Penyerakan Gentian Optik: Jenis, Punca & Bila Membetulkannya

Penyerakan gentian optik ialah peluasan nadi cahaya semasa ia bergerak melalui gentian. Apabila denyutan merebak terlalu jauh, ia bertindih pada penerima, menyebabkan ralat bit yang mengehadkan kedua-dua lebar jalur dan jangkauan. Dalam pautan mod tunggal-10 Gbps yang berjalan sejauh 80 km pada 1550 nm, contohnya, serakan kromatik terkumpul boleh melebihi 1,300 ps/nm - cukup untuk menutup gambar rajah mata sepenuhnya jika tidak diurus.

Bagi jurutera rangkaian dan pereka sistem, soalan praktikal jarang sekali "Apakah penyebaran?" tetapi sebaliknya "Jenis penyebaran yang manakah dominan dalam pautan saya dan adakah ia memerlukan pampasan?" Panduan ini menjawab soalan itu dengan menelusuri mekanisme penyebaran utama, puncanya dan kaedah pampasan yang tersedia hari ini - daripada modul DCF warisan kepada DSP koheren moden.
 

Apakah Penyerakan Gentian Optik?

Penyerakan bermaksud nadi optik yang pendek tidak kekal pendek kerana ia merambat melalui gentian. Ia merebak dalam masa. Semakin banyak ia merebak, semakin sukar bagi penerima untuk membezakan satu bit dari yang seterusnya. MenurutPiawaian ITU-T G.652, pekali serakan kromatik gentian mod tunggal -piawai ditentukan pada kira-kira 17 ps/(nm·km) berhampiran 1550 nm - parameter yang secara langsung mengawal kelajuan denyutan meluas pada jarak.

Penyerakan bukan kesan tunggal. Jenis gentian dan seni bina sistem yang berbeza dipengaruhi oleh mekanisme yang berbeza. Dalamgentian pelbagai mod, penyebaran modal mendominasi. Dalamgentian mod-tunggal, serakan kromatik dan serakan mod polarisasi adalah kebimbangan utama. Memahami mekanisme yang digunakan untuk jenis gentian anda ialah langkah pertama ke arah keputusan reka bentuk yang betul.

Apa yang Menyebabkan Penyerakan Gentian Optik?

Penyerakan timbul daripada sifat fizikal gentian dan sumber cahaya. Setiap jenis penyebaran mempunyai punca yang berbeza:

Penyerakan modaldisebabkan oleh kewujudan pelbagai laluan (mod) perambatan dalam gentian multimode. Mod tertib-lebih tinggi mengembara laluan berkesan lebih lama daripada mod tertib-rendah, jadi mod itu tiba di penerima pada masa yang berbeza. Hasilnya ialah pembesaran nadi yang bertambah buruk dengan jarak. Inilah sebabnya gentian berbilang mod mempunyai had capaian semula jadi - gentian OM3 yang menyokong 10GBASE-SR, misalnya, dinilaikan kepada hanya 300 meter.

Penyerakan kromatikdisebabkan oleh indeks biasan bergantung -panjang gelombang kaca. Kerana tiada laser memancarkan panjang gelombang tunggal yang sempurna, komponen spektrum yang berbeza bergerak pada halaju yang sedikit berbeza. Serakan kromatik mempunyai dua sub-komponen: serakan bahan (daripada kaca itu sendiri) dan serakan pandu gelombang (daripada-geometri pelapisan teras gentian). Kesan gabungannya menentukan jumlah serakan kromatik pada sebarang panjang gelombang tertentu. Gentian standard G.652 mempunyai sifar-panjang gelombang penyebaran berhampiran 1310 nm, itulah sebabnya sistem lama sering beroperasi di sana. Pada 1550 nm - tetingkap pilihan untuk-jarak jauh danPenghantaran DWDMdisebabkan oleh pengecilan yang lebih rendah - serakan kromatik terkumpul dengan ketara dan mesti diuruskan dalam mana-mana pautan melebihi beberapa puluh kilometer pada 10 Gbps atau lebih tinggi.

