Потери в волоконно-оптическом разветвителе: руководство по соотношениям 1:2–1:64

Потери в волоконно-оптическом разветвителе не соответствует значению, указанному после “1:”. Разветвитель 1:8 не имеет идеальных потерь, равных 8 дБ. Поскольку входная мощность равномерно распределяется между восемью выходами, его идеальные потери составляют примерно 9,03 дБ на каждый выход. Реальный разветвитель имеет дополнительные потери, поэтому его заявленные максимальные вносимые потери будут выше.

В данном руководстве приведены идеальные значения потерь в диапазоне от 1:2 до 1:64, объясняется, почему реальные значения выше, а также предлагается практический метод учета потерь в разветвителях при расчете бюджета канала FTTH или PON.

Формула расчета потерь в оптоволоконном разветвителе

В случае сбалансированного разветвителя 1:N на каждый выход в идеале поступает 1/N входной оптической мощности.

Идеальное значение затухания составляет:

Идеальные потери в разветвителе (дБ) = 10 × log10(N)

Например, разветвитель 1:8 имеет восемь одинаковых выходов:

10 × log10(8) = 9,03 дБ

Если оптическая мощность, поступающая в идеальный разветвитель 1:8, составляет 0 дБм, то мощность на каждом выходе будет равна примерно −9,03 дБм без учета дополнительных потерь, разъемов и производственных допусков.

В нотации соотношений мощностей изменение составляет 10 × log10(1/N), которое является отрицательным. В расчетах бюджет канала затухание обычно указывается в виде положительного значения потерь и вычитается из мощности передатчика.

Таблица потерь в волоконно-оптических разветвителях: от 1:2 до 1:64

Коэффициент разделения	Оптимальная мощность на каждый выход	Точная идеальная потеря	Округлённые идеальные потери	Пример типичных вносимых потерь FOA*
1:2	50%	3,01 дБ	3 дБ	3,6 дБ
1:4	25%	6,02 дБ	6 дБ	6,8 дБ
1:8	12.5%	9,03 дБ	9 дБ	10,0 дБ
1:16	6.25%	12,04 дБ	12 дБ	13,0 дБ
1:32	3.125%	15,05 дБ	15 дБ	16,0 дБ
1:64	1.5625%	18,06 дБ	18 дБ	19,5 дБ

*Колонка «Типичные вносимые потери» представляет собой учебный пример, опубликованный Ассоциация волоконной оптики. Это не универсальная спецификация. Используйте значение максимальных потерь при вставке, указанное в техническом паспорте именно того разветвителя, который устанавливается.

Полезным правилом является то, что каждое удвоение количества выходов приводит к увеличению идеальных потерь примерно на 3,01 дБ:

• от 1:8 до 1:16: примерно на 3,01 дБ больше
• с 1:16 по 1:32: примерно на 3,01 дБ больше
• от 1:32 до 1:64: примерно на 3,01 дБ больше

Именно поэтому создание резервных производственных мощностей не является бесплатным с экономической точки зрения.

Почему фактические потери в разветвителе выше, чем рассчитанные по формуле

Эта формула описывает идеальное распределение мощности. В серийном разветвителе также присутствуют потери в компонентах и производственные допуски.

Превышение убытка

Часть оптической мощности теряется внутри компонента, не доходя до выхода. Разница между идеальными потерями при разделении и измеренными вносимыми потерями обусловлена этой неэффективностью и другими эффектами, связанными с конструкцией.

Однородность от порта к порту

Выходные порты не являются абсолютно идентичными. Равномерность потерь характеризует разницу между самым мощным и самым слабым выходными портами. Параметр «самый слабый допустимый порт» играет важную роль при расчете бюджета канала связи в наихудшем случае.

Конструкция с разъемами или с голыми волокнами

В заявленном значении вносимых потерь разветвителя с разъемами могут учитываться потери, связанные с разъемами, однако методы определения технических характеристик могут различаться. Уточните, относится ли значение, указанное в техническом паспорте, ко всей готовой сборке с разъемами или только к самому разветвителю.

Длина волны, температура и допуск

Потери на вставку могут зависеть от рабочей длины волны, температуры и производственных допусков. Следует использовать гарантированные технические характеристики для всего диапазона длин волн и условий эксплуатации, требуемых сетью.

