مطالعات برجسته عوامل کلیدی در قابلیت اطمینان شبکه فیبر نوری

هنگام ساخت یک شبکه ارتباطی فیبر نوری، اطمینان از انتقال پایدار سیگنال و جلوگیری از خرابی ارتباطات به دلیل از دست رفتن بیش از حد سیگنال بسیار مهم است. ارزیابی دقیق تلفات پیوند فیبر و حداکثر مسافت انتقال ضروری است. این مقاله روش‌های محاسبه تلفات پیوند فیبر را بررسی می‌کند و دستورالعمل‌های عملی را برای تخمین مسافت ارائه می‌دهد تا به ساخت سیستم‌های ارتباطی نوری با عملکرد بالا و قابل اعتماد کمک کند.

تصور کنید در حال ساخت یک بزرگراه هستید که در آن وسایل نقلیه (سیگنال‌های نوری) باید بدون مانع از ابتدا تا انتها حرکت کنند. اگر جاده ناهموار باشد (تضعیف فیبر) یا تقاطع‌های زیادی داشته باشد (تلفات اتصال‌دهنده و اتصال)، سرعت وسایل نقلیه ناگزیر تحت تأثیر قرار می‌گیرد و ممکن است برخی به مقصد خود نرسند. تلفات پیوند فیبر مانند این نقص‌های جاده عمل می‌کند و به تدریج انرژی سیگنال نوری را مصرف می‌کند و در نهایت کیفیت سیگنال را کاهش می‌دهد یا باعث خرابی ارتباطات می‌شود.

بنابراین، در طول طراحی و استقرار شبکه‌های فیبر نوری، ارزیابی و کنترل دقیق تلفات پیوند برای اطمینان از رسیدن سیگنال‌های نوری به انتهای دریافت‌کننده با قدرت کافی برای برقراری ارتباط قابل اعتماد ضروری است.

ارزیابی تلفات پیوند فیبر نیازمند ابزارها و روش‌های حرفه‌ای است، درست مانند یک پزشک که یک بیماری را تشخیص می‌دهد. مستقیم‌ترین و دقیق‌ترین روش استفاده از یک بازتاب‌سنج دامنه زمانی نوری (OTDR) برای اندازه‌گیری است. OTDR مقادیر تلفات واقعی را برای تمام رویدادهای موجود در پیوند (اتصال‌دهنده‌ها، اتصالات، تضعیف فیبر) ارائه می‌دهد و داده‌های دقیقی را برای بهینه‌سازی شبکه ارائه می‌دهد.

با این حال، اندازه‌گیری‌های OTDR همیشه امکان‌پذیر نیستند. در طول تجزیه و تحلیل امکان‌سنجی اولیه پروژه یا عیب‌یابی در شبکه‌های موجود، باید از روش‌های جایگزین استفاده کرد:

1. تخمین کل تلفات پیوند بر اساس طول فیبر و متغیرهای تلفات شناخته شده
2. تخمین حداکثر مسافت فیبر بر اساس بودجه توان نوری و متغیرهای تلفات

هر دو روش به تخمین‌های منطقی از عوامل مختلف تلفات همراه با حاشیه‌های ایمنی برای هدایت طراحی و بهینه‌سازی شبکه متکی هستند.

تلفات پیوند فیبر ثابت نیست؛ تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد. درک این موارد، تخمین تلفات دقیق‌تر و اقدامات کاهشی مناسب را امکان‌پذیر می‌کند.

انواع مختلف فیبر (تک حالته، چند حالته) و طول موج‌های عملیاتی (850 نانومتر، 1300 نانومتر، 1310 نانومتر، 1550 نانومتر) دارای ضرایب تضعیف متمایز هستند. به طور کلی، فیبر تک حالته تضعیف کمتری نسبت به چند حالته دارد و طول موج‌های بالاتر تضعیف کمتری را نشان می‌دهند. انتخاب باید بین مسافت انتقال، الزامات پهنای باند و هزینه تعادل برقرار کند.

جذب و پراکندگی سیگنال در داخل فیبر، علل اصلی تلفات هستند. تولیدکنندگان ضرایب تضعیف را بر حسب دسی‌بل بر کیلومتر ارائه می‌دهند. کل تلفات فیبر بر اساس طول و این ضریب محاسبه می‌شود.

اتصال‌دهنده‌هایی که فیبرها و تجهیزات را به هم متصل می‌کنند، تلفات اضافی را از درج و انعکاس ایجاد می‌کنند. اتصال‌دهنده‌های با کیفیت بالا و نصب صحیح این تلفات را به حداقل می‌رسانند.

اتصال فیوژن به طور دائم فیبرها را با تلفات معمولاً کمتر از اتصال‌دهنده‌ها به هم متصل می‌کند، اما کیفیت به تجهیزات و مهارت تکنسین بستگی دارد.

تلفات ممکن است به دلیل پیری فیبر یا آلودگی اتصال‌دهنده در طول زمان افزایش یابد. گنجاندن یک حاشیه ایمنی (3-10 دسی‌بل بسته به کاربرد) پایداری بلندمدت را تضمین می‌کند.

