Fiber vs vask: lingi eelarve määrab usaldusväärsuse

Kõndige ükskõik millisele paigalduskohale ja kuulete lõpuks sama kaebust: läbisõit on tunduvalt alla 100 m, kaabel on kiiruse jaoks ette nähtud, lüliti pordid on õiged - ja sertifitseerimisaruanne tuleb siiski tagasi kui tõrge või optiline link katkeb koormuse all iga paari minuti järel. Müüja brošüüris öeldi, et see peaks toimima. Miks siis mitte?

Aus vastus on seefiiberoptiline vs vaskkaabelon alustuseks vale küsimus. Mõlemad kandjad kannavad signaali. See, kas konkreetne Etherneti link tegelikult töötab - 1G, 10G või üle -, on füüsilise-kihi eelarve: mõõdetavate dB väärtuste kogum sumbumise, ülekõla, tagastuskao ja müramarginaali jaoks. Kui need numbrid ei sulgu, ei salvesta linki ükski kaabli või transiiveri valik. Kui need sulguvad piisava kõrgusega, suudab kumbki meedium veatult toimida.

See juhend on kirjutatud inseneridele, paigaldajatele ja võrguintegraatoritele, kes juba teavad, mis on Cat6A ja OS2, ning soovivad mõista, mis kaabli sees tegelikult toimub, kuidas lugeda sertifitseerimisaruannet või transiiveri andmelehte ja miks kaks "identset" linki võivad põllul täiesti erinevalt käituda.

Kuidas vask ja kiud edastavad signaali füüsilises kihis

Põhiline erinevus vase ja kiu vahel ei ole "elektriline vs optiline" -, see on õpiku raamimine ja see ei aita teil lingi suurust määrata. Kasulik erinevus onkuidas iga meedium ebaõnnestubkui vajutate sagedust, kaugust või keskkonnastressi.
 

Vask: tasakaalustatud diferentsiaalpaarid sageduspinge all

Etherneti vaskkanal edastab iga signaali pinge erinevusena keerdpaari kahe juhtme vahel. Keerdumine pole kosmeetiline -, see on kogu põhjus, miks meedium töötab gigabitikiirusel. Iga keerd ühendab kaks juhti võrdselt mis tahes välise müraallikaga, nii et tavalised-režiimi häired kaovad vastuvõtjas. Mida tihedam ja ühtlasem on keerdumismäär, seda parem on tagasilükkamine.

Maksate selle eest, et iga parameeter muutub sagedusest{0}}sõltuvaks. Kuna Etherneti kiirused tõusid (Cat5e jooksis 100 MHz-ni, Cat6 kahekordistas selle 250 MHz-ni, Cat6A taas 500 MHz-ni), süvenesid samaaegselt kolm häiret: sisestuskadu suurenes, peaaegu -lõpu läbirääkimine (NEXT) ühendati agressiivsemalt paaride vahel ja peegeldus tagasi impedantsi ühenduste energiat tagasi. Kaablikategooriate nummerdamine on sisuliselt sagedusreiting - kõrgemad kategooriad on loodud nende kolme kahjustuse kontrolli all hoidmiseks kõrgematel töösagedustel.

Kiud: täielik sisepeegeldus ilma elektrilise mürata põrandaga

Kiudriba piirab valgusimpulsi klaassüdamikuga, ümbritsedes seda veidi madalama murdumisnäitajaga kattekihiga. Valgus, mis lööb piiri piisavalt madala nurga all, peegeldub tagasi südamikusse - täielik sisepeegeldus - ja levib juhitud lainena kogu kiu pikkuses. Kuna kandjaks on footonivoog, mitte elektronvool, ei ole kiu elektrilise müra alampiiri, EMI vastuvõtlikkust ja diferentsiaalsignalisatsiooni vajadust.

