Optinen kuitudispersio on valopulssien levenemistä niiden kulkiessa kuidun läpi, mikä johtuu eri signaalikomponenteista, jotka saapuvat vastaanottimeen hieman eri aikoina. Valokuituviestinnässä tämä laajentaminen heikentää signaalin selkeyttä, rajoittaa datan kulkua ja vaikeuttaa vastaanottimien erottamista bitistä toisesta.
Mutta hajonnan ymmärtäminen ei ole vain fysiikkaa. Todellinen suunnittelukysymys on: milloin hajoamisesta tulee ongelma, joka sinun on todella ratkaistava? Vastaus riippuu kuidun tyypistä, linkin pituudesta, tiedonsiirtonopeudesta, toiminta-aallonpituudesta ja järjestelmäsi käyttämästä modulaatiomuodosta. Datakeskuksen sisällä oleva 100 metrin monimuotolinkki ei ehkä koskaan tarvitse hajautushallintaa. 200 kmyksimuotokuitu-100 Gt liikennettä kuljettava linkki lähes varmasti.
Mikä on optinen kuitudispersio?
Optinen kuitudispersio viittaa tapaan, jolla lähetetty pulssi leviää, kun se etenee kuidun ytimen läpi. Hajaantuminen johtuu siitä, että optisen signaalin - eri komponentit, olivatpa ne eri aallonpituudet, erilaiset tilamoodit tai erilaiset polarisaatiotilat -, eivät kulje täsmälleen samalla nopeudella.
Tällä on merkitystä, koska digitaalinen optinen viestintä riippuu puhtaista, hyvin{0}}erotetuista pulsseista. Kun pulssit levenevät tarpeeksi mennäkseen päällekkäin naapureidensa kanssa, vastaanotin ei enää pysty erottamaan yksittäisiä bittejä luotettavasti. Tämä ilmiö, jota kutsutaan inter-symbolihäiriöiksi (ISI), heikentää bittivirhesuhdetta (BER) ja pienentää käytettävissä olevaa lähetysetäisyyttä. mukaanITU-T G.652 suositus, joka määrittelee vakiomuotoiset yksi-kuituparametrit, kromaattinen dispersion mukauttaminen on avaintekijä järjestelmän suunnittelussa korkean-bittinopeuden-sovelluksissa.
Dispersio vs. vaimennus: kriittinen ero
Yksi yleisimmistä virheistä kuitulinkkien arvioinnissa on dispersion sekoittaminenvaimennus. Ne ovat pohjimmiltaan erilaisia vaurioita:
Vaimennusvähentää optista tehoa. Se on signaalin voimakkuuden menetys matkan aikana, mitattuna dB/km.Dispersiovääristää signaalin ajoitusta. Hajautetussa signaalissa voi silti olla tarpeeksi tehoa havaittaviksi, mutta sen pulssit tahriutuvat ajoissa, jolloin tiedoista tulee lukukelvottomia.
Kuitulinkki voi läpäistä optisen tehobudjetin mukavalla marginaalilla ja silti epäonnistua pulssin liiallisen levenemisen vuoksi. Siksi kokeneet insinöörit arvioivat sekä tehobudjetin että hajautusbudjetin linkkiä suunniteltaessa. Ymmärtäminenlisäyshäviö ja paluuhäviöon tärkeä, mutta se kattaa vain yhtälön tehopuolen.
Mikä aiheuttaa dispersion optisessa kuidussa?
Dispersio syntyy aina, kun optisen signaalin eri komponentit kokevat erilaisia etenemisviiveitä. Erityinen mekanismi riippuu kuidun suunnittelusta ja signaalin ominaisuuksista, mutta perimmäiset syyt jakautuvat kolmeen luokkaan:
Reittierot moodien välillä.Monimuotokuidussa valo kulkee useita spatiaalisia reittejä (moodeja) pitkin ytimen läpi. Jokainen tila noudattaa hieman erilaista liikerataa, mikä tarkoittaa, että ne saapuvat vastaanottimeen eri aikoina. Tämä on hallitseva hajontamekanismimonimuotokuitujärjestelmät.
Aallonpituudesta{0}}riippuva nopeus.Jopa kapea{0}}viivanleveys laserlähde lähettää valoa pienellä aallonpituusalueella. Koska lasin taitekerroin vaihtelee aallonpituuden - mukaan, Sellmeier-yhtälön - kuvaama ominaisuus eri spektrikomponentit kulkevat eri nopeuksilla. Tämä on ensisijainen dispersiomekanismi yksimuotokuidussa useimmilla toiminta-aallonpituuksilla.
