Optilise kiu dispersioon on valgusimpulsi laienemine, kui see liigub läbi kiu. Kui impulsid levivad liiga kaugele, kattuvad need vastuvõtjas, põhjustades bitivigu, mis piiravad nii ribalaiust kui ka ulatust. Näiteks 10 Gbps ühe-režiimi lingi puhul, mis kulgeb 80 km pikkusel lainepikkusel 1550 nm, võib akumuleeritud kromaatiline dispersioon ületada 1300 ps/nm -, mis on piisav silmadiagrammi täielikuks sulgemiseks, kui seda ei hallata.
Võrguinseneride ja süsteemidisainerite jaoks on praktiline küsimus harva: "Mis on dispersioon?" vaid pigem "Mis tüüpi hajuvus on minu lingis domineeriv ja kas see nõuab kompensatsiooni?" See juhend vastab sellele küsimusele, uurides peamisi hajutamismehhanisme, nende põhjuseid ja tänapäeval saadaolevaid kompenseerimismeetodeid - alates pärand-DCF-moodulitest kuni kaasaegse sidusa DSP-ni.
Mis on optilise kiu dispersioon?
Dispersioon tähendab, et lühike optiline impulss ei jää lühikeseks, kui see levib läbi kiudude. See levib aja jooksul. Mida rohkem see levib, seda raskem on vastuvõtjal üht bitti teisest eristada. VastavaltITU-T G.652 standard, on standardse ühemoodilise-kiu kromaatilise dispersiooni koefitsient määratud ligikaudu 17 ps/(nm·km) 1550 nm lähedal - parameeter, mis määrab otseselt impulsside laienemise kauguse jooksul.
Dispersioon ei ole üksainus mõju. Erinevaid kiutüüpe ja süsteemiarhitektuure mõjutavad erinevad mehhanismid. sissemitmemoodiline kiud, domineerib modaalne dispersioon. sisseühemoodi{0}}kiud, kromaatiline dispersioon ja polarisatsioonirežiimi dispersioon on peamised probleemid. Teie kiutüübile kohaldatava mehhanismi mõistmine on esimene samm õige disainiotsuse suunas.
Mis põhjustab optilise kiu dispersiooni?
Dispersioon tuleneb kiu ja valgusallika füüsikalistest omadustest. Igal dispersioonitüübil on oma põhjus:
Modaalne dispersioonon põhjustatud mitme levimistee (režiimi) olemasolust mitmemoodilises kius. Kõrgema-järjekorra režiimid läbivad pikemaid tõhusaid teid kui madalama-järjekorra režiimid, nii et need jõuavad vastuvõtjani erinevatel aegadel. Tulemuseks on pulsi laienemine, mis süveneb kaugusega. Seetõttu on mitmemoodilisele kiule omased ulatusepiirangud - näiteks 10 GBASE-d toetav OM3 kiud- on ainult 300 meetrit.
Kromaatiline dispersioonon põhjustatud klaasi lainepikkusest{0}}sõltuv murdumisnäitaja. Kuna ükski laser ei kiirga täiuslikult ühte lainepikkust, liiguvad erinevad spektrikomponendid veidi erineva kiirusega. Kromaatilisel dispersioonil on kaks alam-komponenti: materjali dispersioon (klaasist endast) ja lainejuhi dispersioon (kiu südamiku-katte geomeetriast). Nende koosmõju määrab kromaatilise hajuvuse kogu lainepikkusel. Standardse G.652 kiu dispersioonilainepikkus on null- 1310 nm lähedal, mistõttu töötasid seal sageli pärandsüsteemid. 1550 nm juures - eelistatud aken pikamaa{13}}vahemaa jaDWDM ülekanneväiksema sumbumise tõttu - koguneb kromaatiline dispersioon märkimisväärselt ja seda tuleb hallata mis tahes lingis, mis asub kaugemal kui mõnikümmend kilomeetrit kiirusel 10 Gbps või rohkem.