Kiudude piirangud on oma olemuselt erinevad. Kaks domineerivat ettevõtte mastaabis onsumbumine(kaotatud optiline võimsus kilomeetri kohta, dB/km, peamiselt Rayleighi hajumise ja väikeste neeldumispiikide tõttu) jadispersioon(kui palju terav impulss levides ajas levib). Dispersioonil on kaks maitset, mis praktikas on olulised: modaalne dispersioon mitmemoodilises kius, kus erinevad kiirteed saabuvad erinevatel aegadel, ja kromaatiline dispersioon ühemoodilises -moodikius, kus lähtespektri erinevad lainepikkused liiguvad veidi erineva kiirusega. Ühemoodi-kiu 9 µm südamik on piisavalt väike, et toetada ainult ühte levirežiimi, mis välistab täielikult modaalse hajumise ja on tehniline põhjus, miks üksikrežiim jõuab sama kiirusega palju kaugemale kui mitmemoodiline - vt.OS1 vs OS2 ühemoodi{2}}kiudpraktiliste erinevuste kohta ühe -režiimi perekonna sees jaOM1–OM5 mitmemoodiliste kiudude kauguse piirangudselle kohta, kuidas tuuma suurus ja ribalaius{0}}muutuvad toote tegelikuks katvuseks.

Kahjustused, mis tegelikult piiravad iga kaablit

Turunduskoopia ütleb, et vask on "EMI-le vastuvõtlik" ja kiud on "immuunsed". See on tõsi, kuid inseneritöö jaoks kasutu. Allpool on toodud konkreetsed kahjustused, mis ilmnevad tegelikes testiaruannetes koos dB vahemikega, mis eristavad töötavat linki marginaalsest.

Vasekanali kahjustused

• Sisestamise kadu (IL):Signaali võimsus hajus kanalis soojuse ja dielektrilise kaduna. VastavaltIEEE 802.3 Etherneti standardCat6A jaoks mõeldud EA-klassi kanalimudel, halvimal-juhul on kanali sisestamise kadu 500 MHz juures 100 m kanalil 49 dB. Selle ületamine ja vastuvõtja SNR variseb kokku. Liigne pikkus on IL-i rikke kõige levinum põhjus; kehvad lõpetamised on lähedal teine.
• Near{0}}End Crosstalk (NEXT) ja PSNEXT:Energia saatvast paarist, mis ühendub kaabli samas otsas külgneva paariga. NEXT on kõige tundlikum lõpetamise kvaliteedi indikaator -, kui pesast lahti keerata rohkem kui 13 mm paari, halveneb see nähtavalt. Power Sum NEXT (PSNEXT) koondab kõigi kolme teise paari panused ohvripaarile ja see on väärtus, mis on 10GBASE-T puhul oluline, kuna standard käitab kõiki nelja paari samaaegselt.
• Tootmiskahjum (RL):Ülekantud energia osa, mis peegeldub impedantsi mittevastavuse tõttu allikale tagasi. TIA-568 katab Cat6A RL umbes 19 dB madalatel sagedustel, kaldudes sagedusega allapoole. Loe lähemalt vahetegemise kohtasisestamise kadu vs tagasituleku kadukui soovite sertifitseerimisjälgi õigesti tõlgendada.
• Alien Crosstalk (PSANEXT, PSAACRF):Ühe kaabli ühendamine samas kimbus oleva naaberkaabliga. Alla 10 G seda ei mõõdeta; 10GBASE-T puhul on see kohustuslik Cat6A välitest ja see parameeter, mis ajendas kategooria kasutuselevõttu. Tihedad kimbud kuumal kandikul on koht, kuhu koonduvad tulnuka läbirääkimise tõrked.
• ACR-F (endine ELFEXT):Kaug-läbirääkimine, mis on normaliseeritud sisestuskadudele -, on sisuliselt signaali-ja-üleminek suhe kaugemas otsas. 10 GBASE-T jaoks oluline, kuid vähem tundlik{7}} kui NEXT.

