Dyspersja światłowodu to poszerzenie impulsów świetlnych podczas ich podróży przez włókno, spowodowane przez różne składowe sygnału docierające do odbiornika w nieco różnym czasie. W komunikacji światłowodowej to poszerzenie zmniejsza klarowność sygnału, ogranicza odległość, jaką mogą przesyłać dane i utrudnia odbiornikom odróżnienie jednego bitu od drugiego.
Ale zrozumienie dyspersji nie dotyczy tylko fizyki. Prawdziwe pytanie inżynieryjne brzmi: kiedy dyspersja staje się problemem, który faktycznie należy rozwiązać? Odpowiedź zależy od typu światłowodu, długości łącza, szybkości transmisji danych, długości fali roboczej i formatu modulacji używanego przez system. 100-metrowe łącze wielomodowe w centrum danych może nigdy nie wymagać zarządzania dyspersją. 200 kmświatłowód jednomodowy-łącze przenoszące ruch 100G prawie na pewno tak będzie.
Co to jest dyspersja światłowodu?
Dyspersja światłowodu odnosi się do sposobu, w jaki przesyłany impuls rozprzestrzenia się podczas propagacji w rdzeniu światłowodu. Rozproszenie występuje, ponieważ różne składniki sygnału optycznego, - niezależnie od tego, czy różne długości fal, różne mody przestrzenne czy różne stany polaryzacji -, nie przemieszczają się z dokładnie tą samą prędkością.
Ma to znaczenie, ponieważ cyfrowa komunikacja optyczna opiera się na czystych,-dobrze oddzielonych impulsach. Kiedy impulsy rozszerzają się na tyle, że pokrywają się z sąsiadami, odbiornik nie jest już w stanie wiarygodnie rozróżniać poszczególnych bitów. Zjawisko to, zwane interferencją między-symbolami (ISI), zmniejsza bitową stopę błędów (BER) i zmniejsza użyteczną odległość transmisji. WedługZalecenie ITU-T G.652, który definiuje standardowe parametry światłowodu jedno-modowego, akomodacja dyspersji chromatycznej jest kluczowym czynnikiem przy projektowaniu systemu dla aplikacji o dużej-bit-przepustowości.
Dyspersja a tłumienie: istotne rozróżnienie
Jednym z najczęstszych błędów w ocenie łączy światłowodowych jest mylenie dyspersji z dyspersjąosłabienie. Są to zasadniczo różne upośledzenia:
Osłabieniezmniejsza moc optyczną. Jest to utrata siły sygnału wraz z odległością, mierzona w dB/km.Dyspersjazniekształca synchronizację sygnału. Rozproszony sygnał może nadal mieć wystarczającą moc, aby zostać wykrytym, ale jego impulsy są rozmazane w czasie, przez co informacja jest nieczytelna.
Łącze światłowodowe może przekroczyć budżet mocy optycznej z wygodnym marginesem i nadal nie działać z powodu nadmiernego poszerzenia impulsu. Dlatego doświadczeni inżynierowie projektując łącze oceniają zarówno budżet mocy, jak i budżet dyspersji. Zrozumieniestrata wtrąceniowa i strata odbiciowajest ważny, ale obejmuje tylko stronę równania związaną z mocą.
Co powoduje dyspersję w światłowodzie?
Dyspersja powstaje, gdy różne składniki sygnału optycznego doświadczają różnych opóźnień propagacji. Specyficzny mechanizm zależy od konstrukcji światłowodu i charakterystyki sygnału, ale podstawowe przyczyny można podzielić na trzy kategorie:
Różnice ścieżek pomiędzy trybami.W światłowodzie wielomodowym światło przemieszcza się przez rdzeń wieloma przestrzennymi ścieżkami (modami). Każdy mod podąża nieco inną trajektorią, co oznacza, że dociera do odbiornika w różnym czasie. Jest to dominujący mechanizm dyspersjisystemy światłowodowe wielomodowe.
Prędkość zależna-od długości fali.Nawet źródło lasera o wąskiej-liniowej szerokości emituje światło w niewielkim zakresie długości fal. Ponieważ współczynnik załamania światła szkła zmienia się wraz z długością fali, - jest to właściwość opisana równaniem Sellmeiera -, różne składowe widma przemieszczają się z różnymi prędkościami. Jest to główny mechanizm dyspersji we włóknie jednomodowym-w większości długości fal roboczych.
Opóźnienie zależne od polaryzacji.Prawdziwe światłowody nigdy nie są idealnie symetryczne. Naprężenia, zginanie i niedoskonałości produkcyjne powodują dwójłomność, co oznacza, że dwa ortogonalne stany polaryzacji światła prowadzonego mają nieco inne stałe propagacji i docierają do nich w różnym czasie.
