اتصال فیبر نوری در شبکه
امروزه در شبکه‌های مخابراتی، انواع مختلف فیبر تک مد استفاده می‌شود. سازمان‌های استاندارد مختلف مانند IEC و ITU، شش نوع فیبر تك مد را به رسمیت شناخته‌اند: فیبرهای با پراكندگي جابجا نشده و یا فیبرهای SM استاندارد (652.G) پراكندگي جابجا شده و یا DSF(ا653.G) طول موج قطع جابجا شده یا فیبرهای با تضعیف پایین (654.G) پراكندگي جابجا شده غیر صفر و یا NZDSFا (655.G) پراكندگي جابجا شده غیر صفر بهبود یافته (656.G) و فیبرهای با عملکرد خمشی بهبود یافته برای شبکه‌های FTTH ا(657.G) فیبرهای 653.G ، 652.G و 655.G به وفور در شبکه‌های ایران مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
اتصال فیبر نوری در شبکه
البته فیبر 653.G به دلیل سازگاری نداشتن با شبکه‌های پرظرفیت DWDM از شبکه‌های جدید کنار گذاشته شده و به شدت از حجم تولید آن کاسته شده است. برای نگهداری کابل‌های موجود با فیبر DSF، شرکت مخابرات با مشکل تهیه این نوع فیبر مواجه است. به علاوه، فیبرهای G652 خود دارای 4 نوع مختلف هستند:
- معمولی
- پراكندگي قطبی کم (PMD Low)
- حذف تضعیف در پیک رزونانس آب (Peak Water Low)
- فيبري كه دارای ویژگی فیبرهای نوع B و C (LWP& low PMD) است.
فیبرهای 655.G نیز دارای انواع تجاری مختلف (سطح مؤثر کوچک، متوسط و یا بزرگ، شیب پراكندگي کم یا زیاد، پراكندگي مثبت یا منفی) است. در حال حاضر فیبرهای 652.G مورد استفاده در شبکه‌های شهری از نوع D و فیبرهای 655.G از نوع سطح مؤثر متوسط و پراكندگي مثبت با شیب بالا در لینک سراسری مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرچه استفاده مخلوط از انواع فیبر در شبکه‌ها توصیه نشده، اما گاهی ممکن است ناگزير از استفاده انواع مختلفی از فیبر در شبکه باشيم.
استفاده از فیبرهای 655.G و یا 652.G در مسیرهایی که از 653.G استفاده شده در صورت دسترسی نداشتن به فیبر مورد نظر گريز ناپذیر است. شرکت مخابرات زیر ساخت، راه آهن جمهوری اسلامی، توانیر، شرکت گاز و شرکت نفت خود دارای شبکه‌های مستقلی هستند که ممکن است در آنها فیبرهای متفاوتی مورد استفاده قرار گرفته باشد. در زمینه استفاده از فیبرهای مختلف در یک شبکه تجربه‌های صورت گرفته، اما معمولا نتایج آن منعکس نمی‌شود.
شرکت OFS از شرکت‌های وابسته به شرکت فوروکاوا در این زمینه بررسی انجام داده و نتایج آن را در مقاله‌ای منتشر كرده است. در این مقاله ضمن انعکاس نتایج حاصل از ترکیب فیبر (652.G) خود با فیبرهای دیگر G652 با طراحی‌های مختلف و یا G655 یعنی فیبر با پراكندگي جابجا شده، موضوعات اساسی که بایستی به هنگام استفاده ترکیبی از انواع فیبر مورد توجه و ارزیابی قرار گیرد معرفی شده است. این موضوعات عبارتند از:
- اتلاف در نقطه اتصال
- خطای یک طرفه OTDR
- کروماتیک پراكندگي لینک
- شیب پراكندگي لینک
- طول موج قطع
- تأثیرات غیر خطی
در این قسمت به موارد 1 و 2 اشاره مي‌شود و سایر موارد در قسمت بعد بحث خواهد شد.
اتلاف نقطه اتصال
هنگامی که دو فیبر با کانکتور و یا جوش به هم متصل می‌شوند، افت نقطه اتصال می‌تواند تحت تأثیر اختلاف قطر میدان مد (MFD) و پروفایل ضریب شکست دو فیبر قرار گیرد. هر چند رواداري تولیدی قطر میدان مد (از m.0 ±تا 0µm.1 ± ) می‌تواند باعث افزایش افت اتصال فیبرهای تولیدی یک سازنده شود، افزایش افت به هنگام جوش انواع مختلف فیبر بسیار بیشتر خواهد بود. افزایش افت ناشی از تفاوت MFDها را می‌توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه كرد:
با توجه به مقدار اسمی و رواداري فیبرهای G652 استفاده شده در شبکه مخابراتی ایران (1310nm@µm ا4.0±2.9 ) و (nm 1550@µm ا5.0±4.10) است، افزایش افت قابل انتظار به دلیل اختلاف MFD در 1310 نانومتر برابر 033dB.0 و در 1550 نانومتر برابر 015dB.0 خواهد بود که به افت معمول اضافه خواهد شد. این مقدار برای فیبرهای 655.G که قطر میدان مد آنها (4µm.0±6.9) است برابر ۰.۱۴۱db است.