Polarisaatiosta{0}}riippuva viive.Todelliset optiset kuidut eivät ole koskaan täysin symmetrisiä. Jännitys, taivutus ja valmistusvirheet aiheuttavat kahtaistaitetta, mikä tarkoittaa, että ohjatun valon kaksi ortogonaalista polarisaatiotilaa kokevat hieman erilaiset etenemisvakiot ja saapuvat eri aikoina.
Optisen kuitudispersion päätyypit
Modaalinen dispersio (Intermodaalinen dispersio)
Modaalinen dispersio tapahtuu, kun useat ohjatut moodit monimuotokuidussa etenevät eri ryhmänopeuksilla. Vaihe-index-monimuotokuidussa polun pituuden ero alimman-järjestyksen tilan (kulkee lähellä akselia) ja korkeimman-järjestyksen tilan (pomppaa pois päällysteen rajalta jyrkissä kulmissa) välillä voi olla merkittävä. Step{5}}-indeksikuidulle, jonka ytimen taitekerroin on 1,48 ja numeerinen aukko 0,3, intermodaalinen viive voi ylittää 50 ns/km.
Graded{0}}-indeksin monimuotokuitu kehitettiin erityisesti tämän ongelman vähentämiseksi. Muotoilemalla taitekerroinprofiilia niin, että korkeamman -asteen tilat kulkevat nopeammin lähellä päällystettä, arvostettujen-indeksien mallit vähentävät modaalista hajoamista yhdestä kahteen suuruusluokkaa. Siksi nykyaikaiset datakeskuslinkit käyttävät ylivoimaisestiOM3-, OM4- tai OM5-luokan -indeksimonimuotokuituvaihe{0}}indeksisuunnittelun sijaan.
Modaalinen hajonta on käytännössä eliminoitu yksimuotokuidusta{0}}, joka tukee vain perus-LP01-tilaa. Tämä on ensisijainen syy, miksi yksimuotokuitua käytetään pitemmän-etäisyyden ja nopeampaan{5}}siirtoon.
Kromaattinen dispersio
Kromaattinen dispersio on tyypillisesti tärkein dispersiotyyppi yksimuotoisissa kuitujärjestelmissä. Se on kahden fyysisen mekanismin yhdistetty tulos:
Materiaalin dispersiojohtuu siitä, että piidioksidilasin taitekerroin muuttuu aallonpituuden mukaan. Tämä suhde on hyvin karakterisoitu ja tarkoittaa, että lyhyemmät aallonpituudet kulkevat yleensä hitaammin kuin pidemmät aallonpituudet normaalissa dispersiojärjestelmässä (nolla-dispersion aallonpituuden alapuolella) ja päinvastoin epänormaalissa järjestelmässä.
Aaltoputken dispersiosyntyy, koska kuidun geometria vaikuttaa siihen, miten valo on rajoitettu. Ytimessä kulkevan optisen tehon osuus verhouksesta riippuu aallonpituudesta, mikä saa aikaan ylimääräisen aallonpituudesta{1}}riippuvan etenemisvaikutuksen. Insinöörit voivat muokata aaltoputkidispersiota kuitusuunnittelun avulla - näindispersio-siirretyt ja ei--nolladispersio-siirretyt kuidutsaavuttavat muunnetut dispersio-ominaisuudet.
Standardin yksimuotokuidun (ITU-T G.652) nolla-dispersion aallonpituus on lähellä 1310 nm. Yleisesti käytetyssä 1550 nm:n lähetysikkunassa kromaattinen dispersiokerroin on noin +17 ps/(nm·km), kuten asiakirjassa dokumentoidaan.Corning SMF-28 -kuituerittely. Yli 100 km:n linkki, joka kerääntyy noin 1700 ps/nm:iin -, joka riittää vääristämään vakavasti 10 Gbps:n signaalia, jos sitä ei kompensoida.
Polarisaatiomuodon dispersio (PMD)
Polarisaatiomoodin dispersio johtuu differentiaalisesta ryhmäviiveestä (DGD) perusmoodin kahden ortogonaalisen polarisaatiotilan välillä. Toisin kuin kromaattinen dispersio, joka on deterministinen ja stabiili, PMD on stokastinen -, se vaihtelee ajan, lämpötilan ja kuidun mekaanisen rasituksen mukaan.
