Hur långt kan fiberoptisk kabel dras? Avståndsgränser förklaras

Fiberoptiska kablar kan köras var som helst från 2 kilometer till över 100 kilometer utan signalregenerering, beroende på kabeltyp och tillämpning. Single-mode fiber (SMF) stöder avstånd upp till 40-100 kilometer för standardapplikationer, medan multimode fiber (MMF) vanligtvis är begränsad till 300 meter till 2 kilometer . Det faktiska avståndet beror på faktorer inklusive fibertyp, våglängd, nätverksutrustning och krav på signalkvalitet.

Single-Mode Fiber Distance Capabilities

Single-mode fiber är designad för långdistansöverföring och representerar stommen i telekommunikationsnätverk över hela världen. Dess lilla kärndiameter (8-10 mikron) tillåter ljus att färdas i en enda väg, vilket minimerar signalspridningen och möjliggör exceptionell räckvidd.

Standard Single-Mode Applications

För typiska nätverksinstallationer uppnår singelmodsfiber följande avstånd:

• 1000BASE-LX (1 Gbps): Upp till 10 kilometer med standardoptik, utbyggbar till 40 kilometer med förbättrade moduler
• 10GBASE-LR (10 Gbps): 10 kilometer standardräckvidd, med 10GBASE-ER som når 40 kilometer
• 40GBASE-LR4 och 100GBASE-LR4: 10 kilometer för höghastighetsanslutningar till datacenter
• Varianter med lång räckvidd (ER/ZR): 40-80 kilometer för storstads- och regionnät

Lösningar med utökat sortiment

Med specialiserad utrustning kan single-mode fiber spänna över ännu större avstånd. DWDM-system (Dense wavelength division multiplexing) sänder rutinmässigt signaler över 1 000 kilometer genom att använda flera våglängder och optiska förstärkare. Undervattenskablar som förbinder kontinenter använder single-mode fiber för att spänna 10 000 kilometer över havets botten, med repeatrar placerade var 50:e–100:e kilometer för att återskapa signalen.

Multimode Fiberavståndsbegränsningar

Multimode fiber har en större kärndiameter (50 eller 62,5 mikron) som gör att flera ljuslägen kan fortplanta sig samtidigt. Även om detta gör det lättare att arbeta med och billigare för korta avstånd, skapar det modal spridning som avsevärt begränsar överföringsräckvidden.

Mönstret är tydligt: när datahastigheterna ökar, minskar multimodsdistanskapaciteten. För 40 och 100 Gbps applikationer , även den senaste OM5-fibern är begränsad till 100-150 meter, vilket gör den endast lämplig för datacentermiljöer där utrustning är placerad i närheten.

Faktorer som påverkar överföringsavstånd

Budget för optisk effekt

Den optiska effektbudgeten representerar mängden signalförlust ett system kan tolerera mellan sändare och mottagare. En typisk transceiver kan sända kl -3 dBm och kräver en minsta mottagen effekt på -20 dBm , vilket ger en effektbudget på 17 dB. Varje anslutning, skarv och kabelmätare förbrukar en del av denna budget genom förlust och dämpning.

Val av våglängd

Olika våglängder upplever olika dämpningshastigheter i fiber. De vanligaste våglängderna och deras egenskaper inkluderar:

• 850nm: Används i multimodfiber, dämpning 2,5-3,5 dB/km, kortast räckvidd
• 1310nm: Vanligt för single-mode, dämpning på 0,35-0,5 dB/km, bra för medeldistanser
• 1550nm: Föredraget för långa sträckor, dämpning på 0,2-0,25 dB/km, möjliggör maximal räckvidd

Kabelkvalitet och installation

Dåliga installationsmetoder minskar det effektiva avståndet dramatiskt. Mikroböjningar från snäv böjradie , stress på kontakter och föroreningar på fiberändytorna kan lägga till 0,5-3 dB förlust per anslutningspunkt. En kabel som är klassad för 10 km kan bara uppnå 5 km om den installeras slarvigt med många högförlustskarvar.

Dispersionseffekter

Kromatisk spridning gör att olika våglängder färdas med lite olika hastigheter och sprider pulser över långa avstånd. I singelmodsfiber vid 1550 nm är den kromatiska spridningen ungefär 17 ps/(nm·km) . För en 10 Gbps-signal över 80 km kan detta orsaka betydande pulsbreddning, vilket kräver dispersionskompensationsmoduler för att bibehålla signalintegriteten.