Polarisatsioonirežiimi dispersioon (PMD)on põhjustatud kiudude südamiku asümmeetriast. Ideaalses kius liiguksid kaks ortogonaalset polarisatsiooni olekut täpselt sama kiirusega. Praktikas toovad tootmispuudused, mehaaniline pinge ja temperatuurikõikumised kaasa kaksikmurdumise, mis põhjustab ühe polarisatsiooni oleku saavutamise teisest veidi ees. PMD on statistiline efekt - see muutub ajas ja piki kiudu -, mis muudab fikseeritud optiliste elementidega kompenseerimise raskemaks. Tavaliselt muutub see disainiprobleemiks 10G ja 40G pärandühenduste puhul, mille pikkus ületab 200–300 km, või süsteemides, mis taaskasutavad kõrgemate PMD-koefitsientidega (üle 0,5 ps/√km) vanemaid kiudelektrijaamu.
Optilise kiu dispersiooni kolm peamist tüüpi
Modaalne dispersioon
Modaalne dispersioon on mitmemoodilise kiu domineeriv ribalaiuse piiraja. See tekib seetõttu, et mitmemoodiline kiud toetab sadu või isegi tuhandeid levimisrežiime, millest igaüks järgib südamiku kaudu veidi erinevat teed. Gradeeritud-indeksiga mitmemoodiline kiud (OM1 kuni OM5) vähendab modaalset hajutatust, muutes murdumisnäitaja profiili kogu südamikus, juhtides kõrgema-järgu režiime, nii et need jõuavad õigel ajal lähemale madalama-järjekorra režiimidele. Sellegipoolest seab kiu efektiivne modaalne ribalaius bitikiirus × kaugusproduktile kõva lae. Selle lae lähedal töötab ülikoolilinnaku magistraal, mis töötab 10G üle OM3 300 m kõrgusel; sellest kaugemale jõudmiseks on tavaliselt vaja minna üle ühemoodilisele{12}}kiule, mitte dispersioonikompensaatorile.
Kromaatiline dispersioon
Kromaatiline dispersioon on ühe{0}}režiimi pika ulatusega-- ja DWDM-süsteemide peamine kahjustus. Selle suurus sõltub kolmest tegurist: kiu dispersioonikoefitsient, allika spektraallaius ja lingi kaugus. Standardse G.652 kiu puhul lainepikkusel 1550 nm on akumuleeritud dispersioon 100 km ulatuses ligikaudu 1700 ps/nm. 10 Gbps juures (NRZ modulatsioon) on dispersiooni tolerants ligikaudu 1000 ps/nm, mis tähendab, et 1550 nm juures on kompenseerimata ühendus selle kiirusega ligikaudu 60 km.
Üks nüanss väärib märkimist: mõõdukas kromaatilise dispersiooni kogus võib DWDM-süsteemidele tegelikult kasu tuua. Nagu on kirjeldatud Corningi valges raamatuskiudoptiline disain DWDM-võrkude jaoks, vähendab jääkdispersioon nelja-lainete segamise (FWM) - faaside sobitamise efektiivsust. See on mittelineaarne efekt, mis halvendab tihedalt asetsevaid kanaleid. Seetõttu töötati välja mitte-nulldispersiooni-nihkega kiud (G.655 ja G.656): need säilitavad 1550 nm juures väikese, kuid nullist erineva dispersiooni, et pärssida FWM-i, hoides samal ajal kogu dispersiooni juhitavana.