Główne typy dyspersji światłowodów
Dyspersja modalna (dyspersja intermodalna)
Dyspersja modowa występuje, gdy wiele modów kierowanych w światłowodzie wielomodowym rozprzestrzenia się z różnymi prędkościami grupowymi. W światłowodzie wielomodowym krokowym-indeksowym różnica w długości ścieżki pomiędzy modem najniższego-rzędu (przemieszczanie się w pobliżu osi) a modem najwyższego-rzędu (odbijanie się od granicy płaszcza pod ostrymi kątami) może być znacząca. W przypadku światłowodu schodkowego o współczynniku załamania światła rdzenia wynoszącym 1,48 i aperturze numerycznej 0,3 opóźnienie intermodalne może przekraczać 50 ns/km.
Światłowód wielomodowy o stopniowanym-indeksie został opracowany specjalnie w celu ograniczenia tego problemu. Kształtując profil współczynnika załamania światła w taki sposób, że mody-wyższego rzędu przemieszczają się szybciej w pobliżu płaszcza, projekty ze stopniowanym-współczynnikiem załamania światła zmniejszają dyspersję modową o jeden do dwóch rzędów wielkości. Właśnie dlatego nowoczesne łącza do centrów danych są w przeważającej mierze wykorzystywaneŚwiatłowód wielomodowy o stopniowanym-indeksie OM3, OM4 lub OM5zamiast projektów-indeksów schodkowych.
W przypadku światłowodu jednomodowego, który obsługuje tylko podstawowy mod LP01, dyspersja modowa jest zasadniczo wyeliminowana. Jest to główny powód, dla którego światłowód jednomodowy-jest używany do transmisji-na większe odległości i z większą-prędkością.
Dyspersja chromatyczna
Dyspersja chromatyczna jest zazwyczaj najważniejszym typem dyspersji w systemach światłowodowych jednomodowych. Jest to połączony wynik dwóch mechanizmów fizycznych:
Dyspersja materiałupowstaje, ponieważ współczynnik załamania światła szkła krzemionkowego zmienia się wraz z długością fali. Zależność ta jest dobrze scharakteryzowana i oznacza, że krótsze fale generalnie przemieszczają się wolniej niż dłuższe fale w normalnym reżimie dyspersji (poniżej długości fali zerowej-dyspersyjnej) i odwrotnie w reżimie anomalnym.
Dyspersja falowodupowstaje, ponieważ geometria włókna wpływa na to, jak światło jest ograniczane. Część mocy optycznej przemieszczającej się w rdzeniu w stosunku do płaszcza zależy od długości fali, co wprowadza dodatkowy efekt propagacji zależny od długości fali. Inżynierowie mogą kształtować dyspersję falowodu poprzez konstrukcję światłowodu - w ten sposóbdyspersja-przesunięta i nie-dyspersja niezerowa-włókna przesunięteosiągnąć zmodyfikowane właściwości dyspersyjne.
W przypadku standardowego światłowodu-jednomodowego (ITU-T G.652) długość fali zerowej-dyspersyjnej wynosi około 1310 nm. W powszechnie używanym oknie transmisji 1550 nm współczynnik dyspersji chromatycznej wynosi około +17 ps/(nm·km), jak udokumentowano wSpecyfikacja włókna Corning SMF-28. Na łączu o długości 100 km akumuluje się to do około 1700 ps/nm - wystarczającej do poważnego zniekształcenia sygnału 10 Gb/s, jeśli nie zostanie skompensowany.
Dyspersja trybu polaryzacji (PMD)
Dyspersja trybu polaryzacji wynika z różnicowego opóźnienia grupowego (DGD) pomiędzy dwoma ortogonalnymi stanami polaryzacji modu podstawowego. W przeciwieństwie do dyspersji chromatycznej, która jest deterministyczna i stabilna, PMD jest stochastyczny - i zmienia się w zależności od czasu, temperatury i naprężeń mechanicznych działających na włókno.
PMD jest określone statystycznie. W przypadku nowoczesnych włókien zgodnych z ITU-T G.652.D wartość projektowa łącza PMD wynosi zazwyczaj poniżej 0,1 ps/√km. Może się to wydawać niewielkie, ale przy 40 Gb/s i więcej, gdzie okresy bitowe zmniejszają się do 25 ps lub mniej, istotna staje się nawet niewielka akumulacja PMD. Zgodnie z wytycznymi dotyczącymi projektowania branżowego, maksymalny tolerowany DGD wynosi zazwyczaj około 10% okresu bitowego.
