Liên kết sợi quang: cách ánh sáng mang dữ liệu

Mọi nội dung trong bộ tài liệu này đều dẫn đến cùng một điểm — một sợi thủy tinh dày một phần mười milimét mang các xung ánh sáng hồng ngoại. Một liên kết thông tin sợi quang là bộ phát tạo ra các xung đó, hạ tầng sợi quang mang chúng đi và bộ thu biến chúng trở lại thành các bit, cộng với mọi thứ ở giữa: đầu nối, bảng đấu nối, mối hàn, bộ chia quang và bộ lọc. Phần này giải thích vật lý và kỹ thuật đằng sau chuỗi đó ở mức độ chi tiết cần thiết để thiết kế, đo kiểm và xử lý sự cố một liên kết — vì sao ánh sáng ở lại trong sợi quang, điều gì làm nó yếu đi và nhòe đi, một module quang nhất định có thể vươn xa đến đâu, hạ tầng thụ động được cấu tạo từ gì, nó được đo như thế nào và nó hỏng ra sao.

Vì sao dùng sợi quang

Chuỗi thành phần

Một liên kết là một chuỗi các phần tử, mỗi phần tử có một mức suy hao và một số còn gây méo tín hiệu:

1. Bộ phát — laser hoặc VCSEL trong transceiver, phát ra −8 … +4 dBm ánh sáng tại 850, 1310 hoặc 1550 nm (Laser).
2. Dây nhảy quang — dây nhảy dài 1–5 m nối từ module tới bảng đấu nối; gồm hai mặt đầu nối.
3. Bảng đấu nối / ODF — adapter nơi dây nhảy gặp pigtail được hàn nối vào cáp.
4. Cáp — trong nhà, ngoài trời hoặc lai, từ vài mét đến hàng chục km, một hoặc hàng trăm sợi quang (Hạ tầng thụ động).
5. Mối hàn, bộ chia quang, bộ lọc — các mối hàn nhiệt dọc theo tuyến; bộ chia quang PON hoặc bộ ghép kênh WDM ở những nơi cấu trúc mạng cần đến.
6. Bảng đấu nối và dây nhảy quang phía đầu xa — đối xứng với phía đầu gần.
7. Bộ thu — photodiode trong transceiver phía xa, cần −12 … −28 dBm tùy loại (Bộ thu).

Quỹ công suất tuyến là phép tính cộng các suy hao của mục 2–6, so sánh với chênh lệch giữa mục 1 và 7, rồi để lại một khoảng dự trữ (Thiết kế quỹ công suất tuyến).

Bốn yếu tố giới hạn một liên kết

Sợi quang trong một đoạn văn

Ánh sáng ở lại trong lõi vì chiết suất của lõi cao hơn một chút so với lớp vỏ — phản xạ toàn phần. Sợi đơn mode (lõi 9 µm) mang một đường truyền ánh sáng duy nhất và vươn tới hàng chục km; sợi đa mode (lõi 50 µm) mang hàng trăm đường truyền đến nơi ở những thời điểm hơi khác nhau, điều này giới hạn nó trong khoảng vài trăm mét nhưng cho phép nó hoạt động với VCSEL rẻ tiền ở 850 nm. Chi tiết — mode, khẩu độ số, suy hao do uốn cong, các cấp sợi quang OM1–OM5 và OS2 — có trong Cách ánh sáng lan truyền và Đầu nối và các loại sợi quang.

Các thế hệ liên kết sợi quang

Khía cạnh transceiver của lịch sử này: Transceiver là gì.

