Straty wtrąceniowe IL to ilość energii, jaką sygnał traci podczas przemieszczania się wzdłuż łącza kablowego. Jest to naturalne zjawisko, które występuje w przypadku każdego rodzaju transmisji – czy to energii elektrycznej, czy danych. Ta redukcja sygnału, zwana również tłumieniem, jest bezpośrednio związana z długością kabla – im dłuższy kabel, tym większa strata wtrąceniowa. Straty wtrąceniowe są również powodowane przez wszelkie punkty połączeń wzdłuż kabla (np. złącza i sploty).
Wzór na stratę wtrąceniową IL
Tłumienność wtrąceniowa jest kluczowym parametrem zarówno w przypadku kabli miedzianych, jak i światłowodowych i jest mierzona w decybelach (dB). Zazwyczaj jest to liczba dodatnia, która jest obliczana przez porównanie mocy wejściowej sygnału w źródle z mocą wyjściową na dalekim końcu. Im niższa strata wtrąceniowa, tym lepsze osiągi. Jeśli strata wtrąceniowa jest zbyt wysoka, może uniemożliwić prawidłowy odbiór i interpretację sygnału przez aktywny sprzęt na dalekim końcu łącza. Ponieważ tłumienność wtrąceniowa jest bezpośrednio związana z odległością i liczbą punktów połączeń, standardy przemysłowe określają limity tłumienności wtrąceniowej oraz liczbę połączeń i ograniczenia odległości dla konkretnych aplikacji.
Strata wtrąceniowa vs. strata odbicia vs. reflektancja
Podobnie jak strata wtrąceniowa, strata odbiciowa (return loss) jest kolejnym parametrem, który jest ważny zarówno w systemach miedzianych, jak i światłowodowych. Zamiast mierzyć wielkość strat na łączu, strata powrotna mierzy ilość mocy dostarczonej ze źródła w porównaniu do ilości odbitej z powrotem w kierunku źródła. Podobnie jak straty wtrąceniowe, strata powrotna jest również liczbą dodatnią. Jednakże, w przeciwieństwie do straty wtrąceniowej, im wyższa liczba, tym lepsza wydajność. Zmniejszenie odbić skutkuje wyższą stratą powrotną. Innymi słowy, gdyby żaden z sygnałów nie był odbijany, strata powrotu byłaby nieskończona. Wyższa tłumienność odbicia również ogólnie koreluje z niższą tłumiennością wtrąceniową. Ważne jest, aby pamiętać, że w zastosowaniach światłowodowych, odwrotność straty powrotnej jest odbicie, który mierzy ilość odbicia wstecznego utworzonego przez odbicia zdarzenia (np. złącze) w porównaniu do ilości światła wstrzykniętego. Również wyrażona w dB, reflektancja jest liczbą ujemną.
Straty wtrąceniowe w światłowodach
Straty wtrąceniowe w systemach okablowania światłowodowego są znacznie mniejsze niż w przypadku miedzi, dlatego światłowody mogą być stosowane w przypadku większych odległości i długich sieci szkieletowych. Na przykład światłowód wielomodowy traci tylko około 3% (0,3 dB) pierwotnej mocy sygnału na dystansie 100 m, podczas gdy kabel miedziany kategorii 6A traci około 94% (12 dB) mocy sygnału na tym samym dystansie. Istnieją jednak ograniczenia co do wielkości strat wtrąceniowych, z jakimi mogą sobie poradzić określone aplikacje światłowodowe, a aplikacje o wyższej przepustowości mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące strat. Na przykład w przypadku aplikacji 10 Gb/s 10GBASE-SR na 400 metrach światłowodu wielomodowego maksymalna strata wtrąceniowa kanału wynosi 2,9 dB, natomiast w przypadku aplikacji 100 Gb/s 100GBASE-SR4 maksymalna strata wynosi 1,5 dB.
Budżet strat wtrąceniowych IL światłowodu
Na podstawie maksymalnych wartości strat wtrąceniowych opublikowanych w normach branżowych dla konkretnych zastosowań, budżety strat są określane na wczesnym etapie projektowania, aby zapewnić, że instalacja kablowa nie przekroczy maksymalnych specyfikacji. Na podstawie specyfikacji producentów włókien i złączy, a także maksymalnej określonej straty dla wszelkich splotów lub rozgałęźników, budżety strat wtrąceniowych włókien są obliczane poprzez dodanie strat wtrąceniowych dla długości włókna i dla każdego planowanego punktu połączenia w kanale. Należy również uwzględnić sprzęt aktywny zgodnie ze specyfikacjami producenta sprzętu, biorąc pod uwagę wszelkie różnice między nadajnikami i odbiornikami, a także pewien margines uwzględniający utratę mocy w czasie, która może wystąpić ze względu na wiek nadajnika.
