Glasvezellinks: hoe licht data transporteert

Elk materiaal in deze documentatie eindigt op dezelfde plaats — een glazen draad van een tiende millimeter dik die pulsen infraroodlicht draagt. Een glasvezelcommunicatielink bestaat uit de zender die de pulsen maakt, de glasvezelinstallatie die ze draagt en de ontvanger die ze weer omzet in bits, plus alles daartussen: connectoren, patchpanelen, lassen, splitters en filters. Deze sectie verklaart de fysica en techniek achter die keten op de diepte die nodig is om een link te ontwerpen, te testen en storingen te zoeken — waarom licht in de glasvezel blijft, wat het verzwakt en uitsmeert, hoe ver een bepaalde optische module reikt, waaruit de passieve installatie bestaat, hoe deze wordt gemeten en hoe zij faalt.

Waarom glasvezel

De keten

Een link is een reeks elementen, elk met verlies en sommige met vervorming:

1. Zender — laser of VCSEL in de transceiver, die −8 … +4 dBm licht uitzendt op 850, 1310 of 1550 nm (Lasers).
2. Patchkabel — jumper van 1–5 m van de module naar een patchpaneel; twee connectoreindvlakken.
3. Patchpaneel / ODF — adapter waar de jumper aansluit op een pigtail die aan de kabel is gelast.
4. Kabel — binnen-, buiten- of hybridekabel, van meters tot tientallen kilometers, met één of honderden glasvezels (Passieve installatie).
5. Lassen, splitters, filters — fusielassen langs het traject; PON-splitters of WDM-muxen waar de topologie die nodig heeft.
6. Paneel en patchkabel aan het verre einde — het spiegelbeeld.
7. Ontvanger — fotodiode in de transceiver aan het verre einde, die −12 … −28 dBm nodig heeft, afhankelijk van het type (Ontvangers).

Het linkbudget is de berekening die de verliezen van 2–6 optelt, vergelijkt met het verschil tussen 1 en 7 en een marge overlaat (Linkbudget-engineering).

De vier beperkingen van een link

Glasvezel in één alinea

Licht blijft in de kern omdat de brekingsindex van de kern iets hoger is dan die van de mantel — totale interne reflectie. Een singlemodeglasvezel (kern van 9 µm) draagt één lichtpad en reikt tientallen kilometers; een multimodeglasvezel (kern van 50 µm) draagt honderden paden die op iets verschillende tijden aankomen. Dat beperkt haar tot honderden meters, maar maakt goedkope VCSELs van 850 nm mogelijk. De details — modi, numerieke apertuur, buigverlies, glasvezelklassen OM1–OM5 en OS2 — staan in Hoe licht zich voortplant en Connectoren en glasvezeltypen.

Generaties glasvezellinks

De transceiverkant van deze geschiedenis: Wat is een transceiver.

