ما هو في الواقع جهاز تقسيم الألياف
مقسم الألياف الضوئية هو مكون بصري سلبي يأخذ إشارة ضوئية واردة واحدة ويقسمها بين اثنين أو أكثر من ألياف الإخراج - أو، يعمل في الاتجاه المعاكس، يجمع عدة مدخلات في واحد.على عكس الأجهزة النشطة التي تحتاج إلى الكهرباء، يعتمد المقسم فقط على سلوك الضوء داخل الزجاج، وهو ما يجعله رخيص الثمن للنشر وموثوق به في الأماكن التي لا يمكنك تشغيلها أو الوصول إليها بسهولة.
تلك الخاصية الفردية - السلبية - هي السبب بأكملهالشبكة الضوئية السلبية (PON)الهندسة المعمارية موجودة. يغادر أحد الألياف مكتبًا مركزيًا، ويصطدم بمقسم، ويخدم عشرات المنازل. لا توجد أجهزة تعمل بالطاقة بين محطة الخط البصري (OLT) ومحطة الشبكة الضوئية (ONT) الخاصة بالمشترك. الفاصل هو المكون الذي يجعل "ألياف واحدة، العديد من العملاء" ممكنًا فعليًا.
الفيزياء: كيف يصبح شعاع واحد من الضوء متعددًا
يبقى الضوء داخل الألياف الضوئية بسببالانعكاس الداخلي الكلي. يحتوي اللب الزجاجي على معامل انكسار أعلى قليلاً من الكسوة المحيطة به، لذلك عندما يضرب الضوء تلك الحدود بزاوية ضحلة بدرجة كافية، فإنه ينعكس مرة أخرى إلى اللب بدلاً من التسرب. قم بتوجيه هذا الضوء إلى هيكل تتغير فيه هندسة الحدود، ويمكنك إجبار الطاقة على إعادة التوزيع في مسارات متعددة. هذه هي الحيلة كلها.
هناك طريقتان لبناء هذا الهيكل، وهما يتوافقان مع العائلتين المقسمتين اللتين ستشتريهما.
FBT vs PLC: طريقتان لبناء نفس الوظيفة
تفتق ثنائي المخروط منصهر (FBT)
الطريقة الأقدم. تتم محاذاة اثنين أو أكثر من الألياف العارية، ثم يتم تسخينها وتمديدها على آلة مستدقة حتى تندمج قلوبها في منطقة اقتران واحدة. عندما يدخل الضوء إلى تلك المنطقة المستدقة، فإنه يقترن عبر نوى الألياف المجاورة، وفي نهاية الاستدقاق، تنقسم مخارج الطاقة بين المخرجات.يحدد طول التمدد وزاوية الالتواء أثناء التصنيع النسبة. FBT غير مكلف ويتيح لك إنشاء نسب غير متماثلة (على سبيل المثال 5/95 أو 30/70 نقرة)، ولكن الدقة تنخفض بسرعة: فوق تقسيم 1 × 8، يجب تجميعها من وحدات متتالية 1 × 2، ويرتفع معدل الفشل.
دائرة الموجة الضوئية المستوية (PLC)
الطريقة الحديثة لارتفاع الأعداد. يتم حفر الأدلة الموجية على شريحة السيليكا أو السيليكون باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية - وهي نفس فئة العملية المستخدمة في صنع أشباه الموصلات. يدخل الضوء إلى دليل موجي واحد وينقسم في فروع Y- محددة بدقة إلى 4 أو 8 أو 16 أو 32 أو 64 مخرجًا. نظرًا لأن الهندسة محددة بطريقة الطباعة الحجرية وليست مرسومة يدويًا،توفر مقسمات PLC خسارة موحدة عبر جميع المنافذ واستجابة مسطحة من 1260 إلى 1650 نانومتر- يغطي كل طول موجة PON في جهاز واحد.
