Tính toán công suất đường truyền, khoản cách cho cáp quang

Tính toán công suất đường truyền, khoản cách cho cáp quang

(Sử dụng cho giao thức Profinet, Cclink, Modbus TCP, Ethernet/IP)

Bài viết này dành cho kết nối sợi quang. Cáp quang có 2 loại Multi mode (<5km) và Single mode (1-120km) và bài viết này chủ yếu dành cho cáp Single Mode.

Thiết kế một hệ thống cáp quang cho giao thức Profinet-Siemens, Cclink-Mitsubishi, Modbus TCP-Schneider, Ethernet/IP-ABB,…. là một hoạt động  yêu cầu tính chính xác và hoạt động ổn định. Như với bất kỳ hệ thống nào, bạn cần đặt tiêu chí cho hiệu suất và sau đó xác định loại cáp và thiết bị đáp ứng các tiêu chí đó. Điều quan trọng cần nhớ là chúng ta đang nói về một hệ thống với nhiều nhánh, không đơn thuần là điểm đến điểm. Fiber Link Budget “Công suất đường truyền quang” là chìa khóa cho một hệ thống cáp quang, nó đề cập đến mức độ tổn thất, suy hao khi thiết kế hệ thống quan cần phải chú ý. Bài viết này sẽ giải thích làm thế nào để xác định “Công suất đường truyền quang” cho một hệ thống điển hình, như thế nào là đủ và đáp ứng.

Có một số cách để giải quyết vấn đề xác định Fiber Link Budget “Công suất đường truyền quang” cho một hệ thống liên kết sợi quang cụ thể. Cách dễ nhất và chính xác nhất là thực hiện theo dõi Máy đo phản xạ miền thời gian quang (OTDR) của liên kết sợi quang thực tế. Điều này sẽ cung cấp cho bạn các giá trị tổn thất thực tế cho tất cả các sự kiện (đầu nối, mối nối và mất sợi) trong kết nối quang. Trong trường hợp không có dấu vết OTDR thực tế, có hai lựa chọn thay thế có thể được sử dụng để ước tính Fiber Link Budget “Công suất đường truyền quang” xem có đáp ứng được hay chưa.

1. Ước tính tổng suy hao tối thiểu cần có “total link loss” hoặc Tổng công suất cần có “link budget” dựa vào độ dài cáp quang, các mối kết nối và cổng vật lý (SC,ST, Adapter-ODF), mối hàn quang, độ suy hao an toàn.

2. Ước tính khoảng cách sợi tối đa nếu biết Link Budget “Tổng công suất đường truyền quang” nếu biết được chiều dài và các thông số như các mối kết nối và cổng vật lý (SC,ST, Adapter-ODF), mối hàn quang, độ suy hao an toàn.

Để tính toán ngân sách liên kết hệ thống cáp quang phải dựa trên một danh sách dài các yếu tố liên quan. Tất nhiên không thể nào chính xác 100% nhưng từ 90% lên thì rất đáng cân nhắc để các bạn đọc tiếp bài viết này. Sau đây là danh sách các mục cơ bản được sử dụng để xác định hiệu suất hệ thống truyền dẫn:

Một số yếu tố chính khiến ảnh hưởng đến suy hao quang

1/ Hệ số suy hao quang “Fiber Loss Factor”  có tác động lớn nhất đến hiệu suất toàn hệ thống. Nhà sản xuất sợi quang cung cấp hệ số suy hao/tổn thất tính theo dB trên mỗi km (dB “decibell” là đơn vị so sánh về độ mạnh (intensity), công suất (power) tính so với một Wat, còn dBm là decibell tính so với một miliwatt “mW”. Tại sao phải là dB, công suất liên quan đến độ phát có chỉ số rất nhỏ ví dụ 1 dB= 1.25 W và biểu thị nhỏ hơn là mức dBm tương ứng mW, như vậy khi đề cập mức năng lượng bằng dB này dễ tính toán hơn khi áp dụng Watt hay nói cách khác là nó chuyên dùng để tính toán công suất truyền cho sợi quang). Tóm lại khi đề cập đế dây dẫn đặc biệt dây cáp quang thì năng lượng truyền đi càng xa thì sẽ mất đi một năng lượng truyền nhất định trên từng km.

2/ Loại sợi Type of fiber” – Hầu hết các sợi đơn mode có hệ số suy hao trong khoảng từ 0,25 dB (@ 1550nm) đến 0,35 dB (@ 1310nm) dB / km. Sợi đa mode có hệ số tổn thất khoảng 2,5 dB (@ 850nm) và 0,8 dB (@ 1300nm) / km. Loại sợi được sử dụng là rất quan trọng. Sợi đa mode chế độ được sử dụng đầu phát LED thường không có đủ năng lượng để đi hơn 1km. Các sợi chế độ đơn mode được sử dụng đầu phát LASER cho khả năng truyền xa lên đến 120km. Tùy thuộc vào bước sóng 1550nm hay 1310nm.

3/ Công suất Đầu phátTransmitter” – Có hai loại đầu phát cơ bản được sử dụng trong các hệ thống cáp quang. LASER có ba loại (tầm xa, tầm trung và tầm ngắn). Thiết kế hệ thống tổng thể sẽ xác định loại nào được sử dụng. Các đầu phát LED được sử dụng với các sợi đa mode, tuy nhiên, có một đèn LED công suất cao có thể được sử dụng với sợi quang đơn mode. Bộ phát được đánh giá về mặt phát sáng/phát năng lượng ở đầu nối, mức phát năng lượng trung bình -5dBm. Một máy đầu phát một số hãng thường được gọi là một bộ phát Emitter.