Penyerakan mod polarisasi (PMD)disebabkan oleh asimetri dalam teras gentian. Dalam gentian yang ideal, dua keadaan polarisasi ortogonal akan bergerak pada kelajuan yang sama. Dalam amalan, ketidaksempurnaan pembuatan, tegasan mekanikal dan variasi suhu memperkenalkan birefringence yang menyebabkan satu keadaan polarisasi tiba sedikit mendahului yang lain. PMD ialah kesan statistik - ia berubah mengikut masa dan sepanjang gentian - yang menjadikannya lebih sukar untuk mengimbangi dengan unsur optik tetap. Ia biasanya menjadi kebimbangan reka bentuk dalam pautan 10G dan 40G lama yang melebihi 200–300 km, atau dalam sistem yang menggunakan semula loji gentian lama dengan pekali PMD yang lebih tinggi (melebihi 0.5 ps/√km).

Tiga Jenis Utama Penyerakan Gentian Optik

Penyebaran Modal

Penyerakan modal ialah pengehad lebar jalur yang dominan dalam gentian berbilang mod. Ia berlaku kerana gentian berbilang mod menyokong ratusan atau bahkan ribuan mod perambatan, setiap satu mengikut laluan yang sedikit berbeza melalui teras. Gentian berbilang mod indeks-bergred (OM1 hingga OM5) mengurangkan serakan modal dengan mengubah profil indeks biasan merentas teras, memacu mod tertib-yang lebih tinggi supaya ia tiba lebih dekat dalam masa kepada mod tertib-yang lebih rendah. Walaupun begitu, jalur lebar mod berkesan gentian menetapkan siling keras pada kadar bit × produk jarak. Tulang belakang kampus menjalankan 10G di atas OM3 pada 300 m beroperasi berhampiran siling itu; menolaknya biasanya memerlukan suis kepada-gentian mod tunggal dan bukannya pemampas serakan.

Penyerakan Kromatik

Penyerakan kromatik ialah kemerosotan kejuruteraan utama dalam satu-jangkauan-mod tunggal dan sistem DWDM. Magnitudnya bergantung kepada tiga faktor: pekali penyebaran gentian, lebar spektrum sumber, dan jarak pautan. Untuk gentian G.652 standard pada 1550 nm, serakan terkumpul sepanjang 100 km adalah kira-kira 1,700 ps/nm. Pada 10 Gbps (modulasi NRZ), toleransi serakan adalah lebih kurang 1,000 ps/nm, bermakna pautan tidak berkompensasi pada 1550 nm dihadkan kepada kira-kira 60 km pada kadar tersebut.

Satu nuansa yang perlu diberi perhatian: jumlah penyebaran kromatik yang sederhana sebenarnya boleh memberi manfaat kepada sistem DWDM. Seperti yang diterangkan dalam kertas putih Corning padareka bentuk gentian untuk rangkaian DWDM, serakan sisa mengurangkan kecekapan pemadanan fasa bagi empat-pencampuran gelombang (FWM) - kesan tak linear yang merendahkan saluran jarak rapat. Inilah sebabnya mengapa gentian tidak-serakan sifar-serakan (G.655 dan G.656) dibangunkan: ia mengekalkan serakan yang kecil tetapi bukan sifar pada 1550 nm untuk menyekat FWM sambil memastikan jumlah serakan terurus.

Penyerakan Mod Polarisasi (PMD)

PMD biasanya merupakan kebimbangan tertib-kedua berbanding dengan serakan kromatik, tetapi ia menjadi ketara dalam senario tertentu. Sistem warisan kadar-bit tinggi (40 Gbps dan ke atas) lebih sensitif kepada PMD kerana tempoh bit yang lebih pendek meninggalkan margin yang lebih sedikit untuk kelewatan kumpulan pembezaan (DGD). Pautan melalui gentian lama dengan pekali PMD melebihi 0.5 ps/√km - biasa dalam kabel yang dipasang sebelum pertengahan-1990-an - mungkin menghadapi had PMD sebelum had penyebaran kromatik. Dalam kes ini, pengukuran dan pencirian PMD menjadi sebahagian daripada proses penerimaan pautan. Koheren modentranspondermengendalikan pampasan PMD dalam DSP, yang telah mengurangkan PMD dengan ketara sebagai penghalang penggunaan kendiri dalam binaan baharu.

Jenis Penyerakan Mana yang Penting dalam Pautan Anda?

