ファイバー損失を計算し、電力バジェットを確認する方法

すべての光ファイバー リンクでは、送信機と受信機の間である程度の光パワーが失われます。その損失 - を計算し、それを機器の電力バジェット - と比較する方法を知っているかどうかが、実際の条件下で確実に動作するリンクと障害が発生するリンクを区別します。-このガイドでは、ファイバー損失の計算式、ステップバイステップの具体例、および最も一般的な予算設定の間違いを回避するために経験豊富なエンジニアが使用する実践的なチェック方法について説明します。--
 

繊維損失とは何ですか?なぜそれが重要ですか?

ファイバー損失とは、光が光ファイバーリンクを通過する際の光信号パワーの減少です。実際には、リンク全体の損失は、ファイバー ケーブル自体、嵌合されたコネクタ ペア、スプライス、および受動コンポーネントなどのいくつかの原因から発生します。スプリッターまたは経路上のカプラー。

関連する用語が少し異なる方法で使用されているのをよく見かけます。減衰通常、ファイバーの単位長さあたりの固有の電力損失を指し、dB/km で表されます。挿入損失すべてのコンポーネントを含む、設置されたリンク全体で測定されたエンドツーエンドの合計損失を表します。{0}{{1}リンクロスチャネル内のすべての受動的損失の計算または測定された合計です。これらの違いを混同すると予算編成上の誤りにつながるため、これらの区別は重要です - この点は、コーニングの両方の論文で強調されています光ファイバーテストガイドライン (LAN-1561-AEN)および光ファイバー協会の損失予算の参照。さらに詳しい比較については、ガイドを参照してください。挿入損失とリターンロス.

生の損失の数値だけでは、ほとんど何も分かりません。 3 dB の読み取り値は、短いマルチモード キャンパス リンクでは完全に許容可能ですが、アプリケーション制限が厳しい長いシングルモード トランクでは問題になります。そのため、ファイバー損失は常に 2 つの要素、つまりリンク損失バジェット (推定総パッシブ損失) とアクティブ機器の電力バジェット (送信機の出力と受信機の感度の差) の 2 つに対して評価されます。-

光リンクでのファイバー損失の原因は何ですか?

一般的なファイバ チャネルの損失には 4 つの主な要因があります。それぞれを理解することで、推測ではなく正確な予算を立てることができます。

距離にわたるファイバーの減衰

すべての光ファイバーは、伝播する際に光の一部を吸収および散乱します。減衰係数はファイバーの種類と波長によって異なります。 ANSI/TIA-568.3-D 規格によると、計画目的の最大許容減衰値は次のとおりです。

これらは保守的な計画の最大値です。メーカーは日常的に生産していますシングルモードファイバー減衰は 1310 nm で 0.35 dB/km を大きく下回り、1550 nm で 0.25 dB/km を下回ります。実際のケーブル データシートをお持ちの場合は、より厳しい値を使用してください。- 標準許容値は、最善の推定値ではなく、最悪の場合のセーフティ ネットとして存在します。-

コネクタペアの損失

2回ごとに損失が発生します光ファイバーコネクタ一緒に交配されています。予算作成では、個々のコネクタ端ではなく、嵌合されたコネクタのペアをカウントします。 TIA-568.3-D 規格では嵌合ペアあたり最大 0.75 dB に設定されていますが、工場で研磨された高品質のコネクタ (SC、LC、FC タイプ) は通常、実際にはペアあたり 0.3 ～ 0.5 dB に達します。これは、利用可能な最大の標準許容値ではなく、実際のコネクタ仕様を使用するというコーニングの推奨と一致しています。

簡単にリンクすると、- は 500 メートル未満だと言います - コネクタの損失は、多くの場合、ファイバーの減衰よりも総予算を大きく占めます。それがコネクタの品質とコネクタタイプの選択敷地内のケーブル配線は非常に重要です。

接続損失

融着接続とメカニカル スプライスはどちらも損失を追加します。 TIA-568.3-D の最大値は、スプライスあたり 0.3 dB です。適切なコア位置合わせを備えた融着接続では通常 0.1 dB 未満が達成されますが、メカニカル スプライスは 0.2 ～ 0.5 dB の範囲に収まる傾向があります。複数のスプライス ポイントがある外部プラント ルートの予算を立てている場合、これらの小さな値は長期的にはすぐに加算されます。

