محاسبه افت فیبر نوری – تضعیف و توان

افت فیبر نوری چیست و چگونه محاسبه می گردد؟

اندازه گیری و سنجش دقیق در نصب کابل فیبر برای اطمینان از یکپارچگی و عملکرد کلی شبکه بسیار حائز اهمیت می باشد. افت قابل توجه سیگنال در فیبر نوری می تواند سبب انتقال نادرست دیتا گردد.

 

انواع افت در فیبر نوری

افت فیبر نوری چیست؟ افت فیبر که تلفات یا تضعیف فیبر نوری نیز نامیده می شود ، در واقع اختلاف توان ورودی و خروجی نور را می باشد که به عنوان افت نوری بر اساس واحد دسی بل dB محاسبه می گردد. عوامل مختلفی از جمله جذب  Absorption ، خمش های Macro Bending و  Micro Bending و همچنین پراکندگی باعث افت در شبکه های فیبر نوری می شوند البته در مراحل سربندی نیز عواملی مانند افت کانکتورها در قرارگیری و یا به شکل برگشتی در میزان افت نوری تاثیر گذار می باشند.

 

افت فیبر نوری با توجه به مشخصات فیبر و یا شرایط کاربری فیبر به دو گروه افت افت  ذاتی و اتفاقی فیبر نوری تقسیم می شوند. افت ذاتی فیبر نوری شامل افت جذب ، افت پراکندگی و افت پراکندگی ناشی از نقص ساختاری می باشد. افت خارجی یا اتفاقی فیبرهای نوری شامل افت اسپلایس ، افت کانکتور و افت در اثر خمش می باشد.

 

استاندارد های افت فیبر نوری

انجمن صنایع ارتباطات مخابراتی (TIA) و  انجمن صنایع الکترونیکیEIA)) که استانداردهای TIA / EIA را توسعه می دهد  و الزامات عملکردی و انتقال مورد نیاز را برای کابل های فیبر نوری و تجهیزات فیبر نوری تعریف می نماید و به صورت گسترده در صنعت فیبر نوری مورد استفاده قرار می گیرد به بررسی و طبقه بندی افت فیبر نوری نیز پرداخته است. حداکثر میزان افت در واقع ، ضریب افت کابل فیبر نوری می باشد و در واحد  دسی بل بر کیلومتر dB / km بیان می شود که یکی از مهم ترین پارامترهای اندازه گیری افت فیبر نوری می باشد. حداکثر افت انواع تار های کابل فیبر نوری بر اساس استاندارد TIA / EIA-568  در نمودار زیر مشخص شده است:

 

Cable Type Cable Type Wavelength (nm) Maximum Attenuation (dB/km) Minimum Transmission Capacity (Mhz * km)
50/125 micron multimode 850 3.5 500
1300 1.5 500
62.5/125 micron multimode 850 3.5 160
1300 1.5 500
Singlemode inside plant cable 1310 1.0 N/A
1550 1.0 N/A
Singlemode outside plant cable 1310 0.5 N/A
1550 0.5 N/A

 

 

چگونه می توان تلفات موجود در فیبر نوری را محاسبه کرد؟

جهت تشخیص اینکه لینک شبکه فیبر نوری به درستی فعالیت می نماید، بایستی محاسبه زیر را انجام دهید

محاسبه افت فیبر نوری

به شکل معمول محاسبه حداکثر افت سیگنال در یک لینک فیبر نوری به هنگام نصب و راه اندازی کابل فیبر نوری  صورت می گیرد. در ابتدا ، شما باید از فرمول از تلفات فیبر آگاه باشید:

 

The Total Link Loss = Cable Attenuation + Connector Loss + Splice Loss

کل افت لینک نوری = افت کابل فیبر نوری + افت  کانکتور ها + افت  splice ها شامل فیوژن یا اتصال مکانیکی

 

Cable Attenuation (dB) = Maximum Cable Attenuation Coefficient (dB/km) × Length (km)

افت کابل فیبر نوری = (dB) حداکثر ضریب افت کابل (dB / km)  X طول کابل  (km)

 

Connector Loss (dB) = Number of Connector Pairs × Connector Loss Allowance (dB)

افت کانکتور فیبر نوری = (dB) تعداد جفت های اتصال دهنده  X کمک هزینه از دست دادن اتصال دهنده (dB)

 

Splice Loss (dB) = Number of Splices × Splice Loss Allowance (dB)

افت اتصالات فیوژن و مکانیکی = (dB) تعداد اسپلایس ها  X افت مجاز اسپلایس (dB)

 

با توجه به فرمول های بالا ، کل افت فیبر نوری در واقع مجموع حداکثری از بدترین متغیر ها در یک بخش فیبر می باشد. لازم به ذکر است که کل افت نوری محاسبه شده در حقیقت برآوردی از مقادیر احتمالی افت تجهیزات می باشد، بنابراین افت واقعی با توجه به عوامل مختلف بیشتر یا کمتر می باشد.

 

محاسبه افت فیبر نوری – تضعیف و توان

 

به عنوان مثال یک کابل فیبر نوری سینگل با فاصله 10 کیلومتر و طول موج 1310 نانومتر بین دو ساختمان نصب شده است. این کابل دارای 2 جفت اتصال ST و 1 اسپلایس می باشد.

