ค่าที่เรียกทางเทคนิคว่า Insertion Loss คือปริมาณพลังงานที่สัญญาณสูญเสียออกมาระหว่างวิ่งบนลิงค์สายเคเบิล ซึ่งเป็นเรื่องปกติธรรมชาติที่เกิดขึ้นกับการส่งสัญญาณทุกประเภทอยู่แล้ว ไม่ว่าเป็นกระแสไฟฟ้าหรือสัญญาณข้อมูล การลดลงของความแรงสัญญาณที่เรียกว่า Attenuation หรือการลดทอนสัญญาณนั้นแปรผันตามความยาวของสายเคเบิล ยิ่งสายยาว ก็ยิ่งเกิดการสูญเสียพลังงานในสาย อีกทั้ง Insertion Loss ยังเกิดได้จากจุดเชื่อมต่อต่างๆ บนลิงค์ด้วย (เช่น ตรงหัวต่อหรือจุดเชื่อมสายไฟเบอร์ (Splice) เป็นต้น)
สูตรการหาค่าการสูญเสียในสาย
พารามิเตอร์หลักด้านประสิทธิภาพสำหรับทั้งสายทองแดงและสายไฟเบอร์นั้นหนีไม่พ้นค่า Insertion Loss อยู่แล้ว ซึ่งเราวัดเป็นหน่วยเดซิเบล (dB) ที่ปกติควรเป็นค่าบวกที่คำนวณโดยเทียบกำลังสัญญาณขาเข้าที่แหล่งกำเนิดกับกำลังขาออกที่ปลายสายอีกด้านหนึ่ง ยิ่งมีค่าลอสต่ำเท่าไร ก็แสดงว่ามีประสิทธิภาพมากเท่านั้น ถ้าค่าการสูญเสียสูงเกินไป ก็อาจปิดกั้นไม่ให้รับสัญญาณหรือนำมาตีความเป็นข้อมูลได้ที่อุปกรณ์ปลายทาง การที่ค่าการสูญเสียสัญญาณในสายขึ้นกับระยะทางและจำนวนจุดเชื่อมต่อโดยตรง จึงมีมาตรฐานอุตสาหกรรมที่กำหนดขีดจำกัดของ Insertion Loss และจำนวนจุดเชื่อมต่อ ระยะการลากสายไกลสุดที่อนุญาตสำหรับแต่ละรูปแบบการใช้งาน
Insertion Loss เทียบกับค่า Return Loss และ Reflectance
เช่นเดียวกับค่าการสูญเสียภายในสาย ค่าการสูญเสียขากลับก็เป็นอีกพารามิเตอร์ที่สำคัญบนทั้งระบบสายทองแดงและใยแก้วนำแสง โดยแทนที่จะวัดการสูญเสียทั้งหมดบนลิงค์ ค่า Return Loss จะวัดที่ปริมาณพลังงานที่จ่ายออกจากแหล่งกำเนิดเทียบกับปริมาณพลังงานที่สะท้อนวิ่งกลับมายังแหล่งจ่ายว่าต่างกันแค่ไหน เช่นกันที่ค่า Return Loss เป็นจำนวนบวก แต่สิ่งที่แตกต่างจากค่า Insertion Loss ก็คือ ยิ่งค่าสูงเท่าไร ก็แสดงว่ายิ่งมีประสิทธิภาพดีมากเท่านั้น การลดการสะท้อนสัญญาณภายในสายจะช่วยเพิ่มค่า Return Loss ได้ และถ้าไม่มีสัญญาณสะท้อนกลับมาเลยก็จะทำให้ค่า Return Loss มีค่าสูงจนเป็นอนันต์ ดังนั้นค่าการสูญเสียตีกลับจึงแปรผกผันตรงข้ามกับค่าการสูญเสียภายในสายด้วย และถ้าเป็นกรณีของสายใยแก้วนำแสงแล้ว ค่ากลับด้านของ Return Loss จะเรียกว่า Reflectance หรือค่าการสะท้อนสัญญาณ ที่เป็นการวัดปริมาณสัญญาณที่โดนสะท้อนกลับที่เกิดจากจุดที่ตีกลับสัญญาณเราได้ (เช่น จากหัวต่อ) เทียบกับปริมาณแสงที่ป้อนเข้าไปในสาย วัดเป็นหน่วย dB เช่นกัน ค่า Reflectance จึงเป็นค่าลบ โดยศึกษาความแตกต่างระหว่าง Return Loss และ Reflectance ได้จาก flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/are-you-positive-it-s-negative
ค่า Insertion Loss ในสายไฟเบอร์
ค่าการสูญเสียในสายไฟเบอร์มักจะน้อยกว่าในสายทองแดง จึงเป็นสาเหตุว่าทำไมสายไฟเบอร์สามารถลากได้ไกลกว่ามาก และมักนำมาใช้เป็นลิงค์แกนหลักระยะไกล (Long-Haul Backbone) ตัวอย่างเช่น สายไฟเบอร์มัลติโหมดมีค่าการสูญเสียเพียงแค่ 3% (0.3 dB) เทียบกับกำลังสัญญาณเริ่มต้นบนระยะทาง 100 เมตร ขณะที่สายเคเบิลทองแดงแบบ Category 6A สูญเสียมากถึง 94% (12 dB) ของกำลังสัญญาณในระยะทางเดียวกัน อย่างไรก็ดี ก็ยังมีค่าขีดจำกัดของ Insertion Loss ที่จำเพาะกับการใช้งานสายไฟเบอร์แต่ละรูปแบบที่รองรับได้ โดยเฉพาะรูปแบบการใช้ที่ต้องการแบนด์วิธสูงกว่าก็ต้องการเกณฑ์ค่าการสูญเสียที่เข้มงวดกว่าด้วย ตัวอย่างเช่น ลิงค์ 10 Gb/s สำหรับการใช้งานแบบ 10GBASE-SR บนสายไฟเบอร์มัลติโหมดยาวกว่า 400 เมตรจะสามารถมีค่าการสูญเสียภายในตลอดแชนแนลได้แค่ 2.9 dB ขณะที่ลิงค์ 100 Gb/s แบบ 100GBASE-SR4 เปิดให้มีค่าลอสได้สูงสุดเพียง 1.5 dB
ขีดจำกัดรวม (Budget) ของค่าการสูญเสียภายในสายเคเบิล
อิงตามค่าการสูญเสียพลังงานในสายมากสุดที่กำหนดไว้ในมาตรฐานอุตสาหกรรมของแต่ละรูปแบบการใช้งานนั้น จึงต้องมีการกำหนดขีดจำกัดโดยรวมหรือ Loss Budget ที่ต้องระบุตั้งแต่แรกของการออกแบบระบบ ให้แน่ใจว่าระบบสายเคเบิลที่จะวางนั้นไม่สูญเสียพลังงานรวมเกินค่ามาตรฐาน เราใช้สเปกจากผู้ผลิตทั้งกับสายไฟเบอร์และหัวต่อ รวมทั้งค่าลอสสูงสุดที่กำหนดสำหรับจุดเชื่อมสายหรือตัวแยกสาย เพื่อเอามาคำนวณค่าขีดจำกัดรวมของการสูญเสียพลังงานภายในสายไฟเบอร์ที่อนุญาต โดยรวมค่าการสูญเสียที่มาจากความยาวสายไฟเบอร์ กับจุดเชื่อมต่อทั้งหมดบนช่องสัญญาณที่วางแผนติดตั้งไว้ พิจารณารวมไปถึงอุปกรณ์ที่ใช้งานร่วมด้วย อิงตามสเปกจากผู้ผลิตอุปกรณ์ที่กำหนดค่าตามตัวแปลงและรับสัญญาณต่างๆ ไปจนถึงค่ากะเผื่อไว้ที่คลุมการสูญเสียพลังงานเพิ่มเมื่อเวลาผ่านไปกรณีที่ตัวส่งสัญญาณเริ่มเสื่อม สามารถศึกษารายละเอียดการคำนวณและควบคุม Loss Budget ได้จาก flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/cable-testing-101-what-s-my-loss-budget
วิธีทดสอบค่าการสูญเสียในสายบนระบบสายไฟเบอร์
เนื่องจากค่า Insertion Loss เป็นพารามิเตอร์หลักด้านประสิทธิภาพที่ส่งผลต่อความสามารถของลิงค์ไฟเบอร์ในการรองรับรูปแบบการใช้งานต่างๆ จึงจำเป็นต้องมีการทดสอบสายไฟเบอร์เทียบกับมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องด้วย ซึ่งชุดเครื่องมือทดสอบค่าการสูญเสียของสายไฟเบอร์อย่าง Fluke Networks’ CertiFiber® Pro สามารถตรวจวัดค่าการสูญเสียสัญญาณภายในสายบนลิงค์ได้แม่นยำมากที่สุดด้วยการใช้แหล่งกำเนิดแสงบนปลายข้างหนึ่ง และใช้เครื่องวัดพลังงานที่ปลายอีกข้างหนึ่ง เพื่อวัดปริมาณแสงที่ออกมาที่ปลายสายได้อย่างละเอียด โดยทางมาตรฐานทั้ง TIA และ ISO ต่างนิยามการทดสอบร่วมกับเครื่อง OLTS นี้ว่าเป็นแบบ “Tier 1”
แต่บางกรณีอาจจำเป็นต้องขยับไปใช้การทดสอบระดับ “Tier 2” ที่ใช้เครื่องอย่าง Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) เพื่อตรวจลักษณะการสูญเสียพลังงานในแต่ละจุดเชื่อมและหัวต่อสาย เครื่อง OTDR สามารถวัดได้ละเอียดระดับนี้ด้วยการส่งคลื่นแสงเข้าไปในสายไฟเบอร์ แล้วตรวจวัดปริมาณแสงที่สะท้อนออกมาในแต่ละช่วงคลื่น นอกจากนี้เครื่อง OTDR ยังจำเป็นในการใช้คำนวณค่าการสูญเสียขากลับของหัวต่ออย่างจำเพาะด้วย จึงจำเป็นกับรูปแบบการใช้งานอย่างลิงค์ซิงเกิลโหมดระยะสั้น (Short-Reach) ที่ค่าการสูญเสียพลังงานภายในสายสูงสุดขึ้นกับจำนวนและค่า Return Loss ของหัวต่อต่างๆ ภายในช่องสัญญาณเดียวกัน แต่พึงระลึกไว้ว่า การใช้เครื่อง OTDR ในการทดสอบระดับ Tier 2 ไม่ได้นำมาแทนที่การใช้เครื่อง OLTS ทดสอบ เนื่องจากการตรวจวัดการสูญเสียสัญญาณภายในสายทั้งหมดที่ได้จากเครื่อง OTDR ได้มาจากการคำนวณอีกที ที่ไม่จำเป็นต้องสื่อถึงค่าการสูญเสียทั้งหมดจริงๆ เมื่อลิงค์ถูกนำไปใช้งานจริง ดังนั้นถ้าสเปกระบุว่าต้องทดสอบไปถึงระดับ Tier 2 เราก็ยังต้องทดสอบค่าการสูญเสียแบบ Tier 1 ด้วยเครื่อง OLTS อยู่ และในบางกรณีก็มีการแนะนำให้ตรวจวัดผ่านเครื่อง OTDR ก่อนทดสอบค่าการสูญเสียในสายด้วยเครื่อง OLTS เพราะความจำเป็นในการตรวจขั้นสุดท้ายตามมาตรฐาน โดยศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมของการใช้เครื่องทั้ง OLTS และ OTDR ในการวางยุทธศาสตร์การทดสอบอย่างครบถ้วนได้จาก flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/cable-testing-101-what-s-my-loss-budget
ขั้นตอนการทดสอบค่า Insertion Loss ของสายไฟเบอร์
การทดสอบค่าการสูญเสียภายในสายของระบบสายใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดในปัจจุบันนั้นต้องใช้สภาวะการยิงแสงที่เรียกว่า Encircled Flux (EF) เพื่อลดความไม่แน่นอนในการตรวจวัด วิธีนี้จะควบคุมการยิงแสงเข้าสายไฟเบอร์ที่ทดสอบไม่ให้มากเกินไปจนทำให้เกิดผลที่แย่กว่าความเป็นจริง หรือยิงแสงเข้าน้อยเกินจนผลที่ได้ดีกว่าของจริง ซึ่ง Fluke Networks ถือเป็นผู้ผลิตเครื่องมือและสายอ้างอิงสำหรับทดสอบรายเดียวที่ผ่านการรับรอง EF ทั้งช่วงความยาวคลื่น 850 และ 1300 nm บนสายไฟเบอร์มัลติโหมดทุกประเภท ดูรายละเอียดเกี่ยวกับมาตรฐาน EF ได้ที่ flukenetworks.com/knowledge-base/certifiber-pro/encircled-flux-certifiber-pro
