Hvor langt kan fiberoptisk kabel føres? Avstandsgrenser forklart

Fiberoptiske kabler kan kjøres hvor som helst fra 2 kilometer til over 100 kilometer uten signalregenerering, avhengig av kabeltype og bruksområde. Single-mode fiber (SMF) støtter avstander opp til 40-100 kilometer for standardapplikasjoner, mens multimode fiber (MMF) vanligvis er begrenset til 300 meter til 2 kilometer . Den faktiske avstanden avhenger av faktorer som fibertype, bølgelengde, nettverksutstyr og krav til signalkvalitet.

Single-Mode Fiber Distance Capabilities

Single-mode fiber er designet for langdistanseoverføring og representerer ryggraden i telekommunikasjonsnettverk over hele verden. Den lille kjernediameteren (8-10 mikron) lar lyset bevege seg i en enkelt bane, minimerer signalspredning og muliggjør eksepsjonell rekkevidde.

Standard enkeltmodusapplikasjoner

For typiske nettverksdistribusjoner oppnår enkeltmodusfiber følgende avstander:

• 1000BASE-LX (1 Gbps): Opptil 10 kilometer med standardoptikk, kan utvides til 40 kilometer med forbedrede moduler
• 10GBASE-LR (10 Gbps): 10 kilometer standard rekkevidde, med 10GBASE-ER som når 40 kilometer
• 40GBASE-LR4 og 100GBASE-LR4: 10 kilometer for høyhastighets datasenterforbindelser
• Varianter med lang rekkevidde (ER/ZR): 40-80 kilometer for storby- og regionnett

Utvidet rekkevidde løsninger

Med spesialutstyr kan single-mode fiber spenne over enda større avstander. Tett bølgelengdedelingsmultipleksing (DWDM) systemer sender rutinemessig signaler over 1000 kilometer ved å bruke flere bølgelengder og optiske forsterkere. Undersjøiske kabler som forbinder kontinenter bruker enkeltmodusfiber for å spenne 10.000 kilometer over havbunnen, med repeatere plassert hver 50.–100. kilometer for å regenerere signalet.

Multimode fiberavstandsbegrensninger

Multimodusfiber har en større kjernediameter (50 eller 62,5 mikron) som lar flere lysmoduser forplante seg samtidig. Selv om dette gjør det enklere å jobbe med og rimeligere for korte avstander, skaper det modal spredning som betydelig begrenser overføringsrekkevidden.

Mønsteret er tydelig: ettersom datahastighetene øker, reduseres multimodus-avstandsevnen. For 40 og 100 Gbps applikasjoner , selv den nyeste OM5-fiberen er begrenset til 100-150 meter, noe som gjør den egnet kun for datasentermiljøer der utstyr er plassert i umiddelbar nærhet.

Faktorer som påvirker overføringsavstand

Optisk strømbudsjett

Det optiske strømbudsjettet representerer mengden signaltap et system kan tolerere mellom sender og mottaker. En typisk sender/mottaker kan sende kl -3 dBm og krever et minimum mottatt effekt på -20 dBm , som gir et strømbudsjett på 17 dB. Hver kobling, skjøting og kabelmåler bruker deler av dette budsjettet gjennom tap av innsetting og demping.

Valg av bølgelengde

Ulike bølgelengder opplever forskjellige dempningshastigheter i fiber. De vanligste bølgelengdene og deres egenskaper inkluderer:

• 850nm: Brukt i multimodusfiber, demping på 2,5-3,5 dB/km, korteste rekkevidde
• 1310nm: Felles for enkeltmodus, demping på 0,35-0,5 dB/km, bra for middels avstander
• 1550nm: Foretrukket for lange avstander, demping på 0,2-0,25 dB/km, muliggjør maksimal rekkevidde

Kabelkvalitet og installasjon

Dårlig installasjonspraksis reduserer den effektive avstanden dramatisk. Mikrobøyninger fra tett bøyeradius , stress på koblinger og forurensning på fiberendeflater kan legge til 0,5-3 dB tap per tilkoblingspunkt. En kabel beregnet for 10 km kan bare oppnå 5 km hvis den installeres uforsiktig med mange skjøter med høyt tap.

Spredningseffekter

Kromatisk spredning fører til at forskjellige bølgelengder beveger seg med litt forskjellige hastigheter, og sprer pulser over lange avstander. I single-mode fiber ved 1550nm er kromatisk spredning omtrentlig 17 ps/(nm·km) . For et 10 Gbps-signal over 80 km kan dette forårsake betydelig pulsutvidelse, noe som krever spredningskompensasjonsmoduler for å opprettholde signalintegriteten.

