Research

การออกแบบระบบเชื่อมโยงเส้นใยแก้วในระบบ FTTX ตอนที่ 2


Power Budget Consideration

รองศาสตราจารย์ ดร. อธิคม ฤกษบุตร  
คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ ​ 
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
5 กรกฎาคม 2558  

       ในตอนที่ 1 ได้กล่าวถึงโครงสร้างทางกายภาพพื้นฐานของระบบ FTTx ไปแล้ว หากจะทบทวนระบบเชื่อมโยง FTTH (Fiber To The Home) ซึ่งเป็นระบบการเข้าถึง (access) จากผู้ให้บริการ CO (Central Office) ไปยังบ้านผู้ใช้ปลายทาง พอจะจำแนกการเชื่อมโยงระบบการเข้าถึงได้เป็น 2 ลักษณะดังแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งประกอบด้วยลักษณะการกระจายสายส่งแบบรวมศูนย์ (Centralized Splitting) และลักษณะการกระจายสายส่งแบบกระจาย (Distributed Splitting)

 (ก) การแยกสายส่งสัญญาณแบบรวมศูนย์กลาง (Centralized Splitting)

(ข) การแยกสายส่งสัญญาณแบบกระจาย (Distributed Splitting)

รูปที่ 1 การเชื่อมโยงโครงข่ายการเข้าถึง FTTH ระหว่างผู้ให้บริการกับบ้านผู้ใช้

       ในการออกแบบระบบให้สามารถสื่อสัญญาณไปยังปลายทางได้ แม้ว่าระบบจะเป็นแบบ point to multipoints (p2mp) แต่ในการคำนวณต้องเริ่มจากการคำนวณแบบ point to point (p2p) คือคำนวณระบบสายส่งจากต้นทางที่ CO ไปยังปลายทางคือ ONU (Optical Line Unit) ที่บ้านผู้ใช้แต่ละหลังเสมอ รูปที่ 2 แสดงระบบเชื่อมโยงพื้นฐานแบบ p2p หากกำหนดให้แหล่งกำเนิดแสงที่ต้นทาง (Tx) ปล่อยแสงที่มีค่ากำลังงานแสง (Optical Power) หรือ ค่าความเข้มแสง (Intensity) เป็น Ps (มีหน่วยเป็น dBm) เมื่อแสงเดินทางผ่านระบบเชื่อมโยงเส้นใยแก้วไปยังปลายทาง ปรากฏมีแสงออกจากเส้นใยแก้วเป็น Po (มีหน่วยเป็น dBm) จะได้ค่ากำลังงานที่ถูกใช้(สูญเสีย)ไปในระบบเชื่อมโยง (link loss) มีค่าเป็น

link loss=Ps-Po=CL+FL+JL (1)

เมื่อ  CL คือค่า coupling loss ที่เกิดตรงจุดเชื่อมต่อระหว่างเส้นใยแก้วกับตัวส่งแสงที่ต้นทาง และ จุดเชื่อมต่อระหว่างเส้นใยแก้วกับตัวรับแสงที่ปลายทาง มีหน่วยเป็น dB
       FL คือค่าการสูญเสียสัญญาณเฉพาะในส่วนของเส้นใยแก้ว (Fiber loss) มีหน่วยเป็น dB การคำนวณค่าของ fiber loss คำนวณจาก FL = αL เมื่อ α คือค่า attenuation coefficient มีหน่วยเป็น dB/km ส่วน L คือความยาวของเส้นใยแก้วมีหน่วยเป็นกิโลเมตร (km)
       JL คือค่าการสูญเสียสัญญาณที่จุดเชื่อมต่อเส้นใยแก้ว (Joint loss) มีหน่วยเป็น dB ในทางปฏิบัติจะต้องทำการเชื่อมต่อ (splice) ให้มีค่าไม่เกินค่าที่กำหนดจากการออกแบบ

รูปที่ 2 ระบบเชื่อมโยงพื้นฐานแบบ p2p จากตัวส่งต้นทาง (Tx) ไปยังตัวรับปลายทาง (Rx)