| المعلمة | الفاصل FBT | الفاصل PLC |
|---|---|---|
| يبني | ألياف منصهرة وممتدة | شريحة الدليل الموجي المحفورة |
| سقف مقسم عملي | 1×8 (أعلى=متتالي، فشل أعلى) | 1×64 في جهاز واحد |
| نطاق الطول الموجي | النوافذ الثابتة (1310/1490/1550 نانومتر) | 1260-1650 نانومتر، مسطحة |
| ميناء-إلى-توحيد المنفذ | عامل | ضيق |
| انجراف فقدان درجة الحرارة (TDL) | ~0.5 ديسيبل/درجة | ~0.2 ديسيبل/درجة |
| درجة حرارة التشغيل | −5 إلى +75 درجة | -40 إلى +85 درجة |
| أفضل استخدام | 1×2/2×2 نقرة، نسب غير متماثلة، مراقبة | توزيع FTTH/PON، 1×8 وما فوق |
لماذا يكلفك التقسيم دائمًا ديسيبل؟
هذا هو الجزء الذي تتخطاه معظم مقالات "كيف تعمل"، وهو الجزء الذي يقرر ما إذا كانت شبكتك تعمل أم لا. عندما تقوم بتقسيم الطاقة الضوئية بطرق N، يمكن لكل مخرج أن يستقبل فقط جزءًا صغيرًا من المدخلات. الخسارة الفيزيائية التي لا يمكن تجنبها-في حالة الانقسام المتساوي هي:
خسارة الانقسام النظرية (ديسيبل)=10 × log₁₀(N)
لذا فإن الانقسام 1 × 2 يفقد ما لا يقل عن 3 ديسيبل، ويفقد 1 × 4 6 ديسيبل، ويفقد 1 × 8 9 ديسيبل، وهكذا. الأجهزة الحقيقية تخسرأكثرمن هذا، بسببالخسارة الزائدة- الطاقة المفقودة بسبب التشتت والاقتران غير الكامل وامتصاص المواد داخل الجهاز. الرقم الذي تصمم به بالفعل هوفقدان الإدراجالذي يجمع بين الانقسام النظري والخسارة الزائدة معًا.
| نسبة الانقسام | خسارة الانقسام النظرية | الحد الأقصى لخسارة الإدراج النموذجية | توحيد الخسارة |
|---|---|---|---|
| 1×2 | 3.0 ديسيبل | 3.6 ديسيبل | أقل من أو يساوي 0.6 ديسيبل |
| 1×4 | 6.0 ديسيبل | 7.4 ديسيبل | أقل من أو يساوي 0.8 ديسيبل |
| 1×8 | 9.0 ديسيبل | 11.0 ديسيبل | أقل من أو يساوي 1.0 ديسيبل |
| 1×16 | 12.0 ديسيبل | 14.0 ديسيبل | أقل من أو يساوي 1.4 ديسيبل |
| 1×32 | 15.0 ديسيبل | 17.5 ديسيبل | أقل من أو يساوي 1.9 ديسيبل |
| 1×64 | 18.0 ديسيبل | 21.0 ديسيبل | أقل من أو يساوي 2.5 ديسيبل |
المواصفات التي تجذب الناس
يحظى فقدان الإدراج بكل الاهتمام، لكن هناك ثلاثة أرقام أخرى تحدد الموثوقية:
- التوحيد- الفارق بين أفضل وأسوأ منفذ إخراج على جهاز واحد. 1 × 32 مع التوحيد الضعيف يعني أن بعض المشتركين يقتربون من حافة الميزانية بينما يمتلك الآخرون هامشًا إضافيًا.
- خسارة العودة (RL)- ضوء منعكس يعود نحو المصدر. الأعلى هو الأفضل؛ توفر موصلات APC أكبر من أو يساوي 60 ديسيبل مقابل 50 ديسيبل تقريبًا لـ UPC، ولهذا السبب تستخدم قطرات PON دائمًا APC.