4./ Độ nhạy của đầu thuReceiver Sensitivity”  – Khả năng của đầu thu sợi quang nhìn thấy nguồn sáng từ đầu phát. Một thiết bị nhận cần một lượng ánh sáng nhận tối thiểu nhất định để hoạt động. Bộ thu được đánh giá theo mức độ tối thiểu cần thiết của ánh sáng nhận được, chẳng hạn như -27dBm

5/ Số lượng và loại mối nối vật lý và mối hàn quang  “Number and type of splices – connector” Có hai loại mối nối. Cơ học, sử dụng một bộ các đầu nối ở hai đầu sợi và hợp nhất lại thường thấy các connector SC, ST, LC…., là sự kết nối trực tiếp vật lý của các đầu sợi. Sự suy hao khi sử dụng mối nối vật lý này thường được tính toán trong khoảng 0,7 đến 1,5 dBm trên mỗi đầu nối. Mối hàn quang “Fusion splices”  được tính toán trong khoảng từ 0,1 đến 0,5 dB mỗi mối nối. Chính vì khả năng suy hao thấp hơn các mối nối vật lý ST, SC nên việc hàn quang luôn được ưu tiên hơn nhưng chi phí sẽ cao hơn thường dùng các dự án lớn nhiều điểm hàn quang.

6/ Hế số an toàn “Margin – This is an important factor” – Đây là một yếu tố quan trọng. Một hệ thống có thể được thiết kế dựa trên việc tiếp cận một máy thu với lượng ánh sáng cần thiết tối thiểu. Qua quá trình hoạt động có thể bị suy hao vì môi trường tác động hoạt bản thân thiết bị đầu nối. Chúng ta luôn tính toán đến việc trừ hao một cách an toàn, hệ số an toàn có thể tính toán từ 3dB đến 10dB tùy thuộc vào hệ thống. Thông thường 3dBm đã đủ

CÔNG THỨC 1:

Tính tổng Công suất cần có “link budget” dựa vào độ dài cáp quang, các mối kết nối và cổng vật lý (SC,ST, Adapter-ODF), mối hàn quang, độ suy hao an toàn.

Link Budget/ Công suất đường truyền quang = [chiều dài sợi (km) × suy hao sợi trên mỗi km] + [mối hàn quang × # số lượng] + [connector “SC,ST,LC”  × # số lượng ] + [Hệ số an toàn]

Ví dụ: Tính toán hệ số công suất truyền cho 2 bộ chuyển đổi quang điện/switch hỗ trợ cáp quang dùng cho hệ thống mạng Profinet, Ccink, Modbus TCP, Ethernet/IP với khả năng truyền 10 km cáp quang single mode fiber có bước sóng 1310nm với 2 cặp connector SC và 2 mối hàng quang “splices”.
Dựa vào bảng trên ta có công suất suy hao trung bình khi sử dụng cáp quang single mode bước sóng 1310nm là 0.35dBm/km

Link Budget = [10km × 0.35dB/km] + [0.1dB × 2] + [0.75dB × 2] + [3.0dB] = 8.2dB

Chọn thiết bị có Link Budget >8.2dB là ok.

CÔNG THỨC 2:

Tính khoảng cách sợi tối đa nếu biết Link Budget “Tổng công suất đường truyền quang” nếu biết được chiều dài và các thông số như các mối kết nối và cổng vật lý (SC,ST, Adapter-ODF), mối hàn quang, độ suy hao an toàn.

Độ dài sợi = ([TX Range (dBm) số nhỏ/tối thiểu] – [RX Range (dBm) độ nhạy]- [Mối hàn quang “splices” × # số lượng]- [(Connetor SC, ST,…) × # Số lượng]- [Hệ số an toàn]} / [Thông số suy hao sợi trên mỗi km]

Ví dụ: Chúng ta đang cần 1 mô đun quang SFP (Hình dưới) truyền được 15km. Ta check được mô đun SFP sau của NSX Moxa. Mô-đun Gigabit Ethernet SFP với Part No: SFP-1GLHLC-T . Kết nối chế độ đơn mode (single) ở bước sóng 1310nm với 2 cặp đầu nối và 2 mối hàn quang. Độ dài sợi = {[(-9.0dB) – (-21.0dB)] – [0.1dB × 2] – [0.75dB × 2] – [3.0dB]} / [0.35dB / km] = 20.8km.

Qua các thông số và cách tính trên thì với khoản cách 20,8 km là có thể truyền ổn định và nằm trong giải yêu cầu. Như mọi khi, điều quan trọng là đo lường và xác minh các giá trị bị suy hao thực tế sau khi kết nối để đạt được hiệu suất và độ ổn định mong muốn.

Độ suy hao thực tế sẽ thay đổi tùy thuộc vào:

Độ suy giảm sợi quang thực tế trên mỗi km

Thiết kế sợi quang và tuổi đời

Chất lượng đầu nối và tổn thất thực tế trên mỗi cặp

Chất lượng mối nối và tổn thất thực tế trên mỗi mối nối Số lượng mối nối và đầu nối trong liên kết.

Nguồn tham khảo: optcore, RapidTables

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

error: Content is protected !!