در صورت اتصال دو نوع مختلف فیبر افزایش افت ناشی از قطر میدان در 1550 نانومتر حداکثر تا ۰/۱۴۱db خواهد بود و برای مقادیر اسمي مقدار ۰.۰۳db به افت معمول اضافه خواهد شد. مسلما با توجه به تفاوت پروفایل ضریب شکست دو فیبر و افزودنی‌های مختلف در ساختار فیبر افت ثابتی وجود خواهد داشت که بررسی جداگانهای را طلب می‌کند.
معمولا در محل ترمینال فیبرها، از سيم رابط اتصال موقت G652 استفاده می‌شود که در این صورت فقط دو نقطه اتصال با این شرایط در یک مسیر وجود خواهد داشت. در جدول 1 نتایج بررسی‌های انجام شده توسط شرکت OFS در اتصال فیبر مرجع به سایر انواع فیبر ارائه شده است.
فوروکاوا در گزارش خود به تعداد اندازه‌گیری اشاره نکرده است. البته با توجه به رواداري قطر میدان مد، چنان که در بالا اشاره شد مقادیر واقعی اندازه‌گیری شده می‌تواند کمتر و یا بیشتر باشد ولی با توجه به اینکه مقادیر افت براساس اختلاف MFD در هر دو مورد کانکتور و جوش اتفاق می‌افتد لازم است تعداد نقاط اتصال با فیبرهای متفاوت در حداقل ممکن نگه داشته شود.
خطای اندازه گیری یک طرفه OTDR
دستگاه اندازه‌گیری بازتاب سنج نوری در حوزه زمان (OTDR) توان بازتاب شده را اندازه‌گیری می‌كند و کاری به توان انتقال یافته ندارد. با توجه به اینکه توان بازتابی در فیبر نوری به مقدار MFD بستگی دارد، دستگاه OTDR به هنگام اندازه‌گیری تضعیف در نقطه اتصال، مقدار آمیخته به خطا را قرائت می‌كند. خطای موجود در قرائت OTDR با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه است:
OTDR Error (dB)=10log [MFD2/MFD]
این معادله نشان می‌دهد که هنگامی که فیبر بعد از اتصال (فیبر2) دارای MFD بیشتری از فیبر متصل شده به OTDR
(فیبر1) باشد خطای OTDR مثبت است و به مقدار افت واقعی اتصال اضافه می‌شود. اگر MFD فیبر بعد از اتصال کمتر از فیبر قبلی باشد خطای OTDR منفی بوده و در ترکیب با افت واقعی مقداری به مراتب کمتر قرائت می‌شود و حتی در بعضی از موارد ممکن است حتی به جای افت، تقویت توان را نشان دهد که غیر قابل قبول است.
این رفتار خطا آمیز OTDR در اندازه گیری یک طرفه، اندازه گیری از هر دو طرف و محاسبه میانگین آنها به عنوان افت واقعی نقطه اتصال را الزامی می‌سازد. براساس مشخصات مخابرات ایران خطای موجود در فیبرهای نوری برای فیبرهای G652 و در طول موج 1310 نانومتر تا 38dB.0 ± و برای فیبرهای G655 و در طول موج 1550 نانومتر این مقدار حداکثر 45dB.0 ±خواهد بود. در هنگام اتصال فیبرهای G652 و G655 و در بدترین حالت، خطای ایجاد شده برابر 78dB.0 خواهد بود. بنابراین با توجه به مطالب گفته شده مشاهده تضعیف بیش از 1dB در اندازه‌گیری یک طرفه فیبرهای G652 و G655 بعید نیست.
این جدول نشان می‌دهد که خطای یک طرفه OTDR بسیار بالا بوده و کاملا بر روی مقادیر افت واقعی اتصال نشان داده شده در جدول 1 سایه می‌افکند. این موضوع به صورت چشم‌گیری بر نیاز به اندازه گیری دو طرفه برای تعیین افت واقعی اتصال بین فیبر با انواع مختلف تأکید دارد. افت واقعی متوسط مقادیر اندازه‌گیری از هر دو طرف توسط OTDR است.
آنچه تاکنون بحث شد بررسی افت ناشی از ترکیب فیبرهای مختلف در یک شبکه بود که با توجه به تعداد آنها و افت مورد انتظار بایستی در محاسبات مختلف مربوط به بودجه تضعیف لینک مورد توجه قرار گیرد. در محاسبات بودجه و برای مسیرهای با انتقال نرخ بیت بالا لازم است جریمه ناشی از کروماتیک پراكندگي و PMD نیز در نظر گرفته شود تا از دریافت توان در حد حساسیت گیرنده اطمینان حاصل شود و از افزایش نرخ خطای بیت (BER) و یا کارکرد ناصحیح جلوگیری به عمل آید. ترکیب فیبرهای مختلف بر پارامترهای دیگر نیز بی تأثیر نخواهد بود. در قسمت بعدی مقاله به تأثیر آنها بر روی پراكندگي، طول موج قطع، ظرفیت انتقال و اثرات غیر خطی می‌پردازیم.
این مقاله توسط مهندس محمدعلی مساواتی نوشته شده و در مجله سیم و کابل منتشر شده است.