- الاستقطاب-الخسارة التابعة (PDL)ودرجة الحرارة-الخسارة المعتمدة (TDL)- صغير في PLC (≈0.1–0.2 ديسيبل)، ولكن في FBT يمكن أن يؤدي انجراف درجة الحرارة وحده إلى دفع رابط هامشي خارج الميزانية في ليلة باردة.
مثال عملي: إغلاق ميزانية الخسارة الحقيقية
المواصفات مهمة فقط عند إضافتها. إليك الحساب الذي يجريه المهندس قبل أن يطلب مقسمًا واحدًا. افترض أن GPON مع إطلاق +3 dBm OLT وحساسية مستقبل ONT تبلغ −28 dBm - مما يعطي ميزانية إجمالية قدرها 31 ديسيبل.
| عنصر | خسارة | تشغيل المجموع |
|---|---|---|
| قوة إطلاق OLT | +3.0 ديسيبل ميلي واط | - |
| مغذي + ألياف قطرة، 8 كم @ 0.35 ديسيبل/كم | 2.8 ديسيبل | 2.8 ديسيبل |
| 1×32 خسارة إدخال مقسم PLC | 17.5 ديسيبل | 20.3 ديسيبل |
| الموصلات (4 × 0.3 ديسيبل) | 1.2 ديسيبل | 21.5 ديسيبل |
| التوصيلات (4 × 0.1 ديسيبل) | 0.4 ديسيبل | 21.9 ديسيبل |
| هامش التقادم/الإصلاح | 3.0 ديسيبل | 24.9 ديسيبل |
| الطاقة في ONT | +3.0 − 24.9=−21.9 dBm - داخل الحد −28 dBm ✓ | |
الفاصل وحده يستهلكأكثر من 70%من الميزانية المنفقة في هذا التصميم. هذه الحقيقة الوحيدة تدفع تقريبًا كل القرارات المعمارية في PON. وهذا أيضًا هو السبب وراء قدرة جهاز التقسيم - المحدد بشكل سيئ والذي تبلغ قيمة "1×32" فيه 18.5 ديسيبل بدلاً من 17.5 ديسيبل - على استهلاك هامش الإصلاح بالكامل بهدوء قبل أن يلمس الفني الكابل.
تقسيم مركزي مقابل تقسيم متتالي
بمجرد معرفة حسابات الخسارة، يتبعك خيار النشر. هناك طريقتان للوصول، على سبيل المثال، إلى 32 منزلاً.
مركزية:يوجد مقسم واحد مقاس 1 × 32 في مركز توزيع الألياف، ومروحة 32 أليافًا تصل إلى 32 ONTs. مقسم واحد، حدث خسارة واحد (~ 17.5 ديسيبل)، سهل الاختبار والمراقبة.هذا هو الاختيار القياسي في المناطق الحضرية الكثيفةلأن الوصول سهل ويمكنك ترك منافذ التقسيم غير مستخدمة حتى يقوم المشتركون بالتسجيل.
متتالي:يقوم مقسم 1 × 4 الموجود في حاوية خارجية بتغذية أربعة مقسمات 1 × 8 بالقرب من العملاء. لا تزال النتيجة 32 مخرجًا، لكن الخسارة الآن تتراكم: تقريبًا 7.4 ديسيبل (1×4) + 11 ديسيبل (1×8) ≈ 18.4 ديسيبل - تقريبًا ديسيبلأسوأمن المركزية. تكون المردود أقل بكثير من الألياف المغذية، وهذا هو السبب وراء فوز التقسيم المتتالي في الطرق المنتشرة-خارج المناطق الريفية أو القروية حيث يكون طول الألياف، وليس الوصول، هو المحرك للتكلفة.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الميدان: نادرًا ما يكون جهاز التقسيم هو الجاني
عندما يقرأ الرابط خسارة كبيرة، يتحمل المقسم اللوم ويتم تبديله أولاً. إنها دائمًا تقريبًا خطوة خاطئة.فقدان الإدراج هو مجموع كل موصل، لصق، ثني، ومكون في المسار، والقراءة عند نقطة النهاية لا تخبرك شيئًا عنهاأينالخسارة تعيش. قبل إدانة الخائن:
- فحص وتنظيف كل واجهة.يمكن لموصل APC واحد ملوث أن يضيف المزيد من الخسارة مقارنة بالمقسم ذي الأداء الضعيف. نظف باستخدام الإيثانول اللامائي ومسح خالي من الوبر- قبل القياس.