PMD on määritelty tilastollisesti. Nykyaikaisten ITU-T G.652.D:n mukaisten kuitujen PMD-linkin suunnitteluarvo on tyypillisesti alle 0,1 ps/√km. Tämä saattaa tuntua pieneltä, mutta 40 Gbps:n ja sitä korkeammalla nopeudella, jossa bittijaksot kutistuvat 25 ps:iin tai alle, jopa vaatimaton PMD-kertymä tulee merkitykselliseksi. Teollisuuden suunnitteluohjeiden mukaan suurin siedettävä DGD on tyypillisesti noin 10 % bittijaksosta.
Järjestelmissä, jotka toimivat 10 Gbps:n nopeudella kohtuullisilla etäisyyksillä, PMD on harvoin rajoittava tekijä nykyaikaisessa kuidussa. Nopeuksilla 40 Gbps ja 100 Gbps PMD{4}}tietoinen suunnittelu - mukaan lukien kuidun valinta, reitin suunnittelu ja vastaanotin-puolen taajuuskorjaus - tulee osaksi normaalia käytäntöä.
Dispersiotyyppien vertailu yhdellä silmäyksellä
| Dispersion tyyppi | Ensisijainen syy | Eniten kärsinyt kuitu/järjestelmä | Key Effect | Ensisijainen lieventäminen |
|---|---|---|---|---|
| Modaalinen dispersio | Useita tiloja eri polkuviiveillä | Monimuotokuitu (askel-indeksi huonoin, arvosteltu-indeksi parempi) | Pulssin leviäminen intermodaalisesta viiveestä | Käytä yksimuotokuitua-; käytä arvosteltua-indeksiä olevaa rahamarkkinarahastoa; ohjaa laukaisuolosuhteita |
| Kromaattinen dispersio | Aallonpituudesta{0}}riippuvainen taitekerroin ja aaltoputkitehosteet | Yksi{0}}muotokuitu, erityisesti pitkän matkan-jaWDM-järjestelmät | Pulssin leveneminen ja häiritsevät{0}}symbolit | DCF/DCM, kuitu Bragg-hila, DSP/EDC, kuidun ja aallonpituuden valinta |
| Materiaalin dispersio | Piidioksidin aallonpituudesta{0}}riippuva taitekerroin | Kromaattisen dispersion komponentti kaikissa piidioksidikuiduissa | Spektrikomponentit eroavat ajassa | Kuitusuunnittelu, aallonpituuden suunnittelu |
| Aaltoputken dispersio | Kuitugeometria ja tilarajoitus | Suunnitellut yksimuotoiset kuidut (DSF, NZ-DSF) | Muokkaa kromaattista kokonaisdispersioprofiilia | Kuituprofiilien suunnittelu, dispersio{0}}siirretty kuitusuunnittelu |
| PMD | Kahtaistaitteisuus kuitujen epäsymmetriasta ja jännityksestä | Nopeat-single mode{1}}järjestelmät (suurempi tai yhtä suuri kuin 40 Gbps) | Satunnainen, ajassa{0}}vaihteleva pulssivääristymä | Matala-PMD-kuitu, PMD-kompensointi, koherentti DSP-taajuuskorjaus |
Mihin kuitulinkkeihin dispersio vaikuttaa eniten?
Monimuotoiset kuitulinkit: Modaalinen dispersio hallitsee
sisäänmonimuotokuitujärjestelmät -, joita käytetään tyypillisesti lyhyen-sovelluksissa palvelinkeskuksissa, yritysten lähiverkoissa ja runkoverkkojen rakentamisessa. - modaalinen hajonta on ensisijainen kaistanleveyden rajoitin. Kuidun modaalinen kaistanleveys MHz·km:inä mitoitettuna määrittää, kuinka pitkälle ja kuinka nopeasti voit lähettää, ennen kuin pulssien päällekkäisyyttä ei voida hyväksyä.
Esimerkiksi OM3-kuidun tehokas modaalinen kaistanleveys on 2000 MHz·km 850 nm:ssä laser-optimoidulla laukaisulla ja tukee 10 Gbps:n nopeutta noin 300 metriin asti. OM4 laajentaa sen noin 400 metriin. Kromaattista dispersiota esiintyy myös monimuotokuiduissa, mutta modaalivaikutukset ovat lähes aina sitomisrajoitteena näillä etäisyyksillä.
