Дисперзија оптичких влакана је ширење светлосног импулса док путује кроз влакно. Када се импулси шире предалеко, они се преклапају на пријемнику, узрокујући грешке битова које ограничавају и пропусни опсег и домет. У једној-вези од 10 Гбпс, која ради 80 км на 1550 нм, на пример, акумулирана хроматска дисперзија може да премаши 1300 пс/нм - довољно да се дијаграм ока потпуно затвори ако се не управља.
За мрежне инжењере и дизајнере система, практично питање је ретко "Шта је дисперзија?" већ пре "Која врста дисперзије је доминантна у мојој вези и да ли захтева компензацију?" Овај водич даје одговор на то питање пролазећи кроз главне механизме дисперзије, њихове узроке и методе компензације које су данас доступне - од старих ДЦФ модула до модерног кохерентног ДСП-а.
Шта је дисперзија оптичких влакана?
Дисперзија значи да кратки оптички импулс не остаје кратак док се шири кроз влакно. Временом се шири. Што се више шири, пријемнику постаје теже да разликује један бит од другог. ПремаИТУ{0}}Т Г.652 стандард, коефицијент хроматске дисперзије стандардног једномодног-модног влакна је специфициран на приближно 17 пс/(нм·км) близу 1550 нм -, што је параметар који директно управља брзином ширења импулса на даљину.
Дисперзија није један ефекат. На различите типове влакана и архитектуру система утичу различити механизми. Инвишемодно влакно, доминира модална дисперзија. Инједномодно{0}}оптично влакно, хроматска дисперзија и дисперзија поларизационог мода су кључне бриге. Разумевање који механизам се примењује на ваш тип влакана је први корак ка правој одлуци о дизајну.
Шта узрокује дисперзију оптичких влакана?
Дисперзија произилази из физичких својстава влакна и извора светлости. Сваки тип дисперзије има посебан узрок:
Модална дисперзијаје узроковано постојањем вишеструких путања (мода) ширења у вишемодном влакну. Режими вишег{1}}реда путују дужим ефективним путањама од режима нижег{2}}реда, тако да стижу до примаоца у различито време. Резултат је проширење пулса које се погоршава са растојањем. Због тога вишемодно влакно има инхерентна ограничења досега - ОМ3 влакно које подржава 10ГБАСЕ-СР, на пример, је оцењено на само 300 метара.
Хроматска дисперзијаје узрокован индексом преламања стакла који зависи од-таласне дужине. Пошто ниједан ласер не емитује савршено једну таласну дужину, различите спектралне компоненте путују незнатно различитим брзинама. Хроматска дисперзија има две под-компоненте: дисперзију материјала (из самог стакла) и дисперзију таласовода (из геометрије омотача-језгра влакна). Њихов комбиновани ефекат одређује укупну хроматску дисперзију на било којој таласној дужини. Стандардно Г.652 влакно има таласну дужину нулте-дисперзије близу 1310 нм, због чега су стари системи често тамо радили. На 1550 нм - жељени прозор за дуге-раздаље иДВДМ преносзбог нижег слабљења - хроматска дисперзија се значајно акумулира и њоме се мора управљати у било којој вези која је удаљена више од неколико десетина километара при 10 Гбпс или више.
Дисперзија режима поларизације (ПМД)је узрокована асиметријама у језгру влакна. У идеалном влакну, два стања ортогоналне поларизације би путовала потпуно истом брзином. У пракси, несавршености у производњи, механички стрес и температурне варијације уводе дволомност која узрокује да једно поларизационо стање стигне мало испред другог. ПМД је статистички ефекат - он варира са временом и дуж влакна - што отежава компензацију са фиксним оптичким елементима. Обично постаје проблем дизајна у старим 10Г и 40Г везама које прелазе 200–300 км, или у системима који поново користе старију електрану са већим ПМД коефицијентима (изнад 0,5 пс/√км).
Три главне врсте дисперзије оптичких влакана
Модална дисперзија
Модална дисперзија је доминантни лимитатор пропусног опсега у мултимодном влакну. То се дешава зато што вишемодно влакно подржава стотине или чак хиљаде модова пропагације, од којих сваки прати мало другачији пут кроз језгро. Вишемодно влакно са степенастим-индексом (ОМ1 до ОМ5) смањује модалну дисперзију варирањем профила индекса преламања у језгру, управљајући режимима вишег{5}}редоследа тако да се на време приближавају режимима нижег{6}}реда. Чак и тако, ефективни модални пропусни опсег влакна поставља чврсти плафон на производ брзине преноса × удаљености. У близини тог плафона ради окосница кампуса која ради 10Г преко ОМ3 на 300 м; превазилажење тога обично захтева прелазак на једно{12}}модно влакно, а не на компензатор дисперзије.