- تحقق من مرجعك.يظهر خطأ قدره 1 ديسيبل في تشغيل OTDR أو التشغيل المرجعي لجهاز قياس الطاقة- كخسارة مقسم وهمي قدرها 1 ديسيبل.
- تأكيد الطول الموجي.يقرأ الجهاز الذي تم قياسه عند 1550 نانومتر بشكل مختلف عن 1490 نانومتر الذي يحمله بالفعل؛ عدم التطابق يزيف مشكلة.
- حساب للشلال.إذا نسيت مرحلة التقسيم الثانية في ميزانيتك، فإن الرابط يفعل بالضبط ما تقوله الفيزياء - جدول البيانات الخاص بك خاطئ، وليس الأجهزة.
فقط بعد هذه الفحوصات الأربعة يصبح تبديل جهاز التقسيم منطقيًا. يتم حل معظم المكالمات "المقسمة السيئة" في الخطوة الأولى.
6-مزالق حقيقية في العالم - أخطاء يستمر المهندسون في ارتكابها
النظرية نظيفة. عمليات التثبيت الميدانية ليست كذلك. تظهر أنماط الفشل الستة أدناه بشكل متكرر في منتديات مزود خدمة الإنترنت، وأرشيفات قائمة -بريد NANOG، وتقارير الخدمة-في مجال الصناعة. لا يتطلب أي منها أجهزة غريبة لتشغيل -، كل ذلك يحدث مع قرارات عادية يتم اتخاذها على عجل.
المعايير وما يضمنه الامتثال في الواقع
إن جهاز التقسيم الذي يغلق الميزانية في اليوم الأول ولكنه يفشل بعد ثلاثة فصول شتاء لا قيمة له. وهذا ما تتناوله المعايير. هناك جسمان مهمان:
- الاتحاد الدولي للاتصالات -T G.984 (GPON)يحدد ميزانيات الارتباط البصري - فئات التوهين (الفئة B+ عند 13–28 ديسيبل، والفئة C+ عند 17–32 ديسيبل) التي يجب أن تتناسب خسارة الفاصل لديك معها. هذه هي المواصفات التي تخبرك ما إذا كان 1 × 64 قانونيًا في OLT معين.
- تيلكورديا GR-1209 وGR-1221تعيين معايير الموثوقية العامة للمكونات البصرية السلبية - الاختبارات البيئية والميكانيكية واختبارات التقادم (بما في ذلك الحرارة الرطبة- والتدوير الحراري الذي يجب أن تتحمله شبكة FTTH طوال عمرها الافتراضي الذي يبلغ 25 عامًا).
عندما تستشهد ورقة بيانات جهاز التقسيم بـ GR-1209/GR-1221، فإنها تدعي أن الجهاز اجتاز -الشيخوخة المتسارعة والتأهيل البيئي - وليس فقط أنه تم قياسه جيدًا مرة واحدة على المقعد. بالنسبة لعمليات النشر الخارجية والجوية، فإن هذا التمييز هو بيت القصيد. تقوم شركة Glory Optical بالتصنيع بموجب نظام الجودة ISO 9001:2015 مع إمكانية تتبع الدفعة الكاملة، وتتحقق من صحة الأداء البصري والبيئي داخليًا وفقًا لمعايير IEC وITU-T وTelcordia.