Single{0}}Mode Fiber Links: kromaattinen dispersio ja PMD
Kun modaalinen dispersio on poistettu käyttämällä yksimuotokuitua, kromaattinen dispersio on seuraava huolenaihe. Lyhyillä yksi-moodilinkeillä (muutama kilometri) kertynyt kromaattinen hajoaminen on yleensä järjestelmän toleranssin sisällä 10G:lle ja sitä pienemmille. Kun etäisyys kasvaa kymmeniin tai satoihin kilometreihin, erityisesti 10 Gbps:n ja sitä suuremmilla tiedonsiirtonopeuksilla, hajautushallinta tulee tarpeelliseksi.
Pitkällä-matkalla jaoptinen siirtoverkko (OTN)järjestelmät, kromaattiset dispersioyhdisteet kilometrien välein. G.652-kuidun 400 km linkki 1550 nm:ssä kerää noin 6 800 ps/nm kromaattista dispersiota. Ilman kompensaatiota tämä hajautustaso tekisi jopa 2,5 Gbps:n signaalista palautumattoman.
PMD:stä tulee tärkeä tekijä ensisijaisesti 40 Gbps:n ja sitä suuremman nopeuden kohdalla tai vanhemmissa kuitulaitoksissa, joissa PMD-kerroin voi ylittää 0,5 ps/√km. Nykyaikaisilla kuiduilla on paljon tiukemmat PMD-spesifikaatiot, ja koherentit DSP-vastaanottimet sietävät huomattavasti enemmän PMD:tä kuin perinteiset suorat{3}tunnistusjärjestelmät.
DWDM-järjestelmät: Jokainen heikentynyt yhdiste
Tiheässä aallonpituus{0}}jakolanavointi (DWDM) järjestelmissä, jotka kuljettavat 40, 80 tai enemmän kanavaa C--kaistalla, hajonnan hallinta ei ole valinnaista. Jokainen kanava sijaitsee eri aallonpituudella ja kerää hieman eri määrän kromaattista dispersiota dispersion kulmakertoimen vuoksi. Tämä tarkoittaa, että saatetaan tarvita kanavakohtaista-korjausta, ei vain yhtä joukkokorjausta koko kaistalle.
Lisäksi DWDM-järjestelmissä kromaattisen dispersion ja kuitujen epälineaarisuuden (itse-vaihemodulaatio, risti-vaihemodulaatio, neljän-aallon sekoitus) välinen vuorovaikutus luo monimutkaisemman optimointiongelman. Järjestelmäsuunnittelijat ylläpitävät usein tarkoituksella pientä jäännösdispersiota jänneväliä kohden estääkseen epälineaarisen ylikuulumisen -, minkä vuoksi "nolladispersio kaikkialla" ei itse asiassa ole suunnittelun tavoite.
Optisen kuidun dispersion kompensointimenetelmät
Kuitujen valinta ja aallonpituuden suunnittelu
Perimmäisin tapa hallita hajontaa on tehdä oikeat valinnat ennen kuin kompensoivaa laitteistoa lisätään. Tämä sisältää sopivan kuitutyypin ja käyttöaallonpituuden valinnan sovellukselle.
Uusissa sovelluksissa standardi G.652.D yksimuotoinen{1}}kuitu on edelleen yleisin valinta metro- ja kaukoliikenneverkkoihin. Ultra-pitkien-sukellusvene- tai maanpäällisten yhteyksien osalta voidaan määrittää G.654.E pienihäviöinen-kuitu. Vanhemmissa verkoissa, joihin asennettiin G.653-dispersio{10}}siirretty kuitu, lähes nolladispersio 1550 nm:ssä oli etu yksikanavaisille järjestelmille, mutta siitä tuli DWDM-vastuu tehostetun neljän{14}}aaltosekoituksen - tärkeydestä.
Myös aallonpituussuunnittelulla on merkitystä. Toimiminen lähellä nolla-dispersion aallonpituutta minimoi kromaattisen dispersion, mutta voi lisätä epälineaarisia vaikutuksia. Toimiminen kauempana nolladispersiosta mahdollistaa epälineaarisen vaimennuksen, mutta vaatii kompensoinnin. Ei ole olemassa yhtä "parasta" aallonpituutta - oikea valinta riippuu järjestelmän arkkitehtuurista.
Dispersion kompensointikuitu (DCF) ja dispersion kompensointimoduulit (DCM)
Dispersiota kompensoiva kuitu on erikoiskuitu, joka on suunniteltu siten, että sillä on suuri negatiivinen kromaattinen dispersiokerroin, tyypillisesti välillä -80 - -120 ps/(nm·km) aallonpituudella 1550 nm. Lisäämällä laskettu DCF-pituus linkkiin, siirtokuidusta kertynyt positiivinen dispersio voidaan korvata. Pakattuna tätä kutsutaan dispersion kompensointimoduuliksi (DCM).
