Kurzstrecken-Singlemode-Anwendungen in Rechenzentren rücken Reflexion in den Blickpunkt

Strenge Vorgaben für Einfügungsdämpfung

Die Anforderungen an Einfügungsdämpfung und Verbindungslängen in Multimode-Anwendungen sind mit zunehmender Geschwindigkeit immer strenger geworden. Die maximale Einfügungsdämpfung für 10 Gig über 400 Meter des OM4-Multimodes (10GBASE-SR) beträgt 2,9 dB. Für 400 Gig über 100 Meter des OM4-Multimodes (400GBASE-SR4) beträgt die maximale Einfügungsdämpfung nur 1,8 dB. Im Gegensatz dazu haben Singlemode-Anwendungen mit langer Reichweite viel größere Dämpfungsvorgaben – 6,3 dB für 10-Kilometer-Anwendungen (LR) und zwischen 15 und 18 dB für 40-Kilometer-Anwendungen (ER). Neuere Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite (DR und FR) haben jedoch Vorgaben für Einfügungsdämpfung, die eher Multimode-Anwendungen entsprechen. Und bei diesen Anwendungen kommt es nicht nur auf die Einfügungsdämpfung an, sondern auch auf die Reflexion.

Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite werden immer beliebter für Rechenzentrumsverbindungen, die mehr als den von Multimode-Glasfaser unterstützten Abstand von 100 Metern erfordern, aber nicht die Entfernungen von Singlemode-Anwendungen mit langer Reichweite brauchen, die teure Hochleistungslaser-Transceiver nutzen. Stattdessen verwenden Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite kostengünstigere Transceiver mit geringer Leistung, um Entfernungen von 500 Metern oder 2000 Metern zu unterstützen. Diese kostengünstigen Anwendungen werden mit reduzierten Einfügedämpfungszulagen geliefert, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

Bei diesen unteren Einfügedämpfungsgrenzen können mehrere Verbindungen jedoch ein Problem darstellen. Bei der Auswahl der Singlemode-Konnektivität müssen Designer nun die Einfügungsdämpfung berücksichtigen und verlustarme Komponenten auswählen, um innerhalb der Vorgaben zu bleiben. Ein Standard-0,75-dB-Anschluss reicht nicht mehr aus. (Bei der Berechnung ergibt sich, dass vier 0,75-dB-Anschlüsse und die Kabeldämpfung über der Vorgabe für einen DR-Kanal kurzer Reichweite liegen würden).

Nicht nur die Vorgaben für Einfügungsdämpfung bei diesen neuen Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite sind bemerkenswert, sondern auch, dass die Reflexion von Belang ist. Tatsächlich hängen die Einfügungsdämpfungsgrenzen für diese Anwendungen von der Reflexion ab.

Reflexion und warum sie für den Singlemode mit kurzer Reichweite wichtig ist

Bevor wir besprechen, warum Reflexion in Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite ein Problem ist, wollen wir einen Schritt zurückgehen und die Reflexion näher betrachten.

Die Reflexion misst die Signalleistung, die von einem Stecker oder Ende des Kabels zurück zum Sender-Empfänger reflektiert wird, im Vergleich zur eingespeisten Signalleistung. Es ist immer ein negativer Wert. Reflexion ist im Wesentlichen die Umkehrung des Rückflussverlusts, die die eingespeiste Signalleistung im Vergleich zu der Menge misst, die zurückgegeben oder reflektiert wird, und immer ein positiver Wert ist. Sowohl für Reflexions- als auch für Rückflussverlust sind Werte, die weiter von Null entfernt sind, besser. (Weitere Einzelheiten finden Sie unter Einfügungsdämpfung sollte ein positiver Wert sein.)

Bei einem Faserverbinder besteht ein kleiner Luftspalt zwischen den beiden Fasern. Der Unterschied im Brechungsindex zwischen Glas und Luft bewirkt, dass Licht reflektiert wird. Reflexion kann auch durch kontaminierte oder schlecht polierte Stirnflächen, Kernfehlausrichtungen, Risse in der Faser, offene Faserenden und Herstellungsverunreinigungen verursacht werden.

Während Multimode-Transceiver sehr reflexionstolerant sind, sind leistungsstarke Singlemode-Transceiver dies nicht – besonders bei hohen Wellenlängen. Tatsächlich kann bei leistungsstarken Singlemode-Lasern zu viel Reflexion den Transceiver beschädigen. Aus diesem Grund werden APC-Steckverbinder häufig in Singlemode-Anwendungen mit langer Reichweite verwendet. APC-Steckverbinder mit einer um 8 Grad abgewinkelten Stirnseite bieten eine bessere Reflexion (und Rückflussdämpfung), da der Winkel das Licht in die Verkleidung reflektiert, was eine bessere Reflexion (und weniger Rückflussverlust) bietet. Folgendes ist zu beachten: Während es durchaus möglich ist, eine gute Reflexion mit einem UPC-LC-Steckverbinder zu erzielen, sind alle Mehrfaser-MPO-Singlemode-Verbinder APC, da es unmöglich ist, die erforderliche Reflexion auf einem MPO mit gerader UPC-Endfläche zu erreichen.

