۲ دیدگاه اشتباه در مورد اسپلیتر فیبر نوری

۲ دیدگاه اشتباه در مورد اسپلیتر فیبر نوری

اسپلیترهای PLC،  ادواتی پسیو (یا غیرفعال) برای توزیع توان نوری هستند. این ادوات یکی از المان­های اصلی در شبکه های فیبر نوری مثل شبکه نوری غیرفعال (PON) به حساب می­ آیند. امروزه به دلیل کاربرد اسپلیترهای PLC در شبکه های نوری PON، این ادوات محبوبیت زیادی در بین کاربران و نصب­ کنندگان پیدا کرده­ اند. محبوبیت اسپلیترها بیشتر به دلیل کاهش قیمت این ادوات در بازار همراه با افزایش عرضه آن توسط تامین­ کننده­ گان می­ باشد.

در حال حاضر این اسپیلیترها مورد استقبال زیاد مصرف­ کنندگان قرار گرفته­ اند زیرا در سطح انبوهی تولید شده و به صورت گسترده در دسترس­ اند و این موضوع مردم را به سادگی به این نتیجه می­ رساند که این ادوات کارآمداند. با این رویکرد، تنها موضوعی که باید در هنگام انتخاب تامین کننده در نظر گرفته شود، قیمت  است. اینکه آیا مقرون به صرفه هست یا نه؟

ما در این مجموعه از مقالات می­ خواهیم مهم­ترین دیدگاه های اشتباه مربوط به اسپلیتر­ها را پیدا کنیم. بنابراین در ادامه مطلب کار را با دو نظریه­ مشهور در این زمینه شروع می­ کنیم.

دیدگاه اشتباه ۱:

اسپلیترهای PLC ادوات بسیار ساده ­ای هستند!

اسپلیترهای PLC با روشی به نام فرآیند ساخت مسطح ساخته می­ شوند (PLC مخفف عبارت مدارهای موج نوری سطحی است). در واقع، این بدان معنی است که قسمت مرکزی قطعه  (در اصل تقسیم­ کننده توان) شامل یک تراشه PLC کوچکتر از یک ناخن انگشت است که در آن  موجبرها و اسپیلیترهای آبشاری با استفاده از میکروالکترونیک بر روی یک زیرلایه ایجاد شده ­اند.  (به طور معمول اسپلیتر­ها چیدمان تقسیم کننده  ۲*۱ را ارائه می دهند و بنابراین شماره های ترجیح داده شده برای اسپلیترها مقادیر ۲*۱، ۴*۱ و ۸*۱ و غیره می­ باشد.) تراشه PLC می تواند روی یک شیشه سیلیکون یا زیرلایه کوارتز ایجاد شود که بخاطر وجود اختلاف در انبساط گرمایی دو ماده، انتخاب زیرلایه می­ تواند اهمیت زیادی پیدا کند.

موجبرهای نوری که بر روی ریزتراشه  PLC ایجاد می­ شوند، معمولا سطح مقطع مستطیل شکلی دارند. تکنولوژی PLC، هیبرید است چرا که تراشه باید با یک فیبر استاندارد خارجی با سطح مقطع دایروی جفت شود که انجام این کار نیاز به تنظیم دقیق موقعیت آن­ها نسبت به یکدیگر دارد. برای هدایت مسیر فیبر، شیارهای V شکلی تعبیه شده است که فیبرهای استاندارد در این شیارها قرار گرفته و چسبیده می­ شوند. سپس شیارهای V با قرارگیری یک درپوش روی سطح، پوشیده می­ شوند. کل قطعه (شامل شیارهای V، فیبرها و یک درپوش) یک آرایه فیبری نامیده می­ شود. برای کمینه کردن اتلاف­ های نوری ، آرایه فیبر باید با دقت زیادی با تراشه PLC هم راستا شود به طوریکه نور خارج شده از یکی از المان­ ها به طور دقیق به مرکز فیبر ( در المان دیگر) وارد شود. برای فهم بیشتر این چالش کافی است که اندازه قطر هسته فیبر تک مد را یادآوری کنیم؛ قطر لکه پرتو حدود ۹ میکرومتر است و این یعنی دقت قرارگیری آرایه­ های فیبری نسبت به یکدیگر باید در محدوده ۱  میکرومتر باشد تا بتواند در مدت ۲۵ سال صرفنظر از دما، رطوبت و فشار پایدار بماند. این پایداری وابسته به چسب انتخاب شده است ( اغلب یک اپوکسی مقاوم به نور فرابفش) .

