مقدمة للألياف الضوئية ووحدات ديسيبل (dB) والاضمحلال والقياسات

المقدمة

يُعد هذا المستند مرجعًا سريعًا لبعض الصيغ والمعلومات المهمة المتعلقة بالتقنيات البصرية. يركز هذا المستند على عدد وحدات ديسيبل (dB) ووحدات ديسيبل لكل مللي واط (dBm) والاضمحلال والقياسات، ويوفر مقدمة للألياف البصرية.

المتطلبات الأساسية

المتطلبات

لا توجد متطلبات خاصة لهذا المستند.

المكونات المستخدمة

لا يقتصر هذا المستند على إصدارات برامج ومكونات مادية معينة.

تم إنشاء المعلومات الواردة في هذا المستند من الأجهزة الموجودة في بيئة معملية خاصة. بدأت جميع الأجهزة المُستخدمة في هذا المستند بتكوين ممسوح (افتراضي). إذا كانت شبكتك مباشرة، فتأكد من فهمك للتأثير المحتمل لأي أمر.

الاصطلاحات

راجع اصطلاحات تلميحات Cisco التقنية للحصول على مزيد من المعلومات حول اصطلاحات المستندات.

ما هو الديسيبل؟

الديسيبل (dB) هو وحدة تُستخدم للتعبير عن الاختلافات النسبية في قوة الإشارة. يتم التعبير عن الديسيبل على أنه اللوغاريتم الأساسي 10 لنسبة قوة إشارتين، كما هو موضح هنا:

ديسيبل = 10 × لوغاريتم₁₀ (P1/P2)

حيث يمثل لوغاريتم₁₀ لوغاريتم الأساس 10، وP1 وP2 هما القوى المطلوب مقارنتهما.

ملاحظة: يختلف لوغاريتم₁₀ عن اللوغاريتم النابيري الأساسي (Ln أو LN).

كما يمكنك التعبير عن سعة الإشارة بوحدة الديسيبل. تتناسب الطاقة مع مربع سعة الإشارة. لذلك، يتم التعبير عن الديسيبل على النحو التالي:

ديسيبل = 20 x لوغاريتم₁₀ (V1/V2)

حيث إن V1 وV2 هما السعتان المطلوب مقارنتهما.

1 بيل (غير مستخدم حاليًا) = لوغاريتم₁₀ (P1/P2)

1 ديسيبل (dB) = 1 بيل / 10 = 10 * لوغاريتم₁₀ (P1/P2)

dBr = ديسيبل (نسبي) = ديسيبل = 10 * لوغاريتم₁₀ (P1/P2)

قواعد اللوغاريتم الأساسية 10

• لوغاريتم₁₀ (AxB) = لوغاريتم₁₀ (A) + لوغاريتم₁₀ (B)

• لوغاريتم₁₀ (A/B) = لوغاريتم₁₀ (A) - لوغاريتم₁₀ (B)

• لوغاريتم₁₀ (1/A) = - لوغاريتم₁₀ (A)

• لوغاريتم₁₀ (0,01) = - لوغاريتم₁₀ (100) = -2

• لوغاريتم₁₀ (0,1) = - لوغاريتم₁₀(10) = - 1

• لوغاريتم₁₀ (1) = 0

• لوغاريتم₁₀ (2) = 0,3

• لوغاريتم₁₀ (4) = 0,6

• لوغاريتم₁₀ (10) = 1

• لوغاريتم₁₀ (20) = 1,3

  لوغاريتم₁₀ (2 x 10) = لوغاريتم₁₀ (2) + لوغاريتم₁₀ (10) = 1 + 0,3

• لوغاريتم₁₀ (100) = 2

• لوغاريتم₁₀ (1000) = 3

• لوغاريتم₁₀ (10000) = 4

DB

يسرد هذا الجدول نسب الطاقة في اللوغاريتم وdB (الديسيبل):

نسبة الطاقة	ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (نسبة الطاقة)
AxB	x ديسيبل = 10 x لوغاريتم10(A) + 10 x لوغاريتم10(B)
A/B	x ديسيبل = 10 x لوغاريتم10(A) - 10 x لوغاريتم10(B)
1/A	x ديسيبل = + 10 x لوغاريتم10 (1/A) = - 10 x لوغاريتم10 (A)
0,01	- 20 ديسيبل = - 10 x لوغاريتم10(100)
0,1	- 10 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (1)
1	0 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (1)
2	3 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (2)
4	6 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (4)
10	10 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (10)
20	13 ديسيبل = 10 x (لوغاريتم10 (10) + لوغاريتم10 (2))
100	20 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (100)
1000	30 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (1000)
10000	40 ديسيبل = 10 x لوغاريتم10 (10000)