Polarisatsioonirežiimi dispersioon (PMD)
PMD on tavaliselt kromaatilise dispersiooniga{0}}teise järgu probleem, kuid teatud stsenaariumide korral muutub see oluliseks. Suure bitikiirusega-pärandsüsteemid (40 Gbps ja rohkem) on PMD suhtes tundlikumad, kuna lühemad bitiperioodid jätavad diferentsiaalgrupi viivituse (DGD) jaoks vähem varu. Lingid, mis kulgevad üle vanema kiu, mille PMD koefitsient on üle 0,5 ps/√km -, on levinud kaablites, mis on paigaldatud enne -1990. aastate keskpaika – võib esineda PMD piiranguid enne kromaatilise hajumise piire. Sellistel juhtudel muutuvad PMD mõõtmine ja iseloomustamine lingi aktsepteerimise protsessi osaks. Kaasaegne sidustransponderidhakkama PMD kompensatsiooniga DSP-s, mis on oluliselt vähendanud PMD-d kui eraldiseisva juurutusbarjääri uutes versioonides.
Millist tüüpi dispersioon on teie lingis oluline?
Vastus sõltub teie kiu tüübist, kaugusest, andmeedastuskiirusest ja süsteemi arhitektuurist. Siin on praktiline otsustusraamistik:
1. samm: tehke kindlaks kiu tüüp.Kui töötate mitmemoodilise kiuga (OM1–OM5), on teie peamine mure modaalne hajutamine. Kromaatiline dispersioon ja PMD on tüüpilistel mitmerežiimilistel vahemaadel tühised. Kui töötate ühemoodi-kiuga (OS1 või OS2), liikuge 2. sammu juurde.
2. samm: kaaluge lainepikkust.1310 nm juures on G.652 kiu kromaatiline dispersioon nullilähedane, mistõttu vajab see harva kompenseerimist isegi mõõdukate vahemaade korral. Lainepikkusel 1550 nm koguneb dispersioon ligikaudu 17 ps/(nm·km) juures ja pikemate linkide puhul on vaja kompensatsiooni planeerimist.
3. samm: hinnake andmeedastuskiirust.Suurematel bitikiirustel on väiksemad dispersioonitolerantsid. 10G NRZ signaal talub ligikaudu 1000 ps/nm; 40G NRZ signaal talub ainult umbes 60 ps/nm. Sidusad 100G/400G süsteemid kasutavad täiustatud modulatsiooni ja DSP-d, mis suurendavad oluliselt dispersioonitaluvust.
4. samm: kontrollige süsteemi arhitektuuri.Punktist{0}}otsesse-otsevasse-tuvastuslinki võib vaja minna välist hajumise kompenseerimist. Kaasaegses koherentses DWDM-süsteemis käsitleb transponder DSP tavaliselt kromaatilist dispersiooni ja PMD-d digitaalselt, välistades sageli vajaduse iseseisvate kompensatsioonimoodulite järele.
Millal on vaja dispersioonikompensatsiooni?
Mitte iga link ei vaja eraldi kompensatsioonietappi. Näiteks 10G ühemoodi{2}}link, mis kulgeb 20 km lainepikkusel 1310 nm, kogub ebaolulise kromaatilise dispersiooni ja ei vaja üldse kompenseerimist. Kuid hüvitis muutub vajalikuks, kui mitu tingimust lähenevad:
Ühendus töötab lainepikkusel 1550 nm vahemaadel, kus akumuleeritud kromaatiline dispersioon ületab vastuvõtja tolerantsi. Otsese-tuvastusoptika korral on andmeedastuskiirus 10 Gbps või rohkem. Süsteem on DWDM-i transpordivõrk, millel on tiheoptilise võimsuse eelarveja väärtuse languse nõuded. Või on kiutehasel teadaolevalt PMD-probleemid - vanemate kaablite, tuulekoormuse all olevate õhuteede või suure-koormusega paigaldustega.
Praktiline reegel: kui te juba planeerite lingieelarvet ja allahindlusi, hinnake hajumist samas faasis. Selle lahendamine projekteerimise ajal on palju lihtsam kui katkendlike vigade tõrkeotsing pärast juurutamist.
Dispersiooni kompenseerimise meetodite võrdlus
Kiudühenduste hajumise haldamiseks on kolm peamist lähenemisviisi. Igaüks neist sobib erineva süsteemi kontekstiga.