       ในทางปฏิบัติ วิศวกรผู้ออกแบบจะเผื่อค่ากำลังงานแสงส่วนสำรองไว้ในระบบเชื่อมโยงเรียกว่า system margin (sm) ซึ่งจะมีค่าเท่ากับค่าความแตกต่างระหว่าง Po กับค่าความไวในการรับสัญญาณของตัวรับแสง (receiver sensitivity : sens) (มีหน่วยเป็น dBm) กล่าวคือ

system margin (sm) = Po – Sens    (2)

ดังนั้น เมื่อพิจารณาระบบเชื่อมโยงที่มี system margin จะได้ค่ากำลังแสงทั้งหมดที่กำหนดให้สามารถใช้ไปได้เมื่อมีการใช้งานทั้งในสภาพใช้งานปรกติและที่เผื่อสำหรับใช้งานในอนาคตหากมีค่าการสูญเสียเพิ่มเติมเกิดขึ้น เรียกว่า Power Budget ซึ่งจะมีค่าเป็นไปตามสมการ

Power Budget = Ps-sens=CL+FL+JL+sm     (3)

       ในระบบการเข้าถึงแบบ FTTH โครงสร้างพื้นฐานของระบบเชื่อมโยงในรูปที่ 2 จะถูกเพิ่มด้วย optical splitter ระหว่างทางเนื่องจาก FTTH เป็นระบบ p2mp อย่างไรก็ตาม ในการคำนวณออกแบบเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณแสงที่เดินทางไปยังบ้านผู้ใช้ปลายทางยังคงมีค่าความเข้มแสงมากกว่าค่า sensitivity ของตัวรับหรือ ONU ยังต้องใช้โครงสร้างแบบ p2p เช่นเดิมเพียงแต่จะเพิ่มส่วนของ splitter ที่ทราบค่า insertion loss ดังตัวอย่างในรูปที่ 3  

 
รูปที่ 3 ระบบเชื่อมโยงการเข้าถึงแบบ FTTH เมื่อพิจารณาปลายทางเป็นบ้านผู้ใช้รายเดียว

       ค่าของ power budget ของระบบ FTTX จะมีค่าแตกต่างจากสมการ (3) เล็กน้อยโดยเพิ่มค่า insertion loss ของ optical splitter เข้าไปเป็น

Power Budget=Ps-sens=CL+FL+JL+splitter insertion loss+sm   (4)

(ทั้งนี้ผู้อ่านสามารถทบทวนนิยามของค่า insertion loss ของ optical splitter ได้จากบทความตอนที่ 1) อนึ่งจากตัวอย่างระบบเชื่อมโยงในรูปที่ 3 จะเห็นว่าระบบมีจุดเชื่อมต่อที่เป็นคอนเน็กเตอร์ 4 ตัว มีจำนวนจุด splice N จุด มี optical splitter 1 ตัว มี WDM coupler 1 ตัว มีจุดต่อระหว่างเส้นใยแก้วในระบบกับ patch cord (flylead) 2 จุด ดังนั้น ค่า power budget จะมีค่าเป็นไปตามสมการ

Power Budget

 
=Ps-sens
=(2×CL)+(fiber loss=αL)+(4×connector loss)+splitter insertion loss
  +WDMcoupler loss+fiber to flylead joint loss+sm

       การออกแบบระบบเชื่อมโยงด้วยวิธีที่กล่าวมาทั้งหมดนี้เรียกว่า power budget consideration ซึ่งเป็นการออกแบบโดยคำนึงถึงค่าการสูญเสียสัญญาณ (loss) ต่าง ๆ ในระบบเป็นสำคัญ เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณแสงขาออกที่ปลายทางมีค่าความเข้มแสงมากกว่าค่า sensitivity ของตัวรับ และแม้ว่าในอนาคต ระบบเชื่อมโยงจำเป็นต้องมีค่าการสูญเสียเพิ่ม เช่น อาจต้องมีจุดเชื่อมต่อเพิ่มเพื่อซ่อมแซมเส้นใยแก้ว ระบบก็ยังคงสามารถทำงานได้ตามปรกติ อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบจริงวิศวกรกรต้องคำนึงถึงค่า bit rate สูงสุดประกอบด้วยเช่นกัน ซึ่งจะได้กล่าวถึงต่อไป 

<< ย้อนกลับ