광섬유 링크: 빛이 데이터를 전달하는 방식

이 문서의 모든 자료는 결국 같은 지점에서 끝납니다 — 적외선 빛의 펄스를 실어 나르는 두께 10분의 1밀리미터의 유리 가닥입니다. 광섬유 통신 링크는 펄스를 만들어 내는 송신기, 이를 실어 나르는 광섬유 설비, 다시 비트로 되돌리는 수신기, 그리고 그 사이의 모든 것 — 커넥터, 패치 패널, 접속점, 스플리터, 필터로 이루어집니다. 이 섹션에서는 링크를 설계·시험·문제 해결하는 데 필요한 깊이로 이 연쇄의 물리와 공학을 설명합니다 — 빛이 광섬유 안에 머무르는 이유, 무엇이 빛을 약화시키고 퍼뜨리는지, 특정 광학 장치가 얼마나 멀리 도달할 수 있는지, 수동 설비가 무엇으로 이루어져 있는지, 이를 어떻게 측정하고 어떻게 고장 나는지를 다룹니다.

광섬유를 쓰는 이유

연쇄

링크는 일련의 요소로 이루어지며, 각 요소에는 손실이 있고 일부에는 왜곡도 있습니다:

1. 송신기 — 트랜시버 안의 레이저 또는 VCSEL로, 850, 1310, 1550 nm에서 −8 … +4 dBm의 빛을 냅니다(레이저).
2. 패치 코드 — 모듈에서 패치 패널까지 연결하는 1–5 m 점퍼로, 커넥터 단면이 두 개 있습니다.
3. 패치 패널/ODF — 점퍼가 케이블에 융착 접속된 피그테일과 만나는 어댑터입니다.
4. 케이블 — 옥내용, 옥외용 또는 하이브리드형이며, 길이는 수 미터에서 수십 킬로미터, 심선 수는 1심에서 수백 심까지 다양합니다(수동 설비).
5. 접속점, 스플리터, 필터 — 경로를 따라 있는 융착 접속점이며, 토폴로지에 필요한 곳에는 PON 스플리터나 WDM 다중화기가 들어갑니다.
6. 원단 패널과 패치 코드 — 반대쪽에서 동일하게 반복되는 구성입니다.
7. 수신기 — 원단 트랜시버 안의 포토다이오드로, 유형에 따라 −12 … −28 dBm이 필요합니다(수신기).

링크 버짓은 2–6번 요소의 손실을 합산하고, 이를 1번과 7번의 차이와 비교한 다음 마진을 남기는 계산입니다(링크 버짓 엔지니어링).

링크를 제한하는 네 가지 요소

한 문단으로 보는 광섬유

빛이 코어 안에 머무르는 이유는 코어의 굴절률이 클래딩보다 약간 높기 때문입니다 — 전반사입니다. 싱글모드 광섬유(코어 9 µm)는 빛의 경로가 하나뿐이라 수십 킬로미터까지 도달하고, 멀티모드 광섬유(코어 50 µm)는 도착 시각이 조금씩 다른 수백 개의 경로를 실어 나르므로 전송 거리는 수백 미터로 제한되지만 저렴한 850 nm VCSEL로 구동할 수 있습니다. 모드, 개구수, 굽힘 손실, OM1–OM5와 OS2 광섬유 등급 등 자세한 내용은 빛의 전파와 커넥터와 광섬유 종류에서 다룹니다.

광섬유 링크의 세대

이 역사의 트랜시버 쪽 이야기는 트랜시버란 무엇인가에서 다룹니다.

