สายใยออฟติกส์จากพลาสติกสามารถส่งสัญญาณได้ไกลแค่ไหน? การเข้าใจ dB, dBm และงบประมาณพลังงานออฟติกส์

ใยแก้วนำแสงพลาสติกสามารถส่งผ่านได้ไกลแค่ไหน” ฟังดูเหมือนคำถามง่ายๆ แต่ไม่มีระยะทางเดียวที่ใช้กับทุกลิงก์ POF

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงพลาสติกมีข้อกำหนดการลดทอน โดยทั่วไปจะแสดงเป็น dB ต่อเมตร ค่านั้นมีความสำคัญ แต่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของการคำนวณระยะทางเท่านั้น ระยะเอื้อมที่แท้จริงของลิงก์ขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานแสงที่เครื่องส่งสัญญาณเปิดตัว พลังงานแสงแสงที่เครื่องรับสามารถตรวจจับได้อย่างน่าเชื่อถือ ปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปผ่านไฟเบอร์และการเชื่อมต่อ และปริมาณพลังงานที่ต้องคงเหลือสำหรับสภาพการทำงานจริง

นี่คือสาเหตุที่ POF ขนาด 1 มม. เดียวกันอาจทำงานได้ไกลกว่า 20 เมตรในระบบหนึ่ง และเพียง 10 เมตรในอีกระบบหนึ่ง เส้นใยไม่เปลี่ยนแปลง ที่งบประมาณพลังงานแสงของลิงค์ตัวส่ง-ไฟเบอร์-ตัวรับที่สมบูรณ์

การทำความเข้าใจสิ่งนี้ต้องใช้แนวคิดสามประการ:เดซิเบลเมตร,เดซิเบล, และงบประมาณพลังงานแสง.

อะไรเป็นตัวกำหนดระยะการส่งสูงสุดของใยแก้วนำแสงพลาสติก

ระยะการส่งข้อมูลสูงสุดของใยแก้วนำแสงแบบพลาสติกคือความยาวการเชื่อมต่อที่ยาวที่สุดซึ่งช่วยรักษาพลังงานแสงที่ได้รับและคุณภาพของสัญญาณให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่ระบุของระบบเครื่องส่ง/เครื่องรับ ขึ้นอยู่กับงบประมาณด้านพลังงานแสง การลดทอนของไฟเบอร์ การสูญเสียการเชื่อมต่อและการโค้งงอ อุณหภูมิ ขอบการออกแบบ และข้อจำกัดอัตราข้อมูลและแบนด์วิธในบางระบบ

ระยะทางเป็นคุณสมบัติของการเชื่อมต่อแบบออปติคอลที่สมบูรณ์

การเชื่อมโยงข้อมูล POF สามารถทำให้ง่ายขึ้นเป็นองค์ประกอบหลักสามประการ:

เครื่องส่ง → ใยแก้วนำแสงพลาสติก → เครื่องรับ

                                           งบประมาณพลังงานแสงของตัวส่ง-POF-ตัวรับ

เครื่องส่งสัญญาณสร้างสัญญาณแสง เส้นใยจะพามันไป เครื่องรับจะต้องยังคงได้รับพลังงานแสงที่ใช้งานได้เพียงพอเพื่อกู้คืนข้อมูลได้อย่างถูกต้อง

เครื่องส่งจึงให้ระดับพลังงานแสงเริ่มต้นแก่ระบบ ในขณะที่ทุกส่วนของเส้นทางแสงจะลดพลังงานนั้นลงในระดับหนึ่ง

ความสัมพันธ์พื้นฐานคือ:

กำลังแสงที่ได้รับ = กำลังแสงที่ส่ง - การสูญเสียทางแสงทั้งหมด

หากกำลังแสงที่ได้รับต่ำกว่าความไวที่ต้องการของตัวรับ จะไม่สามารถรับประกันได้ว่าลิงก์จะทำงานได้อย่างถูกต้องอีกต่อไป

นั่นหมายความว่าคำถามไม่ใช่แค่:

POF นี้มีการสูญเสียเท่าใดต่อเมตร?

คำถามทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์มากกว่าคือ:

ระบบตัวส่ง-ไฟเบอร์-ตัวรับนี้สามารถทนต่อการสูญเสียทางแสงโดยรวมได้มากเพียงใด

หลังจากที่ทราบค่านั้นแล้วเท่านั้น การลดทอนของไฟเบอร์จึงมีประโยชน์ในการประมาณระยะทาง

พลังงานแสงไม่ใช่เพียงขีดจำกัดระยะทางที่เป็นไปได้เท่านั้น

สำหรับลิงก์ POF ทางอุตสาหกรรมสั้นๆ จำนวนมาก งบประมาณด้านพลังงานแสงเป็นหนึ่งในวิธีที่เป็นประโยชน์มากที่สุดในการทำความเข้าใจระยะการส่งข้อมูล อย่างไรก็ตาม กำลังไฟที่ได้รับที่เพียงพอไม่ได้รับประกันโดยอัตโนมัติว่าความยาวลิงก์และอัตราข้อมูลใดๆ ก็ตามจะใช้งานได้