Dispersiooni kompenseeriv kiud (DCF)
DCF on spetsiaalselt disainitud kiud, millel on suur negatiivne dispersioonikoefitsient (tavaliselt –80 kuni –100 ps/(nm·km) lainepikkusel 1550 nm). Arvutatud DCF-i pikkus sisestatakse lingile - tavaliselt võimendi kohtades -, et kompenseerida ülekandekiusse kogunenud positiivset kromaatilist dispersiooni. DCF on olnud standardne kompensatsioonimeetod 10G pikamaa{8}}- ja pärand-DWDM-süsteemides üle kahe aastakümne. Selle peamised puudused on lisandunud sisestuskadu (mis vajab täiendavat võimendust), suurenenud latentsusaeg ja DCF-i väikesest efektiivsest piirkonnast tingitud mittelineaarsed efektid.
Fiber Braggi rest (FBG)
FBG{0}}põhised dispersioonikompensaatorid kasutavad perioodilist murdumisnäitaja struktuuri, mis on kirjutatud kiu lühikesesse osasse. Võre tekitab lainepikkusest{2}}sõltuvad peegeldusviivitused, mis pööravad edastuse ajal kogunenud dispersiooni vastupidiseks. FBG-moodulid on kompaktsemad kui DCF-poolid ja nende latentsusaeg on väiksem. Need on saadaval fikseeritud-dispersiooni ja häälestatavate variantidena. Häälestatavad FBG-d on eriti kasulikud ümberkonfigureeritavates DWDM-võrkudes, kus dispersioonikaart võib kanalite lisamisel või ümbersuunamisel muutuda.
Elektrooniline ja digitaalne signaalitöötlus (DSP)
Kaasaegsed koherentsed optilised süsteemid kompenseerivad dispersiooni digitaalselt vastuvõtja DSP-s. Koherentne vastuvõtja hõivab nii optilise välja amplituudi kui ka faasi, mis annab DSP-le piisavalt teavet kromaatilise dispersiooni ja PMD arvutuslikuks ümberpööramiseks. Nagu dokumenteerinudIEEE 802.3töörühmad ja tööstuse rakendused, koherentsed 100G, 400G ja 800G transpondrid kompenseerivad DSP-s - rutiinselt kümneid tuhandeid ps/nm kromaatilist dispersiooni, kõrvaldades täielikult vajaduse sisemiste DCF- või FBG-moodulite järele. See nihe on põhjalikult muutnud pikamaa{5}}võrgu ülesehitust: uuemad sidusad DWDM-i juurutused jätavad tavaliselt välja eraldiseisva hajumise kompenseerimise riistvara.
DCF vs FBG vs DSP
| Parameeter | DCF | FBG | DSP (koherentne) |
|---|---|---|---|
| Hüvitise domeen | Optiline | Optiline | Elektrooniline |
| Tüüpiline rakendus | 10G pikamaa{1}}edu, pärand DWDM | DWDM, ümberkonfigureeritavad võrgud | 100G/400G/800G koherentsed süsteemid |
| Käsitleb PMD-d? | Ei | Ei (FBG piiksus osaliselt) | Jah |
| Lisatud sisestuskaotus | Kõrge (tüüpiline 5–10 dB) | Madal kuni mõõdukas | Puudub (elektrooniline) |
| Häälestatavus | Parandatud | Fikseeritud või häälestatav | Täielikult adaptiivne |
| Suurus ja kasutuselevõtt | Suured kiupoolid võimendikohtades | Kompaktsed moodulid | Transponderisse sisseehitatud |
| Asjakohasus uutes ehitistes | Väheneb | Nišš | Standardne |
Kuidas valida õige tasustamisstrateegia
Pärand 10G või projekteeritud DWDM-süsteemid
Võrkudes, mis on ehitatud 10G otsetuvastus{1}}või varajase DWDM-i platvormidele, on optiline-domeenikompensatsioon DCF-i või FBG-ga sageli juba osa liinisüsteemi disainist. Need süsteemid tuginevad hoolikatele dispersioonikaartidele - positiivsete ja negatiivsete dispersioonisegmentide kavandatud järjestustele -, et hoida kogunenud dispersioon vastuvõtja tolerantsi piires igal võimendi vahemikus. Kui säilitate või laiendate sellist võrku, töötage kompensatsioonimeetodi ümberkujundamise asemel olemasoleva dispersioonikaardi raames. Asendus-DCF-moodulid või häälestatavad FBG-kompensaatorid on siin standardtööriistad.