Kiudkanalite kahjustused

• Sumbumine:Ligikaudu 0,35 dB/km üksikrežiimi puhul lainepikkusel 1310 nm ja 0,22 dB/km lainepikkusel 1550 nm; 3,0–3,5 dB/km OM3/OM4 multirežiimi puhul 850 nm juures. Lineaarne kaugusega, mis muudab kiudeelarvete arvutamise lihtsaks. Põhjalikuma ülevaate saamiseks kaotuse päritolust vtsisestuskadu kiudoptilistes võrkudes.
• Ühenduse sisestamise kadu:Puhas, korralikult paaritatudLC pistiklisab umbes 0,3–0,5 dB. Liitliit lisab umbes 0,1 dB. Mehaanilised liitmikud lisavad 0,3–0,5 dB. Need numbrid kuhjuvad kiiresti - nelja-paiga-paneeli topoloogiaga võib kuluda 2 dB eelarvet, enne kui kiud ise midagi summutab.
• Makropainde kadu:Kiu painutamine alla selle minimaalse painderaadiuse laseb valgusel südamikust välja pääseda. Tavaline G.652.D ühe-režiim kaotab 15 mm raadiusega 1550 nm juures umbes 0,5–1 dB pöörde kohta. Painutage -tundetud G.657 kiud, mis suruvad selle raadiuse alla 7,5 mm või väiksemaks.
• Mikropainde ja stressi kadu:Külgsurve kaablile (ülepingutatud kaablisidemed, teravad muljumiskohad) tekitab südamikus väikesed perioodilised häired, mis hajutavad valgust. Sageli silmale nähtamatu ja OTDR-jäljel väga nähtav.
• Konnektori ots{0}}Näo saastumine:Tööstusharu on üksmeelel, et saastunud otsad{0}}jäävad kiudühenduse probleemide peamiseks põhjuseks. Üksik osake südamikutsoonis võib suurendada sisestamiskadu 1 dB või rohkem ja kahjustada sisestamisel ühendusmuhvi. Kontrollikriteeriumid on vormistatudIEC 61300-3-35, mis hindab nelja otsa -pinna - A südamik, B kattekiht, C liim, D kontakt - nelja tsooni järk-järgult lõdvemate tolerantidega välisserva suunas.

Pange tähele sümmeetriat: vase halvim vaenlane juurdepääsukihis on lõpetamise kvaliteet (mis kuvatakse NEXT ja RL tõrgetena); kiu halvim vaenlane on konnektori puhtus (mis ilmneb sisestuskaotusena). Mõlemad on töötõrked, mitte keskmised rikked.

Lingi eelarve

Selle artikli kõige olulisem lause:fiiberlingi disaini reguleerib optilise võimsuse eelarve, vasest lingi disaini reguleerib elektrikao eelarve. Aritmeetika on erinev, kuid põhimõte on identne - kogu eelarvestatud dB peab ületama kõigi kadude summa, kui töövaru jääb üle.

Optilise võimsuse eelarve arvutamine

Transiiveri paari optilise võimsuse eelarve on halvim{0}}juhtude erinevus saatja minimaalse väljundvõimsuse ja maksimaalse (kõige vähem tundliku) vastuvõtja tundlikkuse vahel:

Optilise võimsuse eelarve (dB)=Minimaalne Tx võimsus (dBm) − Minimaalne Rx tundlikkus (dBm)

Esindusliku 10GBASE-LR SFP+ mooduli puhul on tootja-avaldatud halvima-juhtumi väärtused ligikaudu:

• Minimaalne Tx võimsus: –8,2 dBm
• Minimaalne Rx tundlikkus: –14,4 dBm
• Optilise võimsuse eelarve: (−8,2) − (−14,4)=6.2 dB

10 GBASE-SR üle OM3, mille minimaalne Tx on ligikaudu –7,3 dBm ja Rx tundlikkus ligikaudu –11,1 dBm, on eelarve ligikaudu 3,8 dB. Seetõttu saavutab sama 10G kiirus ühe-režiimiga 10 km ja OM{11}} ainult 300 meetrini, eelarve on enam kui 60% väiksem ja mitmerežiimiline sumbumine kilomeetri kohta on ligikaudu kümme korda suurem. Transiiveri valikute-kõrvuti-täieliku ülevaate saamiseks vtühe-režiimi SFP vs mitmerežiimiline SFPjaSFP vs SFP+.
 

Toiminud näide: kas 7 km pikkune 10GBASE-LR link sulgub?

Võtame ülikoolilinnaku tõelise stsenaariumi: 7 km pikkune ühe-režiimi ühendus kahe hoone vahel, millel on kaks LC-plaastrikaablit (üks otsas) ja kolm ühendusliidet. Kahjuarvestus näeb välja selline:

Link sulgub, kuid ainult 1,45 dB kõrgusega. See on tööks piisav, kuid üks määrdunud pistik, mis lisab 1 dB kaotust, lükkaks selle marginaalsesse olekusse. Praktikas peavad insenerid 3 dB järel{5}}eelarvemarginaali tootmis-usaldusväärsuse alammääraks. Selle konkreetse käitamise jaoks on turvalisem spetsifikatsioon laiendatud-ulatusega optika (10 GBASE-ER, ligikaudu 16 dB eelarvega).

