English 
简体中文 
繁體中文 
Русский 
Español 
Deutsch 
Français 
Português 
Italiano 
Türkçe 
Polski 
Nederlands 
日本語 
한국어 
Bahasa Indonesia 
Bahasa Melayu 
العربية 
हिन्दी 
Tiếng Việt 
ภาษาไทย 
বাংলা 
اردو 
Kiswahili 
Oʻzbekcha 
አማርኛ 
فارسی Công thức và ví dụ tính toán
Phép tính của một liên kết sợi quang gói gọn trong một trang: decibel, suy hao, các tham số dẫn sóng quyết định đơn mode hay đa mode, tán sắc, quỹ công suất tuyến, phản xạ, cách OTDR chuyển đổi thời gian thành khoảng cách, độ trễ, và cơ học của uốn cong và lực căng. Mỗi công thức đi kèm một ví dụ tính toán dùng các số liệu từ bảng tra cứu nhanh.
Decibel và công suất
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| P [dBm] = 10 · log₁₀ (P [mW] / 1 mW) | công suất tuyệt đối; 0 dBm = 1 mW |
| P [mW] = 10^(P [dBm] / 10) | quy đổi ngược về milliwatt |
| Loss [dB] = P_in [dBm] − P_out [dBm] | một tỷ số được biểu diễn theo decibel; ratio = 10^(loss / 10) |
| P_total [dBm] = 10 · log₁₀ Σ 10^(P_i / 10) | công suất cộng với nhau theo milliwatt, không bao giờ theo dBm |
| 3 dB ≈ × 2; 10 dB = × 10; 1 dB ≈ 26 %; 0,1 dB ≈ 2,3 % | tính nhẩm |
Ví dụ: một bộ phát ở −8,2 dBm qua 6,2 dB suy hao sẽ đến nơi ở mức −14,4 dBm = 0,036 mW. Hai kênh DWDM ở −3 dBm mỗi kênh cho tổng 0 dBm, không phải −6 dBm.
Suy hao
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| α [dB/km] = (10 / L) · log₁₀ (P_in / P_out) | hệ số suy hao xác định từ phép đo cắt đoạn (cutback) hoặc OTDR |
| α(λ₂) / α(λ₁) ≈ (λ₁ / λ₂)⁴ | tán xạ Rayleigh giảm theo lũy thừa bậc bốn của bước sóng |
| A_total = α · L + N_c · L_c + N_s · L_s + L_components | suy hao của toàn bộ hạ tầng: sợi quang, các cặp đầu nối, mối hàn, bộ chia quang và bộ lọc |
Ví dụ: (1310 / 1550)⁴ = 0,51, vì vậy 0,33 dB/km tại 1310 nm quy đổi thành 0,17 dB/km tán xạ tại 1550 nm; hấp thụ cộng thêm phần còn lại để ra giá trị thực tế 0,19 dB/km (Suy hao và cửa sổ truyền dẫn).
Tham số dẫn sóng: khẩu độ số, số V, mode, bước sóng cắt, trường mode
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| NA = √(n₁² − n₂²) = n₀ · sin θ_max | khẩu độ số tính từ chiết suất lõi và lớp vỏ |
| V = 2π · a · NA / λ | tần số chuẩn hóa ứng với bán kính lõi a |
| đơn mode khi V < 2,405 | trên ngưỡng đó, nhóm mode thứ hai bắt đầu lan truyền |
| λ_c = 2π · a · NA / 2,405 | bước sóng cắt |
| N_modes ≈ V² / 2 (chiết suất bậc), ≈ V² / 4 (chiết suất gradient) | số mode dẫn sóng trong sợi đa mode |
| w / a ≈ 0,65 + 1,619 · V^−1,5 + 2,879 · V^−6 | xấp xỉ Marcuse; MFD = 2 · w |
Ví dụ: n₁ = 1,4675, n₂ = 1,4625 → NA = √(2,1536 − 2,1389) = 0,121. Với a = 4,1 µm và NA = 0,12, bước sóng cắt là λ_c = 2π · 4,1 · 0,12 / 2,405 = 1,285 µm — đơn mode từ 1310 nm trở lên. Tại 1310 nm, V = 2,36 và w / a = 1,113, nên MFD là 9,1 µm. Một sợi đa mode 50 µm với NA 0,20 tại 850 nm có V = 37 và khoảng 340 mode dẫn sóng (Cách ánh sáng lan truyền).