Хроматска дисперзија
Хроматска дисперзија је примарно пројектовано оштећење у системима са једним-модом дугог домета- и ДВДМ системима. Његова величина зависи од три фактора: коефицијента дисперзије влакна, спектралне ширине извора и удаљености везе. За стандардно Г.652 влакно на 1550 нм, акумулирана дисперзија на 100 км је отприлике 1700 пс/нм. При 10 Гбпс (НРЗ модулација), толеранција дисперзије је приближно 1.000 пс/нм, што значи да је некомпензована веза на 1550 нм ограничена на око 60 км том брзином.
Једна нијанса вредна пажње: умерена количина хроматске дисперзије може заправо користити ДВДМ системима. Као што је описано у Цорнинговој белој књизи одизајн влакана за ДВДМ мреже, резидуална дисперзија смањује ефикасност усклађивања фаза четворо-мешања таласа (ФВМ) -, што је нелинеарни ефекат који деградира канале који су у непосредној близини. Због тога су развијена влакна са померањем без{3}}нулте дисперзије- (Г.655 и Г.656): одржавају малу, али различиту од нуле дисперзију на 1550 нм да потисну ФВМ, а истовремено одржавају укупну дисперзију којом се може управљати.
Дисперзија режима поларизације (ПМД)
ПМД је обично проблем другог{0}}реда у поређењу са хроматском дисперзијом, али постаје значајан у одређеним сценаријима. Наслеђени системи високе{2}}битне брзине (40 Гбпс и више) су осетљивији на ПМД јер краћи периоди битова остављају мању маргину за диференцијално групно кашњење (ДГД). Везе које пролазе преко старијих влакана са ПМД коефицијентима изнад 0,5 пс/√км - уобичајеним у кабловима инсталираним пре средине -1990-их – могу наићи на ограничења ПМД пре граница хроматске дисперзије. У овим случајевима, ПМД мерење и карактеризација постају део процеса прихватања везе. Модерна кохерентнатранспондерирукују ПМД компензацијом у ДСП-у, што је значајно смањило ПМД као самосталну препреку за примену у новим верзијама.
Која врста дисперзије је важна у вашој вези?
Одговор зависи од вашег типа влакна, удаљености, брзине преноса података и архитектуре система. Ево практичног оквира за одлучивање:
Корак 1: Идентификујте тип влакна.Ако радите са вишемодним влакнима (ОМ1–ОМ5), модална дисперзија је ваша примарна брига. Хроматска дисперзија и ПМД су занемарљиви на типичним вишемодним растојањима. Ако радите са једним-модним влакном (ОС1 или ОС2), пређите на корак 2.
Корак 2: Размотрите таласну дужину.На 1310 нм, хроматска дисперзија у Г.652 влакну је близу нуле, тако да је ретко потребна компензација чак и на умереним растојањима. На 1550 нм, дисперзија се акумулира на отприлике 17 пс/(нм·км), а планирање компензације је потребно за дуже везе.
Корак 3: Процените брзину преноса података.Веће брзине преноса имају уже толеранције дисперзије. 10Г НРЗ сигнал толерише отприлике 1.000 пс/нм; 40Г НРЗ сигнал толерише само око 60 пс/нм. Кохерентни 100Г/400Г системи користе напредну модулацију и ДСП који значајно повећавају толеранцију дисперзије.
Корак 4: Проверите архитектуру система.У вези за директно откривање{0}}до-тачка-, можда ће вам требати екстерна компензација дисперзије. У модерном кохерентном ДВДМ систему, транспондер ДСП типично управља хроматском дисперзијом и ПМД дигитално, често елиминишући потребу за самосталним модулима компензације.
Када вам је потребна компензација дисперзије?
Није за сваку везу потребна посебна фаза компензације. 10Г веза са једним-режимом, која ради 20 км на 1310 нм, на пример, акумулира занемарљиву хроматску дисперзију и не треба јој уопште компензацију. Али компензација постаје неопходна када се неколико услова конвергира:
Веза ради на 1550 нм на удаљеностима где акумулирана хроматска дисперзија премашује толеранцију пријемника. Брзина преноса података је 10 Гбпс или више са оптиком за директну{3}}откривање. Систем је ДВДМ транспортна мрежа са чврстимбуџет оптичке снагеи захтеви за умањење вредности. Или фабрика влакана зна да има проблеме са ПМД - старијим кабловима, ваздушним путевима подложним оптерећењу ветром или инсталацијама високог{2}}напрезања.
Практично правило: ако већ радите планирање буџета за повезивање и умањења вредности, процените дисперзију у истој фази. Решавање проблема током пројектовања је много лакше него решавање повремених грешака након постављања.
Упоређене методе компензације дисперзије
Постоје три главна приступа за управљање дисперзијом у везама влакана. Сваки од њих одговара различитом контексту система.
