สายเคเบิลใยแก้วนำแสงในร่มทำงานอย่างไร?

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงในร่มทำงานอย่างไร: หลักการหลัก

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงในอาคารส่งข้อมูลเป็นพัลส์แสงผ่านเส้นแก้วหรือเส้นใยพลาสติกบางๆ ทำให้มีความเร็วสูงสุดถึง 100 Gbps ในระยะทางตั้งแต่ไม่กี่เมตรไปจนถึงหลายกิโลเมตร ซึ่งไกลเกินกว่าที่สายเคเบิลทองแดงจะทำได้ หลักการทำงานขั้นพื้นฐานอาศัยแนวคิดทางฟิสิกส์ที่เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมด แสงที่เข้าสู่แกนไฟเบอร์ในมุมที่ถูกต้องจะสะท้อนซ้ำๆ ไปตามผนังไฟเบอร์โดยไม่หลุดออกไป โดยเดินทางจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งโดยมีการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุด

แต่ละ สายเคเบิลใยแก้วนำแสงในร่ม ประกอบด้วยแกนที่รับแสง ชั้นหุ้มโดยรอบที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า การเคลือบป้องกัน และแจ็คเก็ตด้านนอกที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมภายในอาคาร แหล่งกำเนิดแสง (โดยทั่วไปคือเลเซอร์หรือ LED) แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นพัลส์แสง ซึ่งจากนั้นจะถูกถอดรหัสโดยเครื่องตรวจจับแสงที่ปลายรับกลับเป็นข้อมูลทางไฟฟ้า

ส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในร่ม

การทำความเข้าใจวิธีการทำงานของสายเคเบิลเริ่มต้นด้วยการรู้ว่ามันทำมาจากอะไร แต่ละชั้นมีจุดประสงค์การใช้งานเฉพาะ:

เส้นผ่านศูนย์กลางแกนเป็นข้อกำหนดที่สำคัญ: โดยทั่วไปแล้วเส้นใยโหมดเดี่ยวจะมีแกนขนาด 9 ไมโครเมตร ในขณะที่ เส้นใยมัลติโหมดใช้แกน 50 ไมโครเมตร หรือ 62.5 µm . ความแตกต่างของขนาดนี้จะกำหนดโดยตรงว่าแสงเดินทางอย่างไรและสัญญาณสามารถเดินทางได้ไกลแค่ไหนโดยไม่ต้องมีการขยายสัญญาณ

โหมดเดี่ยวและมัลติโหมด: สองเส้นทางแสงที่แตกต่างกัน

ประเภทของไฟเบอร์เป็นตัวกำหนดวิธีที่แสงแพร่กระจายผ่านสายเคเบิล ซึ่งส่งผลต่อแบนด์วิธ ระยะทาง และต้นทุน

ไฟเบอร์โหมดเดียว (SMF)

ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวอนุญาตให้แสงเดินทางผ่านแกนกลางแคบขนาด 9 µm ได้เพียงโหมดเดียว (เส้นทาง) เนื่องจากไม่มีการกระจายแบบโมดัล สัญญาณจึงยังคงคมชัดและสอดคล้องกันในระยะไกล สายเคเบิลโหมดเดี่ยวในอาคารสามารถรองรับระยะการส่งข้อมูลสูงสุด 10 กม. ที่ความเร็ว 10 Gbps ขึ้นไป ทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อกระดูกสันหลังระหว่างชั้นหรืออาคารในวิทยาเขต

มัลติไฟเบอร์ (MMF)

ไฟเบอร์มัลติโหมดมีแกนที่ใหญ่กว่าซึ่งช่วยให้โหมดแสงหลายโหมดเดินทางพร้อมกันได้ ทำให้ง่ายต่อการจับคู่แสงเข้ากับไฟเบอร์โดยใช้ LED หรือ VCSEL ที่มีต้นทุนต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม การกระจายแบบกิริยา (โหมดต่างๆ ที่มาถึงในเวลาต่างกันเล็กน้อย) จะจำกัดทั้งความเร็วและระยะทาง ไฟเบอร์มัลติโหมด OM3 รองรับ 10 Gbps สูงถึง 300 ม. ในขณะที่ OM4 รองรับ 10 Gbps สูงถึง 550 ม. และ 40/100 Gbps สูงถึง 150 ม. — เหมาะสำหรับศูนย์ข้อมูลและสายเคเบิลแนวนอนภายในอาคาร