Kaasaegsed koherentsed optilised süsteemid
Kui link kasutab koherentseid transpondereid (100G, 400G või rohkem), tegeleb DSP kromaatilise hajutamise ja PMD kompenseerimisega sisemiselt. Disainivestlus nihkub teemalt "Millist DCM-i moodulit ma vajan?" "Mis on kogu akumuleeritud dispersioon ja kas see jääb transpondri DSP ulatusse?" Enamik kaasaegseid koherentseid transpondreid talub kromaatilist dispersiooni - üle 50 000 ps/nm, mis vastab enam kui 3000 km pikkusele G.652 kiule lainepikkusel 1550 nm. Nendes süsteemides lisavad eraldiseisvad DCF- või FBG-moodulid tarbetut kadu ja keerukust. Pärand-DCF-i eemaldamine sidusatele versioonidele üleminekul on levinud ja hästi{12}}dokumenteeritud optimeerimisetapp pikamaa{13}}võrgu moderniseerimisel.
Mitmerežiimilised lühikesed{0}}katvuslingid
Mitmerežiimiliste linkide puhul ülikoolilinnaku või andmekeskuse keskkondades ei ole kromaatilise dispersiooni kompenseerimise tooted olulised. Ribalaiuse piirang on modaalne, mitte kromaatiline. Kui mitmerežiimiline link ei vasta jõudlusnõuetele, tuleb kõigepealt kontrollida kiu klassi (OM3 vs OM4 vs OM5), lingi pikkust võrreldes rakenduse standardiga, pistiku kvaliteeti jatransiiveri ühilduvus. Üleminek kõrgemale-klassi mitmemoodilisele kiudule või üleminek ühe-moodilisele kiudoptikale ja optikale on praktiline tee - hajuvuskompensaatori lisamata.
Levinud vead ja väärarusaamad
Eeldades, et kogu hajumine on kahjulik.DWDM-süsteemides pärsib kontrollitud kogus kromaatilise dispersiooni nelja-lainete segunemist ja muid mittelineaarseid karistusi. Mitte-nulldispersiooni-nihkega kiud (G.655) loodi spetsiaalselt selle kasuliku jääkdispersiooni säilitamiseks lainepikkusel 1550 nm.
Eeldusel, et iga link vajab hüvitamist.10G link lainepikkusel 1310 nm üle 40 km G.652 kiu töötab hästi kromaatilise dispersiooni tolerantsi piires. Paljud ettevõtete ja suurlinnade lingid ei vaja üldse kompensatsiooni - optika ja kiudoptika saavad sellega oma olemuselt hakkama.
Eeldusel, et ühemoodi{0}}kiul puudub hajumine.Ühemoodi{0}}kiud kõrvaldab modaalse dispersiooni, kuid kromaatiline dispersioon ja PMD jäävad alles. Lainepikkusel 1550 nm on G.652 kiu kromaatiline dispersioon märkimisväärne ja seda tuleb arvestada iga pika ulatusega-disaini puhul.
Hüvitusmeetodi valimine enne domineeriva kahjustuse tuvastamist.DCF käsitleb ainult kromaatilist dispersiooni. FBG käsitleb ainult kromaatilist dispersiooni. DSP koherentsetes süsteemides käsitleb nii kromaatilist dispersiooni kui ka PMD-d. Meetodi valimine enne, kui mõistate, milline kahjustus on domineeriv, toob kaasa raisatud jõupingutused ja eelarve.