Tán sắc
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| Δτ = D · L · Δλ | độ giãn xung do tán sắc màu, với D lấy theo giá trị tuyệt đối: D tính bằng ps/(nm·km), L tính bằng km, độ rộng phổ nguồn Δλ tính bằng nm |
| L_max = CD_tolerance / D | cự ly bị giới hạn bởi tán sắc, tính từ khả năng chịu tán sắc của transceiver (D lấy theo giá trị tuyệt đối) |
| D(λ) = (S₀ / 4) · (λ − λ₀⁴ / λ³) | tán sắc của sợi G.652 tính từ bước sóng tán sắc bằng 0 λ₀ và độ dốc S₀ |
| DGD_mean = PMD_coef · √L | tán sắc mode phân cực tăng theo căn bậc hai của chiều dài |
| DGD_max ≈ 3 · DGD_mean | trường hợp xấu nhất hiếm gặp mà hệ thống phải chịu được |
| BW_link = EMB / L | băng thông mode của một liên kết đa mode, tính từ định mức MHz·km của sợi quang |
Ví dụ: một laser DFB với Δλ = 0,1 nm trên 80 km sợi G.652 (D = 17) giãn ra 136 ps — chấp nhận được cho 10G; một laser Fabry-Pérot với Δλ = 1 nm giãn ra 1 360 ps và không thể mang 10G trên khoảng cách đó. Một module 10G chịu được 1 600 ps/nm đạt cự ly 1 600 / 17 = 94 km trên G.652. Với λ₀ = 1310 nm và S₀ = 0,086 ps/(nm²·km): D(1550) = 0,0215 · (1550 − 790,8) = 16,3 ps/(nm·km). Một sợi quang với 0,1 ps/√km trên 400 km có DGD_mean = 2 ps; với giới hạn 10 ps cho 10G, cự ly đạt được là (10 / 0,1)² = 10 000 km, nhưng sợi quang thập niên 1980 ở mức 1 ps/√km chỉ cho phép (10 / 1)² = 100 km. OM3 (2 000 MHz·km) trên 300 m cho băng thông mode 6,7 GHz (Tán sắc và băng thông).
Quỹ công suất tuyến
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| PB = P_tx,min − P_rx,sensitivity | quỹ công suất của cặp transceiver |
| Loss = α · L + N_c · L_c + N_s · L_s + L_components + penalties | tất cả những gì hạ tầng và vật lý lấy đi |
| Margin = PB − Loss ≥ 3 dB | quy tắc thiết kế; tối thiểu 2 dB trên các liên kết ngắn đã được ghi chép đầy đủ |
| P_rx,max = P_tx,max − Loss_min ≤ P_overload | kiểm tra quá tải trên các liên kết ngắn |
| L_splitter = 10 · log₁₀ N + excess (0,5–1,5 dB) | suy hao lý tưởng của bộ chia quang cộng thêm phần dư |
Ví dụ: 10GBASE-LR, công suất phát tối thiểu −8,2 dBm, độ nhạy −14,4 dBm → PB = 6,2 dB. Một liên kết 10 km với 4 cặp đầu nối và 4 mối hàn: 10 · 0,35 + 4 · 0,3 + 4 · 0,05 + 0,5 phạt = 5,4 dB → dự trữ 0,8 dB, quá ít; cần đo hạ tầng thực tế hoặc chuyển sang dùng ER. Một module 10GBASE-ER ở +4 dBm trên một liên kết 2 km với 1,5 dB suy hao đưa +2,5 dBm vào một bộ thu có định mức quá tải −1 dBm — cần một bộ suy hao 5 dB. Một bộ chia quang 1:32 mất 15,05 + 1,5 = 16,5 dB (Quỹ công suất tuyến).
Phản xạ
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| R = ((n₁ − n₂) / (n₁ + n₂))² | phản xạ Fresnel tại một bước nhảy chiết suất |
| Reflectance [dB] = 10 · log₁₀ R | âm khi tỷ lệ nhỏ hơn 1 |
| R_event = K_τ + 10 · log₁₀ (10^(H/5) − 1) | hệ số phản xạ theo OTDR, tính từ chiều cao đỉnh H so với mức tán xạ ngược và hệ số tán xạ ngược K_τ |
| K_τ = K_1ns + 10 · log₁₀ (τ / 1 ns) | hệ số tán xạ ngược ứng với độ rộng xung đã dùng |
| ORL [dB] = −10 · log₁₀ Σ 10^(R_i / 10) | suy hao phản xạ của liên kết, tính từ hệ số phản xạ của các sự kiện và nền Rayleigh |
Ví dụ: thủy tinh sang không khí, n = 1,468 → R = 0,0359 → −14,4 dB. Tại 1550 nm, K_1ns = −82 dB; với xung 1 µs, K = −52 dB; một đỉnh H = 3 dB cho R = −52 + 10 · log₁₀(2,98) = −47,3 dB. Một liên kết có các sự kiện ở −50 và −35 dB cùng nền Rayleigh ở −32 dB trả về 10⁻⁵ + 3,2 · 10⁻⁴ + 6,3 · 10⁻⁴ = 9,6 · 10⁻⁴ → ORL = 30,2 dB (Phản xạ và suy hao phản xạ).