Käytännön referenssinä: kompensoimaan 80 km standardia G.652-kuitua (joka kerää noin +1,360 ps/nm dispersiota 1550 nm:ssä) tarvitaan noin 14 km DCF:tä, jonka dispersiokerroin on -95 ps/(nm·km), kuten kohdassa on mainittu.ScienceDirect-tietosanakirja DCF:stä.
DCF on tehokas ja hyvin{0}}todistettu, mutta se tarjoaa kompromisseja. Lisäkuitu lisää välityshäviötä (tyypillisesti 0,5–0,7 dB/km DCF:lle ja 0,2 dB/km lähetyskuidulle), mikä saattaa vaatia lisävahvistusta ja heikentää optisen signaalin -/-kohinasuhdetta. DCF:llä on myös pienempi tehollinen pinta-ala kuin tavallisella kuidulla, mikä tekee siitä herkemmän epälineaarisille vaikutuksille. Nämä kompromissit arvioidaan käyttämällä ansiolukua (FOM), joka määritellään hajontakertoimen ja vaimennuksen suhteena.
Chirped Fiber Bragg -ritilät (FBG)
Sirkutettu kuitu Bragg-hila kompensoi dispersiota heijastamalla eri aallonpituuksia eri kohdista hilan varrella, mikä luo aallonpituudesta{0}}riippuvan viiveen. Lyhyemmät aallonpituudet voivat heijastua lähellä hilan etuosaa, kun taas pidemmät aallonpituudet kulkevat syvemmälle ennen heijastumista tai päinvastoin. Tuloksena on säädettävä ryhmäviive, joka voi kompensoida kromaattista dispersiota.
Verrattuna DCF:ään, FBG{0}}-pohjaiset kompensaattorit ovat kompakteja, niillä on pienempi lisäyshäviö ja ne aiheuttavat merkityksettömän epälineaarisen vääristymän, kuten kuvataanRP Photonics -tietosanakirja dispersion kompensoinnista. Ne voivat kuitenkin kärsiä ryhmäviiveen aaltoilusta - pienistä jaksollisista vaihteluista viiveominaisuuksissa -, mikä voi aiheuttaa signaalin vääristymistä. Nykyaikainen valmistus on suurelta osin vähentänyt tätä ongelmaa, mutta se on edelleen suuritehoisten järjestelmien suunnittelunäkökohta.
Elektroninen dispersion kompensointi (EDC) ja digitaalinen signaalinkäsittely (DSP)
Kaikki dispersion kompensaatiot eivät tapahdu optisella alueella. Elektroninen dispersion kompensointi ja digitaalinen signaalinkäsittely vastaanottimessa voivat tasata monia kuitudispersion aiheuttamia vääristymiä.
Nykyaikaisissa koherenteissa optisissa järjestelmissä - 100G, 200G, 400G ja sen jälkeen - DSP--pohjainen kompensointi on olennainen osa vastaanottimen arkkitehtuuria. Koherentit vastaanottimet palauttavat sekä optisen signaalin amplitudin että vaiheen, mikä antaa DSP-moottorille tarpeeksi tietoa kääntääkseen digitaalisesti kromaattisen dispersion, PMD:n ja muiden lineaaristen häiriöiden käänteisen. Tämä on yksi syy, miksi koherentit 100G-järjestelmät voivat usein toimia tuhansien kilometrien yli G.652-kuitua ilman inline-optisen dispersion kompensointimoduuleja.
Suorissa-ilmaisujärjestelmissä 10G:ssä elektroninen taajuuskorjaus (syöttö-eteenpäin tasaus, maksimi-todennäköisyyssekvenssin estimointi) voi laajentaa hajonta-rajoitettua kattavuutta, mutta vaatimattomammin parannuksilla kuin koherentissa DSP:ssä. Kun päivität vanhempia linkkejä, voit valita optisen kompensaation (DCM) lisäämisen ja päivityksen välillä akoherentti lähetin-vastaanotinSisäänrakennetulla -DSP:llä riippuu hinnasta, odotetusta liikenteen kasvusta ja olemassa olevasta vahvistininfrastruktuurista.
Miksi "nolladispersio" ei ole aina tavoite?
Kuituoptiikan uudet insinöörit olettavat joskus, että ihanteellisen linkin nettohajautus olisi nolla kaikkialla. Käytännössä se ei useinkaan ole paras suunnittelukohde. Syitä on kaksi:
Ensinnäkin WDM-järjestelmissä toiminta lähellä nollaa hajontaa lisää tiettyjä epälineaarisia häiriöitä - erityisesti neljän-aallon sekoittumista -, mikä voi aiheuttaa ylikuulumista kanavien välillä. Kohtalaisen paikallisen hajautustason ylläpitäminen kullakin jänteellä itse asiassa tukahduttaa nämä vaikutukset. Kertynyt kokonaishajautus kompensoidaan sitten linkin lopussa tai säännöllisissä kompensaatiopaikoissa.
Toiseksi hajanaisuuden ylikorjaus voi tuoda omat ongelmansa. Jos kompensaatiota ei soviteta tarkasti todelliseen kertyneeseen dispersioon (ottaen huomioon lämpötilan vaihtelut, kuidun vanheneminen ja aallonpituudesta -riippuvainen dispersion jyrkkyys), jäljelle jäävä epäsuhta voi heikentää suorituskykyä. Tästä syystä teollisuus käyttää termiä "dispersion hallinta" "dispersion eliminoinnin" sijaan. Tavoitteena on pitää nettodispersio hyväksyttävän ikkunan sisällä, ei pakottaa sitä tarkalleen nollaan joka pisteessä.
Kuinka päättää, tarvitseeko linkkisi hajautuskompensointia
Sen sijaan, että käsittelisit dispersion kompensointia oletusvaatimuksena, käy läpi nämä diagnostiset kysymykset:
Mikä on kuitutyyppisi?Jos käytätmonimuotokuitu, modaalinen leviäminen on ensisijainen huolenaiheesi, ja hoidat sen kuitulaadun valinnan ja lanseerauksen ehtojen avulla - et DCM:ien tai FBG:iden avulla. Jos käytät yksimuotoista kuitua{2}}, jatka seuraavaan kysymykseen.
Mikä on linkin etäisyys ja tiedonsiirtonopeus?Karkeana ohjeena voidaan sanoa, että kromaattinen dispersio tulee merkittäväksi 10 Gbps NRZ-signaaleille noin 60–80 km:n etäisyydellä G.652-kuidulla 1550 nm:ssä. 2,5 Gbps:n toleranssi ulottuu useisiin satoihin kilometreihin. Nopeudella 40 Gbps hajontaraja putoaa noin 4–6 kilometriin ilman kompensaatiota. Korkeamman -asteen modulaatiomuodoilla (käytetään 100 G+ koherenteissa järjestelmissä) on omat hajontatoleranssin ominaispiirteensä.
Onko tämä vanha linkki vai uusi rakennelma?Vanhoissa kuitulaitoksissa DCM:ien lisääminen vahvistinpaikoille on yleinen ja todistettu lähestymistapa. Uusissa sovelluksissa oikean kuitutyypin valitseminen ja koherenttien lähetin-vastaanottimien suunnittelu DSP:llä voi olla kustannustehokkaampaa- kuin optisen kompensoinnin rakentaminen alusta alkaen.
Mitä vastaanotintekniikkaa käytät?Koherentti vastaanotin DSP:llä voi kompensoida digitaalisesti kymmeniä tuhansia ps/nm kromaattista dispersiota. Suoran-tunnistusvastaanottimen toleranssi on paljon pienempi. Thelähetin-vastaanotinmoduulispesifikaatio on avainsyöte hajautusbudjetin laskennassa.
Onko PMD tekijä?Tarkista kuitukasvisi PMD-ominaisuus. Nykyaikaisessa G.652.D-kuidussa PMD ei todennäköisesti aiheuta huolta alle 40 Gbps:n nopeudella. Vanhemmissa kuiduissa, joilla on tuntematon PMD-historia, testaus ennen käyttöönottoa on suositeltavaa.
Käytännön skenaariot: Hajautustiedon soveltaminen todellisiin linkkeihin
Skenaario 1: Enterprise Data Center Multimode Link
Kampuksen datakeskus, joka yhdistää kaksi 150 metrin päässä toisistaan olevaa rakennusta OM4-monimuotokuidun avulla 10 Gbps (850 nm) nopeudella. Tällä etäisyydellä modaalinen kaistanleveys on hyvin OM4-spesifikaatiossa (4700 MHz·km efektiivinen modaalinen kaistanleveys). Kromaattinen dispersio 850 nm:ssä on läsnä, mutta tällä pituudella merkityksetön. Erillistä hajautuskompensointia ei tarvita. Ensisijainen suunnittelunäkökohta on asianmukaisuuden varmistaminenkaapelin asennuslaatu ja liitinten puhtaus säilytettäväksilisäyshäviöbudjetin sisällä.