به همین روش، اسپلیترهای PLC هنوز محافظت نشده، بعد از این در یک محفظه داخلی چسبانده می­ شوند (معمولا آلومینیوم پر شده با یک ژل منعطف)، سپس دو انتهای فیبر به انتهای فریم ثابت می­ شود و تیوب­ های بیرونی (به طور معمول ۹۰۰ میکرومتر) روی آن قرار می­ گیرند. در نهایت آخرین اندازه­ گیری­ ها انجام شده و ما به یک محصول نهایی دست می­ یابیم.

شکل۱: جزئیات مولفه های اسپلیترهای PLC

 

دیدگاه اشتباه ۲:

از دیدگاه نوری تمام اسپیلیترها مشابه یکدیگر هستند!

یک کاربر عادی هنگام مقایسه اسپیلیترهای PLC تامین کننده ­های مختلف، ممکن است تنها به گزارش مربوط به آزمایش های انجام گرفته یا اطلاعات فنی دقت کند. باید توجه داشت که هیچ مشخصه­ ای وجود ندارد که همه چیز را در بر بگیرد و به یکدیگر مرتبط کند.

بنابراین به چه چیزی باید توجه کنیم؟!

مهم­ترین چالش، اتلاف­های درونی است. در نگاه اول مشخصه­ های تمام تولیدکنندگان مشابه به نظر می ­رسد و تنها مقدار دسی بل آن­ها به اندازه کسر کوچکی با یکدیگر اختلاف دارد. حالا سوال اینجاست که آیا این یک تفاوت اساسی است یا خیر؟ برای پاسخ دادن به این سوال باید بگوییم اگر یک اپراتور در شبکه­ خود توان نوری نامحدودی داشت این داده­ ها چندان مهم نبود اما از آنجا که توان نوری ورودی به شبکه اندک است، پس مقدار تلفات نباید از یک حد بیشتر باشد. بطور کلی اتلاف درونی بیش از ۰.۳dB می­ تواند مشکلات زیادی ایجاد کند و از طرفی معمولا توان نوری مقداری کمتر از آنچه که انتظار می­ رود، دارد. بر این اساس، اپراتوری که محدودیت توان نوری دارد، یا باید اسپیلیترهای شبکه را کاهش دهد و یا بایستی از اسپلیترهایی با پارامترهای تضعیف­ مطلوب استفاده کند (المان هایی که نیاز به توان اندک داشته باشند) که البته این نیز می تواند منجر به افزایش هزینه شود.

آنچه باید در نظر داشت این است که شبکه های PON باید به گونه­ ای ساخته شوند که تا ۲۵ سال عمر کنند و توانایی پشتیبانی پروتکل­ ها و نرخ بیت مورد نیاز برای آینده را داشته باشند. ضمن این که تکنولوژی مورد استفاده، در آینده به ادوات با کیفیت بالاتری هم نیاز خواهد داشت.

اکنون یک سوال دیگر پیش می آید و آن اینکه اتلاف های اعلام شده در دیتاشیت اسپلیترها چقدر قابل اعتماد هستند؟

قطعا این مورد به نوع برند انتخابی و نیز اصالت آن وابسته است اما بطور کلی باید بگوییم که مهم نیست گزارش های ارائه شده در مورد میزان اتلاف­ های داخلی مربوط به یک اسپلیتر چقدر دقیق به نظر می­ رسند بلکه مهم این است که اطلاعات نظری با واقعیت چه میزان تطابق دارند. کافی است از برخی همکاران در صنعت از عدم تطابق مشخصه­ ها با واقعیت بپرسیم، داستان­ های جالبی برای گفتن دارند. بله اطلاعات ارائه شده در مورد یک محصول همیشه با مشخصه های عملکردی آن انطباق ندارند.