Влакна за компензацију дисперзије (ДЦФ)
ДЦФ је специјално дизајнирано влакно са великим негативним коефицијентом дисперзије (обично −80 до −100 пс/(нм·км) на 1550 нм). Израчуната дужина ДЦФ-а се убацује у везу - обично на местима појачала - да би се надокнадила позитивна хроматска дисперзија акумулирана у предајном влакну. ДЦФ је био стандардни метод компензације у 10Г дугим-системима и старим ДВДМ системима више од две деценије. Његови главни недостаци су додатни губитак уметања (захтева додатно појачање), повећана латенција и додатни нелинеарни ефекти због мале ефективне површине ДЦФ-а.
Фибер Брагг решетка (ФБГ)
Компензатори дисперзије засновани на ФБГ{0}}у користе структуру периодичног индекса преламања уписану у кратки део влакна. Решетка ствара кашњења рефлексије зависна од таласне дужине{2}} која поништавају дисперзију акумулирану током преноса. ФБГ модули су компактнији од ДЦФ споол-а и уносе мање кашњења. Доступни су у варијантама фиксне{5}}дисперзије и подесивих. Подесиви ФБГ-ови су посебно корисни у реконфигурабилним ДВДМ мрежама где се мапа дисперзије може променити како се канали додају или преусмеравају.
Електронска и дигитална обрада сигнала (ДСП)
Савремени кохерентни оптички системи компензују дисперзију дигитално у ДСП пријемнику. Кохерентни пријемник хвата и амплитуду и фазу оптичког поља, што даје довољно информација за ДСП да преокрене хроматску дисперзију и ПМД рачунарски. Како је документовано одИЕЕЕ 802.3радне групе и индустријске имплементације, кохерентни 100Г, 400Г и 800Г транспондери рутински компензују десетине хиљада пс/нм хроматске дисперзије у ДСП - елиминишући у потпуности потребу за инлине ДЦФ или ФБГ модулима. Ова промена је суштински променила дизајн мреже{5}}на даљину: новије кохерентне ДВДМ примене обично изостављају самостални хардвер за компензацију дисперзије.
ДЦФ против ФБГ против ДСП
| Параметар | ДЦФ | ФБГ | ДСП (кохерентан) |
|---|---|---|---|
| Компензациони домен | Оптицал | Оптицал | Елецтрониц |
| Типична примена | 10Г дуготрајне{1}}, застарели ДВДМ | ДВДМ, реконфигурабилне мреже | 100Г/400Г/800Г кохерентни системи |
| Хандлес ПМД? | бр | Не (дјелимично је цвркутао ФБГ) | Да |
| Додати губитак уметања | Висок (5–10 дБ типично) | Ниска до умерена | Ништа (електронски) |
| Подешавање | Фикед | Фиксно или подесиво | Потпуно прилагодљив |
| Величина и распоред | Велики калеми влакана на местима појачала | Компактни модули | Уграђен у транспондер |
| Релевантност у новоградњи | У паду | Ниша | Стандард |
Како одабрати праву стратегију компензације
Застарели 10Г или пројектовани ДВДМ системи
У мрежама изграђеним око 10Г директне-детекције или раних ДВДМ платформи, оптичка-компензација домена са ДЦФ или ФБГ често је већ део дизајна линијског система. Ови системи се ослањају на пажљиве мапе дисперзије - планиране секвенце позитивних и негативних сегмената дисперзије - да задрже акумулирану дисперзију унутар толеранције пријемника на сваком распону појачала. Ако одржавате или проширујете такву мрежу, радите у оквиру постојеће мапе дисперзије уместо да редизајнирате приступ компензације. Заменски ДЦФ модули или подесиви ФБГ компензатори су овде стандардни алати.
Савремени кохерентни оптички системи
Ако веза користи кохерентне транспондере (100Г, 400Г или више), ДСП интерно управља хроматском дисперзијом и ПМД компензацијом. Разговор о дизајну прелази са „Који ДЦМ модул ми треба?“ на "Колика је укупна акумулирана дисперзија и да ли је унутар ДСП опсега транспондера?" Већина модерних кохерентних транспондера толерише преко 50.000 пс/нм хроматске дисперзије - што је еквивалентно више од 3.000 км Г.652 влакана на 1550 нм. У овим системима, самостални ДЦФ или ФБГ модули додају непотребан губитак и сложеност. Уклањање застарелог ДЦФ-а приликом надоградње на кохерентан је уобичајен и добро{12}}документован корак оптимизације у{13}}модернизацији мреже на даљину.