曲がり、汚れ、その他の要因

マクロベンドとマイクロベンドにより、ケーブルの定格仕様を超えて減衰が増加します。コネクタ端面の汚れは、現場での予期せぬ損失の最も一般的な原因の 1 つです - FOA は、汚れたコネクタがテスト失敗の主な原因であると特定しています。緻密なケーブル配線、不十分なケーブル管理、環境ストレスなどにより、測定された損失が計算された推定値を超える可能性があります。

一部のリンクには、光減衰器、WDM カプラ、またはPLCスプリッター。これらのそれぞれには、予算に追加する必要がある独自の指定された挿入損失があります。

ファイバ損失の計算式

総リンク損失を見積もるための中心となる式は簡単です。

総リンク損失 (dB)=(減衰係数 × ファイバ長) + (コネクタ ペアの数 × ペアごとの損失) + (スプライスの数 × スプライスごとの損失) + その他の受動部品の損失

これはコーニング社で使用されているものと同じ構造です。リンク損失バジェット計算ツールそしてFOAの予算編成方法においても。次に、その合計をアクティブな機器の電力バジェットと比較します。

電力バジェット (dB)=送信機出力電力 (dBm) − 受信機感度 (dBm)

動作マージン (dB)=電力バジェット − 合計リンク損失

プラスの動作マージンは、リンクが機能する必要があることを意味します。約 3 dB 未満のマージンは、長期的な信頼性にとって危険であると考えられます。-トランスミッターは経年劣化し、コネクタには汚染が蓄積し、ケーブルの取り扱いや配線の変更によってスプライスが劣化する可能性があるためです。 FOA は、これらの現実世界の要因を考慮して、少なくとも 3 dB のマージンを維持することを推奨しています。-

重要な注意点が 1 つあります。dBは相対単位 (比率を表す) ですが、dBm絶対電力レベル (1 mW を基準) です。この 2 つを混同することは、損失の推定自体が正しい場合でも、電力バジェットの計算全体が無効になる、驚くほど一般的なエラーです。-
 

ファイバー損失を段階的に計算するにはどうすればよいですか?

ステップ 1: 実際のリンク コンポーネントを文書化する

計算機を開く前に、チャネル内のすべてのものをリストします。ファイバーの種類、動作波長、ルートの合計長 (マップ距離だけではなく、- には垂直配線、スラック ループ、配線の迂回も含まれます)、嵌合コネクタ ペアの数、スプライスの数、および受動デバイスが含まれます。ほとんどの予算策定エラーは、不完全なコンポーネント数から始まります。

ステップ 2: 損失値の選択

入手可能な場合は、コンポーネントの製造元の仕様書を使用してください。実際の仕様が不明な場合にのみ、TIA-568.3-D の最大値にフォールバックします。フルーク・ネットワークスが次のように指摘しています。損失バジェット計算ガイド、標準は許容可能な最小限のパフォーマンスを提供します。- 通常、実際のコンポーネントの方が優れており、メーカーのデータを使用するとより正確な推定値が得られます。

ステップ 3: 各損失成分を計算する

減衰係数にファイバー長を掛けます。コネクタ ペアの数にペアごとの損失を掛けます。スプライス数にスプライスあたりの損失を掛けます。受動部品の損失を追加します。すべてを合計して推定リンク損失の合計を求めます。

ステップ 4: 電力バジェットと比較する

トランシーバーのデータシートから送信機の出力電力と受信機の感度を見つけます。これら 2 つの数値は通常、dBm 単位で表示されます。違いは電力バジェットです。電力バジェットから合計リンク損失を差し引いて、営業マージンを求めます。トランシーバーの仕様の詳細については、トランシーバーの比較を参照してください。シングルモード SFP とマルチモード SFP.