Verder lezen

• Hoe licht zich voortplant in glasvezel — brekingsindex en totale interne reflectie, numerieke apertuur, modi, single- versus multimode, modevelddiameter, afsnijgolflengte, buigverlies, glasvezelklassen.
• Demping en transmissievensters — Rayleigh-verstrooiing en absorptie, de waterpiek, vensters 850/1310/1550 nm, dB/km per glasvezel en golflengte, connector- en lasverliezen.
• Dispersie en bandbreedte — modale, chromatische en polarisatiemodedispersie, bandbreedte-afstandsproduct, door dispersie beperkt bereik, compensatie.
• Glasvezeltypen — ITU-T G.652–G.657-singlemode, OM1–OM5-multimodeklassen, speciale glasvezels, verliezen bij verbindingen tussen verschillende glasvezels, de geïnstalleerde glasvezel vaststellen.
• Niet-lineaire effecten — SPM, XPM, FWM, Brillouin- en Ramanverstrooiing, waar ze van belang zijn, optimaal zendvermogen, mitigatie.
• Reflecties en retourverlies — Fresnelreflectie, reflectantie versus ORL, typische waarden per component, eisen uit normen, meting, reflecties laag houden.
• Hoe glasvezel wordt gemaakt — materialen, MCVD/OVD/VAD/PCVD-preforms, trekken en coating, proeftest en QA, speciale glasvezels, betekenis in het veld.
• Betrouwbaarheid en veroudering — sterkte en statische vermoeiing, regels voor buiging en trek, verouderingsmechanismen, levensduur per onderdeel, glasvezel per tijdperk, ontwerpen voor veroudering.
• Linkbudget-engineering — de vergelijking, verliesmarges, vermogenspenalties, margebeleid, uitgewerkte voorbeelden, overbelasting van de ontvanger en verzwakkers.
• Passieve installatie — kabels, patchpanelen, pigtails, lassen, verzwakkers, splitters, WDM-filters, behuizingen en hun verliesmarges.
• Kabelconstructie — lagen, kabelfamilies van losse buis tot OPGW en oprolbare ribbon, brandklassen, kleurcodes, een kabeldatasheet lezen, de kabel kiezen.
• Glasvezelnetwerktopologieën — punt-naar-punt, ringen, meshes, PON-bomen, WDM; gestructureerde bekabeling, datacenterpatronen, FTTx, planning van glasvezelaantallen, bescherming.
• Kabelroutes en installatie — kabelgoten, directe ingraving, luchtkabel, binnenroutes; limieten voor buiging en trek, routeplanning, moffen, labeling, acceptatie.
• Documentatie en labeling — de registratieset, identifierschema's, labels, normen, hulpmiddelen, het proces en de veelvoorkomende fouten.
• Actieve optische infrastructuur — passief versus actief, het overzicht van actieve elementen, waar de decibels naartoe gaan, eigendom en demarcatie, levenscyclus.
• Transceivers in de link — de module afstemmen op glasvezel en afstand, het budget vanaf de modulekant, connectoren en polariteit, compatibiliteit, diagnostiek, veelvoorkomende mismatches.
• Versterkers en regeneratie — wanneer het budget eindigt, EDFA/Raman/SOA/OEO, plaatsing, het OSNR-budget, een versterkte lijn gebruiken, versterken, regenereren of coherent gaan.
• Transport- en toegangsapparatuur — mediaconverters, transponders, ROADMs, OLT/ONU, beschermingsswitches, voeding en locaties, beheer, valkuilen.
• Monitoring en beheer — zichtbaarheidslagen, alarmen en hun betekenis, basislijnen en trends, protocollen en hulpmiddelen, correlatie van module- en glasvezeldata.
• Lassen en afwerken — het fusielasproces, mechanische lassen, pigtails en veldconnectoren, acceptatiecriteria en defecten.
• Testen en meten — lichtbron en vermogensmeter, OTDR, retourverlies, inspectie van eindvlakken, certificering, DDM als meter gebruiken.
• Een OTDR-meetcurve lezen — instelparameters, de gebeurteniscatalogus, dode zones en dynamisch bereik, tweerichtingsmiddeling, afstand tot de route, misinterpretaties, actieve glasvezel en PON.
• Inspectie en reiniging van eindvlakken — effect van vervuiling, IEC 61300-3-35-zones en criteria, apparatuur en techniek, soorten vervuiling, reinigingsmethoden, de procedure.
• Glasvezelkarakterisering — wanneer nodig, de tests, limieten per dienst, resultaten lezen voor de identiteit en leeftijd van glasvezel, procedure en rapportage.
• Storingen in de glasvezelinstallatie — buigingen, vuil, mismatches, slechte lassen, reflecties, water: symptomen, kenmerken, oplossingen.
• Onderhoud en herstel — preventieve cyclus, monitoring, reserveonderdelen, het herstelproces, hoofdoorzaken van uitval, levenscyclus van de installatie.
• Veiligheid en omgang — laserklassen en gevarenniveaus, regels voor actieve glasvezel, glas en chemicaliën, locatiegevaren, hantering van modules en kabels.
• Overzicht van normen — ITU-T, IEC, TIA/ISO, Telcordia, IEEE/OIF en nationale documenten per organisatie en taak, aanduidingen naast elkaar.
• Glasvezelwoordenlijst — de termen voor licht, typen glasvezel en kabel, passieve componenten, connectoren, installatie, testen en beheer.
• Typische waarden — demping, verliesmarges, reflectantie, geometrie, dispersie, mechanische limieten, golflengtes, OTDR-cijfers, interfacebudgetten, vermogen en veiligheid.
• Formules en berekeningen — decibels, demping, geleidingsparameters, dispersie, linkbudget, reflecties, OTDR, latentie, mechanica en planningsaantallen, elk met een uitgewerkt voorbeeld.

In CodingBox

De DDM van de transceiver is de ingebouwde vermogensmeter van de link: zendvermogen aan het ene einde, ontvangen vermogen aan het andere en het verschil is het installatieverlies — dat CodingBox op de werkbank leest en de switch tijdens gebruik leest (DDM in de app, Rx-vermogen en linkbudget).