حالا فرض کنید که تامین­ کننده با ما صادق باشد و نتایج آزمایش ­ها با مقادیر اعلام شده با مشخصات ادوات تطابق خوبی داشته باشند. به نظر شما آیا برای مقایسه کلی کیفیت محصولات دو تامین­ کننده مختلف می توان روی این نتایج حساب باز کرد؟ بله ، این کار فقط در صورتی امکان­ پذیر است که اپراتور بتواند داده­ های آماری کافی فراهم کند، زیرا صرفا با آزمایش ۲ یا ۳ اسپلیتر از هر تامین کننده نمی توان به یک نتیجه واقعی برای تعیین کیفیت آن­ها رسید.

برای نمونه در شکل ۲، مقادیر تضعیف ۱۰ اسپلیتر  با کانکتورهای SC/APC بدست آمده از دو تامین­ کننده مختلف در یک نمودار هیستوگرام ارائه شده است.

شکل ۲: مقایسه میزان اتلاف اسپلیترهای PLC دو شرکت Diaco و Xyyyy با احتساب تعداد در هر اتلاف

 

در واقع در این شکل چند نمونه تصادفی اسپیلیتر از شرکت دیاکو ارتباطات آریا با چند اسپیلیتر ارزان قیمت متداول در بازار با نام فرضی Xyyyy مقایسه شده اند. اسپلیترهای برند Xyyyy توسط مشتری­ هایی فراهم شده اند که به دنبال حقیقت بودند و دوست نداشتند هزینه­ های بی­ فایده و اضافه برای اسپلیترهای بی کیفیت پرداخت کنند. بررسی این نمودار به ما کمک می­ کند که اختلاف واقعی موجود بین اسپلیترها را به طور واضح مشاهده کنیم.

نتایج نشان می­ دهند در مواردی که اطلاعات فنی اسپلیترها یکسان است، متوسط تضعیف واقعی و میزان یکنواختی اتلاف اسپیلیترهای دو تامین­ کننده کاملا با یکدیگر تفاوت دارد که این موضوع در عمل می­ تواند بر مواردی چون حساسیت در رعایت فاصله اتصال، آرامش  خاطر نداشتن نصب­ کنندگان، افزایش حجم کار آن­ها و هزینه کل نصب و نگهداری شبکه تاثیر بگذارد.

از طرف دیگر با مشاهده نمودارهای شکل ۲ می­ توان متوجه شد با اینکه مقدار تضعیف اسپیلیترهای دو تامین کننده با بیش از۰.۲dB تغییر می­ کند ولی تعداد اسپلیترها با تضعیف بالا از تامین کننده xyyy بیشتر است، (صرفنظر از تضعیف­ های بسیار بالایی که در اسپیلیترهای Diaco اصلا رخ نداده­ اند!)

پرسش دیگر این است که:

آیا اتلاف درونی تنها پارامتری است که هنگام مقایسه اطلاعات فنی تولیدکنندگان مختلف باید در نظر گرفته شود؟

اکثر مشخصات که حتی ۲ یا ۳ صفحه هم هستند، مورد توجه نیست. یک پارامتر ضروری که اغلب دست کم گرفته می­ شود یکنواختی اتلاف است. اسپیلیترهای PLC متقارن هستند یعنی مقدار اتلاف درونی هر یک از خروجی­ ها نیز باید با هم برابر باشد اما در عمل این اتفاق نمی­ اُفتد و آن­ها دقیقا یکسان نیستند . (این موضوع در شکل ۲ به وضوح قابل مشاهده است). تفاوت در میزان تضعیف خروجی­ ها با کمترین اتلاف و بیشترین اتلاف را یکنواختی اتلاف یا Uniformity می­ گویند. یکنواختی بیشتر نشان­ دهنده اسپیلیتر بدتر است. از استاندارد  Telecoridia (GR1209core ) برای تعیین مقادیر قابل قبول یکنواختی استفاده می­ شود. برای مثال برای یک اسپیلیتر ، یکنواختی ۳dB قابل قبول است (استاندارد تا ۳dB یکنواختی را اجازه می­ دهد). البته بسیاری از تامین کنندگان محصولات ارزان قیمت، خود را محدود به این استانداردها نمی­ دانند، اما خوشبختانه در حال حاضر بیشتر اسپیلیتر­های موجود در بازار یکنواختی کنترل شده و محدودی دارند.