ステップ 5: マージンが適切であることを確認する

プラスのマージンは必要ですが、必ずしも十分であるとは限りません。マージンが 3 dB 未満の場合、リンクはコンポーネントの老朽化、端面の汚れ、将来の修理による追加の接続、または温度に関連した減衰変化による劣化に対して脆弱になります。-。実際の導入では、エッジで設計を行うエンジニアは、多くの場合、1 ～ 2 年以内に障害のトラブルシューティングを終了します。

動作例: 1310 nm での 10 km シングルモード リンク

2 つの嵌合コネクタ ペアと 1 つの融着接続を備え、1310 nm で 10 km を実行する屋外プラントのシングルモード リンクを考えてみましょう。{0}}プラント外シングルモード ケーブルの TIA-568.3-D 計画値を使用:

ここで、トランシーバーのデータシートに送信出力が -15 dBm、受信感度が -28 dBm と示されているとします。

電力バジェット=−15 − (−28) =13dB

営業利益率=13 − 6.8 =6.2dB

6.2 dB のマージンがあるため、このリンクは快適に通過します。長期的な劣化に備えて 3 dB を確保した後でも、信頼性のしきい値を下回らずに将来のスプライス修理やコネクタの経年劣化を吸収するのに十分な 3 dB を超えるヘッドルームがまだあります。-。

実際のケーブル仕様 (0.35 dB/km など) と一般的なコネクタ損失 (0.5 dB/ペアなど) を使用した場合、合計は約 4.8 dB に低下し、さらに大きなマージンが得られます。これが、実際のコンポーネント データの使用が重要である理由です。- 標準計画値は設計上保守的です。
 

計算された損失と測定された損失: それぞれが十分な場合は?

計算された損失は推定値です。これは、設計、見積もり、ルート比較、設置前の検証時に役立ちます。-しかし、それは現場認証とは異なります。

設置されたリンクの業界標準のアプローチは、光損失テスト セット (OLTS) を使用した Tier 1 テストであり、校正済みの光源とパワー メーターを使用してリンクの総挿入損失を直接測定します。 TIA-568.3-D 規格とコーニングのテスト ガイドラインはどちらも、設置されたファイバー リンクのパフォーマンスを最も正確に評価するものとして OLTS テストを特定しています。特定の障害 (接続不良、コネクタの損傷、きつい曲がりなど) を特定する必要がある場合、光タイム ドメイン反射計 (OTDR) は、OLTS ではできないイベント レベルの詳細を提供します。フルーク・ネットワークスは、OTDR テストについて次のように説明しています。Tier 2 認定、完全なテスト戦略として OLTS と併用することをお勧めします。

次の場合に計算を使用します。新しいルートを設計したり、リンク オプションを比較したり、設置前に機器の電力バジェットが十分であることを確認したりする場合です。

次の場合に測定を使用します。インストールされたリンクが受け入れられることを証明したり、予期しないパフォーマンスの問題をトラブルシューティングしたり、測定された損失が計算された予算内に収まるかどうかを確認したりすることになります。

実際には、測定された損失が計算された推定値とわずかに異なることがよくあります。測定された損失が予算を大幅に上回っている場合、最初に確認する必要があるのは、コネクタ端面の汚れ、コネクタ ペア数の誤り、ルートに沿った予期せぬ曲がりやケーブルの損傷です。{1}}
 

許容可能なファイバー損失とは何ですか?

唯一の普遍的な答えはありません。- 許容できる損失は、特定のリンクとそのリンク上で動作する機器によって異なります。ただし、実践的なガイドラインがあります。

測定された合計挿入損失がその特定のリンクの計算されたバジェット以下である場合、リンクはロス バジェット テストに合格します。装置の電力バジェットから総損失を差し引いた後もプラスの動作マージンが残っている場合、リンクは電力バジェット テストに合格します。長期的な信頼性を確保するには、最小受信感度より少なくとも 3 dB 高い動作マージンを確保することが広く推奨されています。-

参考までに、TIA-568.3-D 規格の一般的な計画減衰値は次のとおりです。850 nm でのマルチモード ファイバは 3.5 dB/km を超えてはなりません。シングルモード屋外ケーブルは 1310 nm で 0.5 dB/km を超えてはなりません。コネクタのペアはそれぞれ 0.75 dB を超えてはなりません。コンポーネントごとの測定値がこれらの制限内に十分に収まっており、合計リンク損失が十分なマージンを持って電力バジェットを下回っている場合、そのリンクは通常許容されます。

