Fino a che distanza può essere percorso il cavo in fibra ottica? Spiegazione dei limiti di distanza

Cavi in fibra ottica può essere eseguito ovunque Da 2 chilometri a oltre 100 chilometri senza rigenerazione del segnale, a seconda del tipo di cavo e dell'applicazione. La fibra monomodale (SMF) supporta distanze fino a 40-100 chilometri per applicazioni standard, mentre la fibra multimodale (MMF) è generalmente limitata a Da 300 metri a 2 chilometri . La distanza effettiva dipende da fattori quali il tipo di fibra, la lunghezza d'onda, l'apparecchiatura di rete e i requisiti di qualità del segnale.

Funzionalità di distanza della fibra monomodale

La fibra monomodale è progettata per la trasmissione a lunga distanza e rappresenta la spina dorsale delle reti di telecomunicazioni in tutto il mondo. Il suo piccolo diametro del nucleo (8-10 micron) consente alla luce di viaggiare in un unico percorso, riducendo al minimo la dispersione del segnale e consentendo una portata eccezionale.

Applicazioni monomodali standard

Per le tipiche implementazioni di rete, la fibra monomodale raggiunge le seguenti distanze:

• 1000BASE-LX (1 Gbps): Fino a 10 chilometri con ottica standard, estendibile a 40 chilometri con moduli potenziati
• 10GBASE-LR (10 Gbps): Portata standard di 10 chilometri, con 10GBASE-ER che raggiunge i 40 chilometri
• 40GBASE-LR4 e 100GBASE-LR4: 10 chilometri per le interconnessioni tra datacenter ad alta velocità
• Varianti a lungo raggio (ER/ZR): 40-80 chilometri per le reti metropolitane e regionali

Soluzioni a gamma estesa

Con apparecchiature specializzate, la fibra monomodale può coprire distanze ancora maggiori. I sistemi DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) trasmettono regolarmente segnali oltre 1.000 chilometri utilizzando più lunghezze d'onda e amplificatori ottici. I cavi sottomarini che collegano i continenti utilizzano fibra monomodale per estendersi 10.000 chilometri sui fondali oceanici, con ripetitori posizionati ogni 50-100 chilometri per rigenerare il segnale.

Limitazioni sulla distanza della fibra multimodale

La fibra multimodale presenta un diametro del nucleo maggiore (50 o 62,5 micron) che consente a più modalità di luce di propagarsi simultaneamente. Sebbene ciò renda più facile lavorare e meno costoso per le brevi distanze, crea una dispersione modale che limita significativamente la portata di trasmissione.

Lo schema è chiaro: all’aumentare della velocità dei dati, le capacità di distanza multimodale diminuiscono. Per Applicazioni da 40 e 100 Gbps , anche la più recente fibra OM5 è limitata a 100-150 metri, rendendola adatta solo per ambienti data center in cui le apparecchiature si trovano nelle immediate vicinanze.

Fattori che influenzano la distanza di trasmissione

Bilancio della potenza ottica

Il budget di potenza ottica rappresenta la quantità di perdita di segnale che un sistema può tollerare tra trasmettitore e ricevitore. Un tipico ricetrasmettitore potrebbe trasmettere a -3 dBm e richiedono una potenza ricevuta minima di -20 dBm , fornendo un budget di potenza di 17 dB. Ogni connettore, giunzione e metro di cavo consuma parte di questo budget attraverso la perdita di inserzione e l'attenuazione.

Selezione della lunghezza d'onda

Diverse lunghezze d'onda sperimentano diversi tassi di attenuazione nella fibra. Le lunghezze d'onda più comuni e le loro caratteristiche includono:

• 850nm: Utilizzato in fibra multimodale, attenuazione di 2,5-3,5 dB/km, portata minima
• 1310nm: Comune per monomodale, attenuazione 0,35-0,5 dB/km, buono per medie distanze
• 1550nm: Preferito per lunghe distanze, attenuazione di 0,2-0,25 dB/km, consente la massima portata

Qualità e installazione del cavo

Pratiche di installazione inadeguate riducono drasticamente la distanza effettiva. Microcurve dal raggio di curvatura stretto , lo stress sui connettori e la contaminazione sulle estremità della fibra possono aggiungere 0,5-3 dB di perdita per punto di connessione. Un cavo valutato per 10 km potrebbe raggiungere solo 5 km se installato con noncuranza con numerose giunzioni ad alta perdita.

Effetti di dispersione

La dispersione cromatica fa sì che diverse lunghezze d'onda viaggino a velocità leggermente diverse, diffondendo gli impulsi su lunghe distanze. Nella fibra monomodale a 1550 nm, la dispersione cromatica è approssimativa 17 cv/(nm·km) . Per un segnale da 10 Gbps su una distanza di 80 km, ciò può causare un significativo ampliamento dell'impulso, richiedendo moduli di compensazione della dispersione per mantenere l'integrità del segnale.