Jak badać straty wtrąceniowe w systemach światłowodowych?
Ponieważ tłumienność wtrąceniowa jest podstawowym parametrem wpływającym na zdolność łącza światłowodowego do obsługi danej aplikacji, jest ona wymagana podczas testów certyfikacyjnych światłowodów zgodnie z normami branżowymi. Zestaw do testowania strat optycznych, taki jak CertiFiber® Pro firmy Fluke Networks, zapewnia najdokładniejszy pomiar strat wtrąceniowych w łączu, wykorzystując źródło światła na jednym końcu i miernik mocy na drugim, aby dokładnie zmierzyć ilość światła wychodzącego z przeciwległego końca. Zarówno normy TIA jak i ISO używają terminu “Tier 1” do opisania testów z użyciem OLTS.
Niektóre projekty określają również rozszerzone testy “Tier 2”, które wymagają zastosowania reflektometru optycznego OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) w celu scharakteryzowania strat w poszczególnych splotach i złączach. OTDR osiąga to poprzez transmisję impulsów świetlnych do włókna i pomiar ilości światła odbitego od każdego impulsu. OTDR jest również zazwyczaj wymagane do obliczenia straty powrotnej poszczególnych złączy i dlatego jest niezbędny do zastosowań, takich jak krótki zasięg single-mode, gdzie maksymalna strata wtrąceniowa jest oparta na liczbie i straty powrotnej złączy w kanale. Ważne jest, aby zauważyć, że użycie OTDR w testach Tier 2 nie zastępuje OLTS, ponieważ całkowity pomiar tłumienności wtrąceniowej uzyskany za pomocą OTDR jest wnioskowanym wyliczeniem, które niekoniecznie przedstawia całkowitą stratę, która wystąpi na łączu, gdy jest ono aktywne. Tak więc nawet jeśli specyfikacja wymaga rozszerzonego testowania warstwy 2, testowanie strat wtrąceniowych warstwy 1 za pomocą OLTS jest nadal wymagane. W tych scenariuszach, zaleca się również, że charakterystyka OTDR być wykonane przed OLTS straty wtrąceniowej badania, ponieważ jest wymagany do ostatecznego dowodu zgodności. Przeczytaj o użyciu zarówno OLTS i OTDR dla kompletnej strategii testowania.
Procedura badania strat wtrąceniowych w światłowodach
Badanie strat wtrąceniowych we współczesnych wielomodowych systemach światłowodowych wymaga zastosowania metody strumienia otoczonego (EF) w celu zmniejszenia niepewności pomiaru. Metoda ta pozwala kontrolować sposób wprowadzania światła do testowanego światłowodu w celu uniknięcia przepełnienia, które może spowodować uzyskanie pesymistycznych wyników, lub niedopełnienia, które może spowodować uzyskanie optymistycznych wyników. Firma Fluke Networks dostarcza wszystkie testery i referencyjne przewody testowe zgodne ze standardem EF dla długości fal 850 nm i 1300 nm dla wszystkich typów światłowodów wielomodowych.
Domyślną procedurą testowania tłumienności wtrąceniowej jest metoda 1 zworki, która obejmuje tłumienie połączeń na obu końcach, co ostatecznie oznacza, że instalacja okablowania będzie używana. Aby dokładnie przetestować tłumienność pierwszego i ostatniego złącza, muszą one być połączone z podobnymi złączami o znanej jakości przy użyciu Test Reference Cords (TRCs). TRCs to wysokiej jakości przewody testowe zakończone złączami klasy referencyjnej i optycznym wyrównaniem rdzeni światłowodowych, które wykazują bardzo niską stratę poniżej 0,2 dB dla jednomodowych i poniżej 0,1 dB dla wielomodowych. Typowe zworki światłowodowe stosowane w codziennym użytkowaniu mieszczą się w zakresie od 0,3 dB do 0,5 dB i nie powinny być używane do testów.
