Что такое обратные потери в кабеле

Каков физический смысл параметра Return Loss при сертификации кабельной линии на кат. 5Е? В чем физический смысл «правила 3дБ»?

Каков физический смысл параметра Return Loss при сертификации кабельной линии на кат. 5Е? В чем физический смысл «правила 3дБ»?

Физический смысл возвратных потерь одинаков и для категории 5е, и для категории 6, и для прочих категорий. Возвратные потери – мера явления отражения сигналов, вызываемого несоответствием импедансов в постоянной (базовой) линии или канале. К появлению отражений приводит наличие неоднородностей в кабеле. Источниками неоднородностей могут быть дефекты кабеля (возникшие как при производстве, так и при неквалифицированном монтаже), плохо выполненные соединители и концевые заделки и т.д. Встречая подобные препятствия, электромагнитная волна частично отражается и возвращается к началу кабеля. В результате в линии возникают паразитные потоки энергии – обратный, попутный в результате двойного отражения и т.д., что приводит к искажениям передаваемого сигнала. Подобные вопросы рассматриваются в курсе по тестированию телекоммуникационных кабельных систем, который проводится в нашем Учебном центре – возможно, вам стоит посетить этот курс.

«Правило 3 дБ» было предложено недавно; скорее всего, в будущем оно будет включено в телекоммуникационные стандарты ISO и TIA. При тестировании СКС иногда наблюдается явление превышения пределов измерений перекрестных помех и возвратных потерь на сегментах малой длины и/или на низких частотах. Это явление объясняется тем, что на измерения на ближнем конце влияет сигнал, отраженный от дальнего конца – на низких частотах затухание невелико, и вернувшийся отраженный сигнал сильно искажает измерения на ближнем конце, вплоть до превышения допустимых пределов измерений. Применение «правила 3 дБ» предусматривает, что при возникновении сбоя по указанным параметрам на определенной частоте будет проанализирована величина затухания на той же частоте. Если затухание составит менее 3 дБ, измерение НЕ будет рассматриваться как сбой. Физический смысл происходящего иллюстрирует рис. 1. При сертификационном тестировании рекомендуется устанавливать настройки прибора таким образом, чтобы применялось «правило 3 дБ».

Рисунок 1. В стандартах приводятся численные значения с учетом влияния только коннектора на ближнем конце. Низкое затухание приводит к тому, что помеховые сигналы, отраженные от дальнего конца, влияют на измерения, производимые на ближнем конце.

Источник

Что такое Attenuation, ACR, Return Loss и др. параметры при тестировании? Просто о сложном.

Витая пара (twisted pair) – это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передачи сигнала.

Один из основных параметров NEXT мы разобрали в отдельной статье и здесь рассматривать не будем. Обратим внимание на другие не маловажные параметры.

Impedance (импеданс).

Как всякий проводник, «Витая пара» имеет сопротивление переменному электрическому току. Однако это сопротивление может быть различным для различных частот. «Витая пара» имеет импеданс обычно 100 или 120 Ом. В частности для кабеля Категории 5 импеданс измеряется в диапазоне частот до 100 МГц и должен составлять 100 Ом ±15%.

Для идеальной пары импеданс должен быть одинаковым по всей длине кабеля, поскольку в местах неоднородности возникает эффект отражения сигнала, что в свою очередь может ухудшить качество передачи информации. Чаще всего однородность импеданса нарушается при изменении в рамках одной пары шага скрутки, перегиба кабеля при прокладке или иного механического дефекта.

Attenuation (затухание).

Attenuation (затухание) — потеря мощности сигнала. Характеристика вычисляется как отношение мощности полученного на конце линии сигнала к мощности сигнала, поданного в линию. Поскольку величина затухания изменяется с ростом частоты, она должна измеряться для всего диапазона используемых частот. Оценка результата тестирования для каждой пары выводится на основании наихудшего результата.

Для увеличения длины канала связи следует использовать более качественные кабели с защитой от помех и наводок.

ACR (Attenuation Crosstalk Ratio).

Одной из самых важных характеристик, отражающих качество кабеля является разность между погонным и переходным затуханиями, выражающуюся в децибелах. Чем меньше погонное затухание, тем большую амплитуду имеет полезный сигнал на конце линии. С другой стороны чем больше переходное затухание, тем меньше взаимные наводки пар. Таким образом разность этих двух величин отображает реальную возможность выделения полезного сигнала принимающим устройством на фоне помех. Для уверенного приема сигнала необходимо чтобы Attenuation Crosstalk Ratio был не меньше заданного значения, определяемого стандартами для соответствующей категории кабеля. При равенстве погонного и переходного затухания выделить полезный сигнал становится теоретически невозможно. Так как характеристика не измеряется, а является результатом вычислений на основе измерений затуханий, которые в свою очередь зависят от используемой частоты, ACR должен вычисляться для всего диапазона применяемых частот.