یکنواختی اتلاف از دیدگاه اپراتور بسیار مهم است زیرا اسپیلیترهای با یکنواختی نامناسب تر باعث می­ شود که طراحی درست شبکه مشکل شود. (به عنوان مثال توان نوری که یکی از مشترکین GPON دریافت می­ کند می تواند دو برابر توان نوری که مشترک دیگر دریافت می­ کند، باشد). علاوه بر این اسپیلیتر با یکنواختی نامناسب نگهداری و تعمیر شبکه را نیز سخت می­ کند. تصور کنید آقای x که در همسایگی y زندگی می­ کند به ۳dB توان بیشتر دسترسی داشته باشد، تکنسین­های فنی برای پیدا کردن مشکلی که وجود ندارد فراخوانده می­ شوند و چندین ساعت تلاش می­ کنند غافل از اینکه مشکل به خاطر استفاده از اسپیلیتر­های بی کیفیت بوجود آمده است.

شکل ۳: یکنواختی اتلاف اسپیلیتر­های ۳۲*۱ از برندهای Diaco و XYYYY

 

اپراتور عزیز، اگر هنوز هم شک دارید، لطفا شکل ۳ را به نصب­ کننده­ های خود نشان دهید و از آنها بپرسید ترجیح می ­دهند از کدام اسپلیترها استفاده کنند.

اختلاف در یکنواختی اتلاف خروجی اسپیلیترهای مختلف، ناشی از کیفیت تراشه­ های PLC و المان­ های آرایه فیبری (اغلب ناشی از تعریف یا تعیین دقت پیچ کانال ) و میزان دقت قرار دادن المان­ های مختلف در کنار یکدیگر است.

در واقع هر انحرافی از موجبرها در تراشه که مربوط به موقعیت فیبرها در ماژول آرایه فیبری می­ شود می­تواند بر تضعیف اثر بگذارد، زیرا بخشی از توان نوری در ناحیه جفت شدگی (کوپل) فیبر از دست می­ رود. برای مثال، اگر برخی کانال­ها در آرایه فیبر پیچ  ۲۵۰ میکرومتری و برخی دیگر پیچ ۲۵۲ میکرومتری برای هر کانال داشته باشند و تراشه PLC در طرف دیگر دقیقا ۲۵۰ میکرومتر پیچ برای هر کانال داشته باشد، در این صورت تنظیم المان­های اسپیلیتر غیر ممکن خواهد بود. این بدان معنی است که هر کانال تضعیف متفاوتی خواهد داشت.

در سال­ های اخیر اولین تراشه­ های PLC ساخت چین تجاری شد و به تدریج بر انحصار تولیدکنندگان ژاپنی، کره­ ای و اسراییلی غلبه کرد. هر چند تولیدکنندگان چینی هم استفاده از این تراشه­ ها را بخاطر دقت نامشخصی که دارند ترجیح نمی­ دهند اما با این وجود آنها یک مزیت اصلی دارند و آن اینکه ۵/۲ برابر ارزانتر از اسپلیترهای مشابه کره­ای و ۳ برابر ارزانتر از نمونه­ های مشابه ژاپنی می­ باشند. یک اسپلیتر را در نظر بگیرید، هزینه تراشه PLC با کیفیت خوب ۲۰ الی ۲۵% هزینه کل مواد است. بنابراین یکی از رازهای قیمت پایین اسپیلیتر­های PLC آشکار شده است ( همچنین باید به خاطر داشته باشیم که قیمت آرایه­ های فیبری با توجه به کیفیت آنها می­تواند تا ۱۰۰% افزایش پیدا ­کند).

