeven, dB (decibel) is het verschil tussen de vermogens.

Afbeelding 4 - Optisch vermogen meten

Als het optische inputvermogen P1 (dBm) is en het optische outputvermogen P2 (dBm), is het vermogensverlies P1 - P2 dB. Raadpleeg de dB-waarde in deze vermogensconversietabel om te zien hoeveel vermogen verloren gaat tussen input en output:

dB	Power Out als een % van Power In	% vermogen verloren	Opmerkingen
1	79%	21%	-
2	63%	37%	-
3	50%	50%	1/2 van het vermogen
4	40%	60%	-
5	32%	68%	-
6	25%	75%	1/4 van het vermogen
7	20%	80%	1/5 van het vermogen
8	16%	84%	1/6 van het vermogen
9	12%	88%	1/8 van het vermogen
10	10%	90%	1/10 van het vermogen
11	8%	92%	1/12 van het vermogen
12	6.3%	93.7%	1/16 van het vermogen
13	5%	95%	1/20 van het vermogen
14	4%	96%	1/25 van het vermogen
15	3.2%	96.8%	1/30 van het vermogen

Wanneer optische input van direct line (LD) in de vezel 0 dBM is en het outputvermogen is -15 dBm, wordt het optische verlies voor de vezel als volgt berekend:

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

In de vermogensconversietabel is 15 dB voor optisch verlies gelijk aan 96,8 procent van verloren optisch vermogen. Daarom blijft er slechts 3,2 procent aan optisch vermogen over wanneer het door de vezel beweegt.

Inzicht in tussenschakeldemping

In elke interconnectie van optische vezel treedt enig verlies op. Tussenschakeldemping voor een connector of splice is het verschil in vermogen dat u ziet wanneer u het apparaat in het systeem plaatst. Neem bijvoorbeeld een vezellengte en meet het optische vermogen via de vezel. Noteer de meting (P1). Snijd de vezel nu doormidden, beëindig ze, verbind ze met elkaar en meet vervolgens het vermogen opnieuw. Noteer de tweede meting (P2). Het verschil tussen de eerste meting (P1) en de tweede meting (P2) is de tussenschakeldemping, of het verlies aan optisch vermogen dat optreedt wanneer u de connector in de lijn plaatst. Dit wordt als volgt gemeten:

IL (dB) = 10 Log₁₀ (P2 / P1)

U moet deze twee belangrijke dingen weten over tussenschakeldemping:

• De opgegeven tussenschakeldemping is voor identieke vezels.

  Als de kerndiameter (of de NA) van de zijde die gegevens overdraagt groter is dan de NA van de vezel die de gegevens ontvangt, is er sprake van aanvullend verlies.

  Ldia = 10 Log₁₀ (diar/diat)²

  LNA = 10 Log₁₀ (NAr/NAt)²

  waarbij:

  • Ldia = verliesdiameter

  • diar = diameter ontvangen

  • diat = diameter overdragen

  • LNA = verlies op optische vezel

  Aanvullend verlies kan optreden vanaf Fresnel-reflecties. Deze treden op wanneer twee vezels zijn gescheiden zodat er een discontinuïteit bestaat in de brekingindex. Als twee glasvezels worden gescheiden door een luchtgat, zijn Fresnel-reflecties 0,32 dB.

• Het verlies is afhankelijk van de lancering.

  De tussenschakeldemping is afhankelijk van de lancering en ontvangstomstandigheden in de twee vezels die zijn samengevoegd. In een korte lancering kunt u de vezel overvullen met optische energie in zowel de coating als de kern. Over een afstand gaat deze overtollige energie verloren totdat de vezel een staat bereikt die bekendstaat als equilibrium mode distribution (EMD). In een lange lancering heeft de vezel de EMD al bereikt, dus de overtollige energie is al weg en is niet aanwezig in de connector.

  Licht dat door de vezel-naar-vezel-verbinding van een interconnectie gaat, kan de vezel weer overvullen met overtollige coatingsmodi. Deze gaan snel verloren. Dit is de staat 'kort ontvangen'. Als u de vermogensoutput van een kort-ontvangen-vezel meet, ziet u de extra energie. De extra energie komt echter niet ver. De meting is daarom ook onjuist. Zo geldt ook dat als de lengte van de vezel lang genoeg is om EMD te bereiken, de meting van de tussenschakeldemping hoger kan zijn, maar deze toont de daadwerkelijke toepassingsvoorwaarden.

  U kunt EMD eenvoudig simuleren (lange lancering en ontvangst). Hiervoor moet u de vezel vijf keer rondom een spil draaien. Hiermee worden de coatingsmodi weggenomen.

Een energiebudget berekenen

U kunt een grove inschatting maken van een linkvermogensbudget. Hiervoor moet u 0,75 dB voor elke vezel-tot-vezel-connectie toestaan en ervan uitgaan dat vezelverlies proportioneel is met lengte in de vezel.

Voor een stuk van 100 meter met drie patchpanels en 62,5/125 vezel met een verlies van 3,5 dB/km is het totale verlies 2,6 dB zoals hier weergegeven:

Vezel: 3,5 dB/km = 0,35 dB voor 100 meter

Patchpanel 1 = 0,75 dB

Patchpanel 2 = 0,75 dB

Patchpanel 3 = 0,75 dB

Totaal = 2,6 dB

Het gemeten verlies is normaal gesproken minder. De gemiddelde tussenschakeldemping voor een AMP SC-connector is bijvoorbeeld 0,3 dB. In dit geval is het linkverlies slechts 1,4 dB. Ongeacht of u Ethernet uitvoert op 10 Mbps of ATM op 155 Mbps is het verlies hetzelfde.

Optical time-domain reflectometer (OTDR) is een populaire certificeringsmethode voor vezelsystemen. De OTDR injecteert licht in de vezel en geeft vervolgens de resultaten van gedetecteerd teruggereflecteerd licht grafisch weer. De OTDR meet verstreken overdrachtstijd van gereflecteerd licht om de afstand naar verschillende gebeurtenissen te berekenen. Dankzij de visuele weergave kan verlies per eenheidslengte, evaluatie van splices en connectors en storingslocatie worden bepaald. OTDR zoomt in op bepaalde locaties voor een uitvergrote afbeelding van gedeelten van de link.

U kunt vermogensmeters en signaalinjectoren gebruiken voor veel linkcertificeringen en -evaluaties, en OTDR's bieden een krachtige diagnostische tool om een uitgebreid beeld van de link te krijgen. OTDR vereist echter meer training en enkele vaardigheden om de weergave af te lezen.

Gerelateerde informatie

• Ondersteuningspagina voor optische producten
• Technische ondersteuning en documentatie – Cisco Systems