الديسيبل بالمللي واط (dBm)

dBm = ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم₁₀ (الطاقة بالمللي واط / 1 مللي واط)

الطاقة	النسبة	الديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (الطاقة بالمللي واط / 1 مللي واط)
1 مللي واط	1 مللي واط/1مللي واط=1	0 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (1)
2 مللي واط	2 مللي واط/1مللي واط=2	3 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (2)
4 مللي واط	4 مللي واط/1مللي واط=4	6 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (4)
10 مللي واط	10 مللي واط/1مللي واط=10	10 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (10)
0,1 واط	100 مللي واط/1مللي واط=100	20 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (100)
1 واط	1000 مللي واط/1مللي واط=1000	30 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (1000)
10 واط	10000مللي واط/1مللي واط=10000	40 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (10000)

وحدات ديسيبل تشير إلى واط واحد (dBW)

dBW = ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم 10 (الطاقة في وات / 1 وات)

الطاقة	النسبة	الديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (الطاقة بالمللي واط / 1 مللي واط)
1 واط	1 واط / 1 واط = 1	0 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (1)
2 واط	2 واط / 1 واط = 2	3 dBW = 10 x لوغاريتم10 (2)
4 واط	4 واط / 1 واط = 4	6 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (4)
10 واط	10 واط / 1 واط = 10	10 ديسيبل مللي واط = 10 x لوغاريتم10 (10)
100 مللي واط	0,1 واط / 1 واط = 0,1	-10 ديسيبل مللي واط = -10 x لوغاريتم10 (10)
10 مللي واط	0,01 واط / 1 واط = 1/100	-20 ديسيبل مللي واط = -10 x لوغاريتم10 (100)
1 مللي واط	0,001 واط/1 واط=1/1000	-30 ديسيبل مللي واط = -10 x لوغاريتم10 (1000)

مكاسب الطاقة/الجهد

يقارن هذا الجدول بين مكاسب الطاقة والجهد:

DB	نسبة الطاقة	نسبة الجهد الكهربائي	DB	نسبة الطاقة	نسبة الجهد الكهربائي
0	1,00	1,00	10	10,00	3,16
1	1,26	1,12	11	12,59	3,55
2	1,58	1,26	12	15,85	3,98
3	2,00	1,41	13	19,95	4,47
4	2,51	1,58	14	25,12	5,01
5	3,16	1,78	15	31,62	5,62
6	3,98	2,00	16	39,81	6,31
7	5,01	2,24	17	50,12	7,08
8	6,31	2,51	18	63,10	7,94
9	7,94	2,82	19	79,43	8,91
10	10,00	3,16	20	100,00	10,00

باستخدام هذه المعلومات، يمكنك تحديد الصيغ الخاصة بالاضمحال والكسب:

الاضمحال (dB) = ‫10‬ x لوغاريتم₁₀(P دخل/P خرج) = 20‏xلوغاريتم₁₀(V دخل/V خرج)

الكسب (dB) = 10 x لوغاريتم₁₀(P خرج/P دخل) = 20 x لوغاريتم₁₀(V خرج/V دخل)

هيكل الألياف الضوئية

الألياف الضوئية هي وسيط لحمل المعلومات. تتكون الألياف الضوئية من زجاج أساسه السيليكا، وتتكون من لُب محاط بكسوة. ويحتوي الجزء المركزي من الألياف، والذي يُسمى اللُب، على معامل انكسار يساوي N1. تحتوي الكسوة التي تحيط باللُب على معامل انكسار أقل من N2. عندما يدخل الضوء إلى الألياف، تحصر الكسوة الضوء في لُب الألياف، وينتقل الضوء إلى أسفل الألياف من خلال الانعكاس الداخلي بين حدود اللُب والكسوة.

الشكل 1 – هيكل الألياف الضوئية

نوع الألياف

الألياف أحادية الوضع (SM) والألياف متعددة الأوضاع (MM) هي الألياف الرئيسية التي يتم تصنيعها وتسويقها اليوم. الشكل 2 يوفر معلومات عن كلا نوعي الألياف هذين.

الشكل 2 - ألياف SM وMM

طول الموجة

يتم حقن كمية صغيرة من الضوء في الألياف. يقع هذا في الطول الموجي المرئي (من 400 نانومتر إلى 700 نانومتر) والطول الموجي القريب من الأشعة تحت الحمراء (من 700 نانومتر إلى 1700 نانومتر) في النطاق الكهرومغناطيسي (انظر الشكل 3).