Korduma kippuvad küsimused
Kas ühemoodi{0}}kiul on hajuvus?
Jah. Ühemoodi{1}}kiud välistab modaalse hajumise, kuna toetab ainult ühte levimisrežiimi, kuid sellel on siiski kromaatiline dispersioon ja polarisatsioonirežiimi dispersioon. Kromaatiline dispersioon standardses G.652 ühemoodilises kius{4}} on ligikaudu 17 ps/(nm·km) lainepikkusel 1550 nm ja nullilähedane lainepikkusel 1310 nm.
Mis vahe on modaalsel ja kromaatilisel dispersioonil?
Modaalne dispersioon on tingitud mitmest valgusteest (režiimidest), mis saabuvad mitmemoodilises kius eri aegadel. Kromaatilist dispersiooni põhjustavad erinevad lainepikkused, mis liiguvad erineva kiirusega mis tahes tüüpi kiudude puhul, kuigi see on probleem eelkõige ühemoodilistes{1}}süsteemides. Modaalne dispersioon mõjutab ainult mitmemoodilist kiudu; kromaatiline dispersioon mõjutab nii mitmemoodilist kui ka ühemoodilist-kiudu, kuid see on loodud peamiselt ühe-režiimi pika-ulatusega linkides.
Millal on dispersiooni kompenseerimine vajalik?
Kompenseerimine on tavaliselt vajalik siis, kui ühe -režiimi link 1550 nm juures ületab vastuvõtja kromaatilise dispersiooni tolerantsi -, näiteks ligikaudu 60 km kiirusel 10 Gbps NRZ modulatsiooniga G.652 kiul. Koherentsetes süsteemides (100G ja rohkem) kompenseerib transponderi DSP dispersiooni sisemiselt, seega pole eraldiseisvad kompensatsioonimoodulid tavaliselt vajalikud.
Kas koherentne optika võib kõrvaldada vajaduse DCF-i järele?
Enamasti jah. Kaasaegsed koherentsed transpondrid kompenseerivad kromaatilist dispersiooni ja PMD-d digitaalselt, tüüpilise CD tolerantsiga üle 50 000 ps/nm. Paljud operaatorid eemaldavad sidusatele platvormidele üleminekul aktiivselt pärand-DCF-i, kuna DCF lisab sisestuskadu, ilma et see tooks kasu, mida DSP ei suuda toime tulla.
Mis põhjustab optilise kiu dispersiooni?
Algpõhjused sõltuvad tüübist. Modaalne dispersioon on põhjustatud mitmest levikust mitmemoodilises kius. Kromaatiline dispersioon on tingitud klaasi murdumisnäitaja ja kiudude lainejuhi struktuuri sõltuvusest lainepikkusest. PMD on põhjustatud asümmeetriast ja pingest kiudude südamikus, mis loovad valguse kahe polarisatsiooni oleku jaoks erineva kiiruse.
Fiber Linki planeerimine
Dispersiooni mõistmine on üks osa suuremast linkide kujundamise mõistatusest, mis hõlmab sumbumist, pistiku kadu ja optilise võimsuse eelarvestamist. Kui projekteerite või uuendate kiudoptilist võrku -, olgu see siis lühike ülikoolilinnaku magistraal või pikamaa{2}}transpordimarsruut -, alustage kiu tüübi, töölainepikkuse ja andmeedastuskiiruse tuvastamisega. Need kolm parameetrit määravad, milline hajutamismehhanism on oluline ja kas kompensatsiooni on vaja.
Abi saamiseks õigete kiudoptilise infrastruktuuri komponentide valimisel -, sealhulgasfiiberplaastri nöörid, pistikud ja kaablikomplektid, mis sobivad teie linginõuetega - uurigeDimi fiiberoptilised lahendusedvõivõtke ühendust meie insenerimeeskonnagaprojektipõhiste{0}}juhiste saamiseks.