یادداشت‌ها:

1. مقادیر با TIA/EIA و سایر استانداردهای صنعت مطابقت دارند
2. مقادیر عملکرد قابل دستیابی را برای نصب‌های فیبر جدید نشان می‌دهند

هنگامی که طول فیبر، تعداد اتصالات و تعداد اتصال‌دهنده‌ها مشخص است، از این فرمول استفاده کنید:

تلفات پیوند = [طول فیبر (کیلومتر) × تضعیف فیبر/کیلومتر] + [تلفات اتصال × تعداد اتصال] + [تلفات اتصال‌دهنده × تعداد اتصال‌دهنده] + [حاشیه ایمنی]

یک پیوند تک حالته 40 کیلومتری در 1310 نانومتر با 2 جفت اتصال‌دهنده و 5 اتصال:

تلفات پیوند = [40 کیلومتر × 0.4 دسی‌بل/کیلومتر] + [0.1 دسی‌بل × 5] + [0.75 دسی‌بل × 2] + [3.0 دسی‌بل] = 21.0 دسی‌بل

این به توان نوری ~21.0 دسی‌بل برای انتقال قابل اعتماد نیاز دارد. همیشه تلفات واقعی را پس از نصب تأیید کنید.

هنگامی که بودجه توان نوری، تعداد اتصال‌دهنده‌ها و تعداد اتصالات مشخص است:

طول فیبر = {[(حداقل توان فرستنده) - (حساسیت گیرنده)] - [تلفات اتصال × تعداد اتصال] - [تلفات اتصال‌دهنده × تعداد اتصال‌دهنده] - [حاشیه ایمنی]} / [تضعیف فیبر/کیلومتر]

یک پیوند اترنت سریع تک حالته در 1310 نانومتر با 2 جفت اتصال‌دهنده و 5 اتصال. توان فرستنده: -8.0 دسی‌بل، حساسیت گیرنده: -34.0 دسی‌بل:

طول فیبر = {[(-8.0 دسی‌بل) - (-34.0 دسی‌بل)] - [0.1 دسی‌بل × 5] - [0.75 دسی‌بل × 2] - [3.0 دسی‌بل]} / [0.4 دسی‌بل/کیلومتر] = 52.5 کیلومتر

حداکثر مسافت ~52.5 کیلومتر است. تلفات واقعی را پس از نصب تأیید کنید.

• ضریب تضعیف فیبر واقعی
• طراحی و سن فیبر
• کیفیت اتصال‌دهنده و تلفات واقعی
• کیفیت اتصال و تلفات واقعی
• تعداد اتصالات و اتصال‌دهنده‌ها در پیوند

طراحی سیستم‌های فیبر نیازمند متعادل کردن عوامل متعدد است. استانداردهای عملکرد باید ابتدا تعیین شوند، سپس به دست آیند. به یاد داشته باشید، این یک سیستم یکپارچه است.

اجزای کلیدی برای محاسبه عملکرد سیستم:

معمولاً تأثیرگذارترین عامل. تولیدکنندگان مقادیر دسی‌بل/کیلومتر را ارائه می‌دهند. کل تلفات = مسافت × ضریب تلفات (با استفاده از کل طول کابل، نه مسافت نقشه).

تک حالته: 0.25-0.35 دسی‌بل/کیلومتر. چند حالته: ~2.5 (@850 نانومتر) و 0.8 (@1300 نانومتر) دسی‌بل/کیلومتر. چند حالته با LED مناسب برای ≤1 کیلومتر؛ تک حالته با لیزر مسافت‌های طولانی‌تری را مدیریت می‌کند.

دو نوع اصلی: لیزر (توان بالا/متوسط/کم برای مسافت‌های طولانی/متوسط/کوتاه) و LED (بیشتر چند حالته، برخی تک حالته با توان بالا). بر اساس خروجی (به عنوان مثال، -5 دسی‌بل) رتبه‌بندی می‌شود.

حداقل نور مورد نیاز برای عملکرد (به عنوان مثال، -28 دسی‌بل).

اتصالات مکانیکی: 0.7-1.5 دسی‌بل هر کدام. اتصالات فیوژن: 0.1-0.5 دسی‌بل هر کدام (ترجیح داده می‌شود برای تلفات کمتر).

برای حسابداری پیری، دستگاه‌های اضافه شده، تعمیرات آسیب کابل و غیره حیاتی است. معمولاً 3-10 دسی‌بل.

سناریو: دو مرکز با فاصله 8 مایل (طول کابل واقعی 9 مایل ≈ 14.5 کیلومتر) با 4 اتصال فیوژن برنامه‌ریزی شده است.

گزینه‌های سازنده روتر برای تک حالته:

مقایسه گزینه‌های توان (توان انتقال + تلفات فیبر در مقابل حساسیت گیرنده):

با احتساب حاشیه 5.0 دسی‌بل، گزینه برد کوتاه قابلیت کافی را فراهم می‌کند (حاشیه کل 8.0 دسی‌بل).