Стандарт МСЭ-Т G.671 определяет параметры передачи для пассивных оптических компонентов, включая вносимые потери и их колебания, однако он не устанавливает единого универсального значения вносимых потерь для всех коммерческих разветвителей типа 1:N. Технические характеристики готового изделия по-прежнему играют ключевую роль.

«Ideal Loss» против LuLeey Разделитель ПЛК Технические характеристики

Разница становится более очевидной, если сравнить теоретические значения с конкретными готовыми изделиями:

Разветвитель	Идеальные потери	Проверенные максимальные потери на входе
Разветвитель PLC 1×8 для SC/APC	9,03 дБ	≤10,7 дБ
Разветвитель PLC 1×16 SC/UPC	12,04 дБ	≤14,0 дБ
Разветвитель PLC 1×32 SC/APC	15,05 дБ	≤17,3 дБ

Эти значения относятся к конкретным версиям корпусов и разъемов, представленным на указанных страницах. У разветвителей другого типа, с другими вариантами разъемов или производственными характеристиками максимальные потери могут отличаться.

При проектировании следует использовать подтвержденное максимальное значение вносимых потерь — а не идеальное значение и не привлекательное “типичное” значение.

Как каскадные разветвители влияют на потери

Разветвители часто устанавливаются в два этапа. Например:

1:4 (первая ступень) × 1:8 (вторая ступень) = 1:32 (общий коэффициент передачи)

Потери в идеальном разветвителе суммируются:

6,02 дБ + 9,03 дБ = 15,05 дБ

Это соответствует идеальным потерям в одном разветвителе 1:32, поскольку обе конструкции распределяют исходную входную мощность между 32 выходами.

Реальный каскадный тракт может отличаться. Каждый разветвитель имеет свои максимальные вносимые потери, а в соединении между двумя каскадами могут присутствовать адаптеры, разъёмы, сращивания и волоконно-оптический кабель. Рассчитывайте потери по точному тракту до абонента, а не умножайте общее значение.

Если на вторую ступень поступает сигнал только с одного выхода разветвителя первой ступени, потери во второй ступени затрагивают только абонентов на этой ветви. Перед добавлением компонентов начертите фактическую трассу.

Как добавить потери в разветвителе к Бюджет канала FTTH

Используйте следующую структуру:

Общие расчетные потери = потери в разветвителе + потери в волокне + потери в разъемах + потери в сращивании + прочие пассивные потери + инженерный запас

Пример допущений для одного из вариантов:

Артикул	Пример значения
Максимальные вносимые потери в разветвителе 1×32	17,3 дБ
Затухание в оптоволокне для данного маршрута и длины волны	2,2 дБ
Запас на разъем и переходник	1,0 дБ
Припуск на стыковку	0,5 дБ
Инженерный запас прочности	3,0 дБ
Общая запланированная убыточность	24,0 дБ

Эти цифры приведены лишь в качестве примера. Затухание в оптоволокне зависит от длины волны, а количество разъемов, качество сращивания и необходимый запас прочности варьируются в зависимости от конкретного проекта.

После расчета расчетного потери оцените мощность приемника:

Расчетная мощность приема (дБм) = минимальная мощность передачи (дБм) − суммарные расчетные потери (дБ)

Сравните этот результат с чувствительностью приемника и пределами перегрузки конкретного устройства OLT, ONU, ONT или оптического модуля. Не существует единого допустимого диапазона оптической мощности, подходящего для всех GPON, xgs-pon или система Ethernet.

Если понятия «дБ» и «дБм» по-прежнему вызывают у вас затруднения, прочитайте дБ и дБм в волоконной оптике.

Как выбрать коэффициент разделения

1. Подсчитайте количество необходимых выходов

Выберите количество выходов, достаточное для текущего числа абонентов и реалистичных перспектив расширения. Не выбирайте более высокое соотношение только потому, что оно обеспечивает большее количество портов; каждое удвоение соотношения приводит к потере около 3,01 дБ идеального оптического бюджета.

2. Рассчитать каждый каскад разветвителя

В каскадных схемах необходимо сложить максимальные вносимые потери каждого разветвителя на пути к абоненту.

3. Рассчитать оба направления передачи

В системах PON используются разные длины волн в восходящем и нисходящем направлениях. Затухание в оптоволокне и ограничения по мощности оборудования могут различаться в зависимости от направления, поэтому необходимо проверить оба бюджета.

