สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้ระยะทางใด: ทำความเข้าใจกับข้อ จำกัด และความสามารถ

สายเคเบิลใยแก้วนำแสง ได้กลายเป็นกระดูกสันหลังของระบบการสื่อสารที่ทันสมัย พวกเขา ส่งข้อมูล เป็นสัญญาณแสงผ่านกระจกบางหรือเส้นใยพลาสติก หนึ่งในข้อดีที่สำคัญที่สุดของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงคือความสามารถในการส่งข้อมูลผ่าน ระยะทางไกลโดย ไม่มีการสูญเสียสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ บทความนี้จะสำรวจปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง

พื้นฐานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงไฟเบอร์ออปติกส่งข้อมูลในระยะทางไกลโดยใช้สัญญาณแสง สัญญาณแสงถูกสร้างขึ้นโดยเลเซอร์หรือไดโอดเปล่งแสง (LED) และส่งผ่านเส้นใย สัญญาณแสงจะได้รับจากเครื่องตรวจจับแสงที่ปลายอีกด้านของสายเคเบิลซึ่งแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า การส่งข้อมูลผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงนั้นเร็วกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าสายทองแดงแบบดั้งเดิม

ปัจจัยที่มีผลต่อระยะทางสัญญาณหลายปัจจัยส่งผลกระทบต่อระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือการลดทอนซึ่งคือการสูญเสียความแรงของสัญญาณเมื่อแสงเดินทางผ่านเส้นใย การลดทอนเพิ่มขึ้นเมื่อระยะทางที่เดินทางโดยสัญญาณแสงเพิ่มขึ้น

 ปัจจัยอื่น ๆ ที่มีผลต่อระยะทางของสัญญาณรวมถึงการกระจายตัวซึ่งเป็นการกระจายออกจากสัญญาณไฟเมื่อเวลาผ่านไปและอัตราข้อมูลซึ่งเป็นปริมาณของข้อมูลที่ส่งต่อหน่วยเวลา

ประเด็นสำคัญ

• 1. สายเคเบิลใยแก้วนำแสงส่งข้อมูลเป็นสัญญาณแสงผ่านกระจกบางหรือเส้นใยพลาสติก

• 2. ระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้รับผลกระทบจากการลดทอนการกระจายตัวและอัตราข้อมูล

• 3. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีได้เพิ่มระยะทางสูงสุดที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง

พื้นฐานของการส่งผ่านไฟเบอร์ออปติก

การก่อสร้างใยแก้วนำแสง

ใยแก้วนำแสง เป็นเส้นบาง ๆ ที่ยืดหยุ่นโปร่งใสหรือเส้นใย ทำจากแก้วหรือพลาสติก ที่ใช้สำหรับส่งสัญญาณแสงในระยะทางไกลโดยมีการสูญเสียคุณภาพสัญญาณน้อยที่สุด ประกอบด้วยแกนซึ่งเป็นส่วนกลางของเส้นใยที่แสงเคลื่อนที่ผ่านและการหุ้มซึ่งเป็นชั้นนอกที่ล้อมรอบแกนและสะท้อนแสงกลับเข้าไปในแกน 

แกนและการหุ้มทำจากวัสดุที่แตกต่างกันด้วยดัชนีหักเหที่แตกต่างกันซึ่งช่วยให้การสะท้อนภายในทั้งหมดเกิดขึ้น

แกนกลางของใยแก้วนำแสงทำจากแก้วหรือพลาสติกและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 9 ไมครอนสำหรับเส้นใยโหมดเดียวและ 50-62.5 ไมครอนสำหรับเส้นใยหลายโหมด การหุ้มนั้นทำจากแก้วหรือพลาสติกและมีดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่าแกนกลางเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าแสงอยู่ภายในแกนกลาง

การส่งสัญญาณและการสะท้อนภายในทั้งหมด

เมื่อพัลส์แสงเข้าสู่แกนกลางของเส้นใยออปติคอลมันจะถูกชี้นำไปตามเส้นใยโดยการสะท้อนภายในทั้งหมด การสะท้อนกลับภายในทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อมุมของอุบัติการณ์ของพัลส์แสงมากกว่ามุมวิกฤตซึ่งถูกกำหนดโดยดัชนีการหักเหของแกนและการหุ้ม พัลส์แสงสะท้อนให้เห็นถึงอินเทอร์เฟซระหว่างแกนกลางและการหุ้มทำให้สามารถเดินทางลงไฟเบอร์ได้โดยไม่สูญเสียคุณภาพสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ

ระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงขึ้นอยู่กับปัจจัยที่หลากหลายรวมถึงคุณภาพของสายเคเบิลความยาวคลื่นของแสงและพลังของแหล่งกำเนิดแสง โดยทั่วไปเส้นใยโหมดเดียวสามารถส่งสัญญาณในระยะทางไกลกว่าเส้นใยหลายโหมดเนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนเล็ก ๆ และการลดทอนสัญญาณที่ต่ำกว่า

โดยสรุปใยแก้วนำแสงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้ในการส่งข้อมูลในระยะทางไกล การก่อสร้างและการสะท้อนภายในทั้งหมดช่วยให้สูญเสียคุณภาพสัญญาณน้อยที่สุดทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับ การสื่อสารโทรคมนาคมเครือข่ายและแอปพลิเคชันการส่งข้อมูล.

ปัจจัยที่มีผลต่อระยะของสัญญาณ

การลดทอนและการสูญเสียสัญญาณ

การลดทอนคือการสูญเสียความแรงของสัญญาณอย่างค่อยเป็นค่อยไปในขณะที่เดินทางผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง สิ่งนี้เกิดจากปัจจัยหลายประการรวมถึงการดูดซึมการกระเจิงและการสะท้อน การลดทอนของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงวัดเป็นเดซิเบลต่อกิโลเมตร (db/km) ยิ่งการลดทอนสูงขึ้นเท่าไหร่ระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางได้

การสูญเสียสัญญาณเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่มีผลต่อระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง การสูญเสียสัญญาณอาจเกิดจากการลดทอน แต่ก็อาจเกิดจากปัจจัยอื่น ๆ เช่นตัวเชื่อมต่อ, splices และโค้งในสายเคเบิล การสูญเสียความแรงของสัญญาณถูกวัดในเดซิเบล (db)

ข้อ จำกัด การกระจายและแบนด์วิดท์

การกระจายคือการแพร่กระจายของชีพจรแสงขณะที่มันเดินทางผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง มีการกระจายตัวหลักสองประเภท: การกระจายแบบเป็นโมดัลและการกระจายสี 

การกระจายตัวของโมดัลเกิดขึ้นในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงหลายมัลติซึ่งโหมดแสงต่าง ๆ เดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน การกระจายตัวของสีเกิดขึ้นทั้งในโหมดเดี่ยวและสายไฟเบอร์ออปติกแบบโหมดเดี่ยวซึ่งมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงที่มีความเร็วแตกต่างกัน

ข้อ จำกัด ของแบนด์วิดท์เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลกระทบต่อระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แบนด์วิดท์ของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงคือช่วงของความถี่ที่สามารถรองรับได้ เมื่อแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางได้ลดลงตามสัดส่วน

ประเภทไฟเบอร์และคุณสมบัติของพวกเขา

ประเภทของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ใช้ส่งผลกระทบต่อระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางได้ สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกโหมดเดียวได้รับการออกแบบมาสำหรับการส่งผ่านทางไกลและมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนขนาดเล็กกว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงหลายโหมด 

สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติก Multimode ได้รับการออกแบบมาสำหรับการส่งสัญญาณระยะสั้นและมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนใหญ่กว่าสายไฟเบอร์ออปติกโหมดเดี่ยว คุณสมบัติของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเช่นดัชนีการหักเหของแสงและรูรับแสงตัวเลขยังส่งผลกระทบต่อระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางได้

โดยสรุประยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการรวมถึงการลดทอนการสูญเสียสัญญาณการกระจายตัวข้อ จำกัด แบนด์วิดท์และประเภทของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ใช้ โดยการทำความเข้าใจกับปัจจัยเหล่านี้เป็นไปได้ที่จะออกแบบและปรับใช้เครือข่ายใยแก้วนำแสงที่สามารถส่งสัญญาณในระยะทางไกลด้วยการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุด

การปรับปรุงและข้อ จำกัด ทางเทคโนโลยี

เครื่องส่งสัญญาณและเลเซอร์

ระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจะถูกกำหนดโดยปัจจัยหลายอย่างรวมถึงคุณภาพของเครื่องส่งสัญญาณและเลเซอร์ที่ใช้ เครื่องส่งสัญญาณสร้างสัญญาณที่ส่งลงสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในขณะที่เลเซอร์ใช้เพื่อขยายสัญญาณและตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถเดินทางได้ในระยะทางไกล