Может быть представлено как разница между NEXT и Attenuation (затуханием). Этот параметр по значению аналогичен отношению сигнал/шум и характеризует возможность выделения принимающим устройством полезного сигнала на фоне помех.

ELFEXT (Equal Far End Crosstalk).

ELFEXT – приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется на основании измерений переходного затухания на дальнем конце (FEXT) и погонного затухания (Attenuation) наводимой пары. ELFEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, вычисляется для всего диапазона используемых частот и выражается в децибелах.

Фактически ELFEXT – это ACR на дальнем конце кабельного линка, т.е. разница между параметрами FEXT первой пары и Attenuation второй.

PS-ELFEXT (Power Sum Equal Far End Crosstalk).

PS-ELFEXT — суммарное приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется для каждой отдельной пары простым суммированием значений ее параметров elfext относительно всех остальных пар.

Return Loss (Обратные потери).

При передачи сигнала, возникает так называемый эффект отражения сигнала в обратном направлении. Величина отражения сигнала Return Loss или «обратное затухание» пропорциональна затуханию отраженного сигнала. Характеристика особенно важна при построении сетей с поддержкой протокола Gigabit Ethernet, использующего передачу сигналов по витой паре в обе стороны (полнодуплексная передача). Достаточно большой по амплитуде отраженный сигнал может искажать передачу информации в обратном направлении. Return Loss выражается в виде отношения мощности прямого сигнала к мощности отраженного.

Обратные потери — мера величины отражения сигналов, вызываемого несоответствием импедансов компонентов кабельной системы.

Наиболее распространённой причиной возникновения обратных потерь является различие волнового сопротивления у компонентов кабельного канала (розетка, патч-панель, кабель и т.д.). Именно поэтому рекомендуется подбирать оборудование одного производителя, обладающее одинаковыми (специально подобранными) характеристиками. Так же неоднородность может возникнуть в случае нарушения шага скрутки. Это может быть следствием брака при производстве, либо ошибки монтажников при протяжке кабеля.

Неоднородность может возникнуть в случае слишком сильного изгиба, надлома жилы кабеля. Чаще всего это результат ошибки монтажников.

Источник

Расчет и связь между КСВ, коэффициентом отражения и возвратными потерями

Возвратные потери, коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны служат для оценки согласованности/совпадения комплексных сопротивлений (электрических импедансов) источника, нагрузки и линии передачи. Рассмотрим физический смысл данных параметров и их взаимосвязь.

Определения

Возвратные потери (обратные потери, return loss) – это потери мощности в сигнале, возвращенном/отраженном от неоднородности в линии передачи или оптоволокне. Данная величина, как правило, выражается в децибелах (дБ):

Коэффициент отражения по напряжению, Γ – отношение комплексных амплитуд напряжений отраженной и падающей волн.

Коэффициент отражения определяется комплексными сопротивлениями нагрузки Z_нагр и источника Z_ист:

Обратите внимание, что отрицательный коэффициент отражения означает, что отраженная волна сдвигается по фазе на 180°.

Коэффициент стоячей волны (КСВ, КСВН, коэффициент стоячей волны по напряжению, SWR, VSWR) – отношение наибольшего значения амплитуды напряжения стоячей волны к наименьшему.

Поскольку неравномерность распределения амплитуды стоячей волны вдоль линии обусловлена интерференцией («сложением и вычитанием») падающей и отраженной волн, то наибольшее значение амплитуды U_{ст.волн.max} волны вдоль линии (то есть значение амплитуды в пучности) составляет:

а наименьшее значение амплитуды (то есть значение амплитуды в узле) составляет

Взаимосвязь между КСВ, возвратными потерями и коэффициентом отражения

С помощью подстановки в формулы, приведенные ниже, и их простого преобразования можно получить следующее:

Источник

Оптические возвратные потери (ORL) и обратное отражение

Optical Line Protection — устройство резервирования ВОЛС

Передача 10G на 120 км по одному волокну

Введение

При распространении оптического сигнала по волокну, часть его отражается назад. На это влияют такие факторы, как количество неоднородностей в волокне, качество коннекторов в линии связи. Обратное отражение или возвратные потери — отношение мощности отраженного оптического сигнала на участке линии связи к мощности сигнала на входе.