4. Исходить из наихудших технических характеристик оборудования

Используйте минимальную мощность передатчика, максимальные потери в компонентах и указанные предельные значения для приемника. Не разрабатывайте конструкцию на основе средних лабораторных значений.

5. Предусмотреть инженерный запас прочности

Запас прочности учитывает старение, ремонт, дополнительные сращивания, загрязнение соединителей, погрешность измерений и будущие изменения. Требуемый запас прочности должен соответствовать проектным стандартам оператора.

6. Выберите разъем и корпус

Укажите тип соединения (SC/APC или SC/UPC), оптоволоконные кабели без разъемов или с разъемами, мини-модуль или конструкцию для монтажа в стойку, тип оптоволокна и монтажный корпус.

LuLeey’s оптические разветвители и разветвительные коробки включают в себя различные соотношения разделения, типы разъемов и форматы корпусов.

Как измерить потери на вставке разветвителя

Ассоциация волоконной оптики рекомендует измерить потери в устройстве и проверить разницу в показателях между выходными портами.

Основная процедура заключается в следующем:

1. Используйте откалиброванный оптический источник и измеритель мощности, подходящие для испытательной длины волны.
2. Очистите и проверьте соединительные кабели и разъемы разветвителя.
3. Установите действительную ссылку без разветвителя в пути.
4. Подключите источник к входу разветвителя.
5. Измеряйте каждый выходной порт, используя одну и ту же эталонную конфигурацию.
6. Рассчитайте потери на вставку для каждого выхода.
7. Сравните максимальные измеренные потери и равномерность в портах с точными техническими характеристиками изделия.

Не стоит оценивать разветвитель по одному удобно выбранному выходу. Полное тестирование предусматривает проверку всех выходов, поскольку равномерность является одним из показателей рабочих характеристик разветвителя.

При проведении официальных приемочных испытаний следует руководствоваться методикой оператора, схемой развёдки эталонного кабеля, требованиями к длине волны и процедурой калибровки приборов.

Распространенные ошибки, связанные с потерями в разветвителях

Ошибка 1: Приравнивание соотношения 1:8 к 8 дБ

Разделитель с соотношением 1:8 имеет идеальные потери 9,03 дБ, а не 8 дБ.

Ошибка 2: Использование идеальных потерь в качестве технических характеристик продукта

«Идеальные потери» — это термин, описывающий идеальное математическое деление. Готовый разветвитель имеет более высокие номинальные вносимые потери.

Ошибка 3: Использование типичного значения при расчете на наихудший случай

Типичное затухание может отражать средние характеристики. При проверке соответствия всех разрешенных узлов и выходных тракт заданным ограничениям следует использовать гарантированное максимальное затухание вставного кабеля.

Ошибка № 4: Пропуск второго этапа разветвления

Каскадная схема должна учитывать все разветвители и соединения на пути к абоненту.

Ошибка № 5: игнорирование самого слабого выходного порта

Неоднородность портов означает, что потери в одном выходе могут быть больше, чем в другом. Произведите измерения или рассчитайте проект с учетом наихудшего допустимого порта.

Ошибка № 6: Приравнивание потери сигнала в разветвителе к полной потере сигнала на линии связи

Разветвитель — это лишь одна из составляющих оптического тракта. Оптическое волокно, разъёмы, сращивания, компоненты WDM и инженерный запас прочности также требуют затрат.

Окончательный ответ

Расчет потерь в волоконно-оптическом разветвителе начинается с идеальной формулы:

Идеальные потери в разветвителе = 10 × log10(N)

В результате получается примерно:

• 1:2 = 3,01 дБ
• 1:4 = 6,02 дБ
• 1:8 = 9,03 дБ
• 1:16 = 12,04 дБ
• 1:32 = 15,05 дБ
• 1:64 = 18,06 дБ

У реальных разветвителей потери на входе выше. Для обеспечения надежности конструкции FTTH или PON необходимо взять максимальное значение потерь, указанное в техническом паспорте конкретного изделия, сложить потери всех каскадных ступеней и пассивных компонентов, учесть инженерный запас и сравнить полученный результат с точными техническими характеристиками передатчика и приемника.

При заказе конфигурации разветвителя у компании LuLeey необходимо указать коэффициент разветвления, тип обработки разъемов, тип корпуса, количество ступеней, рабочие длины волн и требуемый бюджет канала связи. Эти сведения гораздо полезнее, чем просто запрос на “разветвитель с низкими потерями”.”