Fiber Optik Güç Bütçesi Nasıl Hesaplanır? Örnek GPON Hattı

Fiber optik güç bütçesi, vericinin garanti ettiği en düşük çıkış gücü ile alıcının hatasız çalışabildiği en düşük giriş gücü arasındaki farktır. Hesapta hattaki tüm pasif kayıplar (fiber, konnektör, ek, splitter) toplanır ve optik sınıfın izin verdiği aralıkla karşılaştırılır. Yaşlanma ve ileride yapılacak onarımlar için de tipik olarak en az 3 dB pay bırakılır.

Aşağıda formülleri, tipik kayıp değerlerini ve adım adım bir GPON örneğini bulabilirsiniz.

Temel kavramlar ve formüller

• Güç bütçesi (power budget): Vericinin minimum çıkış gücü ile alıcı hassasiyeti arasındaki fark. Hattın tolere edebileceği en yüksek kaybı gösterir.
• Hat kaybı (link loss): Verici ile alıcı arasındaki tüm pasif elemanların toplam kaybı.
• Pay (margin): Bütçeden hat kaybı çıkarıldıktan sonra kalan güvenlik aralığı.
• Aşırı yük (overload): Alıcının bozulmadan kabul edebileceği en yüksek giriş gücü. Çok kısa ve az bölünmüş hatlarda sorun çıkarır.

Güç bütçesi (dB)  = Ptx,min (dBm) − Prx,hassasiyet (dBm)
Hat kaybı (dB)    = (L × α) + (Nkonnektör × Kkonnektör) + (Nek × Kek) + ΣKsplitter + Kdiğer
Pay (dB)          = Güç bütçesi − Hat kaybı
Alınan güç (dBm)  = Ptx − Hat kaybı

Koşullar: Pay ≥ 3 dB (tipik hedef)  ve  Ptx,max − Hat kaybı ≤ Prx,aşırı yük

Burada L fiber uzunluğu (km), α kilometre başına zayıflama (dB/km), K ise ilgili elemanın birim kaybıdır (dB).

PON sistemlerinde üreticiler çoğu zaman doğrudan optik sınıfı verir (örneğin GPON B+ = 13–28 dB). O zaman hesapladığınız hat kaybı sınıfın alt ve üst sınırı arasında kalmalı, üst sınıra karşı da yeterli pay bırakmalıdır.

Kayıp kalemleri ve tipik değerler

Fiber zayıflaması

Tek modlu fiberde zayıflama dalga boyuna bağlıdır. Kısa dalga boylarında Rayleigh saçılması yüzünden kayıp artar. Aşağıdaki değerler G.652.D fiber için tipiktir. Projede her zaman kullandığınız kablonun veri sayfasındaki kablolanmış maksimum değeri esas alın.

Konnektör, ek ve diğer pasif elemanlar

Konnektör sayarken OLT portu ile ONU arasındaki her geçme noktasını (ODF adaptörü, splitter giriş ve çıkışları, bina sonlandırma kutusu, abone prizi) ayrı bir konnektör çifti sayın.

Splitter kayıpları

İdeal bir splitter'da bölme kaybı 10 × log10(N) formülüyle bulunur. Gerçek ürünlerde buna ek kayıp (excess loss) ve portlar arası dengesizlik (uniformity) eklenir. Bu yüzden tasarımda teorik değer yerine veri sayfasındaki maksimum değeri kullanın.

İki kademeli yapılarda (örneğin 1:4 + 1:8 = 1:32) splitter kayıpları toplanır ve araya ek konnektörler girer. Toplam kayıp bu yüzden tek kademeli 1:32'den biraz yüksek çıkabilir. Lineer (bus) topolojilerde kullanılan 90/10 veya 70/30 gibi asimetrik FBT splitter'larda her çıkışın kaybı ayrı hesaplanır. %10'luk portta teorik kayıp 10 dB, %90'lık portta yaklaşık 0,46 dB'dir. Bu değerlere ek kaybı da eklemek gerekir.