Рис. 1. Отражение части сигнала

Наше определение возвратных потерь — накопленный процент мощности, отраженной обратно, по отношению к мощности, переданной в прямом направлении в одной точке, как правило, на приборе для тестирования ORL. Обычно это неполная сумма всех отдельных отражений из-за затухания в обоих направлениях вдоль светового тракта.

Обратное отражение в конкретной точке и измеренные возвратные потери могут быть схожими, если между точкой потерь и ORL-измерителем происходят незначительные потери, а также если эта точка является доминирующим источником отраженного света.

Взаимосвязь между ORL и эффективностью системы

Проблемы, связанные с отражениями в системе, могут быть довольно неочевидными, так как при измерении уровней мощности и потерь значения могут оставаться в пределах нормы, но при передаче данных будут возникать ошибки или деградация сигнала.

Чувствительность к отражению варьируется от устройства к устройству. Таким образом, в случае плохой или средней эффективности ORL, обычная замена передающего оборудования может исправить проблему.

Это также дает представление о том, что связь между ORL и производительностью системы может быть нечеткой. Нужно проверять оптический бюджет линии и проводить измерения при помощи BERT (Bit Error Rate Test).

Единицы измерения

Формула Френеля является основной при изучении процессов в оптическом волокне. Для простого отражения, когда угол падения является нормальным, она выглядит так:

Рис. 2.Формула Френеля

где n1 – коэффициент преломления воздуха = 1.00029 (при нормальных условиях), ­­

а n2 ­­– коэффициент преломления сердцевины волокна = 1.476 (для большинства волокон).

Почему так происходит?

Наиболее распространенным примером перехода “стекло/воздух” является коннектор. В случае соединения двух плоско-полированных коннекторов, мы имеем два перехода “стекло/воздух” c небольшим воздушным зазором, что приводит к двукратному отражению (около 11 дБ). В системах с повышенной плотностью сопряжения коннекторов возвратные потери могут составлять около 6 дБ, что вполне достаточно для того, чтобы нарушить передачу простого аналогового сигнала 1 МГц, выдаваемого трансмиттером.

Качество соединения волокон зависит от метода сварки, так как при сварке возникают незначительные уровни отражения. Механическое соединение волокон может привести к высоким уровням отражения, в зависимости от точности соединения и используемого метода. Это одна из многих причин, по которой сварка оптического волокна является предпочтительным методом соединения двух волокон.

Внутреннее отражение волокна

Значения внутреннего обратного отражения волокна, которое обусловлено Рэлеевским рассеянием, представлены в таблице:

Факторы, влияющие на ORL

Применение одномодовых волокон традиционно связано с чувствительностью к ORL, т.к. для передачи данных используются лазеры, поддерживающие высокую скорость передачи данных и рассчитаны на большие расстояния с небольшим оптическим бюджетом.

С другой стороны, при применении многомодовых волокон раньше использовались светодиодные источники (которые не чувствительны к обратным потерям), но они обладают низкой скоростью передачи данных и, как правило, работают на относительно коротких дистанциях. В последние годы многомодовые системы перешли на VCSEL лазеры с высокой скоростью передачи данных и влияние ORL тоже стало ощутимым.

Рис. 3. Потенциальные источники обратных потерь

В целом, общие причины возникновения отражений в обоих типах оптоволокна похожи, однако значения ORL различны.

В коннекторах величина ORL сильно зависит от загрязнения, которое в таком случае будет препятствовать качественному соединению. При этом оптические потери все равно будут малы. Коннекторы UPC (синего цвета) имеют очень нестабильные значения оптических возвратных потерь. Именно по этой причине на участках, где важен каждый милливатт оптического бюджета, отдают предпочтение разъемам APC (зеленого цвета).

Влияние на производительность системы

Как протестировать ORL

Удобно измерять возвратные потери с помощью оптического измерителя возвратных потерь (ORL-измеритель, рефлектометр обратного отражения или OCWR).

Обратные отражения отдельных компонентов ВОЛС могут быть измерены рефлектометром, однако он имеет ограниченную точность, и в некоторых ситуациях обратные отражения могут привести к насыщению встроенного усилителя прибора, делая измерения невозможными. Поэтому измерители возвратных потерь обычно используются для проверочных работ.