به جهت نشان دادن مراحل محاسبه افت لازم است یک مثال عملی بیان نماییم: یک کابل فیبر نوری سینگل مد یا تک حالته با فاصله 10 کیلومتر و طول موج نوری 1310 نانومتر بین دو ساختمان نصب گردیده است. این کابل دارای 2 جفت کانکتور LC و 1 جوش فیبر نوری است.

فرمول افت در فیبر نوری

محاسبه افت لینک در مسافت 10 کیلومتر، فیبر نوری SMF


 

 

  • مطلوب است محاسبه افت کابل فیبر نوری. تضعیف نور در طول موج 1310 نانومتر در فیبر نوری سینگل مد  SM برابر استاندارد TIA  معادل  0,5db/km برای کابل فیبر نوری محاسبه می گردد، بنابراین میزان کل افت کابل 0.5db/km × 10km = 5dB  محاسبه شده است.

 

  • مطلوب است محاسبه افت کاتکتورهای فیبر نوری: به جهت انجام میتوان از حداکثر افت بر اساس استاندارد TIA/EIAبه اعزای هر جفت کانکتور معادل 0.75dB که تعیین گردیده استفاده نمود ،0.75dB x 2 = 1.5dB  . در محاسبات عملی ، افت واقعی کانکتور  می تواند به مقدار مشخصات کابل فیبر نوری ارائه شده توسط تولید کنندگان اشاره داشته باشد.

 

 

  • محاسبه افت کل اسپلایس های نوری: مطابق استاندارد EIA / TIA 568  حداکثر افت 0,3dB/km دسی بل جهت هر فیوژن فیبر نوری یا اتصال مکانیکی در نظر گرفته می شود و افت کل اسپلایس برابر با  0.3dB x 1 = 0.3dB می باشد.

 

  • محاسبه میزان افت تجهیزات مانند تضعیف کننده های فیبر نوری بایستی در نظر گرفته شود.

 

 

  • محاسبه افت کل لینک: مجموع افت کابل فیبر نوری ، افت کانکتور و افت اسپلایس ها برابر افت کل لینک می باشد. کل افت لینک در مثال بالا برابر5dB + 1.5dB + 0.3dB = 6.8dB می باشد.

 

توجه داشته باشید که برآورد ها بصورت فرض  در نظر گرفته می شوند، ساده ترین و دقیق ترین راه استفاده از دستگاه پاور میتر و سورس و دستگاه OTDR جهت اندازه گیری های فوق می باشد.

 

محاسبه بودجه توان نوری

 

چرا میزان افت لینک نوری در فرایند انتقال حائز اهمیت می باشد؟ یکی دیگر از مسائل مرتبط با محاسبه افت نوری، میزان بودجه توان می باشد که در مقایسه با کل افت محاسبه شده تعیین می گردد و به جهت اطمینان نمودن از نصب درست و بدون خطا کابل فیبر نوری در شبکه مورد بررسی و اهمیت قرار میگیرد.

 

میزان بودجه توان (PB)   برابر با تفاوت بین حساسیت گیرنده (PR)  و خروجی فرستنده به داخل فیبر (PT) محاسبه می گردد. میزان توان بودجه توسط فرمول PB = PT – PR محاسبه می گردد. به عنوان مثال اگر متوسط ​​توان خروجی فرستنده 15dBm- و حساسیت گیرنده 28dBm- باشد، میزان توان محاسبه شده برابر 15dB – (-28dB) = -13dB- می باشد.

 

محاسبه حاشیه توان

 

 

محاسبه افت فیبر نوری

بودجه برق ، افت لینک و حاشیه برق

اختلاف میان افت لینک و میزان کل توان بودجه برابر با حاشیه توان می باشد که حاشیه ایمنی نیز نامیده می شود. این مقدار توان موجود پس از کسر افت لینک از توان بودجه را نشان می دهد. حد یا حاشیه توان با فرمول  PM = PB – LL محاسبه می گردد.

 

مثال قبل را را در نظر بگیرید ، فیبر نوری سینگل مد که میزان بودجه توان محاسبه شده آن برابر با 13dB  و افت لینک معادل 6.8dB محاسبه گردید، بنابراین حاشیه توان آن برابر 6.2dB می باشد با توجه به 13dB – 6.8dB = 6.2dB

 

  • حاشیه توان بیش تر از صفر نشانگر لینک با توان لازم جهت انتقال می باشد.

 

ضریب تضعیف فیبر نوری:

تحت شرایط کاملاً عمومی ، تغییرات در توان نوری P متوسط جریان بیتی که در داخل یک فیبر نوری منتشر می شود ، توسط قانون Beer تنظیم می شود:

 

dP/dz = −αP,

 

که در آن α ضریب تضعیف می باشد. اگرچه با همان علامت ضریب جذب در Eq مشخص می شود. چنانچه Pin توانی باشد که در انتهای ورودی یک فیبر با طول L وارد فیبر می شود ، توان خروجی Pout از α قابل محاسبه می باشد.

Pout = Pin ^(−αL).

به طور معمول α را با استفاده از رابطه فوق و بر اساس رابطه قبل با واحد dB / km بیان می نماییم و بر اساس رابطه زیر ارائه می گردد

فرمول افت در فیبر نوری

 

آنالیز افت فیبر نوری

اطلاعات بیشتر در مورد کابل های فیبر نوری :

link

تجهیزات فیبر نوری:

link

 

با سپاس فراوان

شیوا سلطانی، مجتبی منتخبی

دیدگاه‌ها (1)

*
*