۲ میکرومتر عدم همراستایی کانال­ها منجر به ۱dB اتلاف اضافی می­ شود. المان­های آرایه فیبری از یک اسپلیتر بی کیفیت در شکل ۴ نشان داده شده است. می توان مشاهده کرد که پیچ هسته ثابت نیست و بیش از دو میکرومتر تغییر می­کند. (برای مقایسه، المان­های آرایه فیبری با کیفیت خوب تلورانس پیچ نیم میکرون دارند)

علاوه بر این، همان dB1 تفاوت در تضعیف می­تواند پس از چند سال ظاهر شود.

مسأله مهم برای اسپیلیترهای ساخته شده از تراشه­ ها و ماژول­ های آرایه فیبری با کیفیت پایین این است که یکنواختی اتلاف و تضعیف در طول موج ۱۳۱۰nm بدتر از ۱۵۵۰nm است.

شکل ۴: المان های آرایه فیبری با ۲ میکرومتر ناهمراستایی

 

نمودار زیر نتایج اتلاف اندازه­ گیری شده از اسپیلیترهای خریداری شده از سایر تامین کنندگان را نشان می ­دهد.

شکل ۵ اتلاف درونی اندازه ­گیری شده اسپیلیتر ۳۲×۱ در طول موج nm1310 و nm1550

 

آیا اختلاف ها در بالا تنها تحت تاثیر پارامترهای نوری است؟ خیر، تامین­ کنندگان اسپیلترهای PLC بازه طیفی ۱۲۶۰nm الی ۱۶۵۰nm را اعلام می­ کنند. اما نتایج، حاصل اندازه­ گیری­ ها در پنجره طیفی ۱۳۱۰nm و ۱۵۵۰nm (گاهی نیز ۱۴۹۰nm) است زیرا به دست آوردن بازه کامل طیفی تضعیف یا به دست آوردن اتلاف درونی برای همه طول موج­ ها غیر ممکن است (بدون درنظر گرفتن عدم توانایی برخی تامین­ کنندگان در اندازه­ گیری تضعیف در سایر طول موج­ ها به دلیل عدم وجود برخی تجهیزات پیشرفته و گران قیمت!)

یک اپراتور عادی هنگام مواجهه با این چالش به بن بست می­ رسد. این به چه معناست؟ برای بررسی این موضوع با استفاده از یک آنالیزور EXFORQ -12008 و یک لیزر کوک­ پذیر در بازه طول­ موجی ۱۲۵۰-۱۶۵۰nm که برای تنظیم استفاده شده، از یک اسپیلیتر دیگر از شرکت معروف AAA استفاده کرده­ ایم. تامین­ کننده، کارایی اسپیلیتر را در بازه کامل طیفی ۱۶۵۰nm -1250 تایید می­ کند که شکل ۵ این واقعیت را ثابت می­ کند. هر چند تضعیف در مرکز طول­ موج­های بزرگتر از ۱۵۷۰nm به طور چشمگیری افزایش می­ یابد. در این مورد خاص افزایش تضعیف در بازه طول موجی رخ می­ دهدکه چندان در PON ها مورد استفاده نیست. ( مگر اینکه اپراتور طول­ موج ۱۶۱۰nm را برای شبکه  DOCSIS-PON DPON انتخاب کرده باشد.)

بیایید آنچه گفته شد را مرور کنیم:

شبکه فیبر نوری طوری تنظیم شده است که ۲۰ سال عمر کند و خدمات جدید بازه طول موجی جدیدی را در آینده در برخواهد گرفت، بنابراین زیرساخت­ های موردنیاز نیز بایستی با این ذهنیت طراحی و ساخته شوند. در غیر این صورت پیامدهای ناخوشایندی در انتظار سرمایه گذاری­ های در ظاهر مقرون به صرفه ای است که امروزه انجام می­ گیرد.

 

 

** حقوق مالکیت این اثر متعلق به شرکت دیاکو ارتباطات آریا می باشد و نقل مطالب آن با ذکر منبع بلامانع است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *