موزع ألياف ضوئية مثبت على رف لشبكات الألياف الضوئية إلى المنازل مع توزيع ألياف موحد

يُعدّ مُقسّم الألياف الضوئية مُكوّنًا سلبيًا أساسيًا في شبكات الاتصالات الضوئية، وتُحدّد خصائصه المُعاييرية مباشرةً كفاءة واستقرار توزيع الإشارة الضوئية. فيما يلي تحليل مُفصّل لأبعاد المُعايير الفنية، وعمليات التصنيع، وسيناريوهات التطبيق، ومعايير الصناعة.

1. تحليل المعلمات البصرية الأساسية

1. خسارة الإدراج

· التعريف: التوهين في قدرة الإشارة الضوئية عند نهاية الخرج بالنسبة إلى نهاية الدخل بعد المرور عبر موزع، يتم حسابه على النحو التالي \(A_i = -10\إل جي(P_{\نص{خارج}_i}/P_{\نص{في}})\).

· الخصائص العددية:

تأثير نسبة التقسيم: كلما زاد عدد التقسيمات، زادت الخسارة. على سبيل المثال، عادةً ما تبلغ خسارة مقسم 1×2 حوالي 3.7 ديسيبل، بينما يمكن أن يصل مقسم 1×64 إلى 19.5 ديسيبل.

· اختلافات العملية: يبلغ متوسط فقدان مقسم 1×2 مخروطي مدمج (العلاج السلوكي المعرفي) حوالي 3.4 ديسيبل، ويبلغ متوسط فقدان مقسم 1×64 دائرة الموجات الضوئية المستوية (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة) 16.6 ديسيبل.

الحسابات الهندسية: في شبكة شبكة أو دي إن، يجب أن تأخذ ميزانية الطاقة في الاعتبار فقدان الألياف (0.35 ديسيبل/كم)، وفقد الموصل (0.1-0.3 ديسيبل)، والهامش البصري (1 ديسيبل). على سبيل المثال، عند استخدام موزع 1×32 لنقل 20 كم، يجب التحكم في إجمالي الخسارة في حدود 28 ديسيبل.

2. الخسارة الإضافية

· التعريف: الفرق بين الطاقة الكلية لجميع نهايات الإخراج وقوة نهاية الإدخال، مما يعكس عيوب عملية التصنيع.

· القيم النموذجية:

· بالنسبة لموزع 1×2، يكون ≤0.2 ديسيبل، وبالنسبة لموزع 1×16، يكون ≤1.2 ديسيبل.

· الخسارة الإضافية لنوع العلاج السلوكي المعرفي أقل من الخسارة الإضافية لنوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة؛ على سبيل المثال، الخسارة الإضافية لمقسم العلاج السلوكي المعرفي 1×2 هي ≤0.1 ديسيبل.

· العوامل المؤثرة: دقة اندماج الألياف، وعيوب شريحة الموجة الموجهة، وما إلى ذلك، تؤثر بشكل مباشر على استقرار النظام على المدى الطويل.

3. نسبة التقسيم

· التصنيف:

· تقسيم موحد: نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة هو في الغالب 50:50، ويمكن تخصيص نوع العلاج السلوكي المعرفي بنسب غير متساوية (مثل 10:90).

· حساسية الطول الموجي: قد تختلف نسبة الانقسام لنفس الموزع عند أطوال موجية 1310 نانومتر و1550 نانومتر بشكل كبير (على سبيل المثال، من 50:50 إلى 70:30).

· حالة تطبيقية: في شبكة الألياف الضوئية إلى المنازل، يدعم مقسم 1×64 32 أسرة لمشاركة النطاق الترددي، مع عرض نطاق ذروة للمستخدم الفردي يبلغ حوالي 156 ميجابت في الثانية (معدل التزامن 50%).

4. خسارة العودة

التعريف: نسبة طاقة الضوء المنعكس إلى طاقة الضوء الساقط. يُمكن لفقدان الإشارة المرتفع أن يُقلل من تداخل الإشارة.

· المتطلبات القياسية:

· واجهة حزب المؤتمر التقدمي ≥55 ديسيبل، واجهة رمز المنتج الموحد ≥50 ديسيبل.