トランシーバーのデータシートで Tx 電力と Rx 感度を確認する場所

電力バジェットの計算に必要な 2 つの数値 - 送信機出力電力 (Tx) と受信機感度 (Rx) - は、トランシーバー モジュールのデータシート (通常は「光学特性」または「送信機/受信機パラメーター」というラベルの表) にリストされています。探す：

• 送信機出力電力 (最小/最大):dBmで与えられます。最悪の場合の予算設定には最小値を使用します。-
• 受信感度:dBmで与えられます。これは、必要なビット誤り率を維持しながら受信機が検出できる最も弱い信号です。
• 受信機の過負荷 (または最大入力電力):受信機がエラーなしで処理できる最も強い信号。これは、損失が最小限に抑えられる非常に短いリンクでは重要です。

パワー バジェットは、最小 Tx 出力と Rx 感度の差です。データシートに最小送信感度が -8.2 dBm、受信感度が -14.4 dBm と記載されている場合、電力バジェットは 6.2 dB - で、13 dB バジェットの長距離モジュールよりもリンク損失の余地がはるかに小さくなります。-。リンク距離に適したトランシーバーを選択することが、実行可能な予算への第一歩です。より広い視野については、に関する記事を参照してください。トランシーバー vs トランスポンダー.

ファイバー損失計算の一般的な間違い

コネクタ ペアの代わりにコネクタを数える

予算設定方法では、個々の端ではなく、嵌合コネクタ ペアをカウントします - 結合された 2 つのコネクタ - をカウントします。緩んでいるコネクタの端をすべて数えると、単位あたりの値をどのように適用するかに応じて、損失を過大評価または過小評価することになります。-コーニングのテストガイドラインはこの点について明確にしています。

dB と dBm の混同

dB は相対比です。 dBm は絶対電力レベルです。 dB 値から dBm 値を引いたり、それらを直接比較したりすると、電力バジェットの結果は無意味になります。損失値は dB 単位、パワー レベルは dBm 単位で保持し、正しい式でのみ結合してください。

実際の仕様が利用可能な場合の標準最大値の使用

TIA 計画値は最悪の場合の許容値であり、典型的な値ではありません。{0}}メーカーのケーブルとコネクタの仕様がある場合は、より厳密な数値を使用してください。標準の最大値に依存しすぎると、オーバー エンジニアリング（不要な高出力トランシーバーの注文）につながる可能性があり、さらに悪いことに、予算が「問題ない」ように見えるため、実際の問題が隠れてしまう可能性があります。-

チャネル内にコンポーネントがありません

パッチ パネル、光減衰器、カプラ、WDM フィルタ、および追加のフィールド終端はすべて損失の原因となります。パッチパネルの接続ポイントや受信機の過負荷を防ぐために追加された減衰器は忘れられがちです。ルートを歩き、完成図を確認し、すべてを数えます。-

端-面の汚染を無視する

コネクタ端面の汚れは、測定された損失が計算された予算を超える最も一般的な理由の 1 つです。微細な塵の粒子は、挿入損失と後方反射を大幅に増加させる可能性があります。 FOA、Corning、および Fluke Networks はいずれも、損失測定前の前提条件としてコネクタの検査とクリーニングを重視しています。実際のトラブルシューティングの多くのケースでは、端面をクリーニングすることで、再接続やケーブルの交換を行わずに問題が解決します。-

計算された予算は合格しましたが、測定された損失は失敗しました - さてどうしますか?

数学的にはリンクが機能するはずであるが、OLTS では機能しないと判断された場合、最も可能性の高い原因は、コネクタの汚れ、予算内のコネクタ ペア数の誤り、考慮されていないスプライスまたはパッチ パネル、過剰なケーブルの曲がり、設置中に見えなかったケーブルの損傷です。コネクタの検査から始めて、コンポーネントの数を確認し、清掃してもギャップが解決しない場合は、OTDR を使用して特定の損失イベントを特定します。

シングルモードとマルチモード: 損失バジェットの主な違い

シングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーには、異なる減衰特性、異なる動作波長、および異なる一般的なリンク距離 - があり、これらすべてが予算編成に影響します。

