SFP / SFP+: Optical Power Limit von Glasfasermodulen

Merke:

  1. Bei Multimode-Verbindungen (Module + Kabel) sollte es generell keine Probleme durch zu kurze Kabel geben, ab 2 Metern passt das bei SR-Modulen sicher.
    Bei Singlemode-Verbindungen sieht das anders aus:
  2. Setzt man an beiden Enden gleiche Optiken, die zur Leitungslänge passen ein, hat man kein Problem (Erfahrungswert), also:
    • LR: 2-10 km. Auch kurze Verbindungen funktionieren typischerweise und zerstören die Receiver normalerweise nicht, auch wenn man <1km absolut am Limit arbeitet (siehe Beispiele unten).
    • ER: bis 40 km
    • LR: bis 80 km
    • LR+ > 80 km (Spezifikation / dB-Zahl beachten!)
  3. Ist die Optik für eine größere Reichweite ausgelegt (also z.B. ER statt LR), so sendet sie sowohl stärkeren Output, zugleich ist sie im Empfang aber auch empfindlicher als solche Optiken, die für kurze Reichweite gedacht sind.
  4. Ist der eingehende Laserstrahl zu stark, treten abhängig von der Intensität zwei Arten von Beschädigungen auf.
    a) ist das Powerlimit überschritten, so wird der Empfänger beschädigt.
    b) ist das Powerlimit überschritten, so kann der Receiver mit der Zeit erblinden.
    Aus diesem Grund sollte man nie unterschiedliche Optiken mischen, also niemals LR mit ER, oder ZR sondern immer gleich mit gleich.
    Verwendet man z.B. LR mit ER auf einer Strecker der LR-Kategorie, so wird der ER-Sender den LR-Empfänger vermutlich langfristig beschädigen.
    Abhilfe schafft der Einsatz eines Dämpfungsgliedes, in diesem Fall sicherheitshalber auf beiden Richtungen, da auch das LR-Modul auf kurzer Strecke die hohe Empfangsempfindlichkeit des ER-Moduls ausnutzen könnte.
    Genaue Aussagen hängen von den Powerlimits der eingesetzten Optiken ab.
  5. Lösung: Für den sicheren Einsatz von Optiken, sollte das „optical power budget„, also die optische Leistung die am Ziel ankommt, kalkuliert werden.
    Es ergibt sich aus der optischer Ausgangsleistung („Sendepower“) abzüglich Dämpfung (durch Leitung und Verbinder sowie ggfs. eingefügter Dämpfungsglieder) abzüglich Empfangsempfindlichkeit des Empfängers . Die relevanten Werte können den Datenblättern entnommen werden. Für die Glasfaserleitung kann man überschlägig 0,2 bis 0,5 dB/km (bei 1310 nm und 1550 nm) annehmen. Das am Ziel ankommende optical power budget muss innerhalb der Spezifikation des Receivers liegen!
  6. Beispiel:
    • Das Cisco SFP-10G-LR hat eine Sendleistung von maximal 0,5 bis minimal -8,2 dBm und ein Empfangsbudget von maximal 0,5 bis minimal -14,4 dBm.
      Setzt man ein sehr kurzes Kabel ein, kann man 0 dBm Dämpfung ansetzen und liegt bei maximaler Sendeleistung von 0,5 auch genau beim maximale erlaubten Eingangspegel von 0,5 – das Modul kann durch kurze Kabel also nicht zerstört werden
    • Anders das SFP-10G-ER mit Senden max. 4 bis min. -4,7 dBm und Empfang maximal -1 und minimal -15,8 dBm. Hier müssten zwingend 5 dBm (4 – -1 = 5) Dämpfung auf der Leitung entstehen, andernfalls arbeitet das Modul außerhalb der Parameter und wird zerstört. Gut… der Receiver würde normalerweise bei guter Verbindung nicht mit maximaler Power senden, sondern auf das Minimum von -4,7 dBm runterschalten
    • Beim SFP-10G-ZR wird es spannend, denn Cisco gibt in der Tabelle Senden von max. 4 bis minimal 0 dBm und Empfangen mit max. -7 bis minimal -24 dBm an. Die receiver sensitivity ist mit -24 dBm angegeben und entspricht dem eben genannten Mindest-Empfangswert.
      Formel: Optisches Leistungsbudget = Minimale TX-Leistung – Empfangsempfindlichkeit.
      Hier beim SFP-10G-ZR also 0 dBm – -24 dBm= = 24 dB. Unterstellt man 0,3 dB Dämpfung pro Kilometer Leitung, kommt man mit 80 kM gut hin. Reserven für zusätzliche Dämpfungen durch Stecker, Spleiße etc. ergeben sich daraus, das das Modul die Sendeleistung noch um bis zu 4 dBm erhöhen kann.
      Im Datenblatt gibt Cisco +5 dBm als Beschädigungsschwelle und -7 dBm als Überlastschwelle an. Bei zu kurzen Leitungen höchst problematisch, sendet es doch mit 0 dBm, darf aber maximal mit -7 dBm belastet werden. Würde man ein 1 km kurzes Glasfaserkabel mit 0,3 dB Dämpfung dazwischen stecken, so würde man mit einem Wert von 6,7 über der Beschädigungsschwelle von 5 liegen.

Relevante Links:

networking – Can Fiber optic cables be too short? (dBm too high?) – Server Fault

acceptable single mode fiber dbm levels : r/networking (reddit.com)

How to Understand RX/TX Power Range on SFP Modules? | FS Community