Jawapannya bergantung pada jenis gentian, jarak, kadar data dan seni bina sistem anda. Berikut ialah rangka kerja keputusan praktikal:

Langkah 1: Kenal pasti jenis gentian.Jika anda menggunakan gentian berbilang mod (OM1–OM5), penyebaran modal ialah kebimbangan utama anda. Penyerakan kromatik dan PMD boleh diabaikan pada jarak berbilang mod biasa. Jika anda menggunakan gentian mod-tunggal (OS1 atau OS2), beralih ke langkah 2.

Langkah 2: Pertimbangkan panjang gelombang.Pada 1310 nm, serakan kromatik dalam gentian G.652 adalah hampir sifar, jadi ia jarang memerlukan pampasan walaupun pada jarak sederhana. Pada 1550 nm, serakan terkumpul pada kira-kira 17 ps/(nm·km), dan perancangan pampasan diperlukan untuk pautan yang lebih panjang.

Langkah 3: Nilaikan kadar data.Kadar bit yang lebih tinggi mempunyai toleransi penyebaran yang lebih ketat. Isyarat NRZ 10G bertolak ansur kira-kira 1,000 ps/nm; isyarat NRZ 40G bertolak ansur hanya kira-kira 60 ps/nm. Sistem 100G/400G yang koheren menggunakan modulasi termaju dan DSP yang memanjangkan toleransi penyebaran dengan ketara.

Langkah 4: Semak seni bina sistem.Dalam satu titik-ke-titik terus-pautan mengesan, anda mungkin memerlukan pampasan penyebaran luaran. Dalam sistem DWDM koheren moden, transponder DSP biasanya mengendalikan penyebaran kromatik dan PMD secara digital, selalunya menghapuskan keperluan untuk modul pampasan kendiri.

Bilakah Anda Memerlukan Pampasan Penyerakan?

Tidak setiap pautan memerlukan peringkat pampasan yang berasingan. Pautan mod tunggal-10G yang berjalan sejauh 20 km pada 1310 nm, misalnya, mengumpul serakan kromatik yang boleh diabaikan dan tidak memerlukan pampasan sama sekali. Tetapi pampasan menjadi perlu apabila beberapa keadaan berkumpul:

Pautan beroperasi pada 1550 nm pada jarak di mana penyebaran kromatik terkumpul melebihi toleransi penerima. Kadar data ialah 10 Gbps atau lebih tinggi dengan-optik pengesan langsung. Sistem ini adalah rangkaian pengangkutan DWDM dengan ketatbajet kuasa optikdan keperluan rosot nilai. Atau loji gentian telah mengetahui isu PMD - kabel lama, laluan udara tertakluk kepada pemuatan angin atau pemasangan-tegasan tinggi.

Peraturan praktikal: jika anda sudah melakukan perancangan belanjawan pautan dan penjejasan, nilaikan serakan dalam fasa yang sama. Mengatasinya semasa reka bentuk adalah jauh lebih mudah daripada menyelesaikan masalah ralat terputus-putus selepas penggunaan.

Kaedah Pampasan Serakan Berbanding

Tiga pendekatan utama wujud untuk menguruskan penyebaran dalam pautan gentian. Setiap satu sesuai dengan konteks sistem yang berbeza.

Serat Pemampas Serakan (DCF)

DCF ialah gentian yang direka khas dengan pekali serakan negatif yang besar (biasanya -80 hingga -100 ps/(nm·km) pada 1550 nm). Panjang DCF yang dikira dimasukkan ke dalam pautan - biasanya di tapak penguat - untuk mengimbangi penyebaran kromatik positif yang terkumpul dalam gentian penghantaran. DCF telah menjadi kaedah pampasan standard dalam jarak jauh-10G dan sistem DWDM lama selama lebih dua dekad. Kelemahan utamanya ialah kehilangan sisipan tambahan (memerlukan penguatan tambahan), peningkatan kependaman dan kesan tak linear tambahan disebabkan oleh kawasan berkesan DCF yang kecil.

Kisi Fiber Bragg (FBG)

Pemampas serakan berasaskan FBG-menggunakan struktur indeks biasan berkala yang ditulis ke dalam bahagian pendek gentian. Kisi menghasilkan kelewatan pantulan bergantung-panjang gelombang yang membalikkan serakan yang terkumpul semasa penghantaran. Modul FBG lebih padat daripada kili DCF dan memperkenalkan kurang kependaman. Ia tersedia dalam-varian serakan dan boleh dilaras. FBG boleh tala amat berguna dalam rangkaian DWDM boleh dikonfigurasikan semula di mana peta serakan mungkin berubah apabila saluran ditambah atau dihalakan semula.