W przypadku systemów działających z szybkością 10 Gb/s na umiarkowanych dystansach PMD rzadko jest czynnikiem ograniczającym w przypadku nowoczesnych światłowodów. Przy 40 Gb/s i 100 Gb/s projektowanie-uwzględniające PMD-, obejmujące wybór włókien, projektowanie tras i korekcję-po stronie odbiornika- staje się częścią standardowej praktyki.
Porównanie typów dyspersji w skrócie
| Typ dyspersji | Pierwotna przyczyna | Najbardziej dotknięte włókno/system | Kluczowy efekt | Podstawowe łagodzenie |
|---|---|---|---|---|
| Dyspersja modalna | Wiele trybów z różnymi opóźnieniami ścieżki | Światłowód wielomodowy (najgorszy-wskaźnik stopniowy, lepszy-wskaźnik stopniowany) | Rozprzestrzenianie się impulsów w wyniku opóźnienia intermodalnego | Użyj światłowodu jednomodowego-; użyj stopniowanego-indeksowego MMF; kontrolować warunki startu |
| Dyspersja chromatyczna | Współczynnik załamania światła i efekty falowodu zależne od długości fali | Światłowód jednomodowy,-szczególnie długodystansowy iSystemy WDM | Poszerzenie impulsu i-interferencja międzysymboliczna | DCF/DCM, światłowodowa siatka Bragga, DSP/EDC, wybór światłowodu i długości fali |
| Dyspersja materiału | Współczynnik załamania światła zależny-od długości fali krzemionki | Składnik dyspersji chromatycznej we wszystkich włóknach krzemionkowych | Składniki widmowe rozdzielają się w czasie | Projektowanie włókien, planowanie długości fal |
| Dyspersja falowodu | Geometria światłowodu i ograniczenie modów | Zaprojektowane włókna jednomodowe-(DSF, NZ-DSF) | Modyfikuje profil całkowitej dyspersji chromatycznej | Inżynieria profili włókien, konstrukcja włókien-z przesuniętą dyspersją |
| PMD | Dwójłomność wynikająca z asymetrii włókien i naprężeń | Szybkie-systemy jedno-trybowe (większe lub równe 40 Gb/s) | Losowe, zmieniające się w czasie-zniekształcenie impulsu | Niskie-włókno PMD, kompensacja PMD, spójna korekcja DSP |
Które łącza światłowodowe są najbardziej narażone na dyspersję?
Łącza światłowodowe wielomodowe: dominuje dyspersja modalna
Wświatłowód wielomodowysystemy - zwykle używane w-zastosowaniach o krótkim zasięgu w centrach danych, korporacyjnych sieciach LAN i budowaniu szkieletów - dyspersja modalna jest głównym ogranicznikiem przepustowości. Szerokość pasma modalnego światłowodu, wyrażona w MHz·km, określa, jak daleko i jak szybko można transmitować, zanim nakładanie się impulsów stanie się niedopuszczalne.
Na przykład światłowód OM3 ma efektywną szerokość pasma modalnego wynoszącą 2000 MHz·km przy 850 nm przy uruchamianiu zoptymalizowanym-laserowo, obsługującym 10 Gb/s na odległość około 300 metrów. OM4 zwiększa tę odległość do około 400 metrów. Dyspersja chromatyczna występuje również w światłowodach wielomodowych, ale efekty modalne są prawie zawsze ograniczeniem wiążącym na tych odległościach.
Łącza światłowodowe jednomodowe-: dyspersja chromatyczna i PMD
Po usunięciu dyspersji modowej za pomocą światłowodu jedno-modowego kolejnym problemem staje się dyspersja chromatyczna. W przypadku krótkich łączy jedno-modowych (kilka kilometrów) skumulowana dyspersja chromatyczna zwykle mieści się w granicach tolerancji systemu dla sieci 10G i niższych. Gdy odległość wzrasta do dziesiątek lub setek kilometrów, szczególnie przy szybkości transmisji danych 10 Gb/s i większej, konieczne staje się zarządzanie dyspersją.
Na trasach długodystansowych-ioptyczna sieć transportowa (OTN)systemy, związki dyspersji chromatycznej na każdym kilometrze. Łącze o długości 400 km na światłowodzie G.652 przy 1550 nm gromadzi około 6800 ps/nm dyspersji chromatycznej. Bez kompensacji taki poziom dyspersji uniemożliwiłby odzyskanie nawet sygnału o szybkości 2,5 Gb/s.
PMD staje się istotnym czynnikiem przede wszystkim przy szybkości 40 Gb/s i większej lub w starszych zakładach światłowodowych, gdzie współczynnik PMD może przekraczać 0,5 ps/√km. Nowoczesne światłowody mają znacznie bardziej rygorystyczne specyfikacje PMD, a spójne odbiorniki z procesorem DSP mogą tolerować znacznie więcej PMD niż tradycyjne systemy-bezpośredniej detekcji.