Мултимоде Схорт{0}}Везе за досег
За вишемодне везе у окружењу кампуса или центара података, производи за компензацију хроматске дисперзије су ирелевантни. Ограничење пропусног опсега је модално, а не хроматско. Ако вишемодна веза не испуњава захтеве перформанси, прве ствари које треба проверити су квалитет влакана (ОМ3 вс ОМ4 вс ОМ5), дужина везе у односу на стандард апликације, квалитет конектора икомпатибилност примопредајника. Надоградња на вишемодно влакно-вишег квалитета или прелазак на једно{2}}модно влакно и оптику је практичан пут - без додавања компензатора дисперзије.
Уобичајене грешке и заблуде
Под претпоставком да је свака дисперзија штетна.У ДВДМ системима, контролисана количина хроматске дисперзије потискује мешање четири-таласа и друге нелинеарне казне. Влакна без-нулте дисперзије-померена (Г.655) су дизајнирана посебно да одрже ову корисну заосталу дисперзију на 1550 нм.
Под претпоставком да је за сваку везу потребна компензација.10Г веза на 1310 нм преко 40 км Г.652 влакна добро функционише у оквиру толеранције хроматске дисперзије. Многим пословним и метро везама уопште није потребна надокнада - оптика и влакна то инхерентно носе.
Под претпоставком да једно{0}}модно влакно нема дисперзију.Једномодно влакно{0}}елиминише модалну дисперзију, али хроматска дисперзија и ПМД остају. На 1550 нм, хроматска дисперзија у Г.652 влакнима је значајна и мора се узети у обзир у било ком дизајну-дохвата.
Избор методе компензације пре идентификације доминантног оштећења.ДЦФ се бави само хроматском дисперзијом. ФБГ се бави само хроматском дисперзијом. ДСП у кохерентним системима адресира и хроматску дисперзију и ПМД. Одабир методе прије него што се схвати које је оштећење доминантно, доводи до изгубљеног труда и буџета.
Често постављана питања
Да ли једно{0}}модно влакно има дисперзију?
Да. Једномодно- влакно елиминише модалну дисперзију јер подржава само један режим ширења, али и даље показује хроматску дисперзију и дисперзију поларизационог режима. Хроматска дисперзија у стандардном Г.652 једномодном влакну је приближно 17 пс/(нм·км) на 1550 нм и близу нуле на 1310 нм.
Која је разлика између модалне и хроматске дисперзије?
Модална дисперзија је узрокована вишеструким светлосним путевима (модовима) који долазе у различито време у вишемодно влакно. Хроматска дисперзија је узрокована различитим таласним дужинама које путују различитим брзинама у било ком типу влакана, мада је то првенствено проблем у системима са једним{1}} модом. Модална дисперзија утиче само на мултимодна влакна; хроматска дисперзија утиче и на вишемодна и на једномодна-модна влакна, али је пројектована првенствено у једномодним-везама са дугим дометом{5}}.
Када је потребна компензација дисперзије?
Компензација је обично неопходна када веза једног-режима на 1550 нм премашује толеранцију хроматске дисперзије пријемника -, на пример, отприлике 60 км при 10 Гбпс са НРЗ модулацијом на Г.652 влакну. У кохерентним системима (100Г и више), транспондер ДСП интерно компензује дисперзију, тако да су самостални модули за компензацију обично непотребни.
Може ли кохерентна оптика елиминисати потребу за ДЦФ?
У већини случајева да. Модерни кохерентни транспондери компензују хроматску дисперзију и ПМД дигитално, са типичном ЦД толеранцијом која прелази 50.000 пс/нм. Многи оператери активно уклањају застарели ДЦФ приликом надоградње на кохерентне платформе, јер ДЦФ додаје губитак уметања без пружања користи са којима ДСП не може да се носи.
Шта узрокује дисперзију оптичких влакана?
Основни узроци зависе од врсте. Модална дисперзија је узрокована вишеструким путевима пропагације у мултимодном влакну. Хроматска дисперзија је узрокована зависношћу индекса преламања стакла од таласне дужине и структуре таласовода влакана. ПМД је узрокован асиметријама и стресом у језгру влакна који стварају различите брзине за два поларизациона стања светлости.
Планирање ваше оптичке везе
Разумевање дисперзије је један део веће слагалице за дизајн везе која укључује слабљење, губитак конектора и буџетирање оптичке снаге. Ако дизајнирате или надограђујете оптичку мрежу - било да је то кратка окосница кампуса или дуга{2}}транспортна рута -, почните тако што ћете идентификовати тип влакна, радну таласну дужину и брзину преноса података. Та три параметра одређују који је механизам дисперзије битан и да ли је потребна компензација.
За помоћ при избору правих компоненти оптичке инфраструктуре - укључујућивлакнасти патцх каблови, конекторе и склопове каблова који одговарају вашим захтевима везаним - истражитеДимијева решења за оптичка влакнаиликонтактирајте наш инжењерски тимза{0}}конкретна упутства за пројекат.