マルチモードファイバー (OM1 ～ OM5)850 nm および 1300 nm で動作し、1 キロメートルあたりの減衰が高くなりますが、通常は建物やキャンパス内の短いリンクに使用されます。高速マルチモード アプリケーション (10GBASE- SR など) の電力バジェットは非常に厳しい場合があります -。場合によっては 2 ～ 3 dB しかないこともあります -。これは、追加のコネクタや汚れた端面を設置する余地がほとんどないことを意味します。

シングルモードファイバー(OS1/OS2)1310 nm と 1550 nm で動作し、減衰がはるかに低いため、キャンパス バックボーン、メトロ ネットワーク、長距離リンクの標準的な選択肢となっています。-通常、電力バジェットは大きくなりますが、距離が長くなると、ファイバーの総減衰量が増加し、多くの場合、スプライスが増加するため、延長されたルートではバジェットが依然として厳しい可能性があります。

減衰係数は常に正しいファイバ タイプと波長に一致させてください。シングルモード バジェットでマルチモード値を使用する (またはその逆) と、プロジェクト間を切り替えるときに驚くほど簡単にエラーが発生します。

よくある質問

光ファイバーのリンク損失はどのように計算しますか?

ファイバの減衰 (dB/km × 長さ)、コネクタ ペア (数 × ペアごとの損失)、スプライス (数 × 接続ごとの損失)、およびその他の受動コンポーネントからの損失を合計します。この合計が推定合計リンク損失になります。これを機器の電力バジェットと比較して、リンクが機能するかどうかを判断します。

ファイバーリンクの予算とは何ですか?

ファイバー リンク バジェット（またはリンク損失バジェット）は、光ファイバー リンク全体の受動的損失の合計を計算して推定したものです。{0}これには、損失の原因となるすべての - ファイバー、コネクタ、スプライス、および受動デバイスが含まれます。 FOA では、これをリンクの実行可能性を検証するために機器の電力バジェットと比較し、適切な設置を確認するためにテスト結果と比較する推定値として説明しています。

挿入損失と減衰の違いは何ですか?

減衰とは、具体的には、ガラス内での吸収と散乱によってファイバ 1 キロメートルあたりに失われる光パワーを指します。挿入損失は、ファイバーの減衰に加えてすべてのコネクタ、スプライス、コンポーネントの損失を含む、設置されたリンク全体の総損失をエンドツーエンドで測定する広範な測定値です。--詳細な内訳については、次の記事を参照してください。ファイバーネットワークにおける挿入損失.

コネクタごとの許容可能なファイバー損失はどれくらいですか?

ANSI/TIA-568.3-D 規格では、嵌合されたコネクタ ペアごとに最大 0.75 dB が許容されます。ただし、工場で研磨された良好なコネクタは通常 0.3 ～ 0.5 dB を達成します。標準の最大許容値ではなく実際のコネクタ仕様を使用すると、より現実的な予算が生まれます。

ファイバーリンクにはどれくらいのマージンが必要ですか?

最小 3 dB の営業マージンは業界のガイドラインとして広く採用されています。これは、トランスミッターの経年劣化、時間の経過によるコネクタの汚れ、将来起こり得るスプライスの修理、および温度に関連した減衰の変化を考慮したものです。- 3 dB 未満のマージンで設計されたリンクは、メンテナンスが必要になるか、早期に障害が発生する可能性が高くなります。

ファイバー損失の測定にはどのようなツールが使用されますか?

校正済みの光源とパワー メーターで構成される光損失テスト セット (OLTS) は、総リンク損失の Tier 1 認証の標準機器です。 OTDR は Tier 2 テストに使用されます。-、ファイバーに沿った個々のイベント (コネクタ、接続、曲げ) での損失を示す、距離マップされたトレースを提供します。-

参考文献と詳細情報

• 光ファイバー協会 - 光ファイバー損失予算の計算
• Corning - 推奨光ファイバー テスト ガイドライン (LAN-1561-AEN)
• Corning - リンク損失バジェット計算ツール
• Fluke Networks - 光ファイバーのリンク損失予算の計算
• Fluke Networks - OLTS + OTDR: 完全な光ファイバー テスト戦略
• ANSI/TIA-568.3-D - 光ファイバーケーブルおよびコンポーネント規格（以下から入手可能）TIA)