Praktiske anvendelsesscenarier

Campusnettverk

Universitets- og bedriftscampus utplasseres vanligvis OM3 eller OM4 multimode fiber for bygg-til-bygg forbindelser under 300 meter, med kostnader rundt $0,50-2,00 per meter installert. For bygninger adskilt av større avstander gir single-mode fiber tilkobling opptil flere kilometer til litt høyere materialkostnader, men betydelig lavere totale eierkostnader på grunn av reduserte elektronikkkrav.

Metropolitan Networks

Metro Ethernet-tjenester bruker vanligvis enkeltmodusfiber for å koble sammen forretningssteder på tvers av byer. Avstander av 20-40 kilometer er rutine med standard optikk, mens 80 kilometer kan oppnås med transceivere med utvidet rekkevidde. Tjenesteleverandører opprettholder vanligvis fiberringer med flere baner for redundans.

Datasenter sammenkoblinger

Moderne datasentre krever høyhastighetstilkobling mellom fasiliteter for katastrofegjenoppretting og lastbalansering. 100 Gbps forbindelser over 10-40 kilometer bruk av single-mode fiber har blitt standard, med ledende leverandører som implementerer 400 Gbps lenker for store sammenkoblingspunkter. Disse systemene bruker ofte koherent optikkteknologi for å maksimere kapasitet og rekkevidde.

Fiber til hjemmet (FTTH)

Residential fiber-distribusjoner bruker vanligvis passive optiske nettverk (PON) arkitekturer som deler en enkelt fiber for å betjene 32-64 boliger over avstander opp til 20 kilometer fra sentralkontoret. De siste XGS-PON- og NG-PON2-standardene støtter 10 Gbps symmetriske hastigheter samtidig som dette området opprettholdes, og gir tilstrekkelig kapasitet for tiår med vekst i boligetterspørselen.

Forlenger utover standardavstander

Optiske forsterkere

Erbium-dopet fiberforsterkere (EDFA) øker optiske signaler uten å konvertere til elektrisk form, noe som muliggjør spenner på 80-120 kilometer mellom forsterkningspunktene. En typisk EDFA gir 15-25 dB forsterkning , som kompenserer for fiberdempning og lar signaler krysse flere segmenter. Langdistansenettverk kaskaderer flere forsterkere for å oppnå transkontinentale avstander.

Regeneratorer og repeatere

Når signalkvaliteten forringes utover det forsterkning kan korrigere, konverterer elektroniske regeneratorer det optiske signalet til elektrisk, renser det og retimerer det, og sender det deretter på nytt på en ny optisk bærer. Sjøkabelsystemer plasserer regeneratorer hver 50-100 kilometer i forseglede hus på havbunnen, med designlevetider på 25 år og ingen vedlikeholdsevne når den først er utplassert.

Videresend feilretting

Moderne høyhastighetssystemer inkluderer sofistikert foroverfeilkorreksjon (FEC) som legger til redundans til datastrømmen, slik at mottakeren kan korrigere bitfeil uten retransmisjon. FEC med vanskelig avgjørelse kan utvide rekkevidden med 2-3 dB, mens myk-beslutning FEC legger til 10-11 dB kodingsforsterkning, noe som potensielt dobler den oppnåelige avstanden for koherente overføringssystemer.

Velg riktig fiber for dine avstandskrav

Å velge passende fiberoptisk kabel krever balansering av dagens behov mot fremtidige krav og budsjettbegrensninger. For avstander under 300 meter i datasentre , OM4 multimode fiber tilbyr det beste kostnad-ytelse-forholdet med lett tilgjengelige, rimelige transceivere. Materialkostnadsbesparelsene kontra enkeltmodus er minimale, men optikk kan koste 50-70 % mindre .

For enhver avstand over 500 meter eller krever 10 års levetid , single-mode fiber er det overlegne valget. Mens transceivere koster mer i utgangspunktet, gir enkeltmodus ubegrenset oppgraderingspotensial. En fiber installert i dag for 1 Gbps kan senere støtte 100 Gbps eller mer ganske enkelt ved å endre endepunktutstyr, mens multimodus vil kreve fullstendig kabelbytte.

Vurder å installere OS2 single-mode fiber med 12-24 tråder selv om dagens krav er beskjedne. Den inkrementelle kabelkostnaden er liten sammenlignet med installasjonsarbeid, og å ha reservefibre gir beskyttelse mot skade og muliggjør enkel kapasitetsutvidelse. I storbyområder og langdistanseapplikasjoner er enkeltmodus det eneste levedyktige alternativet, med det spesifikke sender/mottakervalget som avgjør om du oppnår 10, 40 eller 100 kilometer rekkevidde.