Pemprosesan Isyarat Elektronik dan Digital (DSP)

Sistem optik koheren moden mengimbangi penyebaran secara digital dalam DSP penerima. Penerima koheren menangkap kedua-dua amplitud dan fasa medan optik, yang menyediakan maklumat yang mencukupi untuk DSP untuk membalikkan serakan kromatik dan PMD secara pengiraan. Seperti yang didokumenkan olehIEEE 802.3kumpulan kerja dan pelaksanaan industri, transponder 100G, 400G dan 800G yang koheren secara rutin mengimbangi puluhan ribu ps/nm serakan kromatik dalam DSP - yang menghapuskan keperluan untuk modul DCF atau FBG sebaris sepenuhnya. Anjakan ini secara asasnya telah mengubah reka bentuk rangkaian jarak jauh-: penempatan DWDM yang lebih koheren yang lebih baharu biasanya mengetepikan perkakasan pampasan penyebaran kendiri.

DCF lwn FBG lwn DSP

Cara Memilih Strategi Pampasan yang Tepat

Legasi 10G atau Sistem DWDM Kejuruteraan

Dalam rangkaian yang dibina di sekitar 10G terus-mengesan atau platform DWDM awal, optik-pampasan domain dengan DCF atau FBG selalunya sudah menjadi sebahagian daripada reka bentuk sistem talian. Sistem ini bergantung pada peta serakan yang teliti - jujukan segmen serakan positif dan negatif - yang dirancang untuk memastikan serakan terkumpul dalam toleransi penerima pada setiap rentang penguat. Jika anda mengekalkan atau memperluaskan rangkaian sedemikian, bekerja dalam peta serakan sedia ada dan bukannya mereka bentuk semula pendekatan pampasan. Modul DCF penggantian atau pemampas FBG boleh tala adalah alatan standard di sini.

Sistem Optik Koheren Moden

Jika pautan menggunakan transponder koheren (100G, 400G, atau seterusnya), DSP mengendalikan penyebaran kromatik dan pampasan PMD secara dalaman. Perbualan reka bentuk beralih daripada "Modul DCM yang manakah yang saya perlukan?" kepada "Berapakah jumlah penyebaran terkumpul, dan adakah ia dalam julat DSP transponder?" Kebanyakan transponder koheren moden bertolak ansur dengan lebih 50,000 ps/nm serakan kromatik - bersamaan dengan lebih daripada 3,000 km gentian G.652 pada 1550 nm. Dalam sistem ini, modul DCF atau FBG kendiri menambah kehilangan dan kerumitan yang tidak perlu. Mengalih keluar DCF warisan apabila menaik taraf kepada koheren ialah langkah-pengoptimuman yang didokumenkan dengan baik dalam-pemodenan rangkaian jarak jauh.

Pautan Jangkauan-Pendek Multimod

Untuk pautan berbilang mod dalam persekitaran kampus atau pusat data, produk pampasan penyebaran kromatik adalah tidak relevan. Had lebar jalur adalah modal, bukan kromatik. Jika pautan berbilang mod gagal memenuhi keperluan prestasi, perkara pertama yang perlu diperiksa ialah gred gentian (OM3 vs OM4 vs OM5), panjang pautan berbanding dengan standard aplikasi, kualiti penyambung dankeserasian transceiver. Menaik taraf kepada gentian -berbilang mod gred yang lebih tinggi atau bertukar kepada gentian dan optik mod tunggal- ialah laluan praktikal - tidak menambah pemampas penyebaran.

Kesilapan Biasa dan Salah Tanggapan

Dengan mengandaikan semua penyebaran adalah berbahaya.Dalam sistem DWDM, jumlah penyebaran kromatik terkawal menindas empat-pencampuran gelombang dan penalti tak linear yang lain. Gentian teralih bukan-sifar-serakan (G.655) direka khusus untuk mengekalkan serakan sisa yang bermanfaat ini pada 1550 nm.

Dengan mengandaikan setiap pautan memerlukan pampasan.Pautan 10G pada 1310 nm sepanjang 40 km gentian G.652 beroperasi dengan baik dalam toleransi serakan kromatik. Banyak pautan perusahaan dan metro tidak memerlukan pampasan sama sekali - optik dan gentian mengendalikannya secara semula jadi.