الشكل 3 - النطاق الكهرومغناطيسي

هناك أربعة أطوال موجية خاصة يمكنك استخدامها لإرسال الألياف الضوئية بمستويات فقدان ضوئية منخفضة، والتي يسردها هذا الجدول:

Windows	طول الموجة	الفقد
الطول الموجي الأول	850 نانومتر	3 ديسيبيل/كم
الطول الموجي الثاني	1310 نانومتر	0.4 ديسيبل/كم
الطول الموجي الثالث	1550 نانومتر (النطاق C)	0.2 ديسيبل/كم
الطول الموجي الرابع	1625 نانومتر (النطاق L)	0.2 ديسيبل/كم

الطاقة الضوئية

لقياس الفقدان الضوئي، يمكنك استخدام وحدتين، وهما الديسيبل مللي واط والديسيبل. في حين أن الديسيبل مللي واط هو مستوى الطاقة الفعلي المُمثل بالمللي واط، فإن dB (الديسيبل) هو الفرق بين القوى.

الشكل 4 - كيفيه قياس الطاقة الضوئية

إذا كانت طاقة الإدخال الضوئية P1 (ديسيبل مللي واط) وكانت طاقة الإخراج الضوئية P2 (ديسيبل مللي واط)، يكون فقدان الطاقة هو P1 - P2 ديسيبل. لمعرفة مقدار الطاقة المفقودة بين الإدخال والإخراج، ارجع إلى قيمة الديسيبل في جدول تحويل الطاقة هذا:

DB	خرج الطاقة كـ % من الطاقة الداخلة	تم فقدان % من الطاقة	ملاحظات
1	79%	21%	-
2	63%	37%	-
3	50%	50%	1/2 الطاقة
4	40%	60%	-
5	32%	68%	-
6	25%	75%	1/4 الطاقة
7	20%	80%	1/5 الطاقة
8	16%	84%	1/6 الطاقة
9	12%	88%	1/8 الطاقة
10	10%	90%	1/10 الطاقة
11	8%	92%	1/12 الطاقة
12	6.3%	93.7%	1/16 الطاقة
13	5%	95%	1/20 الطاقة
14	4%	96%	1/25 الطاقة
15	3.2%	96.8%	1/30 الطاقة

على سبيل المثال، عندما يكون الإدخال الضوئي للخط المباشر (LD) في الألياف 0 ديسيبل مللي واط وتكون طاقة الإخراج ‪-15dBm‬، يتم حساب الفقدان الضوئي للألياف الضوئية على النحو التالي:

Input   Output    Optical Loss 
0dBm -  (-15dBm)  =15dB 

في جدول تحويل الطاقة، 15 ديسيبل للفقدان الضوئي يساوي 96.8 بالمائة من الطاقة الضوئية المفقودة. وبالتالي، يتبقى 3.2 بالمائة فقط من الطاقة الضوئية عند انتقالها عبر الألياف.

فهم فقدان الإدراج

في أي اتصال بيني بالألياف الضوئية، تحدث بعض الخسائر. يمثل فقدان الإدراج لموصِل أو لنقاط الاتصال الاختلاف في الطاقة الذي تراه عند إدراج الجهاز في النظام. على سبيل المثال، خذ طولاً من الألياف وقِس الطاقة الضوئية من خلال الألياف. لاحظ القراءة (P1). الآن قم بقص الألياف إلى النصف، وبإنهاء الألياف وتوصيلها، وبقياس الطاقة مرة أخرى. لاحظ القراءة الثانية (P2). يتمثل الاختلاف بين القراءة الأولى (P1) والثانية (P2) في فقد الإدراج أو فقد الطاقة الضوئية الذي يحدث عند إدخال الموصل في الخط. يتم قياس ذلك على النحو التالي:

IL (ديسيبل) =10 لوغاريتم₁₀ (P2 / P1)

يجب أن تفهم هذين الأمرين المهمين حول فقدان الإدراج:

• يكون فقدان الإدراج المحدد للألياف المتطابقة.

  إذا كان قطر اللُب (أو NA) للجانب الذي يرسل البيانات أكبر من NA الخاص بالألياف التي تستقبل البيانات، فهناك فقد إضافي.

  قطر الفقد = 10 لوغاريتم₁₀ (diar/diat)²

  الخسارة في الألياف الضوئية = 10 لوغاريتم₁₀ (NAr/NAt)²

  حيث:

  • Ldia = قطر الفقد

  • diar = قطر الاستقبال

  • diat = قطر الإرسال

  • LNA = الخسارة في الألياف الضوئية

  يمكن أن تحدث خسارة إضافية من انعكاسات فرينل. تحدث هذه عند فصل اثنين من الألياف بحيث يوجد انقطاع في معامل الانكسار. بالنسبة إلى اثنين من الألياف الزجاجية المفصولة بفجوة هوائية، تبلغ انعكاسات فرينل 0.32 ديسيبل.