OTDR
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| d = c · t / (2 · n) | khoảng cách tính từ thời gian khứ hồi với chiết suất nhóm n |
| Δd / d = Δn / n | sai số khoảng cách do sai số chiết suất |
| độ phân giải ≈ c · τ / (2 · n) ≈ 0,1 m mỗi ns độ rộng xung | chiều dài không gian của xung, giới hạn dưới của vùng chết sự kiện |
| L_reach ≈ (DR − 6 dB − Σ suy hao sự kiện) / α | cự ly khả dụng tính từ dải động |
| L_fibre = L_cable · (1 + EFL) + Σ phần dư | chiều dài sợi quang so với chiều dài cáp và chiều dài tuyến |
Ví dụ: một tín hiệu quay về sau 100 µs với n = 1,468 tương ứng khoảng cách 10,22 km; sai số chiết suất 0,0015 làm lệch 0,1 % (10 m). Một xung 100 ns dài 10 m trong sợi quang. Một OTDR có dải động 40 dB trên một liên kết với 3 dB suy hao sự kiện đạt cự ly (40 − 6 − 3) / 0,2 = 155 km tại 1550 nm. Một cáp 10 km với 0,3 % chiều dài sợi quang dư và tám măng xông mỗi cái lưu 20 m chứa tổng cộng 10,19 km sợi quang (Đọc đường cong OTDR).
Độ trễ và chiều dài
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| t = L · n / c = 4,9 µs mỗi km | độ trễ lan truyền một chiều trong sợi quang |
| RTT = 2 · t | khứ hồi |
| Δt_PTP ≈ ΔL · 2,45 ns mỗi m | sai số định thời do chênh lệch chiều dài ΔL giữa hai sợi quang của một cặp (bằng một nửa chênh lệch độ trễ một chiều) |
Ví dụ: 100 km tương ứng 490 µs một chiều và 0,98 ms khứ hồi; chênh lệch chiều dài 10 m giữa hai sợi quang của một cặp làm lệch thời gian PTP khoảng 25 ns (Đặc trưng hóa sợi quang).
Cơ học
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| ε_bend = r / R | biến dạng ở mặt ngoài của chỗ uốn cong: bán kính phần thủy tinh r = 62,5 µm, bán kính uốn cong R |
| ε = F / (E · A) | biến dạng do lực căng: E = 72 GPa, A = π · (62,5 µm)² = 1,23 · 10⁻⁸ m² |
| độ võng ≈ w · S² / (8 · T) | độ võng dạng parabol của một khoảng cột trên không: trọng lượng trên mỗi mét w, khoảng cột S, lực căng T |
Ví dụ: R = 15 mm cho biến dạng 0,42 %, R = 30 mm cho 0,21 % — quy tắc 20 % mức thử ứng suất. Phép thử ứng suất ở mức biến dạng 1 % tương ứng với lực 8,8 N trên sợi trần, đây là lý do vì sao cáp chịu lực căng chứ không phải sợi quang. Một khoảng cột 100 m của một cáp 1,5 N/m ở lực căng 2 000 N võng xuống 0,94 m (Độ tin cậy và lão hóa, Thi công).
Các phép tính quy hoạch
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| N_fibres = làm tròn lên bội số của 12 của (số mạch · số sợi mỗi mạch · hệ số tăng trưởng) | số lượng sợi quang của một cáp |
| N_splice points ≈ L / chiều dài cuộn cáp − 1 + số điểm vào tòa nhà | số mối hàn giữa tuyến tính từ chiều dài cuộn cáp cộng với số điểm vào tòa nhà |
| Spare = N_fibres − đang sử dụng ≥ 25 % | quy tắc kinh nghiệm về số lượng dự phòng |
Ví dụ: 20 mạch song công với hệ số tăng trưởng 2 cần 80 sợi quang → một cáp 96 sợi. Một tuyến 30 km dùng cuộn cáp 4 km cần 7 điểm hàn giữa tuyến cộng với hai điểm vào tòa nhà (Cấu trúc mạng sợi quang).
Trong CodingBox
Hai đầu vào của mọi phép tính quỹ công suất đến từ bộ nhớ của module: công suất phát tối thiểu và tối đa, độ nhạy và ngưỡng quá tải của bộ thu, cộng với các giá trị Tx và Rx thực tế khi liên kết đã lên. CodingBox đọc các giá trị đó để các công thức ở trên bắt đầu từ chính module đang cầm trên tay, chứ không phải từ một bảng số liệu chung chung (Check transceiver, DDM trong ứng dụng, Đơn vị và quy đổi).