光ファイバー信号減衰：見えないキラーへの対処

長いパイプを通して情報を送信し、それが徐々に不明瞭になり、最終的に完全に消えていくのを見てください。これが、光ファイバー通信における減衰の役割です。現代の通信システムの重要なコンポーネントとして、光ファイバーは長距離信号伝送に不可欠です。しかし、最先端のファイバーでさえ、減衰、つまり伝送中の信号電力の徐々な弱体化から完全に逃れることはできません。この記事では、光ファイバーにおける減衰の性質、原因、および対策を探求し、この「静かなるキラー」が信号の完全性にどのように影響するかを明らかにします。

光ファイバー減衰とは、光がファイバーを通過する際に信号電力が徐々に減少することを指します。デシベル/キロメートル（dB/km）で測定され、減衰は主に吸収と散乱の2つのメカニズムに起因します。光がファイバーコアを伝搬する際、不純物がそのエネルギーを吸収したり、屈折率の変動がコアの外に散乱したりする可能性があります。長距離にわたると、この電力損失により、受信側で信号が認識できなくなる可能性があります。

減衰は、伝送媒体に関係なく、すべての通信システムに普遍的に存在します。過度の減衰は信号品質を低下させ、完全な信号損失を引き起こす可能性があります。主な影響要因には、伝送距離、信号周波数、および媒体の特性が含まれます。

ファイバー減衰は、複数の相互作用する要因から生じ、以下のように大まかに分類されます。

コンサートステージから離れるにつれて音楽がフェードアウトするのと同じように、信号は伝送距離に比例して弱まります。ファイバーネットワークでは、強力な送信側の信号が数キロメートル後には使用できなくなる可能性があります。信号電力は距離に対して対数的に減衰します。つまり、パスが長ければ長いほど、減衰は顕著になります。通信事業者は通常、長距離ケーブルで信号を増幅するためにリピーターまたはアンプを導入します。

音楽で低音が高音よりも遠くまで伝わるのと同じように、高周波信号はより容易に減衰します。マイクロ波信号（高周波）は、FMラジオ波（低周波）と比較して、木などの障害物からの減衰が大きくなります。これが、森林地帯でマイクロ波リンクのパフォーマンスが低下し、低周波の代替手段が信頼性を維持する理由です。

信号が表面（建物、ファイバーコネクタなど）から跳ね返ると反射が発生し、干渉と電力損失が生じます。高層ビルの近くのモバイルユーザーは、これが通話のドロップとして経験します。つまり、反射信号が受信機に到達するのではなく、送信機に戻ってくるのです。ファイバーでは、位置ずれしたコネクタやスプライスが一般的な反射源です。

懐中電灯のビームがすりガラスを通して拡散するのと同じように、信号は粒子状の媒体（雨、霧）に遭遇すると散乱します。大気中の水滴が信号を分散させるため、嵐の間、セルラー通信と衛星通信は劣化します。これが、大雨の間、衛星テレビが断続的になる理由です。

材料は、スポンジが水を吸収するように、信号エネルギーを吸収することができます。データセンターの電磁シールドは、ケーブル間の干渉を防ぐために意図的に信号を吸収します。これは、システムの完全性を保護しながら電力損失に寄与する両刃の剣です。

効果的な減衰管理には、調整されたアプローチが必要です。

• 信号電力をブーストする： より高出力の送信機、アンプ、またはインラインリピーターを使用します。
• 周波数を下げる： 可能な場合は、吸収/散乱の影響を受けにくい信号を使用します。
• 伝送媒体をアップグレードする： 長距離データには、高純度ファイバーが銅よりも優れています。
• 干渉を減らす： シールド、フィルタリング、または周波数ホッピング技術を適用します。
• 伝送パスを最適化する： ワイヤレスシステムでは、指向性アンテナまたは見通し線アライメントが役立ちます。

温度変動、湿度、および物理的ストレスは、減衰に大きな影響を与えます。極度の高温または低温はファイバーの屈折率を変化させ、湿気の侵入（密閉が不十分な設置の場合）は信号損失を悪化させます。特殊なファイバーはこれらの課題に対応します。水中ケーブルは強化された防水性を必要とし、空中設置は温度に対する回復力のために堅牢なシースを必要とします。

効果

信号の完全性を低下させる