Praktiska tillämpningsscenarier

Campusnätverk

Universitets- och företagscampus distribueras vanligtvis OM3 eller OM4 multimodfiber för byggnad-till-hus-förbindelser under 300 meter, med kostnader runt $0,50-2,00 per meter installerat. För byggnader som är åtskilda av större avstånd ger singelmodsfiber uppkoppling upp till flera kilometer till något högre materialkostnad men betydligt lägre totala ägandekostnader på grund av minskade elektronikkrav.

Metropolitan Networks

Metro Ethernet-tjänster använder vanligen single-mode fiber för att ansluta företagsplatser över städer. Avstånd av 20-40 kilometer är rutin med standardoptik, medan 80 kilometer kan uppnås med transceivrar med utökad räckvidd. Tjänsteleverantörer underhåller vanligtvis fiberringar med flera vägar för redundans.

Datacenter sammankopplingar

Moderna datacenter kräver höghastighetsanslutning mellan faciliteter för katastrofåterställning och lastbalansering. 100 Gbps-anslutningar över 10-40 kilometer att använda single-mode fiber har blivit standard, med ledande leverantörer som implementerar 400 Gbps länkar för större sammankopplingspunkter. Dessa system använder ofta koherent optikteknik för att maximera kapacitet och räckvidd.

Fiber till hemmet (FTTH)

Fiberinstallationer för bostäder använder vanligtvis PON-arkitekturer (passivt optiskt nätverk) som delar upp en enda fiber för att tjäna 32-64 bostäder över avstånd upp till 20 kilometer från centralkontoret. De senaste XGS-PON- och NG-PON2-standarderna stöds 10 Gbps symmetriska hastigheter samtidigt som detta intervall bibehålls, vilket ger tillräcklig kapacitet för årtionden av efterfrågan på bostäder.

Sträcker sig bortom standardavstånd

Optiska förstärkare

Erbiumdopade fiberförstärkare (EDFA) förstärker optiska signaler utan att konverteras till elektrisk form, vilket möjliggör spännvidder på 80-120 kilometer mellan förstärkningspunkterna. En typisk EDFA tillhandahåller 15-25 dB förstärkning , som kompenserar för fiberdämpning och tillåter signaler att passera flera segment. Långdistansnätverk kaskaderar flera förstärkare för att uppnå transkontinentala avstånd.

Regeneratorer och Repeaters

När signalkvaliteten försämras utöver vad förstärkning kan korrigera, omvandlar elektroniska regeneratorer den optiska signalen till elektrisk, rengör den och återanvänder den och sänder sedan om på en ny optisk bärare. Undervattenskabelsystem placerar regeneratorer varje 50-100 kilometer i förseglade höljen på havsbotten, med designlivslängder på 25 år och ingen underhållskapacitet när den väl har installerats.

Vidarebefordra felkorrigering

Moderna höghastighetssystem innehåller sofistikerad forward error correction (FEC) som lägger till redundans till dataströmmen, vilket gör att mottagaren kan korrigera bitfel utan omsändning. Hårt beslut FEC kan utöka räckvidden med 2-3 dB, medan mjukt beslut FEC lägger till 10-11 dB kodningsförstärkning, vilket potentiellt fördubblar det uppnåbara avståndet för koherenta överföringssystem.

Att välja rätt fiber för dina avståndskrav

Att välja lämplig fiberoptisk kabel kräver balansering av nuvarande behov mot framtida krav och budgetrestriktioner. För avstånd under 300 meter i datacenter OM4 multimode fiber erbjuder det bästa förhållandet mellan kostnad och prestanda med lättillgängliga, billiga transceivrar. Materialkostnadsbesparingarna jämfört med single-mode är minimala, men optik kan kosta 50-70 % mindre .

För alla avstånd över 500 meter eller kräver 10 års livslängd , single-mode fiber är det överlägsna valet. Medan transceivrar kostar mer initialt, ger singelläge obegränsad uppgraderingspotential. En fiber som installeras idag för 1 Gbps kan senare stödja 100 Gbps eller mer helt enkelt genom att byta slutpunktsutrustning, medan multimode skulle kräva komplett kabelbyte.

Överväg att installera OS2 single-mode fiber med 12-24 trådar även om nuvarande krav är blygsamma. Den inkrementella kabelkostnaden är liten jämfört med installationsarbete, och att ha reservfibrer ger skydd mot skador och möjliggör enkel kapacitetsutbyggnad. I storstads- och långdistansapplikationer är enkelläge det enda genomförbara alternativet, med det specifika valet av sändare/mottagare som avgör om du når 10, 40 eller 100 kilometers räckvidd.