Aby uwzględnić stratę TRC, OLTS musi być skalibrowany do 0 dB straty poprzez ustawienie odniesienia – koncepcja podobna do umieszczenia miski na wadze, a następnie skalibrowania wagi do zera w celu uzyskania dokładnej wagi dla tego, co znajduje się w misce. Ustawienie wartości referencyjnej jest łatwe dzięki kreatorowi ustawiania wartości referencyjnej CertiFiber Pro firmy Fluke Networks, który przeprowadza użytkownika krok po kroku przez cały proces.
Przykład pomiaru straty wtrąceniowej
Badanie tłumienności wtrąceniowej za pomocą urządzenia CertiFiber Pro OLTS firmy Fluke Networks umożliwia łatwe określenie wyniku pozytywnego/negatywnego na podstawie typu testowanego włókna i limitów testowych aplikacji, wskazując całkowitą stratę łącza i jego długość. Jak pokazano na poniższym przykładzie tłumienia wtrąceniowego, linia przerywana wskazuje, co jest uwzględnione w pomiarze, a okno “Szczegóły” (Detail) pokazuje margines i dopuszczalne limity dla włókna przy obu długościach fali.
Zrzut ekranu miernika z testów straty wtrąceniowej
Wyniki testów tłumienności wtrąceniowej dla każdego łącza światłowodowego mogą być również przesyłane i zarządzane za pomocą LinkWare™ Live, usługi opartej na chmurze, która umożliwia generowanie raportów certyfikacyjnych oraz udostępnianie, śledzenie i zarządzanie wszystkimi wynikami testów w ramach projektu. Oprócz wyników strat wtrąceniowych, raport z certyfikacji strat wtrąceniowych LinkWare zawiera informacje o testowanym włóknie, identyfikatorze kabla, typie złącza i limitach testowych, dacie i czasie, a nawet informacje o kalibracji i oprogramowaniu testera.
Przyczyny strat wtrąceniowych w systemach światłowodowych
Przekroczenie wartości tłumienności wtrąceniowej dla danej aplikacji może być wynikiem zastosowania komponentów o niższej jakości lub niewłaściwej terminacji, czego skutkiem może być np. niewspółosiowość złącza lub zabrudzenie końcówek włókien. W rzeczywistości, zanieczyszczenie końcówek włókien pozostaje główną przyczyną strat wtrąceniowych. Jeśli dokonywano przepinania złącz, dodawania i zmieniania połączeń bez odpowiedniego czyszczenia i sprawdzania końcówek włókien, to co mogło być czyste w momencie instalacji, może być teraz zanieczyszczone i dodawać straty wtrąceniowe do kanału. Inne przyczyny mogą obejmować błędne obliczenia podczas określania budżetu strat wtrąceniowych lub prawdopodobieństwo, że coś się zmieniło podczas instalacji, np. dodano połączenia lub połączenie jest dłuższe niż planowano. Problemy po instalacji mogą być również spowodowane przejściem klienta na aplikację o większej prędkości, która ma bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące tłumienności wtrąceniowej niż te, które zostały użyte w pierwotnych obliczeniach.
Jak wspomniano wcześniej, dobra tłumienność odbicia jest również wskaźnikiem dobrej tłumienności wtrąceniowej. Chociaż tłumienność wtrąceniowa jest podstawowym parametrem wymaganym do zapewnienia wsparcia dla danej aplikacji, istnieją pewne aplikacje bardziej podatne na odbicia, w których liczba i wartości tłumienia powrotu złączy mogą wpływać na dopuszczalną maksymalną tłumienność wtrąceniową. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku tanich transceiverów o małej mocy używanych w nowszych aplikacjach jednomodowych o krótkim zasięgu.
Rozwiązywanie problemów z tłumieniem wtrąceniowym w światłowodzie
Gdy tłumienność wtrąceniowa nie przejdzie testów certyfikacyjnych z OLTS, najlepszym sposobem na zlokalizowanie problemu jest użycie OTDR, który może mierzyć straty w określonych zdarzeniach, takich jak przerwy, zgięcia, splotów i złączy. To może pozwolić technikom określić przyczynę i dokładną lokalizację zdarzenia utraty. OTDR zapewnia graficzny ślad, który charakteryzuje każdą stratę nawet wzdłuż łącza światłowodowego.