Vaseekvivalent: halvim{0}}paarimarginaal sertifitseerimisaruandes

Vase sertifikaat ei kasuta ühte kombineeritud eelarvenumbrit -, vaid iga parameetrit (IL, NEXT, PSNEXT, RL, ACR-F) võrreldakse kanalitestis sagedusest-sõltuva piirjoonega. "Eelarve marginaali" vastav vaste onhalvim-paar: väikseim dB vahemaa mõõdetud kõvera ja standardi piirkõvera vahel, mis tahes piires.

Kaablite sertifitseerimise spetsialistide kogemused on ühes punktis järjekindlad: Cat6A linki, mis läbib halvima-paari marginaaliga alla 1 dB, tuleks käsitleda kui "läbib, kuid riskantne". Need on lülid, mis tekitavad vahelduvaid 10G langusi, kui temperatuur tõuseb, kui kõrvuti asetsevad kaablid tulnukate üle{5}}tihendamiseks uuesti kokku tõmmatakse või kui suure-võimsusega PoE soojendab vaskjuhte ja muudab nende kadude karakteristikuid. Sertifikaat "PASS" on õige; tegevusmarginaal on lihtsalt liiga väike.

Miks "10 Gbps" tähendab vase ja kiu puhul kahte väga erinevat asja?

See on punkt, millest enamik fiiber{0}}vs{1}}vask võrdlustest täielikult mööda läheb. 10 Gbps tabamine vasest keerdpaaril ja 10 Gbps saavutamine kiudpaari kaudu nõuavad täiesti erinevat signaalitehnoloogiat ja erinevus selgitab peaaegu kõiki nende kahe vahelisi kulusid, soojust ja töökindluse erinevusi.

Võtteaineks on projekteerimine, mitte turundus: 10GBASE-T eraldab 500 MHz vaskkanalist 10 Gbps kasuliku koormuse, ladates kaablitehase peale agressiivse DSP, mitme-taseme modulatsiooni ja võimsa FEC-i. Standard töötab -, kuid ainult seetõttu, et kaablijaam on äärmiselt kitsaste tolerantside suhtes. Fiber 10G juures edastab lihtsat kahe-tasandi signaalimist meediumis, kus on suurusjärgus rohkem ruumi, kui sümbolikiirus vajab. See on ka põhjus, miks 10GBASE-T räni töötab kuumemalt, tarbib 2–5 korda rohkem kui 10G SFP+ ja sellel on tihedamate lülitite korral rangemad ümbritseva õhu temperatuuripiirangud. Sama kompromissi{18}}objekt on10GBASE-T vs SFP+ 10GbEdisaineritele, kes nende vahel valivad.

See sama kompromiss{0}}intensiivistub 25G ja kõrgemal. PAM-4 (kasutatakse kiirusega 25 GBASE-T ja igal PAM-4 optilisel rajal kuni 400 G) kahekordistab bitikiirust sümboli kohta ligikaudu 9,5 dB vertikaalse silma SNR-i - hinnaga, mistõttu on 25 GBASE-, kuid Ethernet on haruldane, kuid kõrgemal paberil kasutatakse vaske. migreerus tõhusalt kiudoptilistesse, MPO-kastidesse ja suure tihedusega transiiveritesse.

Test ja sertifitseerimine: kuidas tõestate, et link tegelikult kehtib

"Plug it in and ping it" ei ole testimine. Link, mis täna pingib, võib homme temperatuurikõikumiste korral ebaõnnestuda. Tööstus-standardne sertifikaat annab teile dokumenteeritud, jälgitava, läve-põhise läbimise/ebaõnnestumise kirje - ja tuvastab marginaalsed lingid, mis on-ainult-tänapäeval kandidaadid.