Đọc thêm

• Cách ánh sáng lan truyền trong sợi quang — chiết suất và phản xạ toàn phần, khẩu độ số, mode, đơn mode so với đa mode, đường kính trường mode, bước sóng cắt, suy hao do uốn cong, các cấp sợi quang.
• Suy hao và các cửa sổ truyền dẫn — tán xạ Rayleigh và hấp thụ, đỉnh hấp thụ nước, các cửa sổ 850/1310/1550 nm, dB/km theo loại sợi quang và bước sóng, suy hao của đầu nối và mối hàn.
• Tán sắc và băng thông — tán sắc mode, tán sắc màu và tán sắc mode phân cực, tích số băng thông–khoảng cách, cự ly bị giới hạn bởi tán sắc, bù trừ.
• Các loại sợi quang — sợi đơn mode ITU-T G.652–G.657, các cấp sợi đa mode OM1–OM5, sợi quang chuyên dụng, suy hao khi nối các loại sợi quang khác nhau, nhận diện sợi quang đã lắp đặt.
• Hiệu ứng phi tuyến — SPM, XPM, FWM, tán xạ Brillouin và Raman, nơi chúng có ý nghĩa, công suất phát tối ưu, biện pháp giảm thiểu.
• Phản xạ và suy hao phản xạ — phản xạ Fresnel, hệ số phản xạ so với ORL, giá trị điển hình theo từng thành phần, yêu cầu của các tiêu chuẩn, cách đo, cách giữ phản xạ ở mức thấp.
• Sợi quang được sản xuất như thế nào — vật liệu, phôi MCVD/OVD/VAD/PCVD, kéo sợi và phủ lớp bảo vệ, thử ứng suất và QA, sợi quang chuyên dụng, ý nghĩa của việc này tại hiện trường.
• Độ tin cậy và lão hóa — độ bền và mỏi tĩnh, quy tắc uốn cong và biến dạng, các cơ chế lão hóa, tuổi thọ của từng bộ phận, sợi quang theo từng thời kỳ, thiết kế dự trữ cho lão hóa.
• Thiết kế quỹ công suất tuyến — phương trình, định mức suy hao, các khoản phạt, chính sách dự trữ, ví dụ tính toán, quá tải bộ thu và bộ suy hao.
• Hạ tầng thụ động — cáp, bảng đấu nối, pigtail, mối hàn, bộ suy hao, bộ chia quang, bộ lọc WDM, hộp phối quang và định mức suy hao của chúng.
• Cấu tạo cáp quang — các lớp cấu tạo, các họ cáp từ ống đệm lỏng đến OPGW và ribbon dạng cuộn, cấp chống cháy, mã màu, cách đọc bảng số liệu cáp, cách chọn cáp.
• Cấu trúc mạng sợi quang — điểm-điểm, vòng, lưới, cây PON, WDM; hệ thống cáp có cấu trúc, mô hình trung tâm dữ liệu, FTTx, quy hoạch số lượng sợi quang, bảo vệ.
• Tuyến cáp và lắp đặt — ống dẫn, chôn trực tiếp, treo trên không, đường đi trong nhà; giới hạn uốn cong và lực căng, quy hoạch tuyến, măng xông, ghi nhãn, nghiệm thu.
• Tài liệu và ghi nhãn — bộ hồ sơ, sơ đồ định danh, nhãn, tiêu chuẩn, công cụ, quy trình và những sai sót thường gặp.
• Hạ tầng quang chủ động — thụ động so với chủ động, sơ đồ các thành phần chủ động, decibel mất đi ở đâu, quyền sở hữu và ranh giới phân định, vòng đời.
• Transceiver trong liên kết — chọn module phù hợp với sợi quang và khoảng cách, quỹ công suất nhìn từ phía module, đầu nối và cực tính, tính tương thích, chẩn đoán, các sai lệch thường gặp.
• Khuếch đại và tái tạo tín hiệu — khi quỹ công suất đã cạn, EDFA/Raman/SOA/OEO, vị trí đặt, quỹ OSNR, vận hành một tuyến có khuếch đại, chọn khuếch đại, tái tạo hay chuyển sang coherent.
• Thiết bị truyền dẫn và truy nhập — bộ chuyển đổi quang điện, transponder, ROADM, OLT/ONU, switch bảo vệ, nguồn điện và nhà trạm, quản lý, những cạm bẫy thường gặp.
• Giám sát và quản lý — các lớp khả kiến, báo động và ý nghĩa của chúng, giá trị tham chiếu và xu hướng, giao thức và công cụ, đối chiếu dữ liệu module với dữ liệu sợi quang.
• Hàn nối và đấu cuối — quy trình hàn nhiệt, mối hàn cơ khí, pigtail và đầu nối lắp tại hiện trường, tiêu chí nghiệm thu và các lỗi thường gặp.
• Đo kiểm và đo lường — nguồn sáng và máy đo công suất, OTDR, suy hao phản xạ, soi kiểm tra mặt đầu nối, chứng nhận, dùng DDM như một thiết bị đo.
• Đọc đường cong OTDR — tham số thiết lập, danh mục sự kiện, vùng chết và dải động, lấy trung bình hai chiều, chuyển từ khoảng cách sang vị trí trên tuyến, các cách đọc sai, sợi sống và PON.
• Kiểm tra và vệ sinh mặt đầu nối — nhiễm bẩn gây ra điều gì, các vùng và tiêu chí theo IEC 61300-3-35, thiết bị và kỹ thuật, các dạng nhiễm bẩn, phương pháp vệ sinh, quy trình thực hiện.
• Đặc trưng hóa sợi quang — khi nào cần đến, các phép đo, giới hạn theo từng loại dịch vụ, đọc kết quả để xác định chủng loại và tuổi của sợi quang, quy trình và báo cáo.
• Sự cố tuyến cáp quang — uốn cong, bụi bẩn, sai lệch, mối hàn hỏng, phản xạ, nước: triệu chứng, dấu hiệu nhận biết, cách khắc phục.
• Bảo trì và khôi phục — chu kỳ bảo trì phòng ngừa, giám sát, vật tư dự phòng, quy trình khôi phục, nguyên nhân gốc rễ của sự cố mất dịch vụ, vòng đời hạ tầng.
• An toàn và thao tác — cấp laser và mức nguy hiểm, quy tắc với sợi sống, thủy tinh và hóa chất, mối nguy tại hiện trường, thao tác với module và dây nhảy.
• Bản đồ tiêu chuẩn — tài liệu của ITU-T, IEC, TIA/ISO, Telcordia, IEEE/OIF và các tài liệu quốc gia theo từng tổ chức và từng tác vụ, đối chiếu ký hiệu song song.
• Bảng thuật ngữ sợi quang — thuật ngữ về ánh sáng, các loại sợi quang và cáp, thiết bị thụ động, đầu nối, lắp đặt, đo kiểm và vận hành.
• Giá trị điển hình — suy hao, định mức suy hao, hệ số phản xạ, hình học, tán sắc, giới hạn cơ học, bước sóng, số liệu OTDR, quỹ công suất giao diện, công suất và an toàn.
• Công thức và tính toán — decibel, suy hao, các tham số dẫn sóng, tán sắc, quỹ công suất tuyến, phản xạ, OTDR, độ trễ, cơ học và các phép tính quy hoạch, mỗi công thức kèm một ví dụ tính toán.

Trong CodingBox

DDM của transceiver chính là máy đo công suất tích hợp sẵn của liên kết: công suất phát ở đầu này, công suất thu ở đầu kia, và chênh lệch giữa chúng là suy hao của hạ tầng — CodingBox đọc được điều này trên bàn thử, còn switch đọc được khi đang khai thác (DDM trong ứng dụng, Công suất Rx và quỹ công suất).