محاسبه تلفات فیبر نوری و بودجه توان | راهنمای دقیق و مثال عملی

اندازه‌گیری دقیق و اهمیت آن در نصب کابل فیبر نوری

اندازه‌گیری و تست دقیق در نصب کابل فیبر نوری برای تضمین یکپارچگی و عملکرد کلی شبکه بسیار حیاتی است.
افت سیگنال قابل توجه در فیبر نوری می‌تواند باعث انتقال غیرقابل اعتماد شود.
اما چطور می‌توان مقدار تلفات در لینک فیبر را مشخص کرد؟
در این مقاله به شما آموزش می‌دهیم چگونه تلفات در فیبر نوری را محاسبه کنید و عملکرد لینک فیبر را ارزیابی نمایید.

انواع تلفات در فیبر نوری

تلفات فیبر نوری یا همان Fiber Optic Attenuation به میزان نوری گفته می‌شود که بین ورودی و خروجی کابل فیبر از دست می‌رود. عوامل متعددی باعث ایجاد تلفات در فیبر می‌شوند، مانند جذب ذاتی مواد، خمیدگی کابل، تلفات ناشی از کانکتورها و غیره.

تلفات فیبر نوری به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• تلفات ذاتی (Intrinsic Optical Fiber Losses): ناشی از خصوصیات ذاتی فیبر که شامل جذب (Absorption Loss)، پراکندگی (Dispersion Loss) و تلفات ناشی از نقص ساختاری (Scattering Loss) است.

• تلفات غیرذاتی (Extrinsic Optical Fiber Losses): ناشی از شرایط کاری و نصب که شامل تلفات اتصال (Splicing Loss)، تلفات کانکتور (Connector Loss) و تلفات خمیدگی (Bending Loss) می‌شود.

اطلاعات دقیق‌تر درباره این انواع تلفات و روش‌های کاهش آن‌ها در مقاله‌ی «چگونه انواع مختلف تلفات فیبر نوری را کاهش دهیم؟» معرفی شده است.

استانداردهای مربوط به تلفات فیبر نوری

انجمن صنعت مخابرات (TIA) و اتحادیه صنایع الکترونیکی (EIA) استانداردهایی را تدوین کرده‌اند که به‌طور گسترده در صنعت فیبر نوری پذیرفته و استفاده می‌شوند.
این استانداردها عملکرد و الزامات انتقال کابل‌های فیبر نوری، کانکتورها و تجهیزات مرتبط را مشخص می‌کنند.

حداکثر تضعیف (attenuation) که معمولاً به صورت ضریب تضعیف فیبر نوری بیان می‌شود، یکی از مهم‌ترین پارامترهای اندازه‌گیری تلفات فیبر است و بر حسب واحد dB/km (دسی‌بل بر کیلومتر) گزارش می‌گردد.

چگونه تلفات فیبر نوری را محاسبه کنیم؟

برای تشخیص اینکه آیا لینک فیبر نوری به‌درستی کار می‌کند یا خیر، باید محاسبات زیر انجام شود.

محاسبه تلفات فیبر نوری

معمولاً در زمان نصب کابل نوری، محاسبه بیشینه تلفات سیگنال در یک لینک فیبر اهمیت دارد. ابتدا باید فرمول تلفات فیبر را بدانید:

تلفات کل لینک = تضعیف کابل + تلفات کانکتور + تلفات اتصال (اسپلایس)

• تضعیف کابل (dB) = ضریب بیشینه تضعیف کابل (dB/km) × طول کابل (کیلومتر)

• تلفات کانکتور (dB) = تعداد جفت کانکتورها × مقدار مجاز تلفات کانکتور (dB)

• تلفات اتصال (اسپلایس) (dB) = تعداد اتصال‌ها × مقدار مجاز تلفات اتصال (dB)

همانطور که این فرمول نشان می‌دهد، تلفات کل برابر مجموع بیشینه مقادیر تلفات هر بخش در یک قطعه فیبر است. توجه داشته باشید که این محاسبه صرفاً یک تخمین است که براساس مقادیر احتمالی تلفات هر جزء صورت می‌گیرد، بنابراین مقدار واقعی ممکن است بالاتر یا پایین‌تر باشد و به عوامل مختلفی بستگی دارد.