• يختلف مقدار الفقد باختلاف الإطلاق.

  يختلف مقدار فقد الإدراج باختلاف الإطلاق، ويستقبل الشروط في اثنين من الألياف المتصلة. في الإطلاق القصير، يمكنك زيادة ملء الألياف بالطاقة الضوئية المحمولة في كل من الكسوة واللُب. وعبر المسافة، تُفقد هذه الطاقة الزائدة حتى تصل الألياف إلى حالة تُعرف باسم توزيع وضع التوازن (EMD). في عملية التشغيل الطويلة، تكون الألياف قد وصلت بالفعل إلى EMD، وبالتالي يتم تجريد الطاقة الزائدة بالفعل وليست موجودة في الموصِل.

  يمكن للضوء الذي يعبر الموصِل من الألياف إلى الألياف للتوصيل البيني أن يملأ الألياف مرة أخرى بأوضاع الكساء الزائدة. يتم فقد هذه بسرعة. هذه هي حالة الاستقبال القصير. إذا قمتَ بقياس إخراج الطاقة لألياف ألياف قصيرة الاستقبال، يمكنك رؤية طاقة إضافية. ومع ذلك، لا يتم نشر الطاقة الزائدة الآن. وبالتالي فإن القراءة غير صحيحة. وبالمثل، إذا كان طول ألياف الاستقبال طويلاً بما يكفي للوصول إلى EMD، فيمكن أن تكون قراءة فقدان الإدراج أعلى، ولكنها تعكس ظروف التطبيق الفعلية.

  يمكنك بسهولة محاكاة EMD (الإطلاق الطويل والاستقبال). للقيام بذلك، يجب عليك لف الألياف حول مغزل لخمس مرات. يؤدي هذا إلى تجريد أوضاع الكسوة.

حساب ميزانية الطاقة

يمكنك عمل تقدير تقريبي لموازنة طاقة الارتباط. للقيام بذلك، يجب أن تسمح بـ 0.75 ديسيبل لكل اتصال من الألياف إلى الألياف، وافترض أن فقدان الألياف يتناسب مع الطول في الألياف.

بالنسبة لتشغيل 100 متر مع ثلاث لوحات توصيل وألياف 62.5/125 تتميز بفقدان 3.5 ديسيبل/كم، يكون إجمالي الفقد 2.6 ديسيبل، كما هو موضح هنا:

الألياف: 3.5 ديسيبل/كم = 0.35 ديسيبل لمسافة 100 متر

لوحة التصحيح 1 = 0.75 ديسيبل

لوحة التصحيح 2 = 0.75 ديسيبل

لوحة التصحيح 3 = 0.75 ديسيبل

الإجمالي = 2.6 ديسيبل

عادةً ما يكون الفقد الذي تم قياسه أقل. على سبيل المثال، يبلغ متوسط فقد الإدراج لموصِل AMP SC ‫0.3‬ ديسيبل. في هذه الحالة، يبلغ فقدان الارتباط 1.4 ديسيبل فقط. بغض النظر عما إذا كنت تقوم بتشغيل إيثرنت بسرعة 10 ميجابت في الثانية أو ATM بسرعة 155 ميجابت في الثانية، فإن قيمة الفقد هي نفسها.

يُعد قياس انعكاس المجال الزمني الضوئي (OTDR) طريقة شائعة لإصدار الشهادات لأنظمة الألياف. يقوم OTDR بحقن الضوء في الألياف، ثم يعرض نتائج الضوء المنعكس مرة أخرى رسوميًا. يقيس OTDR وقت العبور المنقضي للضوء المنعكس لحساب المسافة إلى الأحداث المختلفة. يتيح العرض المرئي تحديد الخسارة لكل وحدة طول، وتقييم الوصلات والموصِلات، وموقع الخطأ. تقوم OTDR بالتكبير إلى مواقع معينة للحصول على صورة مقربة لأجزاء الارتباط.

بينما يمكنك استخدام عدادات الطاقة وحاقن الإشارة للكثير من شهادات الارتباط والتقييمات، توفر وحدات OTDR أداة تشخيص قوية للحصول على صورة شاملة للارتباط. لكن OTDR يتطلب المزيد من التدريب وبعض المهارات لتفسير العرض.

معلومات ذات صلة

• صفحة دعم المنتجات الضوئية
• الدعم التقني والمستندات - Cisco Systems