Skenaario 2: Metro Single{1}}Mode Link 10 Gbps
Pääkaupunkiseudun verkko-operaattori, joka käyttää 10G DWDM:ää 120 km G.652.D-kuitua 1550 nm:ssä. Kertynyt kromaattinen dispersio on noin 2040 ps/nm. Tämä ylittää tyypillisen toleranssiikkunan 10G NRZ-suora-tunnistusvastaanottimelle (noin 1 000–1 200 ps/nm). Operaattori ottaa käyttöön DCM:n keskivälivahvistimessa{15}}, jotta nettodispersio saadaan toleranssiin. Tämän modernin kuidun PMD on selvästi alle 0,1 ps/√km, eikä se vaadi erillistä käsittelyä nopeudella 10 Gbps.
Skenaario 3: Long Haul Coherent 100G Transport
Pitkä-800 km:n matkayhteys G.652.D-kuidulla EDFA-vahvistuksella 80 km:n välein kuljettaen 100G DP-QPSK-liikennettä. Kromaattinen kokonaisdispersio ylittää 13 000 ps/nm. Koherentin vastaanottimen DSP kuitenkin kompensoi kromaattista hajoamista digitaalisesti, mikä eliminoi rivin DCM:ien tarpeen. Vahvistimen sivuston suunnittelu keskittyy kohinan hallintaan ja OSNR-optimointiin optisen dispersion kompensoinnin sijaan. Koherentin vastaanottimen PMD-toleranssi on tyypillisesti 20–30 ps DGD:stä, mikä on selvästi tämän kuitulaitoksen tuottamaa luokkaa. Lopputuloksena on yksinkertaisempi, edullisempi{15}}vahvistinketju verrattuna vanhaan 10G:n suoraan{17}}tunnistusjärjestelmään samalla reitillä.
Yleisiä virheitä arvioitaessa kuidun dispersiota
Hämmentävä dispersio ja vaimennus.Kuten edellä mainittiin, nämä ovat erilaisia vaurioita. Linkki, joka ohittaa optisen tehobudjettinsa, voi silti epäonnistua liiallisesta hajaantumisesta. Laske aina molemmat budjetit.
Käsittelee kaikkia dispersiotyyppejä keskenään vaihdettavina.Modaalinen dispersio monimuotokuidussa, kromaattinen dispersio yksimuotokuidussa ja PMD johtuvat eri mekanismeista, vaikuttavat eri järjestelmätyyppeihin ja vaativat erilaisia lieventämisstrategioita. DCM:n käyttäminen monimuotolinkissä tai modaalisen kaistanleveysongelmien korjaaminen koherentilla vastaanottimella olisi tekniikan väärinkäyttöä.
Olettaen, että korvaus vaaditaan aina.monetvalokuitukaapeliyhteydet ja lyhyen{0}}kattavuuden linkit toimivat hyvin hajautustoleranssinsa rajoissa. Tarpeettoman korvauslaitteiston lisääminen lisää kustannuksia, lisäyshäviöitä ja järjestelmän monimutkaisuutta. Aloita aina linkkibudjetista, älä oletusoletuksesta.
Hajautuskaltevuus huomioimatta.DWDM-järjestelmissä kromaattinen dispersiokerroin vaihtelee aallonpituuskaistalla. DCM, joka kompensoi täydellisesti keskikanavan, voi jättää reunakanaviin merkittävän jäännösdispersion. Laajakaistajärjestelmissä voidaan tarvita kaltevuus-sovitettuja kompensointimoduuleja tai-kanavakohtaisia viritettäviä kompensaattoreita.
Näköala kuitukasvien kirjaamiseen.Tarkka tieto asennetusta kuidun tyypistä, pituudesta ja mitatusta dispersiosta on välttämätöntä kompensoinnin suunnittelussa. Yleisten arvojen olettaminen, kun todellisia laitostietoja on saatavilla, on yleinen suunnittelumarginaalihukkaa tai, mikä pahempaa, alikompensaatiota.
Usein kysytyt kysymykset
Mikä on optinen kuitudispersio yksinkertaisesti sanottuna?
Se on valopulssien leviämistä niiden kulkeessa kuidun läpi, mikä johtuu signaalin eri osien saapumisesta eri aikoina. Tuloksena on epäselviä pulsseja, jotka vähentävät vastaanottimen kykyä palauttaa lähetetty data.
Mitkä ovat valokuitudispersion päätyypit?