· إن خسارة العودة لمقسمات وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة أفضل بشكل عام من خسارة العودة لمقسمات العلاج السلوكي المعرفي، مما يجعلها مناسبة لسيناريوهات نقل البيانات عالية السرعة.

5. الخسارة المعتمدة على الاستقطاب (PDL)

· التعريف: التقلب في خسارة الإدراج الناجم عن التغيرات في حالة استقطاب الإشارة الضوئية، بوحدة ديسيبل.

· مقارنة الأداء:

· نوع العلاج السلوكي المعرفي PDL ≤0.15dB، نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ≤0.2dB.

· يعد انخفاض PDL أمرًا بالغ الأهمية لأنظمة الاتصالات البصرية المتماسكة (مثل 100G بون) لتجنب تأثير تشتت وضع الاستقطاب (بي إم دي).

الثاني. الخصائص الفيزيائية الرئيسية والقدرة على التكيف مع البيئة

1. توحيد الخسارة

· التعريف: الحد الأقصى للفرق في خسارة الإدخال بين منافذ الإخراج.

· القيم النموذجية:

· 1×2 نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ≤0.4 ديسيبل، 1×64 نوع ≤2.5 ديسيبل.

· إن توحيد نوع العلاج السلوكي المعرفي ضعيف، والفرق بين مقسمات 1×8 يمكن أن يصل إلى 1.5 ديسيبل.

· تأثير التطبيق: في أنظمة بون، يؤثر التوحيد بشكل مباشر على اتساق جودة الإشارة بين المستخدمين المتعددين.

2. الخسارة المعتمدة على الطول الموجي (المكتبة الرقمية العالمية)

· التعريف: الدرجة التي يتغير بها فقدان الإدراج مع الطول الموجي، بوحدة ديسيبل/نانومتر.

· اختلافات العملية:

· نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة المكتبة الرقمية العالمية ≤0.8dB (1×64)، نوع العلاج السلوكي المعرفي لديه المكتبة الرقمية العالمية عالية بسبب حساسية عملية الاندماج لطول الموجة.

· السيناريوهات القابلة للتطبيق: يتطلب التشغيل الثلاثي (الصوت والبيانات والفيديو) دعمًا لطول موجي واسع (1260-1650 نانومتر)، كما يتمتع نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بمزايا أكثر.

3. الخسارة المعتمدة على درجة الحرارة (تي دي إل)

· التعريف: التقلب في خسارة الإدخال الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة، بوحدة ديسيبل/درجة مئوية.

· مؤشرات الأداء:

· في نطاق -40℃~85℃، يكون تي دي إل لنوع 1×2 وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ≤0.5dB، ويكون تي دي إل لنوع 1×64 ≤1.0dB.

· بسبب اختلاف معاملات التمدد الحراري للمواد، فإن تي دي إل لنوع العلاج السلوكي المعرفي عادة ما يكون أعلى من تي دي إل لنوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة.

· الاستجابة الهندسية: يجب تخصيص هامش طاقة بصرية يبلغ 3 ديسيبل للنشر الخارجي للتعامل مع شيخوخة الألياف وتقلبات درجات الحرارة.

4. الاتجاهية

· التعريف: درجة تسرب الضوء من المنافذ غير المخرجية، بالديسيبل.

المتطلبات القياسية: ≥55 ديسيبل. تُقلل التوجيهية العالية من التداخل، وهي مناسبة لأنظمة الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي الكثيف (دي دبليو دي إم).

ثالثًا: عمليات التصنيع وارتباط المعلمات

1. مخروطي ثنائي المخروط مدمج (العلاج السلوكي المعرفي)

· خصائص العملية:

· يتم تحقيق الانقسام عن طريق ذوبان الألياف وتمديدها في درجات حرارة عالية، بتكلفة منخفضة ولكن بتوحيد ضعيف.

· يدعم التقسيم غير المتساوي (مثل 5%:95%)، ولكنه يتمتع بحساسية كبيرة للطول الموجي.

· حدود المعلمات:

· يمكن أن يصل فرق توحيد فقدان الإدخال لمقسمات 1×8 إلى 1.5 ديسيبل، كما أن استقرار درجة الحرارة ضعيف.