Scenari applicativi pratici

Reti universitarie

In genere vengono implementati i campus universitari e aziendali Fibra multimodale OM3 o OM4 per collegamenti edificio-edificio sotto i 300 metri, con costi intorno $ 0,50-2,00 al metro installato. Per gli edifici separati da distanze maggiori, la fibra monomodale fornisce connettività fino a diversi chilometri a un costo del materiale leggermente superiore ma a un costo totale di proprietà notevolmente inferiore grazie ai ridotti requisiti elettronici.

Reti metropolitane

I servizi Metro Ethernet utilizzano comunemente la fibra monomodale per collegare le sedi aziendali nelle città. Distanze di 20-40 chilometri sono di routine con l'ottica standard, mentre 80 chilometri può essere ottenuto con ricetrasmettitori a portata estesa. I fornitori di servizi in genere mantengono anelli in fibra con percorsi multipli per la ridondanza.

Interconnessioni tra datacenter

I data center moderni richiedono connettività ad alta velocità tra le strutture per il ripristino di emergenza e il bilanciamento del carico. Connessioni a 100 Gbps su 10-40 chilometri l'utilizzo della fibra monomodale è diventato uno standard, implementato dai principali fornitori Collegamenti da 400 Gbps per i principali punti di interconnessione. Questi sistemi spesso utilizzano la tecnologia dell'ottica coerente per massimizzare la capacità e la portata.

Fibra a casa (FTTH)

Le implementazioni in fibra residenziale utilizzano in genere architetture di rete ottica passiva (PON) che dividono una singola fibra per servire 32-64 case su distanze fino a 20 chilometri dall'ufficio centrale. Supportano gli ultimi standard XGS-PON e NG-PON2 Velocità simmetriche di 10 Gbps pur mantenendo questo intervallo, fornendo capacità sufficiente per decenni di crescita della domanda residenziale.

Estendersi oltre le distanze standard

Amplificatori ottici

Gli amplificatori in fibra drogata con erbio (EDFA) amplificano i segnali ottici senza convertirli in forma elettrica, consentendo campate di 80-120 chilometri tra i punti di amplificazione. Fornisce un tipico EDFA 15-25 dB di guadagno , compensando l'attenuazione della fibra e consentendo ai segnali di attraversare più segmenti. Le reti a lungo raggio collegano in cascata più amplificatori per raggiungere distanze transcontinentali.

Rigeneratori e Ripetitori

Quando la qualità del segnale si degrada oltre quanto l'amplificazione può correggere, i rigeneratori elettronici convertono il segnale ottico in elettrico, lo puliscono e lo riprogrammano, quindi lo ritrasmettono su una nuova portante ottica. I sistemi di cavi sottomarini posizionano i rigeneratori ogni 50-100 chilometri in alloggiamenti sigillati sul fondo dell'oceano, con una durata di progetto di 25 anni e nessuna capacità di manutenzione una volta distribuito.

Correzione degli errori in avanti

I moderni sistemi ad alta velocità incorporano una sofisticata correzione degli errori in avanti (FEC) che aggiunge ridondanza al flusso di dati, consentendo al ricevitore di correggere gli errori di bit senza ritrasmissione. FEC con decisione difficile può estendere la portata di 2-3 dB, mentre FEC a decisione morbida aggiunge 10-11 dB di guadagno di codifica, raddoppiando potenzialmente la distanza raggiungibile per sistemi di trasmissione coerenti.

Scegliere la fibra giusta per le vostre esigenze di distanza

La scelta del cavo in fibra ottica appropriato richiede il bilanciamento delle esigenze attuali con i requisiti futuri e i vincoli di budget. Per le distanze sotto i 300 metri nei data center , la fibra multimodale OM4 offre il miglior rapporto costo-prestazioni con ricetrasmettitori economici e facilmente disponibili. Il risparmio sui costi dei materiali rispetto alla modalità singola è minimo, ma l'ottica può costare 50-70% in meno .

Per qualsiasi distanza oltre 500 metri o che richiedono una durata di servizio di 10 anni , la fibra monomodale è la scelta migliore. Sebbene inizialmente i ricetrasmettitori costino di più, la modalità singola offre un potenziale di aggiornamento illimitato. Una fibra installata oggi per 1 Gbps potrà successivamente supportare 100 Gbps o più semplicemente cambiando le apparecchiature endpoint, mentre la fibra multimodale richiederebbe la sostituzione completa del cavo.

Considera l'installazione Fibra monomodale OS2 con 12-24 fili anche se i requisiti attuali sono modesti. Il costo incrementale del cavo è ridotto rispetto alla manodopera di installazione e la disponibilità di fibre di riserva fornisce protezione contro i danni e consente una facile espansione della capacità. Nelle applicazioni metropolitane e a lungo raggio, la modalità singola è l'unica opzione praticabile, con la selezione specifica del ricetrasmettitore che determina se si raggiunge una portata di 10, 40 o 100 chilometri.