Doświadczeni fachowcy dokonujący pomiarów OTDR potrafią rozpoznać zdarzenia w kanale światłowodowym, takie jak złącza testera, przewody startowe, złącza, sploty, źle dopasowane włókna, i koniec łącza. Rozróżnienie poszczególnych momentów w kanale światłowodowym wymaga specjalistycznej wiedzy i może być trudne bez wieloletniego doświadczenia. Na szczęście zaawansowane OTDR-y, takie jak Fluke Networks OptiFiber™ Pro, zawierają łatwą do odczytania graficzną mapę zdarzeń, która analizuje zdarzenia powodujące straty przy użyciu zaawansowanej logiki, która automatycznie interpretuje ślad.
Straty wtrąceniowe w miedzi
Ponieważ tłumienność wtrąceniowa występuje dla każdego rodzaju transmisji, jest ona również parametrem wydajności w miedzianych systemach okablowania. W porównaniu do światłowodów, systemy okablowania miedzianego wykazują znacznie większą stratę wtrąceniową. Kluczową różnicą jest również fakt, że straty sygnału na miedzi zmieniają się wraz z częstotliwością sygnału – miedziane łącza wykazują większe straty dla sygnałów o wyższej częstotliwości. Na przykład maksymalna dopuszczalna tłumienność wtrąceniowa dla kategorii 5e dla częstotliwości 100 MHz wynosi około 22 dB, natomiast dla kategorii 6 dla częstotliwości 250 MHz wynosi nieco ponad 32 dB.
Jak sprawdzić stratę wtrąceniową w okablowaniu miedzianym?
Ponieważ tłumienność wtrąceniowa zmienia się w zależności od częstotliwości, testuje się ją w całym zakresie częstotliwości dla danego zastosowania. Na przykład w kanale kategorii 5e tłumienność wtrąceniowa jest testowana w zakresie od 1 MHz do 100 MHz. W przypadku kategorii 6A jest ona badana w zakresie od 1 MHz do 250 MHz. Seria testerów DSX CableAnalyzer firmy Fluke Networks automatycznie przeprowadza testy na każdej częstotliwości w zależności od testowanego zastosowania i wykreśla wyniki dla całej częstotliwości, jak pokazano poniżej.
Reguła 3 dB
Zgodnie z normami przemysłowymi, wyniki strat wtrąceniowych miedzi mniejsze niż 3 dB są ignorowane. Zasada ta jest określana jako “reguła 3 dB” i ma zastosowanie do wszystkich standardowych limitów testowych okablowania miedzianego. W przypadku bardzo krótkich odcinków, tłumienność wtrąceniowa może nigdy nie osiągnąć wartości 3 dB przez co cały pomiar zostanie zignorowany.
Reguła 4 dB
Dodatkowo, pomiary przesłuchu blisko końca kabla, które występują przy tłumienności wtrąceniowej mniejszej niż 4 dB są również ignorowane. Jeśli tłumienność wtrąceniowa nigdy nie osiągnie wartości 4 dB, cały pomiar przesłuchu w pobliżu końca jest ignorowany, nawet jeśli przesłuchy w pobliżu końca przekraczają limit.
Odchylenie straty wtrąceniowej
Odchylenie straty wtrąceniowej (ILD) spowodowane niedopasowaniem impedancji komponentów w kanale miedzianym jest brane pod uwagę przy wyższych częstotliwościach w szybkich, pełnodupleksowych zastosowaniach, ponieważ może powodować szumy, które pogarszają wydajność. W tych zastosowaniach, w łączach wykazujących zmiany impedancji strukturalnej, przy wysokich częstotliwościach (typowo powyżej 75 MHz) może wystąpić tętnienie w wynikach tłumienia wtrąceniowego. Tętnienie to zwiększa swoją wielkość w funkcji częstotliwości i ilości struktury w kablu. Chociaż nie jest to parametr testowy, producenci mierzą ILD jako najgorszy przypadek różnicy pomiędzy oczekiwaną stratą wtrąceniową a rzeczywistą zmierzoną stratą wtrąceniową.
Przyczyny strat wtrąceniowych w systemach okablowania miedzianego
W okablowaniu miedzianym tłumienność wtrąceniowa zależy w dużej mierze od grubości drutu – druty 23 AWG będą miały mniejszą tłumienność wtrąceniową niż tej samej długości (cieńsze) druty 24 AWG. W związku z tym przekrój drutu został zwiększony dla zastosowań o wyższej częstotliwości – kategoria 5e ma zwykle przekrój 24 AWG, a kategoria 6A – 22 lub 23 AWG. Z tego powodu niektóre z nowych, popularnych, cieńszych kabli 28 AWG są ograniczone do krótszych odległości, aby zrekompensować zwiększone straty. Ponadto skrętki miedziane wykazują o 20-50% większą tłumienność wtrąceniową niż lite przewodniki miedziane, dlatego lite przewodniki są stosowane w dłuższych odcinkach stałego łącza kanału miedzianego, a skrętki są ograniczone do krótszych kabli krosowych. W przypadku okablowania miedzianego, tłumienność może być również związana z temperaturą.