Рис. 4. Рефлектометр обратного отражения

Некоторые ORL-измерители быть автоматизированы для работы в паре и замерять обратные потери на обоих концах системы, одновременно выполняя измерение затухания, что позволяет проводить полный анализ без дополнительных усилий.

Более функциональные модели ORL-измерителей имеют пару дополнительных функций, которые бывают очень полезны:

Плотный сердечник (стержень диаметром около 5 мм) может быть очень полезным аксессуаром для тестирования ORL. Используется для создания временных дополнительных потерь/изоляции, чтобы определить, откуда идет отражение.

Проверка наличия возвратных потерь

Человек, который использует ORL-измеритель, может столкнуться со следующими проблемами при измерении ORL:

Решения для уменьшения обратных отражений

Для уменьшения обратных отражений:

Источник

Что такое обратные потери в кабеле

Обратные оптические потери (Optical Return Loss — ORL) представляет полную мощность света отражённую назад к источнику от оптического промежутка, включающего как обратно-рассеянный свет от волокна, так и отражённый свет от всех соединений и коннекторов. ORL, выраженный в децибелах (дБ), определён как логарифмическое отношение мощности падающей волны к отражённой в сторону источника мощности из волокна.

Где P_e мощность входная и P_r — мощность отражённого света Ватт (Вт)

Высокий уровень ORL уменьшат производительность некоторых систем передачи. Например, ввысоке обратное отражение может существенно исказить качество аналогового видеосигнала, приводящего к ухудшению качества видеоизображения.

Чем выше оценено ORL и ниже отражённая мощность, тем впоследствии, меньшее эффект от отражения. Поэтому, значение ORL = 40 дБ является лучшем, чем значение ORL = 30 дБ. Важно отметить, что ORL выражается как положительное значение децибела, тогда как отражение соединителя выражается как отрицательная величина.

1.5.3.2 Эффект расстояния или затухания

Значение коэффициента отражения события так же как его расстояние от передатчика влияют на полное значение ORL.

При увеличении длины оптоволокна увеличивается, увеличивается количество рассеянного волокном назад света, и вклад отражения от конца волокна уменьшается. Для короткого волокна отражение конца является преобладающим перед другими оптоволоконными отражениями. Оно близко к полному ORL, поскольку количество отраженного света не сильно ослабленно волокном.

С другой стороны, отражение от конца волокна большой длины или линии с плохими соединениями ослабляется эффектами поглощения и рассеяния. В этом случае, рассеянный обратно свет становится крупным вкладом в полный ORL, ограничивая эффект отражения от конца.

Следующий график отображает полный ORL (отражение и обратное рассеяние), для оконеченной оптической линии (без отражения конца) и не оконеченное волокно (с открытым сколом отражением 4 % или 14 дБ). Для расстояний меньше чем 40 км, разница в ORL между завершенным и незавершенным волокном существенна.

Для более длинных расстояний (более высокие потери), полный ORL почти одинаков

ORL как функция расстояния в 1550 нм для завершенного и незавершенного оптоволокна

Вклад отражённых событий относительно ORL зависит, не только от их расположения вдоль оптоволоконной линии, но и от расстояния между отражением и активным оборудованием передачи.

1.5.3.3 Эффекты больших значений ORL

Если значение ORL слишком высоко (низкое значение дБ), то свет может резонировать в полости лазерного диода, вызывая его нестабильность. Несколько отличающиеся эффекты могут следовать при высоком значении ORL:

• Увеличенный шум передатчика сокращение отношения оптического сигнала к шуму (OSNR) в системах аналоговых передачах видео (CATV) и увеличение BER в системах цифровой передачи

• Увеличение интерференции источника света изменение длины волны и выходной мощности центрального лазера

• Более высокая вероятность повреждения передатчика

Существуют методы, которые учитывают малые значения ORL или огранивают отрицательные эффекты, связанные с большим ORL:

• Использование коннекторов с низким отражением: с полировкой под 8° (APC); низкими обратными потерями (HRL) или с ультраполируемыми контактами (UPC)

• Использование оптических изоляторов около лазера для уменьшения обратного отражения

Неофициальный перевод книги Reference Guide to Fiber Optic Testing. Second edition. 2011 J. Laferriere, G. Lietaert, R. Taws, S. Wolszczak. Англоязычный вариант книги доступен в сети Интернет и состоит из трёх частей: две части — основной материал и третья часть — глоссарий. На данный момент книга переведена не вся и материал будет дополняться в процессе. Заранее извиняюсь за ошибки перевода. Со страниц сайта доступны главы:

Источник