· سيناريوهات التطبيق: مناسبة للتقسيم منخفض التكلفة ومنخفض الترتيب (أقل من 1×8)، مثل شبكات نقل البيانات المستقلة أو شبكات تلفزيون الكابل.

2. دائرة الموجات الضوئية المستوية (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة)

· خصائص العملية:

· يتم دمج الموجهات الموجية على شريحة تعتمد على السيليكون باستخدام تقنية الطباعة الحجرية، مع توحيد تقسيم عالي (±1%).

· يدعم تقسيم الترتيب العالي (1×64) ونطاق واسع من الطول الموجي (1260-1650 نانومتر).

· مزايا المعلمة:

· الخسارة المعتمدة على الاستقطاب (PDL) ≤0.2 ديسيبل، مع استقرار درجة الحرارة الممتاز.

· سيناريوهات التطبيق: شبكات الألياف الضوئية إلى المنازل و5G خط النقل الأمامي وغيرها من السيناريوهات التي تتطلب موثوقية عالية ودعمًا لطول موجي واسع.

3. أنواع أخرى

· النظام الكهروميكانيكي الدقيق (الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى): يحقق الانقسام الديناميكي من خلال مجموعات المرايا الدقيقة، وهو مناسب للشبكات البصرية القابلة للضبط ولكن بتكلفة عالية.

· وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من الفوتونيات السيليكونية: يتم تصنيعها باستخدام تكنولوجيا سي إم أو إس، ويمكنها دمج المزيد من الوظائف (مثل المرشحات)، ومن المتوقع أن تعمل على خفض التكاليف بشكل أكبر في المستقبل.

رابعًا: المعايير الميكانيكية والبيئية

1. أنواع الموانئ والتعبئة والتغليف

· أنواع الواجهة:

· يتم استخدام SC/حزب المؤتمر التقدمي (مضاد للانعكاس) لـ تلفزيون الكابل، وLC لمراكز البيانات عالية الكثافة، وFC لسيناريوهات الاستقرار الميكانيكي العالي.

· أشكال التعبئة والتغليف:

· نوع الصندوق (100×80×10 مم) مناسب لخزانات التوصيل المتقاطع للكابلات الضوئية الخارجية، ويدعم النوع المثبت على الرف مقاس 19 بوصة الإدارة المركزية.

· يدعم التصميم القابل للتوصيل (كما هو موضح في الملخص 9) التثبيت عالي الكثافة، كما تعمل حلقة المقبض ونابض القفل على تبسيط الصيانة.

2. الحجم والوزن

· القيم النموذجية:

· يبلغ حجم مقسم وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة 1×64 حوالي 60×12×4 مم ووزنه ≤50 جرامًا.

· يتمتع موزع العلاج السلوكي المعرفي 1×8 بحجم أكبر (100×80×10 مم) بسبب الحاجة إلى حماية منطقة المخروط المندمج.

3. الموثوقية البيئية

· معايير الاختبار:

· يجب اجتياز شهادة تيلكورديا جي آر-1209/1221، بما في ذلك دورة درجة الحرارة (-40℃~85℃)، والرطوبة (85% الصحة الإنجابية)، والاهتزاز (5-500Hz) وغيرها من الاختبارات.

· النوع المخروطي المزدوج المدمج مستقر في نطاق -20℃~70℃، ويمتد نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة إلى -40℃~85℃.

V. سيناريوهات التطبيق واختيار المعلمات

1. الألياف إلى المنازل (الألياف الضوئية إلى المنازل)

· المعلمات الرئيسية:

· يتطلب الانقسام عالي الترتيب (1×64) خسارة إدخال ≤17 ديسيبل وتقلب درجة الحرارة <0.5 ديسيبل.

· اختر نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة لضمان التوحيد (نسبة الانقسام ±1٪) والاستقرار على المدى الطويل.

2. مراكز البيانات

· المعلمات الرئيسية:

· خسارة عودة منخفضة (≥55 ديسيبل) واتجاهية عالية (≥55 ديسيبل) لتقليل تداخل انعكاس الضوء على الإشارات عالية السرعة.