أين يتجه هذا
يتتبع طلب المقسم طرح الألياف، ويتسارع طرح الألياف.من المتوقع أن ينمو قطاع الفاصل في سوق المكونات البصرية السلبية بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 15٪ تقريبًا حتى عام 2030، مدفوعًا ببناء FTTH-، والوصلة الأمامية لشبكة 5G، ومراكز البيانات ذات الحجم الكبير. يتجه الضغط الفني نحو أعداد الانقسام الأعلى (1×64 وما بعدها) بخسارة أكبر، ونحو الأجهزة المُصنفة لخطط الطول الموجي XGS-PON وNG-PON2 الأحدث بدلاً من GPON وحده. من الناحية العملية، يعني ذلك أن PLC يستمر في إزاحة FBT للتوزيع، في حين يحتفظ FBT بمكانته في مراقبة الصنابير والقارنات غير المتماثلة. المكون لا يتغير كثيرا. الميزانيات التي يجب أن تتناسب مع الداخل تزداد تشددًا.
الأسئلة المتداولة
-
س: كيف يعمل مقسم الألياف بدون طاقة؟
ج: يستغل الانعكاس الداخلي الكلي داخل الزجاج. يتم توجيه الضوء الذي يدخل الجهاز من خلال منطقة اقتران منصهرة (FBT) أو دليل موجي محفور (PLC) حيث تجبر الهندسة الطاقة على الانقسام بين مسارات إخراج متعددة. لا يوجد أي إلكترونيات أو مصدر طاقة متضمن - فقط الخصائص البصرية للمادة.
س: ما هو الفرق بين FBT وجهاز PLC؟
ج: FBT يدمج ويمتد الألياف الحقيقية؛ يقوم PLC بحفر أدلة موجية على شريحة. FBT أرخص ويدعم النسب غير المتماثلة ولكنه يفقد الدقة فوق تقسيم 1 × 8. يوفر PLC خسارة موحدة عبر جميع المنافذ واستجابة مسطحة تبلغ 1260-1650 نانومتر، مما يجعله المعيار لتقسيمات FTTH 1×8 والأعلى.
س: كم عدد المنازل التي يمكن أن يخدمها مقسم 1 × 32؟
ج: اثنان وثلاثون-، واحد لكل منفذ إخراج - بافتراض إغلاق ميزانية الخسارة. مع إطلاق +3 dBm GPON النموذجي وحساسية −28 dBm ONT، تتناسب الألياف والموصلات الفردية 1×32 (≈17.5 ديسيبل) بشكل مريح داخل الميزانية لعدة كيلومترات. من الممكن استخدام 1×64 ولكنه يترك هامشًا أقل بكثير ويتطلب بصريات من فئة أعلى-.
س: لماذا تزداد خسارة الإدراج مع نسبة الانقسام؟
ج: لأنك تقوم بتقسيم كمية ثابتة من الطاقة الضوئية بين المزيد من المخرجات. الحد الأدنى هو 10·log₁₀(N): كل مضاعفة للمخرجات تضيف 3 ديسيبل. تضيف الأجهزة الحقيقية خسارة زائدة علاوة على ذلك، وهذا هو السبب في أن 1x64 يعمل بحوالي 21 ديسيبل بينما يعمل 1x2 تحت 4 ديسيبل.
س: هل يمكن لمقسم الألياف أيضًا الجمع بين الإشارات؟
ج: نعم. الخطان ثنائي الاتجاه. عند التشغيل في الاتجاه المعاكس، يجمع جهاز 1×N مدخلات N في مخرج واحد - بنفس الفيزياء المستخدمة لحركة المرور الأولية في PON وللتكرار في تكوينات 2×N حيث تحمي خلاصتا OLT بعضهما البعض.
س: كيف يمكنك تقليل فقدان إدخال المقسم في الحقل؟
ج: لا يمكنك تقليل الخسارة الجوهرية للجهاز، ولكن يمكنك التوقف عن الإضافة إليه: حافظ على نظافة الواجهات الطرفية للموصل، واستخدم وصلات دمج منخفضة الخسارة (أقل من أو تساوي 0.08 ديسيبل) بدلاً من التوصيلات الميكانيكية حيثما أمكن، وفضل موصلات APC لخسارة الإرجاع العالية، واختر أقل نسبة تقسيم يسمح بها عدد المشتركين لديك.