Wyższe temperatury powodują większe tłumienie we wszystkich kablach, dlatego normy określają maksymalne temperatury pracy dla okablowania miedzianego lub wymagają obniżenia wartości znamionowych długości dla gorętszych środowisk pracy. Jest to również problem w przypadku kabli miedzianych przewodzących prąd stały za pomocą technologii zdalnego zasilania, takich jak Power over Ethernet (PoE), które mogą powodować dalszy wzrost temperatury, zwłaszcza w przypadku kabli umieszczonych w środku lub blisko środka wiązki kablowej, które nie mogą prawidłowo odprowadzać ciepła.
Ponadto, użycie smaru na kablach w celu ułatwienia instalacji może spowodować uszkodzenie tłumienności wtrąceniowej – nawet jeśli wszystkie inne czynniki przejdą pomyślnie. Smar ma wysoką przewodność, co powoduje, że elektrony znikają z kabla i nie są odbierane przez tester. Z czasem, gdy smar się utwardza i staje się mniej przewodzący, tłumienie wtrąceniowe ulega poprawie.
Co decyduje o dobrym urządzeniu do badania tłumienia wtrąceniowego?
Bez względu na to czy badasz światłowody czy miedź, kluczem do dobrego testera strat wtrąceniowych jest dokładność. W przypadku badań certyfikacyjnych światłowodów, oznacza to, że potrzebujesz testera zgodnego ze standardem Encircled Flux z możliwością testowania łączy światłowodowych wielomodowych i jednomodowych przy wielu długościach fal oraz zaawansowaną automatyczną analizą Pass/Fail zgodną z normami przemysłowymi lub niestandardowymi limitami testowymi. Dodatkowo, możliwość łatwego i dokładnego ustawienia testera może w znacznym stopniu skrócić czas i zapobiec błędom w testach. CertiFiber(TM) Pro firmy Fluke Networks, należący do rodziny produktów do certyfikacji okablowania Versiv™, jest wysoce dokładnym zestawem do testowania strat optycznych, który zawiera wszystkie te funkcje, aby przyspieszyć każdy etap procesu certyfikacji światłowodów. CertiFiber Pro może być również łatwo aktualizowany przy użyciu najnowszego oprogramowania sprzętowego w celu obsługi nowych aplikacji, obsługuje zarządzanie wynikami w chmurze LinkWare™ Live i jest objęty kompleksowym planem ochrony z całodobową pomocą techniczną. Do szybkiej, prostej weryfikacji strat wtrąceniowych i rozwiązywania problemów, miernik mocy optycznej SimpliFiber Pro firmy Fluke Networks jest zaawansowanym, oszczędzającym czas i tańszym testerem, który również bada straty wtrąceniowe dla wielu długości fal i współpracuje z LinkWare Live.
W przypadku testów certyfikacyjnych miedzi ważne jest, aby wybrać tester z dokładnością poziomu V, który został poddany rygorystycznej ocenie przez niezależne i technicznie wykwalifikowane laboratorium. Tester powinien mieć możliwość certyfikowania wydajności wszystkich kategorii kabli i aktualnych aplikacji. Powinien pokazywać wyniki dla wszystkich parametrów na wszystkich czterech parach kabla, w tym tłumienność wtrąceniową. Jest to szczególnie ważne, ponieważ wyższa tłumienność wtrąceniowa tylko na jednej lub dwóch parach może wskazywać na złe połączenie. Ponadto, tester z funkcjami diagnostycznymi może skrócić czas potrzebny na usunięcie usterek okablowania. Seria testerów certyfikacyjnych Fluke Networks DSX CableAnalyzer(TM) spełnia wszystkie te wymagania, a jako część platformy Versiv może być łatwo aktualizowana o najnowsze oprogramowanie w celu obsługi nowych aplikacji, obsługuje zarządzanie wynikami w chmurze LinkWare™ Live i jest objęta kompleksowym planem ochrony Fluke Networks.
Opracowano na podstawie materiałów Fluke Networks