PON optik sınıfları

Tipik GPON B+ modüllerde OLT verici gücü +1,5 ile +5 dBm arasında, ONU alıcı hassasiyeti −27 dBm'dir. ONU verici gücü +0,5 ile +5 dBm arasında, OLT alıcı hassasiyeti −28 dBm'dir. C+ OLT modülleri genellikle +3 ile +7 dBm arası çıkış gücü verir, C+ ONU hassasiyeti de −30 dBm civarındadır. Kesin değerler için kullandığınız modülün veri sayfasına bakın.

Hat kaybı sınıfın alt sınırının altında kalırsa alıcıya ulaşan güç aşırı yük seviyesini (GPON ONU'larda tipik olarak −8 dBm) aşabilir. O zaman hatta uygun değerde bir optik zayıflatıcı (attenuator) takılır.

Adım adım örnek: 12 km, iki kademeli 1:32 GPON hattı

Senaryo: OLT santralde. 10 km'lik besleme fiberi saha dolabındaki 1:4 splitter'a gidiyor. Oradan 2 km'lik dağıtım ve drop kablosuyla bina girişindeki 1:8 splitter'a, sonra abonedeki ONU'ya ulaşılıyor. Toplam fiber uzunluğu 12 km, optikler GPON B+ sınıfında.

Yukarı yön (1310 nm) : 4,2 + 7,2 + 10,3 + 2,0 + 0,8 = 24,5 dB
Aşağı yön (1490 nm)  : 3,0 + 7,2 + 10,3 + 2,0 + 0,8 = 23,3 dB

B+ üst sınırı        : 28 dB  → Pay = 28 − 24,5 = 3,5 dB   (uygun)
B+ alt sınırı        : 13 dB  → 23,3 dB > 13 dB             (aşırı yük riski yok)

ONU'ya ulaşan güç    : +1,5 − 23,3 = −21,8 dBm (en kötü) … +5 − 23,3 = −18,3 dBm (en iyi)
ONU hassasiyeti      : −27 dBm → en kötü durumda 5,2 dB fark (uygun)

Bu hatta sınırı yukarı yön belirliyor, çünkü 1310 nm'de fiber zayıflaması daha yüksek. 3,5 dB'lik pay tipik hedefi karşılıyor.

Aynı hat 1:64 olsaydı?

Bina girişindeki 1:8 splitter yerine 1:16 (13,5 dB) kullanılırsa yukarı yön kaybı 27,7 dB'e çıkar. B+ sınıfında yalnızca 0,3 dB pay kalır ve bu kabul edilemez. Seçenekler: C+ optiklere geçmek (32 − 27,7 = 4,3 dB pay), fiber mesafesini kısaltmak ya da split'i daha kısa hatlara yeniden dağıtmak.

Aynı hat XGS-PON'a taşınırsa?

XGS-PON yukarı yönde 1270 nm kullandığı için fiber kaybı 12 × 0,40 = 4,8 dB olur. GPON ile birlikte çalışma için OLT tarafına tipik 1,2 dB kayıplı bir CEx eklendiğini varsayalım:

Yukarı yön (1270 nm) : 4,8 + 7,2 + 10,3 + 2,0 + 0,8 + 1,2 = 26,3 dB
N1 (29 dB)           : Pay = 2,7 dB   (hedefin altında)
N2 (31 dB)           : Pay = 4,7 dB   (uygun)

CEx, GPON tarafının kaybını da artırır: 24,5 + 1,2 = 25,7 dB, yani B+ ile 2,3 dB pay kalır. Bu tür hatlarda Combo PON modüllerine de bakılabilir. Bu modüllerde dahili WDM kaybı genellikle belirtilen güç değerlerine dahildir. Bunu veri sayfasından doğrulayın.

Pay ne kadar olmalı?

Tasarımda tipik hedef en az 3 dB. Bu pay şu etkileri karşılamak için bırakılır:

• Tekrarlanan takıp çıkarmalar ve kirlenme nedeniyle konnektör kayıplarının artması
• Kablo kesilmelerinden sonra yapılan onarımlarda eklenen yeni ekler
• Sıcaklık değişimleri ve lazerlerin zamanla güç kaybetmesi
• Ölçüm belirsizliği ve veri sayfası toleransları

Sık hasar gören havai hatlarda veya ileride genişleme planlanan bölgelerde daha yüksek pay bırakmak mantıklıdır.