더 읽어보기

• 광섬유 속 빛의 전파 — 굴절률과 전반사, 개구수, 모드, 싱글모드와 멀티모드의 차이, 모드 필드 지름, 차단 파장, 굽힘 손실, 광섬유 등급.
• 감쇠와 전송창 — 레일리 산란과 흡수, 물 피크, 850/1310/1550 nm 창, 광섬유와 파장별 dB/km, 커넥터와 접속점 손실.
• 분산과 대역폭 — 모드 분산, 색분산, 편광 모드 분산, 대역폭-거리 곱, 분산으로 제한되는 전송 거리, 보상.
• 광섬유 종류 — ITU-T G.652–G.657 싱글모드, OM1–OM5 멀티모드 등급, 특수 광섬유, 서로 다른 광섬유 간 접속 손실, 설치된 광섬유 식별.
• 비선형 효과 — SPM, XPM, FWM, 브릴루앙 산란과 라만 산란, 영향을 미치는 상황, 최적 송출 전력, 완화 방법.
• 반사와 반사 손실 — 프레넬 반사, 반사율과 ORL의 차이, 구성 요소별 일반적인 값, 표준이 요구하는 사항, 측정, 반사를 낮게 유지하는 방법.
• 광섬유 제조 방법 — 재료, MCVD/OVD/VAD/PCVD 모재, 인선과 코팅, 프루프 테스트와 품질 관리, 특수 광섬유, 현장에서 의미하는 바.
• 신뢰성과 노화 — 강도와 정적 피로, 굽힘과 인장 규칙, 노화 메커니즘, 부품별 사용 수명, 시대별 광섬유, 노화를 고려한 설계.
• 링크 버짓 엔지니어링 — 계산식, 손실 허용치, 페널티, 마진 정책, 계산 예시, 수신기 과입력과 감쇠기.
• 수동 설비 — 케이블, 패치 패널, 피그테일, 접속점, 감쇠기, 스플리터, WDM 필터, 인클로저와 그 손실 허용치.
• 케이블 구조 — 층 구조, 루스 튜브부터 OPGW와 롤러블 리본까지의 케이블 계열, 내화 등급, 색상 코드, 케이블 데이터시트 읽는 법, 케이블 선택.
• 광섬유 네트워크 토폴로지 — 점대점, 링, 메시, PON 트리, WDM, 구조화 배선, 데이터 센터 패턴, FTTx, 심선 수 계획, 보호.
• 케이블 경로와 설치 — 덕트, 직접 매설, 가공, 옥내 배선 경로, 굽힘과 장력 한계, 경로 계획, 클로저, 라벨링, 인수 시험.
• 문서화와 라벨링 — 기록 체계, 식별자 방식, 라벨, 표준, 도구, 프로세스와 흔한 오류.
• 능동 광 인프라 — 수동과 능동의 차이, 능동 요소의 구성도, 데시벨이 소모되는 지점, 소유권과 경계, 수명 주기.
• 링크 속의 트랜시버 — 광섬유와 거리에 맞는 모듈 선택, 모듈 쪽에서 본 버짓, 커넥터와 극성, 호환성, 진단, 흔한 불일치.
• 증폭기와 재생 중계 — 버짓이 끝나는 시점, EDFA/Raman/SOA/OEO, 배치, OSNR 버짓, 증폭 구간 운용, 증폭·재생 중계·코히어런트 전환 중 선택.
• 전송 및 액세스 장비 — 미디어 컨버터, 트랜스폰더, ROADM, OLT/ONU, 보호 절체 스위치, 전원과 사이트, 관리, 흔한 함정.
• 모니터링과 관리 — 가시성의 계층, 알람과 그 의미, 기준값과 추세, 프로토콜과 도구, 모듈 데이터와 광섬유 데이터의 상관 분석.
• 접속과 성단 — 융착 접속 과정, 기계식 접속, 피그테일과 현장 조립형 커넥터, 인수 기준과 결함.
• 시험과 측정 — 광원과 파워미터, OTDR, 반사 손실, 단면 검사, 인증, DDM을 측정기로 활용하는 방법.
• OTDR 트레이스 읽기 — 설정 매개변수, 이벤트 목록, 데드존과 다이내믹 레인지, 양방향 평균, 경로까지의 거리 환산, 오독, 라이브 광섬유와 PON.
• 단면 검사와 세정 — 오염이 미치는 영향, IEC 61300-3-35 구역과 기준, 장비와 기법, 오염 유형, 세정 방법, 절차.
• 광섬유 특성 측정 — 필요한 시점, 시험 항목, 서비스별 한계값, 광섬유 종류와 사용 연수를 파악하는 결과 해석, 절차와 보고.
• 광섬유 설비 장애 — 굽힘, 오염, 불일치, 불량 접속, 반사, 수분: 증상, 특징, 해결 방법.
• 유지보수와 복구 — 예방 정비 주기, 모니터링, 예비 자재, 복구 절차, 장애의 근본 원인, 설비 수명 주기.
• 안전과 취급 — 레이저 등급과 위험 수준, 라이브 광섬유 취급 규칙, 유리와 화학물질, 현장 위험 요소, 모듈과 코드 취급.
• 표준 지도 — ITU-T, IEC, TIA/ISO, Telcordia, IEEE/OIF와 각국 문서를 기관별·용도별로 정리하고, 표준 번호를 나란히 비교.
• 광섬유 용어집 — 빛의 용어, 광섬유와 케이블 종류, 수동 부품, 커넥터, 설치, 시험, 운용 관련 용어.
• 일반값 — 감쇠, 손실 허용치, 반사율, 형상, 분산, 기계적 한계, 파장, OTDR 수치, 인터페이스 버짓, 전력과 안전.
• 공식과 계산 — 데시벨, 감쇠, 도파 매개변수, 분산, 링크 버짓, 반사, OTDR, 지연 시간, 기계적 계산과 설계 수치, 각각 계산 예시 포함.

CodingBox에서는

트랜시버의 DDM은 링크에 내장된 파워미터입니다. 한쪽 끝의 송출 전력과 반대쪽 끝의 수신 전력, 그 차이가 설비 손실이며, 이를 CodingBox는 벤치에서, 스위치는 서비스 중에 읽어 냅니다(앱의 DDM, Rx 파워와 링크 버짓).