Vase sertifikaat (TIA-1152 / ISO 14763-4)

Välisertifitseerija (Fluke DSX, EXFO MaxTester, Softing WireXpert) pühib kanali üle vastava sagedusvahemiku ja annab aru standardi piirjoontest:

• Wiremap, pikkus, levimisviivitus, viivituse kalduvus
• Sisestamise kadu (IL) paari kohta vs sagedus
• NEXT ja PSNEXT paari kohta kombinatsioon vs sagedus
• ACR-F ja PSACR-F paari kohta kombinatsioon vs sagedus
• Return Loss (RL) paari kohta vs sagedus
• Alalisvooluahela takistus ja takistuse tasakaalustamatus (kriitilise tähtsusega PoE++ tüübi 3/4 jaoks)
• Cat6A jaoks: PSANEXT ja PSAACRF (tulnukate läbikõne) - kohustuslikud 10 GBASE-T kvalifikatsiooni jaoks

Kasulik prioriteetide järjestus aruande lugemisel: kontrollige esmalt testi standardit ja lingi tüüpi (Channel vs Permanent Link vs MPTL); seejärel leidke NEXT, PSNEXT ja RL halvima-paari marginaal; seejärel kontrollige tulnukatest läbirääkimist, kas link kannab 10G. Puhas "PASS" 6+ dB halvima-paari marginaaliga on kindel. Alla 1 dB marginaaliga "PASS" on tõrkepilet, mis ootab juhtumist.

Fiber sertifikaat (Tier 1 ja Tier 2)

Kehtib kaks erinevat testimisrežiimi:

• Tier 1 - optilise kadu testikomplekt (OLTS):Ühes otsas on valgusallikas ja teises võimsusmõõtur, mis mõõdab kahesuunalist sisestuskadu töölainepikkustel (tavaliselt 850/1300 nm mitmerežiimi puhul; 1310/1550 nm ühe-režiimi puhul). Mõõdetud kadu võrreldakse arvutatud lubatava kaoga, mis on tuletatud kiu pikkusest, konnektorite arvust ja splaissingu arvust. See on samaväärne lausega "kas jäime eelarve piiresse".
• Taseme 2 - OTDR (optilise aja-domeeni peegeldusmõõtur):Impulsi{0}}põhine mõõtmine, mis tekitab sündmuse-kogu lingi -sündmusjälje järgi - iga konnektori, splaissi ja makropainde kohta, kuvatakse diskreetse sündmusena mõõdetud kadude ja peegeldusega. Nõutav kriitilise infrastruktuuri püsivate{5}}lingigarantiide jaoks ja asendamatu rikete lokaliseerimiseks paigaldatud seadmes.
• Näokontrolli lõpp- (IEC 61300-3-35):Digitaalne fiibeskoop hindab iga konnektori otsa{0}}pinda tsooni järgi. Ühemoodi-kiudude puhul keelab standard mis tahes kriimustused või defektid südamikutsoonis (tsoon A). Multirežiim on andestavam - kuni 3 µm kriimud ja väike arv kuni 5 µm defekte on lubatud. Iga kiuotsa-pinda tuleks enne paaritumist iga kord kontrollida ja vajadusel puhastada. See pole erand, isegi tehase{10}}otsaga nöörid otse kotist.

  

Rikkerežiimid: mis tegelikult väljal puruneb

Kasulikud on teoreetilised kahjustuste mudelid; tegelikud rikkerežiimid, mida töökohal kohtate, on kitsamad. Siin on empiiriline lühiloend, mis on järjestatud selle järgi, kui sageli igaüks neist pärisinstallatsioonides ilmub.