Hesabı sahada doğrulama

• Işık kaynağı ve güç ölçer (OLTS): Toplam hat kaybını 1310 ve 1550 nm'de, mümkünse PON dalga boylarında da ölçün.
• PON güç ölçer: Hat çalışırken aşağı yön (1490/1577 nm) ve yukarı yön (1310/1270 nm) güçlerini ayrı ayrı okur. ONU'ya ulaşan gerçek gücü görmenin en pratik yolu budur.
• OTDR: Ek ve konnektörlerin konumunu ve kaybını gösterir. Ek kayıplarını iki yönlü ölçümün ortalamasıyla değerlendirin. Splitter sonrasını görmek için yüksek dinamik aralıklı PON OTDR, canlı ağda ise 1625/1650 nm filtreli ölçüm gerekir.
• Konnektör muayenesi: Ölçümden önce uçları mikroskopla inceleyin ve temizleyin. Kirli bir konnektör tek başına bütün payı tüketebilir.

Ölçülen değer hesaptan belirgin şekilde yüksekse en sık nedenler kirli konnektörler, makro bükülmeler ve kötü eklerdir. Makro bükülmeler 1550 nm'de 1310 nm'e göre çok daha belirgin görünür. İki dalga boyunda ölçmek teşhisi kolaylaştırır.

WiMap şu an kanal, kablo, ek ve core eşleştirmesini yapıyor ve BOQ/BOM çıktısı veriyor. OLT → splitter → ONU tasarımı ve otomatik optik bütçe hesabı yakında eklenecek. Splitter, SFP modül ve fiber test ekipmanları wi.com.tr üzerinden alınabilir.

Sık sorulan sorular

Splitter kaybı dalga boyuna göre değişir mi?

PLC splitter'lar 1260–1650 nm aralığında neredeyse sabit kayıp gösterir. Bu yüzden GPON, XGS-PON ve RF video aynı splitter'dan geçebilir. FBT splitter'lar dalga boyuna daha duyarlıdır. Yeni dalga boyları kullanacaksanız FBT splitter'ların veri sayfasını kontrol edin.

Hesaplanan kayıp sınıfın alt sınırından düşükse ne yapmalıyım?

Kısa ve az bölünmüş hatlarda alıcıya ulaşan güç aşırı yük seviyesini geçebilir ve bit hataları oluşabilir. Bu durumda eksik kaybı tamamlayacak değerde bir optik zayıflatıcı takılır. Örneğin hat kaybı 9 dB ise B+ alt sınırına ulaşmak için en az 4 dB'lik zayıflatıcı gerekir.

Neden en az 3 dB pay öneriliyor?

Hat, kurulduğu günkü kaybıyla kalmaz. Onarım ekleri, kirlenen konnektörler, sıcaklık ve lazer yaşlanması zamanla kaybı artırır. 3 dB, bu etkilerin çoğunu karşılayan yaygın bir mühendislik pratiğidir. Zorlu ortamlarda daha yüksek pay seçilir.

GPON B+ optikle 1:64 split yapılabilir mi?

Kısa mesafede yapılabilir. Ama 1:64 splitter tek başına yaklaşık 20 dB kayıp getirir ve fiber, konnektör ve ekler için geriye çok az bütçe kalır. Birkaç kilometreyi aşan hatlarda genellikle C+ optik gerekir. Kararı her hat için ayrı hesapla verin.

OTDR ile ölçülen kayıp hesaptan neden farklı çıkar?

Hesapta muhafazakâr tasarım değerleri kullanıldığı için ölçüm çoğu zaman biraz daha iyi çıkar. Ölçüm hesaptan kötüyse konnektör kirliliğine, makro bükülmeye veya hatalı eke bakın. OTDR tek yönlü ölçümde ek kayıplarını olduğundan farklı gösterebilir. İki yönlü ortalama daha güvenilir sonuç verir.