ความกว้างสเปกตรัมของเลเซอร์เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อพิจารณาระยะทางสูงสุดที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง เลเซอร์ที่มีความกว้างสเปกตรัมที่แคบกว่าสามารถส่งสัญญาณในระยะทางไกลได้โดยไม่จำเป็นต้องขยาย

การขยายและซ้ำ

การขยายและตัวทำซ้ำเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อพิจารณาระยะทางสูงสุดสัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แอมพลิฟายเออร์ใช้เพื่อเพิ่มความแรงของสัญญาณในขณะที่ตัวทำซ้ำจะใช้เพื่อสร้างสัญญาณใหม่และตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถเดินทางได้ในระยะทางไกลโดยไม่ลดลง

สำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ระยะทางสูงสุดของสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกทุกประเภทอยู่ที่ประมาณ 62.14 ไมล์ (100 กิโลเมตร) อย่างไรก็ตามแอปพลิเคชันบางอย่างต้องการระยะทางไกล สำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้อาจจำเป็นต้องใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่มีลักษณะการกระจายตัวพิเศษหรือการขยาย

การแทรกแซงและ EMI

สัญญาณรบกวนและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ยังสามารถ จำกัด ระยะทางที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง EMI อาจเกิดจากปัจจัยหลายอย่างรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ สายไฟและแม้กระทั่งการโจมตีด้วยฟ้าผ่า

เพื่อลดผลกระทบของการรบกวนและ EMI สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมักจะป้องกันและต่อสายดิน นอกจากนี้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมักจะถูกฝังอยู่ใต้ดินหรือวิ่งผ่านท่อร้อยสายเพื่อลดความเสี่ยงของการรบกวนและ EMI

โดยสรุประยะทางสูงสุดที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงนั้นถูกกำหนดโดยปัจจัยหลายประการรวมถึงคุณภาพของเครื่องส่งสัญญาณและเลเซอร์ที่ใช้การใช้การขยายและซ้ำและความเสี่ยงของการรบกวนและ EMI โดยการพิจารณาอย่างรอบคอบกับปัจจัยเหล่านี้เป็นไปได้ที่จะส่งสัญญาณในระยะทางไกลโดยไม่ลดลง

แอปพลิเคชันและมาตรฐานในโลกแห่งความเป็นจริง

การสื่อสารโทรคมนาคมและศูนย์ข้อมูล

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโทรคมนาคมเนื่องจากความสามารถในการส่งข้อมูลในระยะทางไกลโดยไม่สูญเสียความแรงของสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ 

บริษัท โทรคมนาคมใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อให้บริการอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงเคเบิลทีวีและบริการโทรศัพท์ให้กับผู้บริโภค ศูนย์ข้อมูลยังใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์เครือข่ายอื่น ๆ ในระยะทางไกล

เครือข่ายและการเชื่อมต่อในพื้นที่ท้องถิ่น

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงยังใช้ในเครือข่ายพื้นที่ (LANs) เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์และให้การเชื่อมต่อความเร็วสูง การใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงใน LAN ได้กลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการส่งข้อมูลความเร็วสูง สายเคเบิลใยแก้วนำแสงใช้เพื่อเชื่อมต่อสวิตช์เราเตอร์และอุปกรณ์เครือข่ายอื่น ๆ ภายในอาคารหรือมหาวิทยาลัย

มาตรฐานอุตสาหกรรมและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ

สมาคมอุตสาหกรรมโทรคมนาคม (TIA) ได้พัฒนามาตรฐานสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานร่วมกันและความเข้ากันได้ระหว่างผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตที่แตกต่างกัน มาตรฐานเหล่านี้ระบุระยะทางสูงสุดที่สัญญาณสามารถเดินทางบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสงรวมถึง ประเภทของตัวเชื่อมต่อ ที่ควรใช้

ตัวอย่างเช่นมาตรฐาน TIA 1000Base-SX ระบุระยะทางสูงสุด 550 เมตรเหนือเส้นใยมัลติโหมดโดยใช้ตัวเชื่อมต่อ Duplex LC มาตรฐาน 10GBASE-SR ระบุระยะทางสูงสุด 300 เมตรจากเส้นใยมัลติโหมดโดยใช้ตัวเชื่อมต่อ Duplex LC มาตรฐาน 40GBASE-SR4 ระบุระยะทางสูงสุด 100 เมตรจากเส้นใยมัลติโหมดโดยใช้ขั้วต่อสไตล์ MPO

การปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรมเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงทำงานอย่างถูกต้องและให้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้