Kolme pääluokkaa ovat modaalinen dispersio (dominoiva monimuotokuiduissa), kromaattinen dispersio (dominoiva yksimuotokuidussa) ja polarisaatiomuodon dispersio (olennainen suurilla bittinopeuksilla yksimuotoisissa järjestelmissä). Kromaattinen dispersio koostuu lisäksi materiaalidispersiosta ja aaltoputkidispersiosta.
Minkä tyyppisellä dispersiolla on eniten merkitystä yksimuotokuidusta{0}}?
Kromaattinen dispersio on suurin huolenaihe useimmille yksimuotoisille{0}}kuitulinkeille. PMD:stä tulee lisäksi merkityksellinen 40 Gbps:n ja sitä suuremmalla nopeudella, erityisesti vanhemmissa kuiduissa, joissa on korkeammat PMD-kertoimet. Modaalidispersiota ei esiinny yksimuotokuidussa-, koska vain yksi moodi etenee.
Miten kromaattinen dispersio kompensoidaan?
Kolme pääasiallista lähestymistapaa ovat: optinen kompensointi käyttämällä DCF/DCM- tai kuitu-Bragg-hiloja; elektroninen kompensointi DSP:llä vastaanottimessa (erityisesti koherenteissa järjestelmissä); ja ennaltaehkäisy asianmukaisen kuitutyypin valinnan ja aallonpituuden suunnittelun avulla. Nykyaikaisissa verkoissa DSP{1}}pohjainen kompensointi johdonmukaisestioptiset lähetin-vastaanottimeton yhä useammin oletustapa nopeille{0}}linkeille.
Tarvitseeko jokainen kuitulinkki hajautuskompensointia?
Ei. Lyhyet linkit ja hitaamman nopeuden-järjestelmät toimivat usein hyvin hajontatoleranssinsa rajoissa ilman erityistä kompensaatiota. Tarve riippuu kuitutyypin, etäisyyden, tiedonsiirtonopeuden, aallonpituuden ja vastaanottimen herkkyyden yhteisvaikutuksesta. Kunnollinen linkkibudjettilaskelma tulee aina edeltää korvauspäätöksiä.
Mikä aiheuttaa dispersion optisessa kuidussa?
Dispersio johtuu optisen signaalin komponenttien välisistä etenemisnopeuksien eroista. Monimuotokuidussa eri tilamoodit kulkevat eri polkuja. Yksimuotoisessa kuidussa eri aallonpituudet kulkevat eri nopeuksilla kuidun materiaali- ja aaltoputkiominaisuuksien vuoksi. Kahtaistaitteisuus kuidussa aiheuttaa sen, että kaksi polarisaatiotilaa kokevat erilaisia viiveitä.
Onko nolladispersio aina ihanteellinen kohde?
Ei käytännössä. WDM-järjestelmissä pieni määrä paikallista dispersiota kussakin kuituvälissä auttaa estämään epälineaarisia häiriöitä, kuten neljän -aallon sekoittumista. Suunnittelun tavoitteena on hallita nettodispersiota vastaanottimen hyväksyttävässä ikkunassa, ei poistaa sitä jokaisessa linkin kohdassa.
Johtopäätös
Valokuitudispersio on vaimennuksen ja epälineaaristen vaikutusten ohella yksi tärkeimmistä siirtohäiriöistä kuituoptisissa verkoissa. Ensimmäinen askel kohti tehokasta hallintaa on sen ymmärtäminen, minkä tyyppinen hajonta vaikuttaa tiettyyn järjestelmääsi - modaalinen, kromaattinen tai PMD -. Seuraava askel on oikean lieventämisstrategian sovittaminen linkkiin: kuidun valinta, optinen kompensointi, elektroninen kompensointi tai yksinkertaisesti vahvistaminen, ettei kompensaatiota tarvita.
kanssa työskenteleville insinööreilleyksimuotokuitu-metro- ja kaukoliikenneverkoissa{0}}kromaattisen hajonnan hallinta on edelleen suunnittelun ydinala. Niille, jotka käyttävätmonimuotokuituLyhyemmissä{0}}kattavuussovelluksissa modaalisen kaistanleveyden rajoitusten ymmärtäminen on yhtä tärkeää. Ja kun yhtenäinen DSP kehittyy, raja "dispersion-limited" ja "DSP-manageable" välillä liikkuu jatkuvasti -, mikä tekee hajaantumisesta entistä tärkeämpää lähestyä järjestelmä-tason suunnitteluongelmaa yksittäisen-komponentin korjauksen sijaan.