กรรมวิธีทดสอบค่าการสูญเสียสัญญาณภายในสายแบบมาตรฐานก็คือวิธีที่เรียกว่า 1-Jumper ที่ประกอบด้วยการวัดค่าการสูญเสียบนการเชื่อมต่อที่ปลายทั้งสองข้าง ที่ใช้กันกับระบบสายเคเบิลทั่วไป และการจะทดสอบค่าการสูญเสียที่หัวต่อตัวแรกและตัวสุดท้ายได้แม่นยำนั้น จำเป็นต้องเชื่อมเข้ากับหัวต่อเหมือนกัน คุณภาพเดียวกัน โดยใช้สายทดสอบอ้างอิงหรือ TRC ซึ่งเป็นสายทดสอบคุณภาพสูงสำหรับต่อเข้ากับหัวต่อเกรดมาตรฐานอ้างอิง และมีการเรียงเส้นแกนใยไฟเบอร์ให้มีค่าการสูญเสียต่ำมาก ต่ำกว่า 0.2 dB สำหรับซิงเกิลโหมด และต่ำกว่า 0.1 dB สำหรับมัลติโหมด จึงไม่ควรใช้ตัวจัมเปอร์สายไฟเบอร์ที่ใช้กับแผงสายทั่วไปที่มีค่าการสูญเสียอยู่ในช่วง 0.3 – 0.5 dB มาใช้ทำการทดสอบ
และเพื่อตัดค่าการสูญเสียของสาย TRC ออกจากการคำนวณได้อย่างแม่นยำ เครื่อง OLTS ก็ต้องสอบเทียบค่าการสูญเสียบนเครื่องให้ได้เป็น 0 dB ด้วยการตั้งค่าอ้างอิง แบบเดียวกับการกดแทร์เอาน้ำหนักชามบนเครื่องชั่งออกให้เหลือศูนย์ เพื่อเห็นน้ำหนักของของที่เอามาวางชั่งในชามได้นั่นเอง การตั้งค่าอ้างอิงนี้ทำได้ง่ายมากด้วยตัววิซาดเซ็ตค่าอ้างอิงบนเครื่อง CertiFiber Pro ของ Fluke Networks ที่คอยนำผู้ใช้ตั้งค่าทีละขั้นตอน โดยศึกษาวิธีตั้งค่าอ้างอิงของเครื่องทดสอบสายไฟเบอร์ด้วย Set Reference Wizard นี้ได้จาก flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/101-series-set-your-reference-wizard
ตัวอย่างการวัดค่า Insertion Loss
การทดสอบค่า Insertion Loss ด้วยเครื่อง Fluke Networks’ CertiFiber Pro OLTS สามารถเห็นผลการวัดได้ชัดเจนว่าผ่านหรือไม่ผ่าน โดยอิงจากประเภทของสายไฟเบอร์ที่ทดสอบ และค่าลิมิตมาตรฐานของรูปแบบการใช้งานที่เลือก รวมทั้งแสดงค่าการสูญเสียรวมและความยาวสายตลอดทั้งลิงค์ ดังแสดงในภาพตัวอย่างผลการทดสอบด้านล่าง เส้นประแสดงพื้นที่ที่ครอบคลุมผลการตรวจวัด ส่วนหน้าต่าง “รายละเอียด” แสดงค่าส่วนต่างและลิมิตที่อนุญาตสำหรับสายไฟเบอร์ที่ทั้งสองความยาวคลื่น
ผลการทดสอบค่าการสูญเสียพลังงานภายในสายบนแต่ละลิงค์ไฟเบอร์นี้ยังสามารถอัพโหลดขึ้นไปจัดการผ่านบริการคลาวด์ LinkWare™ Live สำหรับสร้างรายงานการตรวจเทียบมาตรฐาน พร้อมนำไปแบ่งปัน, ตรวจสอบย้อนกลับ, และจัดการผลการทดสอบในทุกโปรเจ็กต์ได้ นอกจากผลการทดสอบค่าการสูญเสียภายในสายแล้ว บนรายงานรับรองผลการตรวจ Insertion Loss ของ LinkWare ยังมีรายละเอียดเกี่ยวกับสายไฟเบอร์ที่ทดสอบ, รหัสอ้างอิงเส้นสายเคเบิล, ประเภทหัวต่อ, และค่าลิมิตมาตรฐานที่ใช้, วันเวลา, หรือแม้แต่ข้อมูลการสอบเทียบและซอฟต์แวร์บนเครื่องทดสอบด้วย
สำหรับในตอนที่ 2 เราจะมาพูดกันถึงเรื่อง ของ สาเหตุการเกิดค่าการสูญเสียภายในสายไฟเบอร์, การแก้ปัญหาการสูญเสียพลังงานในสายไฟเบอร์ และ วิธีทดสอบค่าการสูญเสียพลังงานในระบบสายเคเบิลแบบทองแดง และประเด็นอื่นๆ เพิ่มเติม