 مثال عملی

۱. محاسبه تضعیف کابل فیبر نوری

طبق جدول استاندارد، تضعیف نور در کابل فیبر نوری تک‌مدی با طول موج ۱۳۱۰ نانومتر برابر با 0.5 دسی‌بل بر کیلومتر است.
بنابراین تضعیف کل کابل:

$0.5dB/km\times 10km=5dB$

۲. محاسبه تلفات کانکتور

طبق استاندارد TIA/EIA، بیشینه تلفات هر جفت کانکتور برابر با 0.75 دسی‌بل است.
تلفات کل کانکتورها:

$0.75dB\times 2=1.5dB$

در محاسبات عملی، می‌توان مقدار دقیق تلفات کانکتورها را از مشخصات فنی ارائه شده توسط تامین‌کنندگان کابل فیبر نوری دریافت کرد.

۳. محاسبه تلفات اتصال (اسپلایس)

طبق استاندارد TIA/EIA، بیشینه تلفات هر اتصال برابر با 0.3 دسی‌بل است.
تلفات کل اتصالات:

$0.3dB\times 1=0.3dB$

۴. سایر تلفات

اگر اجزای دیگری مانند اتیوئنویتور (attenuator) وجود داشته باشند، تلفات مربوط به آنها نیز باید محاسبه و اضافه شود.

۵. محاسبه تلفات کل لینک

جمع تلفات کابل، کانکتورها و اتصال‌ها:

$5dB+1.5dB+0.3dB=6.8dB$

توجه: این مقادیر تنها تخمینی هستند. دقیق‌ترین و آسان‌ترین روش اندازه‌گیری، استفاده از OTDR (دستگاه ردگیری بازتاب نوری) برای لینک واقعی می‌باشد.

محاسبه بودجه توان (Power Budget)

مقدار تلفات لینک چقدر برای کل انتقال مهم است؟ اینجاست که باید به یک مفهوم مرتبط و حیاتی دیگر یعنی بودجه توان اشاره کنیم.
بودجه توان برای مقایسه با تلفات کل محاسبه شده استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که کابل‌کشی شبکه به درستی نصب شده است.

لینک فیبر تنها زمانی به صورت عادی و صحیح کار خواهد کرد که تلفات لینک در محدوده بودجه توان قرار داشته باشد.

بودجه توان (P(B)) به صورت اختلاف بین حساسیت گیرنده (P(R)) و توان خروجی فرستنده (P(T)) به فیبر تعریف می‌شود:

$$P(B)=P(T)-P(R)$$

برای مثال، فرض کنید توان متوسط خروجی فرستنده -15dBm و حساسیت گیرنده -28dBm باشد، بنابراین بودجه توان برابر است با:

$$-15dBm-(-28dBm)=13dB$$ 

محاسبه حاشیه توان (Power Margin)

پس از محاسبه تلفات لینک و بودجه توان، می‌توانید حاشیه توان یا همان حاشیه ایمنی را نیز محاسبه کنید.
این مقدار نشان‌دهنده توان باقیمانده پس از کسر تلفات لینک از بودجه توان است.
فرمول آن به صورت زیر است:

$$P(M)=P(B)-LL$$

که در آن:

• $P(M)$ حاشیه توان

• $P(B)$ بودجه توان

• $LL$ تلفات لینک

مثال محاسبه حاشیه توان برای لینک ۱۰ کیلومتری فیبر نوری تک‌حالته (SMF)

فرض کنید در مثال کابل ۱۰ کیلومتری فیبر نوری تک‌حالته، بودجه توان برابر با ۱۳ دسی‌بل و تلفات لینک برابر با ۶.۸ دسی‌بل باشد.
در این صورت، حاشیه ایمنی (Safety Margin) به شکل زیر محاسبه می‌شود:

۱۳dB−۶.۸dB=۶.۲dB

مقدار بزرگ‌تر از صفر نشان می‌دهد که لینک دارای توان کافی برای انتقال سیگنال است و عملکرد مناسبی خواهد داشت.