Comment calculer le budget d’un lien fibre optique: un guide simple pour les débutants

Introduction

La conception d’un système de fibre optique est un exercice d’équilibre. Comme pour tout système, il faut fixer des critères de performance et déterminer comment y répondre. Il est important de se rappeler que nous parlons d’un système qui est la somme de ses parties. Le budget de la liaison par fibre optique est essentiel pour un système de fibre optique ; il se réfère à la perte qu’une installation de câble à fibre optique devrait avoir. Cet article explique comment déterminer le budget de liaison par fibre optique.

Comment tester le budget de la liaison par fibre optique ?

Il existe de nombreuses façons d’aborder le problème de la détermination du budget de liaison pour un système de liaison par fibre optique particulier. La méthode la plus simple et la plus précise consiste à effectuer un traçage de la liaison par réflectomètre optique à domaine temporel (OTDR). Cela vous donnera les valeurs de perte réelles pour tous les événements (connecteurs, épissures et perte de fibre) dans la liaison. En l’absence d’une trace OTDR réelle, deux solutions peuvent être utilisées pour estimer le budget de la liaison.

Comment calculer le budget de la liaison par fibre optique ?

Le budget de liaison d’un système à fibre optique est calculé sur la base d’une longue liste d’éléments. Voici une liste d’éléments essentiels utilisés pour déterminer la performance générale du système de transmission :

• Facteur de perte de la fibre – La perte de la fibre a généralement l’impact le plus important sur les performances globales du système. Le fabricant de brins de fibre fournit un facteur de perte en dB par kilomètre. Le calcul de l’affaiblissement total de la fibre est basé sur la distance x le facteur d’affaiblissement. La distance, dans ce cas, est la longueur totale du câble à fibres, et pas seulement la distance de la carte.
• Type de fibre – La plupart des fibres monomodes ont un facteur de perte compris entre 0,25 (@ 1550nm) et 0,35 (@ 1310nm) dB/km. Les fibres multimodes ont un facteur de perte d’environ 2,5 (@ 850nm) et 0,8 (@ 1300nm) dB/km. Le type de fibre utilisé est critique. Les fibres multimodes sont utilisées avec les émetteurs LED, qui n’ont généralement pas assez de puissance pour parcourir plus d’un kilomètre. Les fibres monomodes sont utilisées avec les émetteurs LASER tels que les DFB FP qui existent en différentes puissances pour les critères de « longue portée » ou de « courte portée ».
• Transmetteur – Deux types principaux de transmetteurs sont utilisés dans les systèmes à fibre optique. Le LASER se décline en trois variétés : haute, moyenne et basse (portée étendue, portée moyenne et portée courte). Globalement, c’est la conception du système qui détermine le type de transmetteur utilisé. Les émetteurs LED sont utilisés avec des fibres multimodes. Toutefois, une LED « haute puissance » peut être utilisée avec une fibre monomode. Les émetteurs sont évalués en termes de sortie de lumière au niveau du connecteur, par exemple -5dB. Un émetteur est généralement appelé « émetteur ».
• Sensibilité du récepteur – Capacité d’un récepteur de fibre optique à voir une source lumineuse. Un dispositif de réception a besoin d’une certaine quantité minimale de lumière reçue pour fonctionner conformément aux spécifications. Les récepteurs sont évalués en fonction du niveau minimum requis de lumière reçue, par exemple -27dB. Un récepteur est également appelé « détecteur ».
• – Il existe deux types d’épissures. Les épissures mécaniques, qui utilisent un ensemble de connecteurs aux extrémités des fibres, et les épissures par fusion, qui sont des accouplements physiques directs des extrémités des fibres. La perte des épissures mécaniques est généralement calculée entre 0,7 et 1,5 dB par connecteur. Les épissures par fusion sont calculées entre 0,1 et 0,5 dB par épissure. En raison de leur facteur de perte limité, les épissures par fusion sont préférées.
• Marge – C’est un facteur essentiel. Un système ne peut pas être conçu en se contentant d’atteindre un récepteur avec le minimum de lumière nécessaire. La marge du bilan de puissance lumineuse tient compte du vieillissement de la fibre, du vieillissement des composants de l’émetteur et du récepteur, de l’ajout de dispositifs le long du chemin du câble, de la torsion et de la flexion accidentelles du câble à fibres optiques, des épissures supplémentaires pour réparer les ruptures de câble, etc. La plupart des concepteurs de systèmes ajoutent une marge de perte de 3 dB à 10 dB.