วิธีการสร้างและรับสัญญาณแสง

ระบบส่งผ่านแสงเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบหลักสามส่วนที่ทำงานร่วมกัน:

• เครื่องส่งสัญญาณแสง: แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นพัลส์แสง เลเซอร์ (ใช้ในระบบโหมดเดี่ยว) จะสร้างแสงความยาวคลื่นแคบที่สอดคล้องกัน ในขณะที่ VCSEL และ LED เป็นเรื่องปกติในระบบมัลติโหมด
• ไฟเบอร์ปานกลาง: ตัวสายเคเบิลภายในอาคารจะนำสัญญาณไฟจากต้นทางไปยังปลายทางโดยมีการลดทอนสัญญาณน้อยที่สุด การลดทอนโดยทั่วไปสำหรับไฟเบอร์โหมดเดี่ยวในอาคารคือ ≤0.4 dB/กม. ที่ 1310 นาโนเมตร .
• ตัวรับแสง: เครื่องตรวจจับแสง (โฟโตไดโอด) ที่ปลายสุดจะแปลงพัลส์แสงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่อุปกรณ์เครือข่ายสามารถตีความได้

มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ช่วยให้สตรีมข้อมูลหลายรายการพร้อมกันบนความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงภายในไฟเบอร์เส้นเดียว ซึ่งจะเพิ่มแบนด์วิธที่มีประสิทธิภาพของสายเคเบิลภายในอาคารเส้นเดียวได้อย่างมาก

ประเภทเสื้อแจ็คเก็ตในร่มและฟังก์ชันเฉพาะ

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงในอาคารได้รับการออกแบบด้วยวัสดุแจ็คเก็ตเฉพาะเพื่อให้เป็นไปตามรหัสอาคารและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม ประเภทของแจ็คเก็ตไม่สวยงาม — ส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและตำแหน่งการติดตั้ง

• LSZH (ฮาโลเจนไร้ควันต่ำ): ก่อให้เกิดควันพิษน้อยที่สุดเมื่อถูกเผา จำเป็นในพื้นที่ปิดที่มีการระบายอากาศจำกัด เช่น อุโมงค์ รถไฟใต้ดิน และห้องอุปกรณ์ที่จำกัด
• การจัดอันดับ Plenum (CMP): ออกแบบมาเพื่อติดตั้งในพื้นที่ระบายอากาศ (ช่องระบายอากาศ) ในอาคารพาณิชย์ ตรงตามมาตรฐานการแพร่กระจายของเปลวไฟและควันที่เข้มงวดตาม NFPA 262
• ระดับไรเซอร์ (CMR): เหมาะสำหรับการวิ่งแนวตั้งระหว่างพื้นผ่านท่อร้อยสายไรเซอร์ ต้านทานการแพร่กระจายของเปลวไฟ แต่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน plenum ที่สูงกว่า
• วัตถุประสงค์ทั่วไป (CM/OFN): สำหรับใช้ในท่อร้อยสายหรือในพื้นที่ที่ไม่ต้องใช้ระดับไรเซอร์หรือเพลนัม ประเภทที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการวิ่งแนวนอนขั้นพื้นฐาน

การกำหนดค่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในร่มทั่วไป

สายเคเบิลไฟเบอร์ภายในอาคารมีการออกแบบทางกายภาพหลายแบบซึ่งปรับให้เหมาะกับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน:

สายเคเบิลกระจายบัฟเฟอร์แน่น

แต่ละ fiber is individually coated with a บัฟเฟอร์แน่นหนา 900 µm โดยตรงบนการเคลือบไฟเบอร์ 250 µm ทำให้เส้นใยแยกส่วนได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้ชุดอุปกรณ์แยกส่วน ซึ่งมักใช้สำหรับการวิ่งในแนวนอนและการเชื่อมต่อแผงแพทช์ภายในอาคาร

สายเคเบิลฝ่าวงล้อม (Fan-Out)

เส้นใยที่มีบัฟเฟอร์แน่นหลายเส้นแต่ละเส้นถูกห่อหุ้มไว้ในซับแจ็กเก็ตของตัวเอง ทำให้มีความทนทานเพียงพอสำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงและการเชื่อมต่อแบบปลั๊กอิน เหมาะสำหรับ ห้องอุปกรณ์สั้นทำงานโดยที่สายเคเบิลเชื่อมต่อโดยตรงกับพอร์ต ไม่มีแผงแพทช์