Vasevälja tõrked, järjestatud sageduse järgi

1. Keerdpaarid lõpus.Kõige tavalisem Cat6A sertifitseerimise rike. Standardid lubavad tungraua lahti keerata vaid umbes 13 mm; paljud paigaldajad keeravad lahti 25 mm või rohkem. NEXT ja PSNEXT kukuvad kokku, eriti pühkimise kõrgeimas otsas, kus töötab 10GBASE-T. Parandus: uuesti-lõpetada, säilitades keerdumise nii lähedal IDC-le kui füüsiliselt võimalik.
2. Liigne kanali pikkus.Kaablitehas töötas kavandatust kauem ja IL ületab 100 m kanali piiri. Sageli püsiv-lingiprobleem, kus horisontaalne jooks ja plaastrijuhtmed ületavad eelarvet. Parandus: lühendage jooksu, eemaldage lõtvunud silmused või eraldage vahepealse rist-ühendusega.
3. Tulnukatest läbirääkimine tihedates kimpudes.Cat6A UTP, mis on tihedalt komplekteeritud kahekümne teise Cat6A UTP-kaabliga kuumas salves, ebaõnnestub PSANEXTis -, kuigi iga link läbib kanalitestid eraldi. Parandus: suurendage kaablite vahekaugust, kasutage F/UTP-d korraliku maandusega või lahutage{4}}käivituse osa.
4. Valesti maandatud varjestatud kaabel.F/UTP- või S/FTP-paigaldis, mis on maandatud ainult ühest otsast või maandatud otste potentsiaalivahega võrdlusalusele, võib tekitada halvema EMI käitumise kui UTP. Varjest saab tõkke asemel antenn. Parandus: ühendage kõik varjestuse äravoolutorud sama potentsiaaliühtlase maanduse etaloniga TIA-607 järgi.
5. PoE{0}}indutseeritud kadude triivimine.Suure-võimsusega PoE (tüüp 3 60 W juures, tüüp 4 90 W juuresIEEE 802.3bt) soojendab juhte. Sisestamiskadu sõltub temperatuurist-sõltub - 20-kraadise sertifikaadiga kaabel võib püsiva PoE++ koormuse korral töötada 5–10 kraadi kuumemalt, erosioonivaru. See põhjustab harva otsest ebaõnnestumist, kuid halvendab{8}}peenikesi marginaallinke.

Fibervälja tõrked, järjestatud sageduse järgi

1. Saastunud pistiku ots{0}}pinnad.Tööstuse konsensuse kohaselt on fiiberühenduse probleemide peamine põhjus. Nahaõlid, riietelt tekkinud kiud, tolmukorgidelt kantud tolm, käte-kreemijäägid - mis tahes neist südamikutsoonis hajutavad või neelavad valgust. Tehase-uus plaastri nöör otse kotist ei ole puhas. Parandus: kontrollige iga ots-enne paaritumist iga kord, kasutades 200× või 400× fiiberskoopi, ja puhasta IEC 61300-3-35 kriteeriumide kohaselt. Täisfiiberoptiliste pistikute tüüpide juhendtutvustab üksikasjalikult hülsi geomeetriat ja{0}}otste poleerimisstiile.
2. Makropainutamine.Kaabliside on tõmmatud liiga pingule, kiud on ümber terava nurga, lõtk hoitud mähises, mis on nominaalsest minimaalsest painderaadiusest tihedam. Sageli silmale nähtamatu; OTDR-jäljel väga nähtav mitte-peegelduva sündmusena, millel on mõõdetav kadu. Paranda: leevendage kõverat; asendada segment, kui kahju ei taastu. Thefiiberoptiliste kaablite paigaldusjuhendkatab minimaalse painderaadiuse ja tõmbe{0}}pingepiirangud kaabli tüübi järgi.
3. Konnektori hülssi kulumine ja vale joondamine.Katsekeskkondadesse korduva sisestamise tõttu kulunud või kriimustatud ümbrised või ilma kontrollimata paaritumisest tekkinud saastumine. Hülsid ei hoia enam südamikke kontsentrilises joonduses. Parandus: vahetage pistik või plaastrijuhe.
4. Vale kiu tüüp või lainepikkuse mittevastavus.OM3 hüppaja, mis on sisestatud ühe-režiimi lingi, või 1310 nm optika, mis töötab 1550 nm jaoks määratud kius. Mõnikord läbib link endiselt liiklust halvenenud jõudlusega, mis varjab probleemi. Parandus: kontrollige kiu tüüpi, ümbrise värvikoodi (SMF jaoks kollane, OM3/OM4 jaoks aqua, OM5 jaoks laimiroheline) ja transiiveri lainepikkust mõlemas otsas.
5. Polaarsusvead MPO/MTP süsteemides.Tüüp A vs tüüp B vs tüüp C polaarsuse segadus 12- või 24-kiulises selgroos. Link ühendub füüsiliselt, kuid edastab paarid edastusega. TheMTP vs MPO valikujuhendläbib polaarsusskeemid otsast-otsani-. Parandus: kontrolli polaarsust enne kasutuselevõttu; kandke välja korrigeerimiseks polaarsuse adapterit.