Le tableau suivant présente les valeurs de pertes communément admises dans ces calculs :

Type de fibre	Longueur d’onde	Atténuation des fibres / km	Connecteur Perte	Perte d’épissure
Multimode 50/150μm	850 nm 1310 nm	2.5 dB 0.8 dB	0.75 dB 0.75 dB	0.1 dB
Multimode 62.5/125μm	850 nm 1310 nm	3.0dB 0.7 dB	0.75 dB 0.75 dB	0.1 dB
Mode unique 9μm	1310 nm	0.35 dB	0.75 dB	0.1 dB
Mode unique 9μm	1550 nm	0.22 dB	0.75 dB	0.1 dB

Budget de la liaison= [longueur de la fibre (km) × atténuation de la fibre par km] + [perte d'épissure × nombre d'épissures]+ [perte de connecteur × nombre de connecteurs] + [marge de sécurité].

Par exemple, supposons une liaison fibre monomode de 10 km à 1310 nm avec deux paires de connecteurs et deux épissures.

Budget de lien = [10km × 0.35dB/km] + [0.1dB × 2] + [0.75dB × 2] + [3.0dB] = 8.2dB

Dans cet exemple, une puissance estimée à 8,2 dB serait nécessaire pour transmettre sur cette liaison. Bien entendu, il est très important de mesurer et de vérifier les valeurs de perte de liaison une fois que la liaison est établie, afin d’identifier tout problème de performance potentiel.

Estimez la distance de la fibre

Ce calcul permet d’estimer la distance maximale d’une liaison à fibre optique donnée en fonction du budget de la liaison optique et du nombre de connecteurs et d’épissures contenus dans la liaison :

Longueur de la fibre = ([Optical budget] – [Link Budget]) / [fiber loss/km]
Longueur de la fibre = {[(min. TX PWR) – (RX sensitivity)]- [splice loss × # of splices]- [connector loss × # of connectors]- [safety margin]}÷ [fiber lost/km]

Par exemple, supposons un module 1G SFP LX (PN : OSP1250-3120DCR) à 1310nm avec deux paires de connecteurs et deux épissures :

Longueur de la fibre = {[(-9.0dB) - (-21.0dB)] - [0.1dB × 2] - [0.75dB × 2] - [3.0dB]} / [0.35dB/km] = 20.8km.

Dans cet exemple, une distance estimée à 20,8 km est possible avant de dissiper la puissance optique à une valeur inférieure à la sensibilité Rx. Comme toujours, il est très important de mesurer et de vérifier les valeurs réelles de perte de liaison une fois que la liaison est établie afin d’identifier les problèmes de performance potentiels. Les distances maximales réelles varient en fonction des éléments suivants :

• Atténuation réelle de la fibre optique par km
• Conception et âge des fibres optiques
• Qualité des connecteurs et perte réelle par paire
• Qualité des épissures et perte réelle par épissure
• Le nombre d’épissures et de connecteurs dans la liaison

Comment réduire la perte de liaison par fibre optique ?

La description ci-dessus montre que la perte de la liaison par fibre optique dépend de nombreux aspects. Certains d’entre eux sont difficiles à modifier, tels que la perte d’absorption, la perte d’absorption des défauts atomiques, la perte de diffusion, etc.  ;

Cependant, il est possible de réduire les pertes supplémentaires en utilisant les techniques suivantes pour réduire la perte de la liaison par fibre optique et améliorer les performances de la liaison.

• Choisissez une fibre optique de haute qualité et veillez à ce que l’extrémité de la fibre optique soit plate et propre.
• S’assurer du niveau technique du personnel de construction pour éviter l’abrasion de la gaine des câbles à fibres optiques et leur pliage, enroulement et étirement excessifs.
• Sélection d’ émetteurs-récepteurs optiques de haute qualité car ils peuvent fournir un budget de puissance plus stable et une longue durée de vie
• Réduit le nombre d’épissures de fibres et de points d’épissure par fusion inutiles tout en maintenant les pertes de connexion à un niveau peu profond. Cela permet de minimiser la perte supplémentaire d’épissures par fusion et d’épissures en plusieurs points.

FAQ

Qu’est-ce que l’atténuation des fibres ?

L’atténuation est la valeur de la force du signal ou de la perte de puissance optique lorsqu’une impulsion optique se propage dans les fibres optiques. Cette valeur est généralement exprimée en dB ou dB/km. Plus la perte de signal est faible, plus la valeur en dB est faible.

Existe-t-il une méthode rapide pour mesurer l’affaiblissement de la liaison par fibre optique ?

En général, si vous n’avez pas d’OTDR. Vous pouvez utiliser un wattmètre optique et une source lumineuse pour mesurer la perte de fibre d’une liaison. Pour ce faire, il faut connecter une source lumineuse (LS) à une extrémité du câble à fibre optique et un puissancemètre optique (OPM) à l’autre extrémité. Ensuite, il faut déconnecter le câble de référence et connecter les deux extrémités directement au câble à mesurer. La différence entre les deux valeurs de puissance optique correspond à la perte totale de la ligne.

Référence

• http://www.thefoa.org/tech/lossbudg.htm
• http://ops.fhwa.dot.gov/publications/telecomm_handbook/chapter11.htm