· تدعم واجهة إل سي الأسلاك عالية الكثافة، كما أن التغليف القابل للتوصيل مناسب للصيانة.

3. شبكات 5G الجبهة الأمامية

· المعلمات الرئيسية:

· يدعم معدلات 25G/50G، وPDL ≤0.2dB لتجنب تشتت وضع الاستقطاب.

· تعمل مقسمات الألياف الفردية ثنائية الاتجاه (بيدى) على تقليل استخدام الألياف وتتطلب عزل الطول الموجي ≥30 ديسيبل.

4. تلفزيون الكابل (تلفزيون الكابل)

· المعلمات الرئيسية:

· خسارة عودة عالية (واجهة حزب المؤتمر التقدمي ≥55dB) ودعم الطول الموجي الواسع (1550 نانومتر) لتقليل انعكاس الإشارة والتداخل.

· يتم استخدام نوع العلاج السلوكي المعرفي على نطاق واسع بسبب تكلفته المنخفضة واستهدافه القوي للطول الموجي (مثل 1550 نانومتر).

السادس. معايير الصناعة وطرق الاختبار

1. المعايير الدولية

· تيلكورديا جي آر-1209: يحدد مؤشرات الأداء، بما في ذلك خسارة الإدخال (≤4.0 ديسيبل لـ 1×2)، وخسارة العودة (≥50 ديسيبل)، وما إلى ذلك.

· تيلكورديا جي آر-1221: يحدد اختبارات الموثوقية، مثل دورة درجة الحرارة (-40℃~85℃، 100 مرة)، والصدمات الميكانيكية (50 جرام)، وما إلى ذلك.

2. طرق الاختبار

· اختبار فقدان الإدخال: استخدم مقياس الطاقة الضوئية لمقارنة طاقة الإدخال والإخراج، والتي يجب التحقق منها عند أطوال موجية متعددة مثل 1310 نانومتر، و1490 نانومتر، و1550 نانومتر.

· اختبار PDL: تغيير حالة الاستقطاب للإشارة الضوئية من خلال وحدة التحكم في الاستقطاب وقياس نطاق تقلب الخسارة.

· اختبار التوحيد: قم بقياس خسارة الإدخال منفذًا تلو الآخر وحساب الفرق بين القيم القصوى والدنيا.

٧. اتجاهات التنمية المستقبلية

1. تكامل فوتونيات السيليكون: سوف تقوم مقسمات وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة المستندة إلى تقنية سي إم أو إس بدمج المزيد من الوظائف (مثل المرشحات القابلة للضبط) لتقليل التكاليف وتحسين الأداء.

2. تقنية التقسيم الديناميكي: ستدعم أجهزة تقسيم وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة القابلة للضبط بالحرارة البصرية أو الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى تكوين الشبكة الضوئية المرنة لتلبية متطلبات النطاق الترددي الديناميكي لشبكات الجيل الخامس والحوسبة السحابية.

3. التصميم الموفر للطاقة الخضراء: يؤدي استخدام مواد التغليف منخفضة الطاقة (مثل السيراميك) إلى تقليل متطلبات تبديد الحرارة عند النشر في الهواء الطلق.

ملخص

يجب دراسة خصائص معلمات مقسمات الألياف الضوئية دراسةً شاملةً، من حيث الأداء البصري، والتكيف البيئي، وعمليات التصنيع، وسيناريوهات التطبيق. أصبح نوع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة شائعًا بفضل اتساقه العالي، ودعمه لأطوال موجية واسعة، واستقراره، بينما لا يزال نوع العلاج السلوكي المعرفي يتميز بمزايا في سيناريوهات التقسيم منخفضة التكلفة وغير المتساوية. مع انتشار تقنيات الجيل الخامس (5G) وFTTH، ستتطور المقسمات نحو ترتيب أعلى، وخسارة أقل، وذكاءً، مع تلبية معايير الصناعة الأكثر صرامة (مثل تيلكورديا جي آر-1209/1221). في التصميم الهندسي، يجب تحسين تركيبات المعلمات وفقًا لسيناريوهات محددة (مثل مسافة الإرسال، ومتطلبات عرض النطاق الترددي) لضمان موثوقية الشبكة الضوئية وكفاءتها.