เมื่ออัตราข้อมูลเพิ่มขึ้น รูปร่างของพัลส์ แบนด์วิดท์ของระบบ การกระจายตัว ระยะเวลาของเครื่องส่งสัญญาณ และพฤติกรรมของตัวรับก็อาจส่งผลต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณได้เช่นกัน ดังนั้นลิงก์จึงอาจถึงขีดจำกัดคุณภาพสัญญาณ แม้ว่าการคำนวณกำลังแสงแบบธรรมดายังคงเป็นที่ยอมรับก็ตาม

ด้วยเหตุนี้ งบประมาณพลังงานแสงจึงควรถือเป็นการคำนวณระยะทางพื้นฐาน แต่ไม่ใช่เป็นการทดแทนข้อกำหนดเฉพาะของลิงก์ตัวส่ง/ตัวรับที่สมบูรณ์

dB กับ dBm: หน่วยเบื้องหลังการคำนวณลิงก์ออปติคัล

แหล่งที่มาของความสับสนในการออกแบบลิงค์ไฟเบอร์ออปติกก็คือเดซิเบลและเดซิเบลเมตรดูคล้ายกันแต่บรรยายต่างกัน

การทำความเข้าใจความแตกต่างนี้จะทำให้การคำนวณงบประมาณลิงก์ที่เหลือง่ายขึ้นมาก

dBm กับ dB ในออปติคัลลิงก์

dBm หมายถึงอะไร?

dBm คือระดับพลังงานสัมบูรณ์

มันแสดงพลังงานแสงสัมพันธ์กับ 1 มิลลิวัตต์:

0 เดซิเบลเอ็ม = 1 มิลลิวัตต์

ค่า dBm ที่เป็นลบไม่ได้หมายถึงกำลังทางกายภาพที่เป็นลบ พวกเขาเพียงหมายความว่าระดับพลังงานต่ำกว่า 1 mW

ตัวอย่างเช่น เครื่องส่งอาจระบุเอาต์พุตแสงขั้นต่ำที่ −10 dBm ในขณะที่เครื่องรับอาจระบุความไวที่ −18 dBm

นั่นคือระดับพลังงานแสงสัมบูรณ์สองระดับ

เดซิเบลหมายถึงอะไร?

dB อธิบายอัตราส่วนหรือความแตกต่างระหว่างระดับพลังงานสองระดับ

ในการเชื่อมต่อแบบออปติคอล dB ใช้สำหรับการสูญเสียเช่น:

• การลดทอนของเส้นใย,

• การสูญเสียขั้วต่อหรืออะแดปเตอร์

• การสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการโค้งงอ

• และระยะขอบทางวิศวกรรม

หากส่วนหนึ่งของลิงค์ทำให้เกิดการสูญเสีย 2 dB พลังงานแสงที่ได้รับหลังจากส่วนนั้นจะต่ำกว่าก่อนหน้า 2 dB

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญ:

dBm จะบอกคุณว่าระดับพลังงานแสงอยู่ที่ใด
dB บอกคุณว่ามันเปลี่ยนแปลงไปมากแค่ไหน

เหตุใดค่า dBm จึงถูกลบออกเพื่อให้ได้ dB

เนื่องจาก dBm เป็นลอการิทึม ความแตกต่างระหว่างค่า dBm สองค่าจึงแสดงเป็น dB

สมมติ:

เอาต์พุตขั้นต่ำของเครื่องส่งสัญญาณ = −10 dBm

และ:

ความไวของตัวรับ = −18 dBm

แล้ว:

−10 dBm - (−18 dBm) = 8 dB

ดังนั้นระบบจึงมีกำลังแสงที่แตกต่างกัน 8 dB ระหว่างเอาต์พุตตัวส่งสัญญาณขั้นต่ำและความไวของตัวรับ

8 dB นั้นไม่ใช่ระยะไฟเบอร์ มันคืองบประมาณการสูญเสียที่ต้องชำระสำหรับเส้นทางแสงทั้งหมด.

วิธีการคำนวณงบประมาณพลังงานแสง POF

จุดเริ่มต้นที่ง่ายที่สุดสำหรับงบประมาณลิงก์ POF คือ:

งบประมาณพลังงานแสง = กำลังส่งขั้นต่ำ - ความไวของตัวรับ

ผลลัพธ์จะแสดงเป็น dB

สำหรับวิศวกรรมอนุรักษ์นิยม เอาท์พุตที่รับประกันขั้นต่ำของตัวส่งสัญญาณโดยทั่วไปจะมีประโยชน์มากกว่าค่าตัวส่งสัญญาณทั่วไป เนื่องจากโดยปกติแล้ววัตถุประสงค์คือการพิจารณาว่าตัวเชื่อมสามารถทำงานข้ามส่วนประกอบที่ต้องการและสภาวะแวดล้อมได้หรือไม่

เครื่องรับจะใช้หลักการเดียวกันนี้: ค่าความไวที่เกี่ยวข้องควรตรงกับสภาวะการทำงานและอัตราข้อมูลที่ต้องการ

เริ่มต้นด้วยกำลังเครื่องส่งขั้นต่ำและความไวของตัวรับ

พิจารณาระบบสมมุติ:

เอาต์พุตเครื่องส่งสัญญาณขั้นต่ำ: −10 dBm
ความไวของตัวรับ: −18 dBm

งบประมาณพลังงานแสงเริ่มต้นคือ:

−10 − (−18) = 8 เดซิเบล

ดังนั้นระบบจึงสามารถทนความดังได้ 8 dB ระหว่างเอาต์พุตตัวส่งสัญญาณที่ระบุและเกณฑ์ตัวรับก่อนที่จะถึงขีดจำกัดตัวรับนั้น

แต่ไม่ควรกำหนด 8 dB ทั้งหมดให้กับไฟเบอร์โดยอัตโนมัติ

ยังต้องพิจารณาการสูญเสียอื่น ๆ

ข้อมูลจำเพาะของตัวรับยังต้องอ่านเป็นช่วง ไม่ใช่แค่เป็นเกณฑ์ขั้นต่ำเท่านั้น ที่ปลายทางระยะไกล พลังงานไม่เพียงพอมักเป็นปัญหา ในระยะทางที่สั้นมากในบางระบบ อินพุตออปติคอลที่มากเกินไปอาจเกินช่วงที่ระบุของเครื่องรับด้วย พลังงานที่มากขึ้นก็ไม่ได้ดีขึ้นโดยอัตโนมัติเสมอไป

ลบการสูญเสียระหว่างตัวส่งและตัวรับ

โมเดลการสูญเสียลิงก์ที่ใช้งานได้จริงคือ:

การสูญเสียการเชื่อมต่อทั้งหมด = การสูญเสียไฟเบอร์ + การสูญเสียอินเทอร์เฟซเพิ่มเติม + การสูญเสียการสิ้นสุด + การสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการโค้งงอ + การสูญเสียการติดตั้งอื่น ๆ

หมวดหมู่ที่แน่นอนขึ้นอยู่กับวิธีสร้างระบบ

รายละเอียดที่สำคัญคือไม่จำเป็นต้องเพิ่มอินเทอร์เฟซที่ชัดเจนทุกอันอีกครั้ง ข้อมูลจำเพาะของตัวส่งและตัวรับบางตัวได้รวมเงื่อนไขการเชื่อมต่อที่กำหนดไว้เข้ากับคุณลักษณะทางแสงที่เผยแพร่แล้ว

หากนักออกแบบบวกการสูญเสียเหล่านั้นอีกครั้ง งบประมาณจะกลายเป็นแง่ร้ายโดยไม่จำเป็น

ข้อผิดพลาดตรงกันข้ามก็มีปัญหาไม่แพ้กัน สมมติว่าอะแดปเตอร์กั้นเพิ่มเติม การเชื่อมต่อแบบอินไลน์ หรืออินเทอร์เฟซที่ติดตั้งภาคสนามไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ

การคำนวณจึงต้องแยกแยะผลขาดทุนที่เป็นรวมอยู่ในข้อกำหนดส่วนประกอบหรือลิงก์แล้วและความสูญเสียที่เพิ่มขึ้นจากการติดตั้งจริง

สำรองพลังงานแสงสำรอง

การออกแบบที่ให้ความไวของตัวรับสัญญาณบนกระดาษพอดีโดยพื้นฐานแล้วไม่มีพื้นที่ส่วนหัวแบบออปติคัลเหลืออยู่

ระบบจริงอาจต้องการส่วนต่างสำหรับปัจจัยต่างๆ เช่น ความแปรผันของส่วนประกอบ อายุ ความแปรผันของแหล่งจ่ายไฟ ความแปรผันในการติดตั้ง สภาพแวดล้อม และการสูญเสียเชิงรับเพิ่มเติม

เงินประกันที่ต้องการนั้นเป็นค่าเฉพาะของระบบ ไม่มีกฎสากลที่บอกว่าระบบ POF ทุกระบบจะต้องสำรองเสียงเดซิเบลเท่ากันทุกประการ

สมการทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์จึงกลายเป็น:

งบประมาณการสูญเสียไฟเบอร์ที่มีอยู่ = PTx(นาที) − PRx(ความไว) − การสูญเสียคงที่ − อัตรากำไรขั้นต้นที่ต้องการ

สิ่งที่เหลืออยู่หลังจากการหักเงินเหล่านั้นสามารถกำหนดให้กับไฟเบอร์ได้

แปลงงบประมาณที่เหลือให้เป็นความยาวไฟเบอร์สูงสุดโดยประมาณ

ถ้าการลดทอนของเส้นใยจะแสดงด้วยแอลฟาในหน่วย dB/m ความยาวจำกัดกำลังโดยประมาณสามารถคำนวณได้ดังนี้:

Lmax µ งบประมาณการสูญเสียไฟเบอร์ที่มีอยู่ / αmax

ตัวอย่างเช่น หากระบบมีไฟเบอร์ 4 dB และค่าการลดทอนการออกแบบคือ 0.20 dB/m:

สูงสุด µ 4 dB / 0.20 dB/m = 20 ม

สิ่งนี้มีความหมายมากกว่าการเริ่มต้นด้วย 0.20 dB/m และพยายามเดาระยะทางอยู่แล้ว

ค่าการลดทอนจะบอกเราว่างบประมาณที่มีอยู่ถูกใช้ไปเร็วแค่ไหน ผู้ส่งและผู้รับบอกเราว่ามีงบประมาณเท่าใดตั้งแต่แรก

งบประมาณด้านพลังงานแสงไปอยู่ที่ไหน?

โดยปกติลิงก์ POF จริงจะไม่สูญเสียพลังงานแสงผ่านกลไกเดียวเท่านั้น

งบประมาณด้านพลังงานแสงจะไปอยู่ที่ไหน

การลดทอนไฟเบอร์

การลดทอนของไฟเบอร์จะอธิบายถึงปริมาณพลังงานแสงที่สูญเสียไปเมื่อแสงเดินทางผ่าน POF

มักแสดงออกมาเป็นเดซิเบล/ม.

สำหรับเกรด POF ดัชนีขั้นบันไดขนาด 1 มม. ทางอุตสาหกรรมบางเกรด ค่าการลดทอนที่เผยแพร่จะอยู่ในช่วงสองสามสิบของเดซิเบลต่อเมตรขึ้นอยู่กับเกรดของสายเคเบิล ความยาวคลื่น อุณหภูมิ และสภาวะการทดสอบ ค่าทั่วไปอาจอยู่ที่ประมาณ 0.19–0.22 dB/m

ตัวเลขเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจขนาดของการลดทอน POF แต่ไม่ควรถือเป็นค่าคงที่สากล

การออกแบบต้องใช้ข้อกำหนดการลดทอนที่เหมาะสมกับเส้นใยจริงและสภาพการทำงาน

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกค่าการลดทอนทั่วไปและกค่าการลดทอนที่ระบุสูงสุด. ค่าทั่วไปอาจอธิบายประสิทธิภาพของตัวแทน ในขณะที่การออกแบบลิงก์กรณีที่เลวร้ายที่สุดแบบอนุรักษ์นิยมโดยปกติแล้วจะต้องใช้ค่าที่สอดคล้องกับข้อกำหนดเฉพาะที่รับประกัน

ตัวเชื่อมต่อ อะแดปเตอร์ และอินเทอร์เฟซแบบออปติคัลเพิ่มเติม

ทุกครั้งที่เส้นทางแสงผ่านอินเทอร์เฟซเพิ่มเติม พลังงานบางส่วนอาจสูญเสียไป

ซึ่งอาจรวมถึงข้อต่ออินไลน์ อะแดปเตอร์กั้น การเชื่อมต่อแบบถอดได้ หรืออินเทอร์เฟซอื่นๆ ที่เพิ่มระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ

ในระบบ POF ทางอุตสาหกรรมระยะสั้น แม้แต่การสูญเสียคงที่ที่ค่อนข้างเล็กน้อยก็มีความสำคัญ เนื่องจากงบประมาณด้านพลังงานที่มีอยู่ทั้งหมดอาจมีเพียงหลายเดซิเบลเท่านั้น

สมมติว่าลิงก์มีระดับเสียง 5 dB หลังจากที่สำรองระยะขอบของระบบที่ต้องการแล้ว หากอินเทอร์เฟซเพิ่มเติมใช้ 1 dB จะเหลือเพียง 4 dB สำหรับไฟเบอร์

ที่ 0.20 dB/m เดซิเบลที่เพิ่มขึ้นหนึ่งเดซิเบลนั้นสอดคล้องกับงบประมาณการสูญเสียไฟเบอร์ประมาณ 5 เมตร

นี่ไม่ได้หมายความว่าตัวเชื่อมต่อทุกตัวจะมีราคา 1 dB เสมอไป มันแสดงให้เห็นว่าเหตุใดจึงไม่สามารถละเลยการสูญเสียคงที่เมื่อประมาณระยะทาง

คุณภาพปลายหน้าและปลายไฟเบอร์

POF มีความน่าสนใจส่วนหนึ่งเนื่องจากสามารถยุติได้ค่อนข้างง่าย แต่คุณภาพของการสิ้นสุดยังคงมีความสำคัญในเชิงทัศนวิสัย

ปลายไฟเบอร์ควรส่งแสงอย่างมีประสิทธิภาพจากตัวส่งเข้าสู่ไฟเบอร์ และจากไฟเบอร์เข้าสู่ตัวรับ การตัดที่ไม่ดี การขัดเงาที่ไม่เพียงพอ การปนเปื้อน ความเสียหายทางกล หรือการจัดตำแหน่งที่ไม่ดีอาจเพิ่มการกระเจิงหรือลดการคัปปลิ้งเชิงแสงได้

ไม่มีกฎสากลที่เป็นประโยชน์ เช่น “ทุกด้านของ POF เพิ่ม X dB” ผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับวิธีการสิ้นสุดและอินเทอร์เฟซ

สำหรับการคำนวณทางวิศวกรรม ให้ใช้ตัวเชื่อมต่อหรือข้อกำหนดการยุติที่เกี่ยวข้อง หากมี สำหรับลิงค์ที่ติดตั้งภาคสนาม คุณภาพการยุติก็เป็นเหตุผลหนึ่งว่าทำไมแนวทางปฏิบัติในการติดตั้งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพที่วัดได้จริง

โค้งงอการสูญเสีย

ไม่จำเป็นต้องหักไฟเบอร์เพื่อสูญเสียพลังงานแสง

เมื่อ POF งอแน่นเกินไป พลังงานแสงนำทางบางส่วนอาจหลุดออกไปได้ ส่งผลให้ลดทอนลง การสูญเสียที่เกิดขึ้นจริงขึ้นอยู่กับโครงสร้างของไฟเบอร์ รัศมีการโค้งงอ มุมโค้งงอ และสภาพทางกลของสายเคเบิล

นี่คือสาเหตุที่เอกสารข้อมูลสายเคเบิลมักระบุข้อกำหนดการโค้งงอ

แทนที่จะเพิ่มค่าการสูญเสียการโค้งงอสากลตามอำเภอใจ วิธีการที่ดีกว่าคือการกำหนดเส้นทางสายเคเบิลภายในขีดจำกัดทางกลที่ระบุ และจัดการกับการโค้งงอที่แน่นผิดปกติหรือโค้งซ้ำๆ เป็นแหล่งที่เป็นไปได้ของการสูญเสียการมองเห็นเพิ่มเติม

อุณหภูมิและส่วนประกอบดริฟท์

อุณหภูมิไม่ควรถือเป็นกฎง่ายๆ เช่น "เพิ่ม X dB ที่อุณหภูมิสูง"

มันสามารถมีอิทธิพลต่อการเชื่อมต่อแบบออปติคอลหลายส่วนในเวลาเดียวกัน

ออปติคัลเอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ความยาวคลื่น LED สามารถเปลี่ยนได้ การลดทอนของไฟเบอร์ส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและสภาพแวดล้อม ความไวของตัวรับอาจแตกต่างกันไปตามช่วงการทำงานของเครื่อง

ระยะขอบของลิงก์ที่ได้จึงเป็นผลกระทบระดับระบบ

สำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่คาดว่าจะทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ค่าทั่วไปของอุณหภูมิห้องเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอสำหรับการออกแบบระยะห่างในกรณีที่แย่ที่สุด เงื่อนไขเครื่องส่ง เครื่องรับ สายเคเบิล และการเชื่อมต่อแบบสมบูรณ์จำเป็นต้องได้รับการประเมินในช่วงการทำงานที่ต้องการ

อายุ การเปลี่ยนแปลงของอุปทาน และส่วนต่างการออกแบบ

การเชื่อมต่อแบบออปติคอลไม่ได้ออกแบบเฉพาะช่วงเวลาที่ออกจากสายการผลิตเท่านั้น

ลักษณะของส่วนประกอบจะแตกต่างกันไปในแต่ละยูนิตและอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาพการทำงานและเวลา ความคลาดเคลื่อนของอุปทานและรูปแบบการติดตั้งสามารถส่งผลต่อการเชื่อมต่อจริงได้เช่นกัน

นี่คือจุดประสงค์ของระยะขอบการออกแบบ

มาร์จิ้นไม่ใช่พลังงานที่ไม่ได้ใช้หรือสิ้นเปลือง เป็นช่องว่างระหว่างจุดปฏิบัติการที่คาดการณ์ไว้และขอบเขตความล้มเหลวโดยเจตนา

อัตรากำไรขั้นต้นที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับข้อกำหนดส่วนประกอบ วิธีการตรวจสอบ อายุการใช้งานที่ต้องการ สภาพแวดล้อม และเป้าหมายความน่าเชื่อถือของระบบ

เหตุใด POF เดียวกันจึงทำงานที่ 20 ม. ในระบบหนึ่ง แต่เพียง 10 ม. ในอีกระบบหนึ่งได้

นี่คือจุดที่งบประมาณด้านพลังงานแสงมีประโยชน์อย่างยิ่ง

ลองนึกภาพสองระบบที่ใช้ POF เดียวกัน โดยมีการลดทอนการออกแบบเดียวกันที่ 0.20 dB/m

เส้นใยก็เหมือนกัน สิ่งที่เปลี่ยนแปลงคืองบประมาณออปติคอลที่เหลืออยู่

POF เดียวกัน ระยะการเข้าถึงต่างกัน: 20 ม. vs 10 ม

สำหรับระบบ ก:

4 เดซิเบล / 0.20 เดซิเบล/ม. = 20 ม

สำหรับระบบ B:

2 เดซิเบล / 0.20 เดซิเบล/ม. = 10 ม

สิ่งเหล่านี้เป็นตัวเลขสมมุติที่จงใจทำให้ง่ายขึ้น ไม่ใช่ข้อกำหนด POF ที่เป็นสากล

จุดประสงค์ของพวกเขาคือการแสดงให้เห็นว่าการลดทอนที่เท่ากันจะไม่ทำให้ระยะการเข้าถึงเท่ากันเมื่องบประมาณออพติคัลที่มีอยู่แตกต่างกัน.

เครื่องส่งที่ต่างกันจะสร้างระดับกำลังเริ่มต้นที่แตกต่างกัน

เครื่องส่งที่แรงกว่าจะทำให้การเชื่อมต่อมีกำลังแสงมากขึ้นที่จุดเริ่มต้น โดยที่เงื่อนไขอื่นๆ ทั้งหมดยังคงเทียบเคียงได้

หากตัวส่งตัวหนึ่งมีการรับประกันกำลังส่งขั้นต่ำที่ดีกว่าตัวส่งตัวอื่น ตัวส่งอาจรองรับการสูญเสียทั้งหมดได้มากกว่าก่อนที่จะถึงขีดจำกัดตัวรับ

ค่าเผื่อการสูญเสียเพิ่มเติมนั้นอาจนำไปใช้กับไฟเบอร์ที่มากขึ้น, อินเทอร์เฟซแบบพาสซีฟที่มากขึ้น, อัตรากำไรที่มากขึ้น หรือการผสมผสานบางอย่างเข้าด้วยกัน

เครื่องรับที่แตกต่างกันต้องการพลังงานแสงขั้นต่ำที่แตกต่างกัน

ผู้รับก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน

เครื่องรับที่สามารถตรวจจับอินพุตออปติคอลที่ต่ำกว่าได้อย่างน่าเชื่อถือ ช่วยให้ระบบมีงบประมาณการสูญเสียที่อาจเกิดขึ้นได้มากกว่าเครื่องรับที่มีความไวน้อยกว่า โดยถือว่าเงื่อนไขการทำงานเข้ากันได้อีกครั้ง

ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนเฉพาะตัวรับเท่านั้นที่สามารถเปลี่ยนระยะการเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ แม้ว่าตัวส่งและไฟเบอร์จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม

ตัวอย่างงบประมาณด้านพลังงานอย่างง่าย 20 ม. กับ 10 ม

สมมติว่าทั้งสองระบบเริ่มต้นด้วยความแตกต่างของกำลังเครื่องส่ง/เครื่องรับ จากนั้นลบการสูญเสียคงที่และระยะขอบการออกแบบที่ต้องการ

หลังจากการหักเงินทั้งหมด:

ระบบ A เหลือ 4 dB สำหรับไฟเบอร์
ระบบ B เหลือ 2 dB สำหรับไฟเบอร์

POF ที่ 0.20 dB/m เท่ากันจึงสร้างระยะทางที่คำนวณได้แตกต่างกันมาก

คู่มือการเลือกส่วนประกอบทางอุตสาหกรรมในปัจจุบันแสดงให้เห็นประเด็นอย่างชัดเจน: มีการระบุชุดเครื่องส่ง/ตัวรับ POF 650 นาโนเมตรที่แตกต่างกันสำหรับระยะการเชื่อมต่อประมาณ 10 ม., 20 ม., 45 ม., 50 ม. และ 58 ม. ที่อัตราข้อมูลการทำงานที่แตกต่างกัน

สื่อการส่งอาจยังคงเป็น POF 1 มม. แต่ระบบออพติคัลที่สมบูรณ์นั้นแตกต่างออกไป

สถาปัตยกรรมอัตราข้อมูลและตัวรับสามารถเปลี่ยนการเข้าถึงได้อีกครั้ง

ชุดเครื่องส่ง/เครื่องรับได้รับการออกแบบสำหรับช่วงความเร็วสัญญาณและสภาวะการทำงานเฉพาะ

การเปลี่ยนแปลงอัตราข้อมูลสามารถเปลี่ยนประสิทธิภาพของลิงก์ที่มีอยู่ได้ เนื่องจากมีการเชื่อมต่อแบนด์วิดท์ของตัวรับสัญญาณ ความไว ลักษณะสัญญาณรบกวน การบิดเบือนของพัลส์ และปัจจัยความสมบูรณ์ของสัญญาณอื่นๆ ที่เชื่อมต่ออยู่

ระบบที่มีไว้สำหรับอัตราข้อมูลที่ค่อนข้างต่ำจึงอาจบรรลุผลการเข้าถึงที่แตกต่างจากระบบความเร็วสูง แม้ว่าทั้งคู่จะใช้ POF ที่คล้ายกันก็ตาม

นี่เป็นอีกสาเหตุหนึ่งว่าทำไมการเลือกสายเคเบิลโดยการลดทอนเพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอ ไฟเบอร์และส่วนประกอบออปโตอิเล็กทรอนิกส์จะต้องถือเป็นลิงค์เดียว

เหตุใดระยะทางในเอกสารข้อมูลและระยะทางทางวิศวกรรมจริงจึงอาจแตกต่างกัน

วลี "ระยะทางตามทฤษฎี" มักใช้หลวมเกินไปเมื่ออ่านเอกสารข้อมูลไฟเบอร์ออปติก

ระยะลิงก์ที่เผยแพร่อาจไม่ใช่ค่าสูงสุดตามทฤษฎีเลย อาจเป็นระยะที่ระบุหรือรับประกันภายใต้เครื่องส่ง เครื่องรับ สายเคเบิล วงจร อุณหภูมิ และเงื่อนไขระยะขอบที่กำหนด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบ

ขั้นตอนแรกคือการทำความเข้าใจว่าจริงๆ แล้วตัวเลขนั้นหมายถึงอะไร

ค่าทั่วไปไม่เหมือนกับค่ากรณีที่แย่ที่สุด

เอาต์พุตตัวส่งสัญญาณทั่วไปที่วัดที่อุณหภูมิห้องไม่จำเป็นต้องเป็นเอาต์พุตตัวส่งสัญญาณที่ควรใช้สำหรับการออกแบบที่แย่ที่สุด

ในทำนองเดียวกัน ความไวของตัวรับสัญญาณทั่วไปหรือการลดทอนของไฟเบอร์ทั่วไปอาจให้ผลลัพธ์ในแง่ดีมากกว่าขีดจำกัดที่รับประกัน

ซึ่งสามารถสร้างการคำนวณที่แตกต่างกันได้สองแบบ:

การคำนวณทั่วไป:มีประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจประสิทธิภาพของตัวแทน

การคำนวณกรณีที่แย่ที่สุด:มีประโยชน์ในการพิจารณาว่าประสิทธิภาพที่ต้องการยังอยู่ภายในข้อกำหนดเฉพาะของส่วนประกอบและความแปรผันของสภาพแวดล้อมหรือไม่

ทั้งสองระยะทางไม่ควรสับสน

การเข้าถึงที่เผยแพร่อาจรวมถึงการสูญเสียและกำไรขั้นต้นหลายประการแล้ว

ข้อมูลจำเพาะของลิงค์บางอย่างขึ้นอยู่กับชุดตัวส่ง/ตัวรับที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นค่าส่วนประกอบดิบที่แยกออกมา

ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพของลิงก์ที่เผยแพร่อาจคำนึงถึงเงื่อนไขการเชื่อมต่อที่กำหนดไว้ การลดทอนของไฟเบอร์ ผลกระทบแบบโมดัล ความแปรผันของอุณหภูมิ หรือส่วนต่างของพลังงานแสง

ในกรณีเช่นนี้ การลบทุกการสูญเสียที่สันนิษฐานอีกครั้งอย่างอิสระอาจทำให้ประเมินการเข้าถึงที่ระบุตามจริงต่ำไป

ควรพิจารณาสิ่งที่รวมไว้แล้วก่อนที่จะสร้างงบประมาณเพิ่มเติม

อย่านับการสูญเสียซ้ำซ้อนรวมอยู่ในข้อกำหนดของลิงก์แล้ว

นี่เป็นข้อผิดพลาดเกี่ยวกับงบประมาณลิงก์ทั่วไป

สมมติว่าข้อกำหนดเอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณแสดงถึงพลังงานแสงภายใต้สภาวะไฟเบอร์คู่ที่กำหนดอยู่แล้ว การเพิ่มการสูญเสียการเชื่อมต่อของตัวส่งสัญญาณที่สันนิษฐานอีกครั้งจะนับกลไกเดียวกันสองครั้ง

หลักการเดียวกันนี้ใช้กับผู้รับ

ในทางตรงกันข้าม หากระบบที่ติดตั้งเพิ่มตัวเชื่อมต่อกั้น อะแดปเตอร์พิเศษ หรือการยุติฟิลด์เพิ่มเติมที่ไม่รวมอยู่ในข้อกำหนดลิงก์ที่เผยแพร่ การสูญเสียครั้งใหม่นั้นยังคงต้องได้รับการพิจารณา

