Optiskās šķiedras dispersija ir gaismas impulsu paplašināšanās, kad tie pārvietojas pa šķiedru, ko izraisa dažādi signāla komponenti, kas uztvērējā nonāk nedaudz atšķirīgos laikos. Optisko šķiedru komunikācijā šī paplašināšana samazina signāla skaidrību, ierobežo datu pārraides attālumu un apgrūtina uztvērējiem atšķirt vienu bitu no nākamā.
Bet izkliedes izpratne nav saistīta tikai ar fiziku. Patiesais inženiertehniskais jautājums ir: kad izkliede kļūst par problēmu, kas jums patiešām ir jāatrisina? Atbilde ir atkarīga no šķiedras veida, saites garuma, datu pārraides ātruma, darbības viļņa garuma un jūsu sistēmā izmantotā modulācijas formāta. 100 metru daudzrežīmu saitei datu centrā, iespējams, nekad nav nepieciešama izkliedes pārvaldība. 200 kmviena{0}}moda šķiedragandrīz noteikti būs saite, kas nodrošina 100 G trafiku.
Kas ir optiskās šķiedras dispersija?
Optiskās šķiedras dispersija attiecas uz veidu, kā pārraidīts impulss izplatās, izplatoties caur šķiedras serdi. Izplatīšanās notiek tāpēc, ka dažādie optiskā signāla komponenti - neatkarīgi no tā, vai ir dažādi viļņu garumi, dažādi telpiskie režīmi vai dažādi polarizācijas stāvokļi -, ne visi pārvietojas ar tieši tādu pašu ātrumu.
Tam ir nozīme, jo digitālā optiskā saziņa ir atkarīga no tīriem, labi{0}}atdalītiem impulsiem. Kad impulsi pietiekami paplašinās, lai pārklātos ar kaimiņiem, uztvērējs vairs nevar droši atšķirt atsevišķus bitus. Šī parādība, ko sauc par inter-simbolu traucējumiem (ISI), samazina bitu kļūdu līmeni (BER) un samazina izmantojamo pārraides attālumu. Saskaņā arITU-T G.652 ieteikums, kas nosaka standarta viena-režīmu šķiedras parametrus, hromatiskās dispersijas izkliede ir galvenais faktors sistēmas projektēšanā liela-bitu{2}} ātruma lietojumprogrammām.
Izkliede pret vājināšanos: būtiska atšķirība
Viena no visbiežāk pieļautajām kļūdām šķiedru saišu novērtēšanā ir dispersijas sajaukšana arvājināšanās. Tie ir būtiski atšķirīgi traucējumi:
Vājināšanāssamazina optisko jaudu. Tas ir signāla stipruma zudums attālumā, ko mēra dB/km.Izkliedeizkropļo signāla laiku. Izkliedētam signālam joprojām var būt pietiekami daudz jaudas, lai to varētu noteikt, taču tā impulsi tiek izsmērēti laikā, padarot informāciju nenolasāmu.
Šķiedru saite var izturēt optiskās jaudas budžetu ar ērtu rezervi un joprojām neizdoties pārmērīga impulsa paplašināšanās dēļ. Tāpēc pieredzējuši inženieri, veidojot saiti, novērtē gan jaudas budžetu, gan izkliedes budžetu. Sapratneievietošanas zudums un atgriešanas zudumsir svarīgs, bet tas aptver tikai vienādojuma jaudas pusi.
Kas izraisa dispersiju optiskajā šķiedrā?
Izkliede rodas ikreiz, kad dažādiem optiskā signāla komponentiem ir atšķirīga izplatīšanās aizkave. Konkrētais mehānisms ir atkarīgs no šķiedras konstrukcijas un signāla raksturlielumiem, bet pamatcēloņus iedala trīs kategorijās:
Ceļu atšķirības starp režīmiem.Daudzmodu šķiedrā gaisma pārvietojas pa vairākiem telpiskajiem ceļiem (režīmiem) caur kodolu. Katrs režīms seko nedaudz atšķirīgai trajektorijai, kas nozīmē, ka tie ierodas uztvērējā dažādos laikos. Šis ir dominējošais izkliedes mehānismsdaudzmodu šķiedru sistēmas.
No viļņa garuma{0}}atkarīgs ātrums.Pat šaurs{0}}līnijas platuma lāzera avots izstaro gaismu nelielā viļņu garuma diapazonā. Tā kā stikla laušanas koeficients mainās atkarībā no viļņa garuma -, īpašība, kas aprakstīta ar Selmeiera vienādojumu -, dažādas spektrālās sastāvdaļas pārvietojas ar dažādu ātrumu. Šis ir primārais izkliedes mehānisms viena -moda šķiedrā lielākajā daļā darbības viļņu garumu.
No polarizācijas{0}}atkarīgā aizkave.Īstas optiskās šķiedras nekad nav ideāli simetriskas. Spriegumi, lieces un ražošanas nepilnības izraisa divkāršu laušanu, kas nozīmē, ka abiem vadītās gaismas ortogonālajiem polarizācijas stāvokļiem ir nedaudz atšķirīgas izplatīšanās konstantes un tie nonāk dažādos laikos.
Galvenie optisko šķiedru dispersijas veidi
Modālā dispersija (starpmodālā dispersija)
Modālā izkliede notiek, ja vairāki vadīti režīmi daudzmodu šķiedrā izplatās ar dažādiem grupas ātrumiem. Veicot -indeksa daudzmodu šķiedru, ceļa garuma atšķirība starp zemāko-kārtības režīmu (braucot tuvu asij) un augstākās-kārtības režīmu (atlecot no apšuvuma robežas stāvos leņķos) var būt ievērojama. Step{5}}indeksa šķiedrai ar kodola refrakcijas koeficientu 1,48 un skaitlisko apertūru 0,3 intermodālā aizkave var pārsniegt 50 ns/km.
Graded{0}}indeksa daudzmodu šķiedra tika īpaši izstrādāta, lai mazinātu šo problēmu. Formējot refrakcijas indeksa profilu tā, lai augstākas -kārtības režīmi apšuvuma tuvumā pārvietotos ātrāk, pakāpeniski-indeksa modeļi samazina modālo izkliedi par vienu līdz divām kārtām. Tāpēc pārsvarā tiek izmantotas mūsdienu datu centru saitesOM3, OM4 vai OM5 pakāpes -indeksa daudzmodu šķiedranevis step{0}}indeksa dizainu.
Modālā izkliede būtībā ir novērsta vienmoda{0}}šķiedrā, kas atbalsta tikai pamata LP01 režīmu. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc viena -moda šķiedra tiek izmantota lielākai-attālumam un lielākai{5}}ātruma pārraidei.
Hromatiskā dispersija
Hromatiskā dispersija parasti ir vissvarīgākais dispersijas veids viena -moda šķiedru sistēmās. Tas ir divu fizisko mehānismu kopējais rezultāts:
Materiāla dispersijarodas tāpēc, ka silīcija dioksīda stikla refrakcijas indekss mainās līdz ar viļņa garumu. Šī sakarība ir labi raksturota un nozīmē, ka īsāki viļņu garumi parasti pārvietojas lēnāk nekā garāki viļņu garumi normālā dispersijas režīmā (zem nulles -dispersijas viļņa garuma), un anomālā režīmā pretēji.
Viļņvada dispersijarodas tāpēc, ka šķiedras ģeometrija ietekmē gaismas ierobežošanu. Optiskās jaudas daļa, kas pārvietojas serdenī pret apvalku, ir atkarīga no viļņa garuma, kas rada papildu no viļņa garuma atkarīgu izplatīšanās efektu. Inženieri var veidot viļņvada dispersiju, izmantojot šķiedru dizainu - šādidispersijas-nobīdītas un bez-nulles dispersijas-nobīdītas šķiedrassasniegt to modificētās dispersijas īpašības.
Standarta vienmoda šķiedrai (ITU-T G.652) nulles-dispersijas viļņa garums ir tuvu 1310 nm. Pie parasti izmantotā 1550 nm pārraides loga hromatiskās dispersijas koeficients ir aptuveni +17 ps/(nm·km), kā dokumentētsCorning SMF-28 šķiedras specifikācija. Vairāk nekā 100 km saite, kas uzkrājas līdz aptuveni 1700 ps/nm -, kas ir pietiekami, lai nopietni izkropļotu 10 Gb/s signālu, ja tas netiek kompensēts.
Polarizācijas režīma dispersija (PMD)
Polarizācijas režīma izkliede izriet no diferenciālās grupas aizkaves (DGD) starp diviem pamata režīma ortogonālajiem polarizācijas stāvokļiem. Atšķirībā no hromatiskās dispersijas, kas ir deterministiska un stabila, PMD ir stohastisks -, tas mainās atkarībā no laika, temperatūras un šķiedras mehāniskās slodzes.
PMD ir norādīts statistiski. Mūsdienu šķiedrām, kas atbilst ITU-T G.652.D, PMD saites projektētā vērtība parasti ir mazāka par 0,1 ps/√km. Tas var šķist mazs, taču pie 40 Gb/s un vairāk, kur bitu periodi sarūk līdz 25 ps vai mazāk, pat neliela PMD uzkrāšanās kļūst aktuāla. Saskaņā ar nozares dizaina vadlīnijām maksimālais pieļaujamais DGD parasti ir aptuveni 10% no bitu perioda.
Sistēmām, kas darbojas ar ātrumu 10 Gb/s mērenos attālumos, PMD reti kad ir ierobežojošs faktors, izmantojot mūsdienu šķiedru. Izmantojot 40 Gb/s un 100 Gb/s, PMD{4}}apzinīgs dizains -, tostarp šķiedras atlase, maršruta izstrāde un uztvērēja -puses izlīdzināšana - kļūst par standarta prakses daļu.
Izkliedes veidu salīdzināšana īsumā
| Dispersijas veids | Primārais cēlonis | Visvairāk skartā šķiedra/sistēma | Atslēgas efekts | Primārā mazināšana |
|---|---|---|---|---|
| Modālā dispersija | Vairāki režīmi ar dažādiem ceļa kavējumiem | Daudzmodu šķiedra (sliktākais{0}}solis rādītājs, novērtēts{1}}labāks rādītājs) | Impulsu izplatīšanās no intermodālās aizkavēšanās | Izmantojiet vienmoda{0}}šķiedru; izmantot gradētu -indeksa NTF; kontrolēt palaišanas nosacījumus |
| Hromatiskā dispersija | No viļņa garuma{0}}atkarīgs refrakcijas indekss un viļņvada efekti | Viena{0}}režīmu šķiedra, īpaši tālsatiksmes{1}}unWDM sistēmas | Impulsa paplašināšana un inter{0}}simbolu traucējumi | DCF/DCM, šķiedru Bragg režģis, DSP/EDC, šķiedras un viļņa garuma izvēle |
| Materiāla dispersija | No viļņa garuma{0}}atkarīgs silīcija dioksīda laušanas koeficients | Hromatiskās dispersijas sastāvdaļa visās silīcija dioksīda šķiedrās | Spektrālās sastāvdaļas atdalās laikā | Šķiedru dizains, viļņu garuma plānošana |
| Viļņvada dispersija | Šķiedru ģeometrija un režīma ierobežojums | Inženierijas vienmoda šķiedras (DSF, NZ-DSF) | Pārveido kopējo hromatiskās dispersijas profilu | Šķiedru profilu inženierija, dispersijas{0}}šķiedru dizains |
| PMD | Divkāršā laušana no šķiedru asimetrijas un stresa | Liela{0}}ātruma viena režīma{1}}sistēmas (lielāka par vai vienāda ar 40 Gb/s) | Nejauši, laikā{0}}mainīgi impulsa kropļojumi | Zema-PMD šķiedra, PMD kompensācija, saskaņota DSP izlīdzināšana |
Kuras šķiedras saites visvairāk ietekmē dispersija?
Daudzmodu šķiedru saites: dominē modālā dispersija
Indaudzmodu šķiedrasistēmas -, ko parasti izmanto īsas- sasniedzamības lietojumprogrammām datu centros, uzņēmumu LAN un mugurkaula veidošanā. - modālā izkliede ir galvenais joslas platuma ierobežotājs. Šķiedras modālais joslas platums, kas izteikts MHz·km, nosaka, cik tālu un cik ātri varat pārraidīt, pirms impulsu pārklāšanās kļūst nepieņemama.
Piemēram, OM3 šķiedras efektīvais modālais joslas platums ir 2000 MHz·km pie 850 nm ar lāzera-optimizētu palaišanu, kas atbalsta 10 Gb/s līdz aptuveni 300 metriem. OM4 to paplašina līdz aptuveni 400 metriem. Hromatiskā dispersija pastāv arī daudzmodu šķiedrās, taču modālie efekti gandrīz vienmēr ir saistošais ierobežojums šajos attālumos.
Viena režīma{0}}šķiedru saites: hromatiskā dispersija un PMD
Kad modālā izkliede ir noņemta, izmantojot vienmoda{0}}šķiedru, hromatiskā dispersija kļūst par nākamo problēmu. Īsās viena -režīma saitēs (dažus kilometrus) uzkrātā hromatiskā izkliede parasti ir sistēmas pielaides robežās 10 G un mazāk. Tā kā attālums palielinās līdz desmitiem vai simtiem kilometru, īpaši ar datu pārraides ātrumu 10 Gb/s un vairāk, izkliedes pārvaldība kļūst nepieciešama.
Tālajos{0}}pārlidojumos unoptiskais transporta tīkls (OTN)sistēmas, hromatiskās dispersijas savienojumi katrā kilometrā. 400 km saite uz G.652 šķiedras pie 1550 nm uzkrāj aptuveni 6800 ps/nm hromatiskās dispersijas. Bez kompensācijas šāds izkliedes līmenis padarītu pat 2,5 Gb/s signālu neatgūstamu.
PMD kļūst par būtisku faktoru galvenokārt pie 40 Gb/s un vairāk, vai vecākām šķiedras ražotnēm, kur PMD koeficients var pārsniegt 0,5 ps/√km. Mūsdienu šķiedrām ir daudz stingrākas PMD specifikācijas, un saskaņotie uztvērēji ar DSP var izturēt ievērojami lielāku PMD nekā tradicionālās tiešās -atklāšanas sistēmas.
DWDM sistēmas: visi traucējumi
Blīvā viļņa garuma{0}}dalīšanas multipleksā (DWDM) sistēmām, kas pārnēsā 40, 80 vai vairāk kanālu C-joslā, izkliedes pārvaldība nav obligāta. Katrs kanāls atrodas citā viļņa garumā un dispersijas slīpuma dēļ uzkrāj nedaudz atšķirīgu hromatiskās dispersijas daudzumu. Tas nozīmē, ka var būt nepieciešama kompensācija katram kanālam, nevis tikai viena lielapjoma korekcija visai joslai.
Turklāt DWDM sistēmās mijiedarbība starp hromatisko dispersiju un šķiedru nelinearitāti (paš-fāzes modulācija, šķērs-fāzu modulācija, četru-viļņu sajaukšana) rada sarežģītāku optimizācijas problēmu. Sistēmu izstrādātāji bieži apzināti uztur nelielu atlikušo izkliedi katrā diapazonā, lai novērstu nelineāro šķērsrunu -, tāpēc "nulles izkliede visur" patiesībā nav dizaina mērķis.
Optisko šķiedru dispersijas kompensācijas metodes
Šķiedru izvēle un viļņa garuma plānošana
Vissvarīgākais veids, kā pārvaldīt izkliedi, ir izdarīt pareizo izvēli, pirms tiek pievienota jebkāda kompensējoša aparatūra. Tas ietver lietojumprogrammai piemērota šķiedras veida un darbības viļņa garuma izvēli.
Jauniem izvietojumiem standarta G.652.D vienmoda šķiedra joprojām ir visizplatītākā izvēle metro un tālsatiksmes{2}}tīklos. Īpaši-tāliem-zemūdens vai sauszemes savienojumiem var norādīt G.654.E zemu-zaudējumu šķiedru. Vecākos tīklos, kur tika uzstādīta G.653 dispersijas-nobīdīta šķiedra, gandrīz-nulles izkliede pie 1550 nm bija priekšrocība viena kanāla sistēmām, bet kļuva par DWDM atbildību, pateicoties uzlabotai četru{14}}viļņu sajaukšanai, - pastiprinot dispersijas nozīmi.
Svarīga ir arī viļņa garuma plānošana. Darbošanās tuvu nulles-dispersijas viļņa garumam samazina hromatisko izkliedi, bet var palielināt nelineāros efektus. Darbojoties tālāk no nulles dispersijas, tiek nodrošināta nelineāra slāpēšana, taču nepieciešama kompensācija. Nav viena "labākā" viļņa garuma - pareizā izvēle ir atkarīga no sistēmas arhitektūras.
Dispersijas kompensācijas šķiedra (DCF) un dispersijas kompensācijas moduļi (DCM)
Dispersijas kompensējošā šķiedra ir īpaša šķiedra, kas izstrādāta tā, lai tai būtu liels negatīvs hromatiskās dispersijas koeficients, parasti diapazonā no –80 līdz –120 ps/(nm·km) pie 1550 nm. Ievietojot saitē aprēķināto DCF garumu, var kompensēt uzkrāto pozitīvo izkliedi no pārraides šķiedras. Iepakotā veidā to sauc par dispersijas kompensācijas moduli (DCM).
Praktiska atsauce: lai kompensētu 80 km standarta G.652 šķiedras (kas uzkrāj aptuveni +1,360 ps/nm dispersiju pie 1550 nm), ir nepieciešami aptuveni 14 km DCF ar dispersijas koeficientu –95 ps/(nm·km), kā norādīts dokumentā.ScienceDirect enciklopēdijas ieraksts par DCF.
DCF ir efektīvs un labi{0}}pārbaudīts, taču tas ievieš kompromisus-. Papildu šķiedra palielina ievietošanas zudumu (parasti 0,5–0,7 dB/km DCF, salīdzinot ar 0,2 dB/km pārraides šķiedrai), kas var prasīt papildu pastiprināšanu un pasliktināt optiskā signāla -pret-trokšņu attiecību. DCF ir arī mazāks efektīvais laukums nekā standarta šķiedrai, kas padara to jutīgāku pret nelineāriem efektiem. Šie kompromisi{10}}tiek novērtēti, izmantojot nopelnu skaitli (FOM), kas definēts kā dispersijas koeficienta attiecība pret vājināšanos.
Chirped Fiber Bragg režģi (FBG)
Čivinātas šķiedras Braga režģis kompensē izkliedi, atstarojot dažādus viļņu garumus no dažādām pozīcijām gar režģi, radot no viļņa garuma{0}}atkarīgu aizkavi. Īsāki viļņu garumi var tikt atspoguļoti režģa priekšpuses tuvumā, savukārt garāki viļņu garumi ceļo dziļāk pirms atstarošanas, vai otrādi. Rezultāts ir kontrolējama grupas aizkave, kas var kompensēt hromatisko dispersiju.
Salīdzinot ar DCF, uz FBG{0}}bāzētie kompensatori ir kompakti, tiem ir mazāki ievietošanas zudumi un tie rada niecīgus nelineārus kropļojumus, kā aprakstītsRP Photonics enciklopēdija par dispersijas kompensāciju. Tomēr tās var ciest no grupas aizkaves pulsācijas - nelielām periodiskām novirzēm aizkaves raksturlielumā -, kas var izraisīt signāla kropļojumus. Mūsdienu ražošana ir lielā mērā mazinājusi šo problēmu, taču tā joprojām ir lielas veiktspējas sistēmu dizains.
Elektroniskā dispersijas kompensācija (EDC) un digitālā signālu apstrāde (DSP)
Ne visa dispersijas kompensācija notiek optiskajā jomā. Elektroniskā dispersijas kompensācija un digitālā signāla apstrāde uztvērējā var izlīdzināt daudzus izkropļojumus, ko rada šķiedru dispersija.
Mūsdienu koherentajās optiskajās sistēmās - 100G, 200G, 400G un tālāk uz - DSP- balstīta kompensācija ir būtiska uztvērēja arhitektūras sastāvdaļa. Koherentie uztvērēji atgūst gan optiskā signāla amplitūdu, gan fāzi, kas sniedz DSP dzinējam pietiekami daudz informācijas, lai digitāli mainītu hromatisko dispersiju, PMD un citus lineāros traucējumus. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc saskaņotas 100G sistēmas bieži var darboties tūkstošiem kilometru G.652 šķiedras bez iebūvētiem optiskās dispersijas kompensācijas moduļiem.
Tiešās-atklāšanas sistēmām pie 10 G elektroniskā izlīdzināšana (padeves-uz priekšu izlīdzināšana, maksimālās-iespējamības secības novērtējums) var paplašināt dispersijas-ierobežoto sasniedzamību, taču ar pieticīgākiem uzlabojumiem nekā saskaņotā DSP. Jauninot vecākas saites, izvēle starp optiskās kompensācijas (DCM) pievienošanu un jaunināšanu uz asaskaņots raiduztvērējsar iebūvētu{0}}DSP ir atkarīgs no izmaksām, paredzamā trafika pieauguma un esošās pastiprinātāja infrastruktūras.
Kāpēc "nulles dispersija" ne vienmēr ir mērķis?
Inženieri, kas ir jauni optiskās šķiedras jomā, dažreiz pieņem, ka ideālajai saitei būtu nulle neto izkliede visur. Praksē tas bieži vien nav labākais dizaina mērķis. Ir divi iemesli:
Pirmkārt, WDM sistēmās darbība gandrīz nulles izkliedē uzlabo noteiktus nelineārus traucējumus -, jo īpaši četru-viļņu sajaukšanos -, kas var izraisīt šķērsrunu starp kanāliem. Vidēja līmeņa vietējās izkliedes uzturēšana katrā diapazonā faktiski nomāc šīs sekas. Kopējā uzkrātā izkliede pēc tam tiek kompensēta saites beigās vai periodiskas kompensācijas vietās.
Otrkārt, pārmērīga izkliedes korekcija var radīt savas problēmas. Ja kompensācija nav precīzi saskaņota ar faktisko uzkrāto izkliedi (ņemot vērā temperatūras svārstības, šķiedru novecošanos un no viļņa garuma atkarīgo dispersijas slīpumu), atlikušā neatbilstība var pasliktināt veiktspēju. Tāpēc nozare izmanto terminu "izkliedes pārvaldība", nevis "izkliedes novēršana". Mērķis ir saglabāt neto izkliedi pieņemamā logā, nevis piespiest to katrā punktā precīzi uz nulli.
Kā izlemt, vai jūsu saitei ir nepieciešama izkliedes kompensācija
Tā vietā, lai dispersijas kompensāciju uzskatītu par noklusējuma prasību, veiciet tālāk norādītos diagnostikas jautājumus.
Kāds ir jūsu šķiedras veids?Ja jūs lietojatdaudzmodu šķiedra, modālā izkliede ir jūsu galvenā problēma, un jūs to risinat, izvēloties šķiedras kategorijas un palaišanas nosacījumus -, nevis izmantojot DCM vai FBG. Ja izmantojat viena -moda šķiedru, pārejiet pie nākamā jautājuma.
Kāds ir saites attālums un datu pārraides ātrums?Kā aptuvens norādījums, hromatiskā izkliede kļūst nozīmīga 10 Gbps NRZ signāliem aptuveni 60–80 km attālumā uz G.652 šķiedras pie 1550 nm. Pie 2,5 Gbps pielaide sniedzas līdz vairākiem simtiem kilometru. Pie 40 Gb/s izkliedes robeža bez kompensācijas samazinās līdz aptuveni 4–6 km. Augstākas -kārtības modulācijas formātiem (ko izmanto 100 G+ koherentās sistēmās) ir savas dispersijas tolerances īpašības.
Vai šī saite ir mantota vai jauna versija?Mantotā šķiedras rūpnīcā DCM pievienošana pastiprinātāju vietās ir izplatīta un pārbaudīta pieeja. Jauniem izvietojumiem pareizā šķiedras veida izvēle un saskaņotu raiduztvērēju plānošana ar DSP var būt ekonomiski izdevīgāk{1}} nekā optiskās kompensācijas izveide no paša sākuma.
Kādu uztvērēja tehnoloģiju jūs izmantojat?Saskaņots uztvērējs ar DSP var digitāli kompensēt desmitiem tūkstošu ps/nm hromatisko dispersiju. Tiešās-atklāšanas uztvērējam ir daudz mazāka pielaide. Theraiduztvērēja modulisspecifikācija ir galvenais ievads dispersijas budžeta aprēķināšanai.
Vai PMD ir faktors?Pārbaudiet šķiedru auga PMD raksturojumu. Mūsdienu G.652.D šķiedru gadījumā PMD, visticamāk, neradīs bažas, ja ātrums ir mazāks par 40 Gbps. Vecākai šķiedrai ar nezināmu PMD vēsturi ieteicams veikt testēšanu pirms izvietošanas.
Praktiski scenāriji: dispersijas zināšanu pielietošana reālām saitēm
1. scenārijs: uzņēmuma datu centra daudzrežīmu saite
Universitātes datu centrs, kas savieno divas ēkas, kas atrodas 150 metru attālumā viena no otras, izmantojot OM4 daudzmodu šķiedru ar ātrumu 10 Gbps (850 nm). Šādā attālumā modālais joslas platums labi atbilst OM4 specifikācijai (efektīvais modālais joslas platums 4700 MHz·km). Hromatiskā dispersija pie 850 nm ir klāt, bet šajā garumā tā ir niecīga. Nav nepieciešama īpaša izkliedes kompensācija. Galvenais dizaina apsvērums ir nodrošināt pareizukabeļu uzstādīšanasaglabāt kvalitāti un savienotāju tīrībuievietošanas zudumsbudžeta ietvaros.
2. scenārijs: metro viena režīma{1}}režīms ar ātrumu 10 Gb/s
Lielpilsētas tīkla operators, kas izmanto 10 G DWDM 120 km garumā G.652.D šķiedras pie 1550 nm. Uzkrātā hromatiskā dispersija ir aptuveni 2040 ps/nm. Tas pārsniedz parasto pielaides logu 10G NRZ tiešās noteikšanas uztvērējam (aptuveni 1000–1200 ps/nm). Operators izvieto DCM vidējā -laiduma pastiprinātāja vietā, lai nodrošinātu neto izkliedi tolerances robežās. Šīs modernās šķiedras PMD ir krietni zem 0,1 ps/√km, un tai nav nepieciešama atsevišķa apstrāde ar ātrumu 10 Gb/s.
3. scenārijs: tālsatiksmes{1}}saskaņots 100 G transports
800 km garš-pārbrauciens, izmantojot G.652.D šķiedru ar EDFA pastiprinājumu ik pēc 80 km, nodrošinot 100 G DP-QPSK trafiku. Kopējā uzkrātā hromatiskā dispersija pārsniedz 13 000 ps/nm. Tomēr koherentā uztvērēja DSP kompensē hromatisko izkliedi digitāli, novēršot nepieciešamību pēc iekļautiem DCM. Pastiprinātāja vietnes dizains koncentrējas uz trokšņu skaitļu pārvaldību un OSNR optimizāciju, nevis optiskās dispersijas kompensāciju. Koherentā uztvērēja PMD pielaide parasti ir 20–30 ps no DGD, kas ir krietni vairāk nekā šī šķiedras rūpnīca. Rezultāts ir vienkāršāka, lētāka pastiprinātāja ķēde salīdzinājumā ar mantoto 10 G tiešās noteikšanas sistēmu tajā pašā maršrutā.
Biežākās kļūdas, novērtējot šķiedru izkliedi
Mulsinoša dispersija ar vājināšanu.Kā minēts iepriekš, tie ir dažādi traucējumi. Saite, kas iztur savu optiskās jaudas budžetu, joprojām var neizdoties pārmērīgas izkliedes dēļ. Vienmēr aprēķiniet abus budžetus.
Visu veidu dispersijas apstrāde kā savstarpēji aizstājama.Modālo izkliedi daudzmodu šķiedrā, hromatisko izkliedi viena -moda šķiedrā un PMD izraisa dažādi mehānismi, tie ietekmē dažādus sistēmu tipus un prasa dažādas mazināšanas stratēģijas. DCM izmantošana vairāku režīmu saitē vai mēģinājums novērst modālā joslas platuma problēmas ar saskaņotu uztvērēju būtu nepareiza tehnoloģijas pielietošana.
Pieņemot, ka kompensācija vienmēr ir nepieciešama.Daudzioptiskās šķiedras plākstera vadssavienojumi un īsas{0}}sasniedzamības saites labi darbojas to izkliedes pielaides robežās. Nevajadzīgas kompensācijas aparatūras pievienošana palielina izmaksas, ievietošanas zudumu un sistēmas sarežģītību. Vienmēr sāciet no saites budžeta, nevis no noklusējuma pieņēmuma.
Izkliedes slīpuma ignorēšana.DWDM sistēmās hromatiskās dispersijas koeficients mainās visā viļņa garuma joslā. DCM, kas lieliski kompensē centrālo kanālu, var atstāt malas kanālus ar ievērojamu atlikušo izkliedi. Platjoslas sistēmām var būt nepieciešami slīpuma-kompensācijas moduļi vai kanāliem regulējami kompensatori.
Skats uz šķiedru augu ierakstiem.Precīzas zināšanas par uzstādīto šķiedru veidu, garumu un izmērīto dispersiju ir būtiskas kompensācijas projektēšanai. Vispārēju vērtību pieņemšana, kad ir pieejami faktiskie iekārtas dati, ir izplatīts projektēšanas peļņas zuduma avots vai, vēl ļaunāk, nepietiekama kompensācija.
Bieži uzdotie jautājumi
Kas ir optiskās šķiedras dispersija vienkāršā izteiksmē?
Tā ir gaismas impulsu izplatīšanās, kad tie pārvietojas pa šķiedru, ko izraisa dažādas signāla daļas, kas nonāk dažādos laikos. Rezultāts ir izplūduši impulsi, kas samazina uztvērēja spēju atgūt pārsūtītos datus.
Kādi ir galvenie optisko šķiedru dispersijas veidi?
Trīs galvenās kategorijas ir modālā dispersija (dominējošā daudzmodu šķiedrā), hromatiskā izkliede (dominējošā viena -moda šķiedrās) un polarizācijas režīma dispersija (attiecas uz lieliem bitu pārraides ātrumiem viena -moda sistēmās). Hromatisko dispersiju papildus veido materiāla dispersija un viļņvada dispersija.
Kurš izkliedes veids ir vissvarīgākais vienmoda{0}}šķiedrā?
Hromatiskā izkliede ir galvenā problēma lielākajai daļai{0}}vienmoda šķiedras saišu. PMD kļūst papildus nozīmīgs pie 40 Gbps un vairāk, jo īpaši vecākām šķiedrām ar augstākiem PMD koeficientiem. Modāla izkliede nenotiek viena -moda šķiedrā, jo izplatās tikai viens režīms.
Kā tiek kompensēta hromatiskā dispersija?
Trīs galvenās pieejas ir: optiskā kompensācija, izmantojot DCF/DCM vai fiber Bragg režģus; elektroniska kompensācija, izmantojot DSP pie uztvērēja (īpaši koherentās sistēmās); un profilakse, izmantojot atbilstošu šķiedru veidu izvēli un viļņa garuma plānošanu. Mūsdienu tīklos saskaņota kompensācija, kuras pamatā ir DSP{1}}optiskie raiduztvērējiarvien biežāk ir noklusējuma pieeja ātrdarbīgām{0}}saitēm.
Vai katrai šķiedras saitei ir nepieciešama izkliedes kompensācija?
Nē. Īsās saites un mazāka -ātruma sistēmas bieži vien labi darbojas to izkliedes pielaides robežās bez īpašas kompensācijas. Nepieciešamība ir atkarīga no šķiedras veida, attāluma, datu pārraides ātruma, viļņa garuma un uztvērēja jutības kombinētās ietekmes. Pareizs saišu budžeta aprēķins vienmēr būtu jāveic pirms jebkādu kompensācijas lēmumu pieņemšanas.
Kas izraisa dispersiju optiskajā šķiedrā?
Izkliedi izraisa izplatīšanās ātruma atšķirības starp optiskā signāla komponentiem. Daudzmodu šķiedrā dažādi telpiskie režīmi pārvietojas dažādos ceļos. Viena -moda šķiedrā dažādi viļņu garumi pārvietojas ar atšķirīgu ātrumu šķiedras materiāla un viļņvada īpašību dēļ. Šķiedras divkāršā lūzuma dēļ abiem polarizācijas stāvokļiem ir atšķirīga aizkave.
Vai nulles izkliede vienmēr ir ideāls mērķis?
Praksē ne. WDM sistēmās neliels lokālās dispersijas daudzums katrā šķiedras laidumā palīdz novērst nelineārus traucējumus, piemēram, četru viļņu sajaukšanos. Inženiertehniskais mērķis ir pārvaldīt neto izkliedi pieņemamā logā uztvērējā, nevis novērst to katrā saites punktā.
Secinājums
Optiskās šķiedras izkliede ir viens no galvenajiem pārraides traucējumiem optisko šķiedru tīklos, kā arī vājināšanās un nelineārie efekti. Izpratne par to, kāda veida izkliede ietekmē jūsu konkrēto sistēmu - modālā, hromatiskā vai PMD -, ir pirmais solis ceļā uz efektīvu pārvaldību. Nākamais solis ir pareizās mazināšanas stratēģijas saskaņošana ar saiti: šķiedru izvēle, optiskā kompensācija, elektroniskā kompensācija vai vienkārši apstiprinājums, ka kompensācija nav nepieciešama.
Inženieriem, kas strādā arviena{0}}moda šķiedrametro un tālsatiksmes{0}}tīklos hromatiskās izkliedes pārvaldība joprojām ir galvenā dizaina disciplīna. Tiem, kas izvietodaudzmodu šķiedraĪsākas{0}}sasniedzamības lietojumprogrammās tikpat svarīgi ir izprast modālā joslas platuma ierobežojumus. Tā kā saskaņota DSP turpina attīstīties, robeža starp "izkliedi-ierobežotu" un "DSP-pārvaldāmu" turpina kustēties, - padarot daudz svarīgāku nekā jebkad agrāk pieeju izkliedei kā sistēmas-līmeņa inženierijas problēmai, nevis vienai-komponenta labošanai.