Dengan mengandaikan gentian mod tunggal-tidak mempunyai serakan.Gentian mod-tunggal menghilangkan serakan modal, tetapi serakan kromatik dan PMD kekal. Pada 1550 nm, serakan kromatik dalam gentian G.652 adalah besar dan mesti diambil kira dalam sebarang reka bentuk jangkauan-panjang.

Memilih kaedah pampasan sebelum mengenal pasti kemerosotan yang dominan.DCF menangani penyebaran kromatik sahaja. FBG menangani penyebaran kromatik sahaja. DSP dalam sistem koheren menangani kedua-dua penyebaran kromatik dan PMD. Memilih kaedah sebelum memahami kemerosotan nilai mana yang dominan membawa kepada usaha dan belanjawan yang sia-sia.

Soalan Lazim

Adakah gentian mod tunggal-mempunyai serakan?

ya. Gentian mod-tunggal menghapuskan penyebaran mod kerana ia menyokong hanya satu mod perambatan, tetapi ia masih mempamerkan penyebaran kromatik dan penyerakan mod polarisasi. Penyerakan kromatik dalam gentian mod tunggal-G.652 standard ialah lebih kurang 17 ps/(nm·km) pada 1550 nm dan hampir sifar pada 1310 nm.

Apakah perbezaan antara penyebaran modal dan kromatik?

Penyerakan mod disebabkan oleh berbilang laluan cahaya (mod) yang tiba pada masa berbeza dalam gentian berbilang mod. Penyerakan kromatik disebabkan oleh panjang gelombang yang berbeza yang bergerak pada kelajuan yang berbeza dalam mana-mana jenis gentian, walaupun ia adalah kebimbangan utama dalam-sistem mod tunggal. Penyerakan modal menjejaskan gentian berbilang mod sahaja; serakan kromatik mempengaruhi gentian mod berbilang mod dan -tunggal, tetapi direkayasa terutamanya dalam pautan jangkauan-mod tunggal-satu.

Bilakah pampasan penyebaran diperlukan?

Pampasan biasanya diperlukan apabila satu-pautan mod pada 1550 nm melebihi toleransi serakan kromatik penerima - contohnya, kira-kira 60 km pada 10 Gbps dengan modulasi NRZ pada gentian G.652. Dalam sistem koheren (100G dan ke atas), transponder DSP mengimbangi penyebaran secara dalaman, jadi modul pampasan kendiri biasanya tidak diperlukan.

Bolehkah optik koheren menghapuskan keperluan untuk DCF?

Dalam kebanyakan kes, ya. Transponder koheren moden mengimbangi penyebaran kromatik dan PMD secara digital, dengan toleransi CD biasa melebihi 50,000 ps/nm. Banyak pengendali secara aktif mengalih keluar DCF warisan apabila menaik taraf kepada platform yang koheren, kerana DCF menambah kehilangan sisipan tanpa memberikan faedah yang tidak dapat dikendalikan oleh DSP.

Apakah yang menyebabkan penyebaran gentian optik?

Punca punca bergantung pada jenis. Penyerakan modal disebabkan oleh berbilang laluan perambatan dalam gentian berbilang mod. Penyerakan kromatik disebabkan oleh pergantungan panjang gelombang indeks biasan kaca dan struktur pandu gelombang gentian. PMD disebabkan oleh asimetri dan tegasan dalam teras gentian yang menghasilkan halaju yang berbeza untuk dua keadaan polarisasi cahaya.

Merancang Pautan Fiber Anda

Memahami penyebaran ialah satu bahagian teka-teki reka bentuk pautan yang lebih besar yang merangkumi pengecilan, kehilangan penyambung dan belanjawan kuasa optik. Jika anda mereka bentuk atau menaik taraf rangkaian gentian - sama ada tulang belakang kampus pendek atau-laluan pengangkutan jarak jauh - mulakan dengan mengenal pasti jenis gentian, panjang gelombang operasi dan kadar data. Tiga parameter tersebut menentukan mekanisme penyebaran yang penting dan sama ada pampasan diperlukan.

Untuk bantuan memilih komponen infrastruktur gentian yang betul - termasukkord tampal gentian, penyambung dan pemasangan kabel yang sesuai dengan keperluan pautan anda - terokaPenyelesaian gentian optik Dimiatauhubungi pasukan kejuruteraan kamiuntuk projek-panduan khusus.