テストファイバーリンクバジェット:初心者のための簡単なガイド

初版発行: 4月 27, 2017

はじめに

光ファイバー・システムの設計は、バランスを取る作業です。他のシステムと同様に、性能基準を設定し、その基準を満たす方法を決定する必要があります。重要なことは、我々は、その部分の総和であるシステムについて話していることを覚えておくことです。ファイバーリンクバジェットは、光ファイバーシステムにとって非常に重要です。これは、ファイバーケーブルプラントが持つべき損失を指します。本稿では、ファイバーリンクバジェットの決定方法について説明します。

ファイバー・リンクのバジェットをテストするには？

特定の光ファイバー・リンク・システムのリンク・バジェットを決定する問題に取り組むには、多くの方法があります。最も簡単で正確な方法は、光ファイバー・リンクの OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) トレースを実行することです。これにより、リンク内のすべてのイベント（コネクタ、スプライス、およびファイバー損失）の実際の損失値が得られます。実際の OTDR トレースがない場合、リンク・バジェットを推定するために 2 つの選択肢が使用できます。

• ファイバー長が既知で、損失変数が既知の既存の光ファイバーリンク全体のリンク損失を推定する。
• 光バジェットと損失変数が既知の場合、最大ファイバ距離を推定する。

ファイバー・リンク・バジェットの計算方法

光ファイバー・システムのリンク・バジェットは、長い要素のリストに基づいて計算されます。以下は、一般的な伝送システムのパフォーマンスを決定するために使用される必須項目のリストです：

• ファイバー損失係数 – 一般に、ファイバー損失はシステム全体の性能に最も大きな影響を与えます。ファイバー素線メーカーは、1 キロメートルあたりの dB の損失係数を提供しています。総ファイバー損失の計算は、距離 x 損失係数に基づいています。この場合の距離とは、マップ距離だけでなく、ファイバーケーブルの全長のことです。
• ファイバーの種類 ケーブル – ほとんどのシングルモード・ファイバーの損失係数は、0.25 (@ 1550nm) ～ 0.35 (@ 1310nm) dB/km です。マルチモード・ファイバーの損失係数は約2.5（@ 850nm）と0.8（@ 1300nm）dB/kmです。使用するファイバーの種類は非常に重要です。マルチモード・ファイバーはLEDトランスミッターに使用されます。シングルモード・ファイバーは、DFB FPのような「長い到達距離」や「短い到達距離」の基準に合わせてさまざまな出力があるLASERトランスミッターで使用されます。
• トランスミッタ – 光ファイバーシステムでは、主に2種類のトランスミッタが使用されます。LASERには、高、中、低の3種類があります（延長リーチ、中リーチ、短リーチ）。全体として、どのタイプを使用するかはシステム設計によって決まります。LEDトランスミッターはマルチモードファイバーで使用される。ただし、「高出力」LEDはシングルモード・ファイバーで使用できます。トランスミッターは、コネクタでの光出力（-5dBなど）で評価されます。トランスミッターは通常、”エミッター “と呼ばれる。
• 受信感度 – 光ファイバー受信機が光源を見る能力。受信装置が仕様の範囲内で機能するためには、ある最小量の受信光が必要です。レシーバーは、-27dBなど、必要な受信光の最低レベルで評価されます。レシーバーは「ディテクター」とも呼ばれます。
• スプライスの数とタイプ – スプライスには2つのタイプがあります。ファイバの端にコネクタを使用する機械的なものと、ファイバの端を物理的に直接嵌合する融着です。メカニカルスプライスの損失は、一般的にコネクタあたり0.7～1.5dBと計算されます。融着接続の損失は、0.1～0.5 dB と計算されます。損失係数が限られているため、融着接続が好まれます。
• マージン – これは不可欠な要素です。システムは、単に必要最小限の光でレシーバーに到達することを基準に設計することはできません。ライトパワーバジェットマージンは、ファイバーの経年劣化、トランスミッターとレシーバーのコンポーネントの経年劣化、ケーブルパスに沿ったデバイスの追加、ファイバーケーブルの偶発的なねじれや曲がり、ケーブルの断線を修復するための追加スプライスなどを考慮します。ほとんどのシステム設計者は、3 dB から 10 dB のロス・バジェット・マージンを追加します。