กฎที่เป็นประโยชน์คือ:

อย่านับการสูญเสียเพราะมันมีอยู่จริง นับได้เลยเพราะว่ายังไม่ได้คำนึงถึงในสเปคที่คุณใช้อยู่

ลิงค์ที่ติดตั้งควรได้รับการตรวจสอบภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

การคำนวณลิงก์-งบประมาณเป็นแบบจำลองทางวิศวกรรม

ระบบที่เสร็จสมบูรณ์ยังคงมีการกำหนดเส้นทางสายเคเบิล การสิ้นสุด ตัวเชื่อมต่อ ความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบ สภาวะอุณหภูมิ และอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า

สำหรับการใช้งานที่ความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อเป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นงบประมาณที่คำนวณได้ควรได้รับการตรวจสอบกับข้อกำหนดเฉพาะของเครื่องส่งและเครื่องรับที่สมบูรณ์ และตรวจสอบภายใต้เงื่อนไขของระบบที่ต้องการ

วัตถุประสงค์ของการคำนวณไม่ใช่เพื่อแทนที่การตรวจสอบ คือการทำให้การออกแบบเข้าใจได้ก่อนที่จะเริ่มการตรวจสอบ

ขั้นตอนการทำงานจริงสำหรับการประมาณระยะทางลิงก์ POF

จากข้อมูลจำเพาะของเอกสารข้อมูลไปจนถึงระยะทางลิงก์ POF ที่ใช้งานได้จริง

1. ระบุตัวส่งสัญญาณจริงและเอาต์พุตออปติคอลขั้นต่ำภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

2. ระบุความไวของตัวรับสัญญาณและช่วงอินพุตแสงที่ถูกต้อง

3. คำนวณงบประมาณพลังงานแสงของตัวส่งถึงตัวรับเริ่มต้น

4. ระบุว่าการสูญเสียการเชื่อมต่อหรืออินเทอร์เฟซใดรวมอยู่ในข้อกำหนดเฉพาะเหล่านั้นแล้ว

5. เพิ่มตัวเชื่อมต่อภายนอก อะแดปเตอร์ การสิ้นสุด การโค้งงอ และการสูญเสียการติดตั้งที่ยังไม่ได้รวมไว้

6. สงวนระยะขอบแสงที่จำเป็นสำหรับการออกแบบระบบ

7. กำหนดงบประมาณคงเหลือสำหรับการลดทอนไฟเบอร์

8. ใช้ข้อกำหนดคุณสมบัติการลดทอนไฟเบอร์กรณีเลวร้ายที่สุดที่เหมาะสมเพื่อประมาณความยาวที่จำกัดกำลัง

9. ตรวจสอบข้อมูลจำเพาะอัตราข้อมูลและระยะทางลิงก์ของคู่เครื่องส่ง/เครื่องรับแยกกัน

10. ตรวจสอบการเชื่อมโยงที่ประกอบภายใต้เงื่อนไขการทำงานที่จำเป็น

กระบวนการนี้เปลี่ยนคำถามจาก:

“สายเคเบิล POF นี้สามารถส่งสัญญาณได้กี่เมตร”

ถึง:

“การเชื่อมต่อแบบออปติคัลที่สมบูรณ์นี้สามารถทนต่อการสูญเสียที่เกิดจากระยะทางและการติดตั้งที่ต้องการได้หรือไม่”

นั่นเป็นคำถามที่มีประโยชน์มากกว่าสำหรับการออกแบบอุตสาหกรรม

Takeaway วิศวกรรมหลัก

ระยะการส่งสัญญาณ POF ไม่ได้ถูกกำหนดโดยหมายเลขการลดทอนหนึ่งหมายเลข และไม่ควรถือเป็นคุณสมบัติคงที่ภายในของสายเคเบิล

การลดทอนของไฟเบอร์จะกำหนดความเร็วของการใช้พลังงานแสงเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น เครื่องส่งจะกำหนดปริมาณพลังงานแสงที่เข้าสู่ระบบ เครื่องรับจะกำหนดว่าพลังงานแสงที่ปลายอีกด้านหนึ่งจะเหลืออยู่เพียงเล็กน้อยเพียงใด ตัวเชื่อมต่อ คุณภาพการสิ้นสุด การโค้งงอ สภาพแวดล้อม และระยะขอบทั้งหมดใช้หรือมีอิทธิพลต่องบประมาณที่เหลืออยู่

ความสัมพันธ์สามารถสรุปได้ดังนี้:

กำลังเครื่องส่ง → งบประมาณออปติคัลที่มีอยู่ → การสูญเสียลิงก์ → อัตรากำไรที่เหลืออยู่ → การเข้าถึงในทางปฏิบัติ

นั่นคือเหตุผลว่าทำไมสองลิงก์ที่ใช้ POF ที่คล้ายก