สายแพ

เส้นใยถูกจัดเรียงเป็นริบบอนแบนที่มีเส้นใย 4, 8 หรือ 12 เส้น ทำให้สามารถต่อประกบฟิวชั่นจำนวนมากพร้อมกันได้สูงสุด 12 เส้น ซึ่งช่วยลดเวลาในการต่อรอยได้มากถึง 90% เมื่อเทียบกับการต่อแต่ละครั้ง ทำให้สายแพมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการติดตั้งแกนหลักที่มีจำนวนไฟเบอร์สูง

สายเคเบิลหุ้มเกราะในร่ม

มีการเพิ่มชั้นเกราะเหล็กหรืออลูมิเนียมลูกฟูกระหว่างมัดไฟเบอร์และแจ็คเก็ตด้านนอก ซึ่งให้ความต้านทานการกระแทกและสัตว์ฟันแทะสำหรับสายเคเบิลที่ทำงานใต้พื้นยกสูงหรือในสภาพแวดล้อมภายในอาคารอุตสาหกรรม

การสูญเสียสัญญาณในไฟเบอร์ในอาคาร: สาเหตุคืออะไรและจัดการอย่างไร

แม้ว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจะมีการสูญเสียต่ำมากเมื่อเทียบกับทองแดง แต่การลดทอนยังคงเกิดขึ้นและต้องคำนึงถึงในระหว่างการออกแบบระบบ แหล่งที่มาหลักของการสูญเสียสัญญาณ ได้แก่ :

• การดูดซึมภายใน: เกิดจากสิ่งสกปรกในแก้ว โดยเฉพาะไอออนไฮดรอกซิล (OH) ที่ดูดซับความยาวคลื่นจำเพาะ เส้นใยสมัยใหม่ผลิตขึ้นโดยมีการลดทอนของน้ำที่ต่ำมาก
• การกระเจิง (การกระเจิงแบบเรย์ลีห์): การแปรผันของความหนาแน่นของแก้วด้วยกล้องจุลทรรศน์จะกระจายแสงจำนวนเล็กน้อยไปในทุกทิศทาง นี่คือกลไกการสูญเสียที่โดดเด่นในช่วงความยาวคลื่นสั้น
• การสูญเสียการดัด: การโค้งงอแบบมาโคร (การโค้งงอต่ำกว่ารัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ) และการโค้งแบบไมโคร (การบิดงอทางกลเล็กน้อย) ทำให้เกิดแสงเล็ดลอดออกมาจากแกนกลาง สายเคเบิลภายในอาคารส่วนใหญ่ระบุรัศมีโค้งงอในการติดตั้งขั้นต่ำที่ 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของสายเคเบิล .
• การสูญเสียตัวเชื่อมต่อและรอยต่อ: แต่ละ connector adds approximately 0.3–0.5 เดซิเบล และโดยทั่วไปแล้วการต่อฟิวชันจะเพิ่มเข้าไป น้อยกว่า 0.1 เดซิเบล . สิ่งเหล่านี้จะต้องถูกจัดงบประมาณไว้ในการคำนวณการสูญเสียลิงก์ทั้งหมด

การคำนวณงบประมาณพลังงานแสงจะดำเนินการในระหว่างการออกแบบเครือข่ายเพื่อให้แน่ใจว่าการสูญเสียการเชื่อมต่อทั้งหมด (การสูญเสียการเชื่อมต่อของตัวเชื่อมต่อการลดทอนไฟเบอร์) จะยังคงอยู่ในการสูญเสียที่รองรับสูงสุดของตัวรับส่งสัญญาณ โดยรักษาคุณภาพสัญญาณที่เชื่อถือได้

การใช้งานทั่วไปของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในร่ม

สายเคเบิลใยแก้วภายในอาคารถูกนำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายซึ่งจำเป็นต้องมีแบนด์วิธสูง เวลาแฝงต่ำ และต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า:

• ศูนย์ข้อมูล: เซิร์ฟเวอร์ความหนาแน่นสูงและการเชื่อมต่อสวิตช์ระหว่างกันโดยใช้มัลติโหมด OM4/OM5 หรือสายเคเบิลโหมดเดียว OS2 สำหรับเลเยอร์บนสุดของแร็ค ท้ายแถว และเลเยอร์การสลับคอร์
• แกนหลัก LAN ขององค์กร: การเชื่อมต่อห้องสื่อสารบนชั้นต่างๆ โดยใช้สายเคเบิลกระจายแบบไรเซอร์หรือแบบพลีนัม
• สิ่งอำนวยความสะดวกด้านการดูแลสุขภาพ: ภูมิคุ้มกัน EMI ของไฟเบอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มี MRI และอุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ ที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง
• วิทยาเขตการศึกษา: สายเคเบิลแกนหลักที่มีแบนด์วิธสูงเพื่อรองรับการสตรีมวิดีโอ บริการคลาวด์ และจุดเข้าใช้งานไร้สายความหนาแน่นสูง
• สิ่งอำนวยความสะดวกทางอุตสาหกรรม: ไฟเบอร์หุ้มเกราะในอาคารให้ภูมิคุ้มกัน EMI และความทนทานเชิงกลในพื้นโรงงานด้วยเครื่องจักรกลหนัก
• FTTH/FTTB ลดลงครั้งสุดท้าย: สายเคเบิลหล่นในร่มโหมดเดียวนำไฟเบอร์จากจุดทางเข้าอาคารไปยังอพาร์ตเมนต์หรือสำนักงานแต่ละแห่ง

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: สายเคเบิลใยแก้วนำแสงภายในอาคารมีระยะทางสูงสุดคือเท่าใด

ขึ้นอยู่กับประเภทไฟเบอร์และอัตราข้อมูล มัลติโหมด OM4 รองรับ 10 Gbps สูงถึง 550 ม. OS2 โหมดเดียวรองรับ 10 Gbps สูงสุด 10 กม. ขึ้นไป สำหรับการใช้งานภายในอาคารส่วนใหญ่ การวิ่งจะอยู่ภายในขีดจำกัดเหล่านี้

คำถามที่ 2: สายเคเบิลใยแก้วนำแสงภายในอาคารสามารถใช้กลางแจ้งได้หรือไม่

ไม่ สายเคเบิลภายในอาคารขาดการป้องกันรังสียูวีและอุปสรรคความชื้นที่จำเป็นสำหรับการใช้งานกลางแจ้ง การใช้สายเคเบิลภายในอาคารภายนอกอาคารจะทำให้แจ็คเก็ตเสื่อมสภาพและสัญญาณขัดข้อง ใช้สายเคเบิลแบบ Dual-Rated กลางแจ้งหรือในร่ม/กลางแจ้งสำหรับเส้นทางแบบผสม

คำถามที่ 3: LSZH คืออะไร และจำเป็นเมื่อใด

LSZH ย่อมาจาก Low Smoke Zero Halogen จำเป็นต้องใช้ในพื้นที่ปิดหรือมีการระบายอากาศไม่ดี เช่น อุโมงค์ เรือ และห้องอุปกรณ์ที่จำกัด ซึ่งควันพิษจากการเผา PVC อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างร้ายแรง

คำถามที่ 4: สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกได้รับผลกระทบจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) หรือไม่

ไม่ เนื่องจากไฟเบอร์ส่งผ่านแสงมากกว่ากระแสไฟฟ้า จึงมีภูมิคุ้มกันอย่างสมบูรณ์ต่อสัญญาณรบกวน EMI และคลื่นความถี่วิทยุ ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งใกล้กับมอเตอร์ เครื่อง MRI สายไฟ และแหล่งสัญญาณรบกวนอื่นๆ

คำถามที่ 5: สายเคเบิลใยแก้วนำแสงภายในอาคารถูกยกเลิกอย่างไร

มันถูกยกเลิกโดยใช้ตัวเชื่อมต่อ (SC, LC, ST, MTP/MPO) ไม่ว่าจะโดยการประกบฟิวชั่นผมเปียที่สิ้นสุดไว้ล่วงหน้าบนไฟเบอร์หรือโดยตัวเชื่อมต่อแบบขัดเงาโดยตรง การประกบฟิวชั่นเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับการติดตั้งแบบถาวร เนื่องจากมีการสูญเสียและความน่าเชื่อถือต่ำ

คำถามที่ 6: สายเคเบิลไฟเบอร์แบบมีบัฟเฟอร์แน่นและแบบท่อหลวมสำหรับใช้ภายในอาคารแตกต่างกันอย่างไร

สายเคเบิลที่มีบัฟเฟอร์แน่นมีไฟเบอร์แต่ละเส้นเคลือบด้วยบัฟเฟอร์ขนาด 900 µm ทำให้ง่ายต่อการจัดการและสิ้นสุด เหมาะสำหรับการใช้งานภายในอาคาร สายเคเบิลแบบท่อหลวมจะวางเส้นใยไว้ภายในท่อที่เติมเจลเพื่อป้องกันความชื้น ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานกลางแจ้งหรือแบบฝังโดยตรง