Eine neue Reflexionsanforderung

Während Singlemode-Transceiver schon immer anfällig für Reflexion waren, sind die kostengünstigen Transceiver mit geringer Leistung, die in Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite zum Einsatz kommen, noch empfindlicher gegenüber Reflexion. Der TIA-568.3-Glasfaserverkabelungsstandard spezifiziert den Steckerrückflussverlust (positiv), macht ihn jedoch nicht für Stufe-1-Tests erforderlich. Gleichwohl spezifizieren IEEE-802.3-Ethernet-Anwendungsstandards die Reflexion (negativ). Zudem melden die bei den Tests der Stufe 2 erforderlichen OTDRs die Reflexion, nicht aber die Rückflussdämpfung.

Für Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite spezifiziert IEEE die Reflexion basierend auf der Anzahl der Paare im Kanal. Wenn die Reflexionswerte nicht erreicht werden können, muss die maximale Kanaleinfügungsdämpfung reduziert werden, was ebenfalls für APC-Steckverbinder spricht. Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, kann bei einem Reflexionswert von -37 dB nur ein Anschluss in einem Singlemode-Kanal mit kurzer Reichweite verwendet werden. Mit einem verbesserten Reflexionswert von -49 dB kann man 10 Steckverbinder im Kanal haben.

Zur Bestimmung der maximalen Kanaldämpfung spezifiziert IEEE die Einfügungdämpfung gegenüber der Anzahl der diskreten Reflexionen, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

• • Die Einspeisedämpfung in einer 400GBASE-DR4-Anwendung mit vier Steckverbindern, die einen Reflexionsgrad von -50 dB und keine Verbindung zwischen -35 und -45 dB aufweisen, beträgt 3,0 dB (in der Tabelle rot hervorgehoben).


• • Falls die vier Steckverbinder eine Reflexion von -40 dB haben, wird die Einfügungsdämpfung auf 2,7 dB (in der Tabelle gelb hervorgehoben) gesenkt.


• • Wir erinnern uns, dass Werte, die weiter von Null entfernt sind, besser für die Reflexion sind.

Wie sollten Sie sich entscheiden?

Da die meisten Singlemode-LC- und MPO-Steckverbinder ein gutes Reflexionsvermögen von etwa -55 dB aufweisen, könnte es den Anschein haben, dass man den Kanal leicht mit einer Einfügungsdämpfung von 3,0 dB gestalten könnte. Zu beachten bleibt aber: Die Reflexion kann sich mit der Zeit verschlechtern, wenn sich Schmutz und aufgrund normaler täglichem Einführen und Entfernen von Jumpern Ablagerungen auf den Anschlussendflächen absetzen. Nur weil die Steckverbinder am ersten Tag eine Reflexion von -55 dB hatten, bedeutet dies nicht, dass sie für immer bei -55 dB bleiben. Schmutz und Ablagerungen auf Glasfaser-Endflächen sind besonders bei Singlemode-Steckverbindern ein Problem, bei denen der Glasfaserkern viel kleiner ist – es ist einfacher, mehr Licht mit einem winzigen Staubpartikel auf einem kleinen 9-Mikron-Singlemode-Glasfaserkern zu blockieren als auf einem größeren 50-Mikron-Multimode-Glasfaserkern.

Selbst wenn Steckverbinder am Tag 1 die Reflexion von -55 dB in OTDR-Tests der Stufe 2 messen, ist es ratsam, einen gewissen Spielraum einzubauen, um das Potenzial für eine erhöhte Reflexion in der Zukunft zu berücksichtigen. Bei vier Steckverbindern in einer Singlemode-Anwendung mit kurzer Reichweite könnte dies bedeuten, dass die Auslegung auf 2,7 dB statt auf 3 dB erfolgt.

Es ist wichtig zu beachten, dass selbst wenn Ihre Verbindung Tests der Stufe 1 (Einfügungsdämpfung) mit beträchtlichem Abstand besteht, übermäßige Reflexion die Verbindung trotzdem inoperabel machen kann. Hier kommt ein OTDR wie Fluke Networks Fluke Networks OptiFiber™ Pro ins Spiel – der einzigen Möglichkeit, die Reflexion von Verbindungen genau zu messen. OptiFiber Pro interpretiert sogar automatisch die Ergebnisse und zeigt die detaillierte Reflexion aller Verbindungen auf einer intuitiven grafischen EventMap an.

Denke Sie an die goldene Regel: Überprüfen Sie alle Steckverbinder

Eine weitere wichtige Überlegung für diese Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite (oder für jede Faseranwendung) ist die ordnungsgemäße Inspektion. Nur weil der Hersteller Ihnen sagt, dass die Reflexion an einem Steckverbinder -55 dB beträgt, bedeutet das nicht, dass er diese Leistung sofort abrufen kann. Deshalb ist es wichtig, jeden Steckverbinder vor dem Anschließen zu inspizieren und ggf. zu reinigen, falls dies notwendig ist.

Da Steckverbinder im Laufe der Zeit und beim Ausstecken und Anschließen von Jumpers schmutzig werden können, sollte die Inspektion und Reinigung nicht nur am ersten Tag erfolgen – insbesondere bei Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite, bei denen eine verminderte Reflexionsleistung die Einfügungsdämpfung und die Gesamtleistung des Kanals beeinträchtigen kann.

Wenn APC-Steckverbinder, wie der FI-700 FiberInspector™ Pro oder der FI-500 FiberInspector Micro von Fluke Networks geprüft werden, muss die APC-Sondenspitze (separat erhältlich) verwendet werden, um den 8-Grad-Winkel zu messen und eine gute Sicht zu gewährleisten.

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