以下の表は、これらの計算において一般的に受け入れられている損失額である：

ファイバーの種類	波長	ファイバーの減衰/km	コネクタ損失	接続損失
マルチモード 50/150μm	850nm1310nm	2.5dB0.8dB	0.75dB0.75dB	0.1dB
マルチモード 62.5/125μm	850nm1310nm	3.0dB0.7dB	0.75dB0.75dB	0.1dB
シングルモード 9μm	1310nm	0.35dB	0.75dB	0.1dB
シングルモード 9μm	1550nm	0.22dB	0.75dB	0.1dB

リンクバジェット= [ファイバー長（km）×kmあたりのファイバー減衰] + [スプライスロス×スプライス数] + [コネクターロス×コネクター数] + [安全マージン］ 

例えば、1310nm で 10km のシングルモード・ファイバー・リンクを 2 つのコネクター・ペアと 2 つのスプライスで想定する。 リンク予算= [10km × 0.35dB/km] + [0.1dB × 2] + [0.75dB × 2] + [3.0dB] = 8.2dB

この例では、このリンクで送信するには推定8.2dBの電力が必要となる。もちろん、リンクが確立された後にリンク損失の値を測定して検証することは、潜在的な性能の問題を特定するために非常に重要です。

ファイバー距離の見積もり。

この計算では、光リンクのバジェット、リンクに含まれるコネクタとスプライスの数を指定すると、特定の光ファイバーリンクの最大距離を推定します：

ファイバ長 = ([光バジェット] – [リンクバジェット]) / [ファイバロス/km]
ファイバ長 = {[(最小TX PWR) – (RX感度)]- [スプライスロス×スプライス数]- [コネクタロス×コネクタ数]- [セーフティマージン]}÷[ファイバロス/km]。

たとえば、1G SFP LX モジュール（PN: OSP1250-3120DCR）のリンクが1310nmで、2つのコネクタペアと2つのスプライスがあるとします：ファイバ長 = {[(-9.0dB)-(-21.0dB)] – [0.1dB × 2] – [0.75dB × 2] – [3.0dB]} ÷ [0.35dB/km] = 20.8km./ [0.35dB/km] = 20.8km..

この例では、Rx感度を下回る値まで光パワーを散逸させる前に、推定20.8kmの距離が可能である。いつものように、潜在的な性能問題を特定するために、リンクが確立された後に実際のリンク損失値を測定し、検証することは非常に重要です。実際の最大距離は以下によって異なります：

• 1kmあたりの実際の光ファイバー減衰量
• 光ファイバーの設計と年代
• コネクタの品質とペアあたりの実損失
• スプライスの品質とスプライスあたりの実損失
• リンクのスプライスとコネクターの数

光ファイバーリンクの損失を減らすには？

上記の説明は、光ファイバーリンクの損失が多くの側面に依存することを示しています。その中には、吸収損失、原子欠陥吸収損失、散乱損失など、変更が難しいものもあります；

しかし、光ファイバーリンクの損失を低減し、より良いリンク性能を得るために、以下の技術によってさらに損失を低減することができる。

• 高品質の光ファイバーを選び、光ファイバーの端面を平らできれいな状態に保つ。
• 光ファイバー・ケーブルのシース摩耗や過度の曲げ、巻き付け、引き伸ばしを防止するため、工事担当者の技術レベルを確保する。
• 高品質の光トランシーバーを選択することで、より安定したパワーバジェットと長寿命を実現できる。
• 接続損失を浅いレベルに保ちながら、不要なファイバー接続と融着接続ポイントの数を減らします。そのため、融着接続や多点接続による追加損失を最小限に抑えることができます。

よくある質問

ファイバーの減衰とは？

減衰とは、光パルスが光ファイバーを伝搬する際の信号強度や光パワーの損失を示す値である。この値の単位は通常dBまたはdB/kmである。信号損失が小さいほど、dB値は小さくなります。

ファイバーリンクの損失を測定するための高速な方法はありますか？

一般に、OTDR がない場合。光パワー・メーターと光源を使用して、リンクのファイバー損失を測定できます。光ファイバー・ケーブルの一方の端に光源（LS）を接続し、もう一方の端に光パワー・メーター（OPM）を接続します。次に、基準ケーブルを外し、両端を測定するケーブルに直接接続します。2つの光パワー値の差が、回線の全損失となります。

参考資料

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