Systemy DWDM: wszystkie związki powodujące upośledzenie
W przypadku multipleksowania-z gęstym podziałem długości fali (DWDM) systemów obsługujących 40, 80 lub więcej kanałów w paśmie C-, zarządzanie dyspersją nie jest opcjonalne. Każdy kanał ma inną długość fali i gromadzi nieco inną ilość dyspersji chromatycznej ze względu na nachylenie dyspersji. Oznacza to, że może być konieczna kompensacja-dla każdego kanału, a nie tylko pojedyncza korekcja zbiorcza dla całego pasma.
Co więcej, w systemach DWDM interakcja między dyspersją chromatyczną a nieliniowościami włókien (modulacja-fazy własnej, modulacja krzyżowa-fazy, mieszanie-czterech fal) stwarza bardziej złożony problem optymalizacji. Projektanci systemów często celowo utrzymują niewielką dyspersję szczątkową na rozpiętość, aby stłumić nieliniowe przesłuchy - i dlatego właśnie celem projektu nie jest „zerowa dyspersja wszędzie”.
Metody kompensacji dyspersji światłowodu
Wybór włókien i planowanie długości fali
Najbardziej podstawowym sposobem zarządzania dyspersją jest dokonanie właściwych wyborów przed dodaniem jakiegokolwiek sprzętu kompensującego. Obejmuje to wybór odpowiedniego typu światłowodu i długości fali roboczej dla danego zastosowania.
W przypadku nowych wdrożeń standardowy światłowód jednomodowy G.652.D pozostaje najczęstszym wyborem w sieciach metra i-sieciach długodystansowych. W przypadku łączy podwodnych lub naziemnych o bardzo-długim-dystansie można zastosować światłowód G.654.E o niskich-stratach. W starszych sieciach, w których zainstalowano włókno-z przesuniętą dyspersją G.653, dyspersja bliska-zerowej przy 1550 nm była zaletą w przypadku systemów jedno-kanałowych, ale stała się problemem dla DWDM ze względu na ulepszone-mieszanie czterech fal-. To lekcja, która wzmocniła znaczenie utrzymywania pewnej dyspersji resztkowej.
Planowanie długości fali również ma znaczenie. Praca w pobliżu długości fali zerowej{{1}dyspersji minimalizuje dyspersję chromatyczną, ale może zwiększyć efekty nieliniowe. Praca dalej od zerowej dyspersji umożliwia tłumienie nieliniowe, ale wymaga kompensacji. Nie ma jednej „najlepszej” długości fali - właściwy wybór zależy od architektury systemu.
Światłowód kompensujący dyspersję (DCF) i moduły kompensujące dyspersję (DCM)
Włókno kompensujące dyspersję to włókno specjalistyczne zaprojektowane tak, aby miało duży ujemny współczynnik dyspersji chromatycznej, zwykle w zakresie od -80 do -120 ps/(nm·km) przy 1550 nm. Wstawiając obliczoną długość DCF do łącza, można zrównoważyć skumulowaną dodatnią dyspersję ze światłowodu transmisyjnego. W postaci opakowanej nazywa się to modułem kompensacji dyspersji (DCM).
Praktyczne odniesienie: aby skompensować 80 km standardowego włókna G.652 (które gromadzi około +1,360 ps/nm dyspersji przy 1550 nm), wymagane jest około 14 km DCF o współczynniku dyspersji -95 ps/(nm·km), jak zauważono wWpis w encyklopedii ScienceDirect na temat DCF.
DCF jest skuteczny i-sprawdzony, ale wymaga-kompromisów. Dodatkowe włókno zwiększa tłumienie wtrąceniowe (zwykle 0,5–0,7 dB/km dla DCF w porównaniu z 0,2 dB/km dla światłowodu transmisyjnego), co może wymagać dodatkowego wzmocnienia i pogorszyć stosunek sygnału optycznego do-{7}}szumu. DCF ma również mniejszą powierzchnię efektywną niż włókno standardowe, co czyni go bardziej podatnym na efekty nieliniowe. Te-kompromisy ocenia się na podstawie współczynnika zasług (FOM), zdefiniowanego jako stosunek współczynnika dyspersji do tłumienia.
Kraty Bragga z włókna ćwierkanego (FBG)
Siatka Bragga z ćwierkanymi włóknami kompensuje dyspersję, odbijając różne długości fal z różnych miejsc wzdłuż siatki, tworząc opóźnienie zależne- od długości fali. Krótsze fale mogą być odbijane w pobliżu przodu siatki, podczas gdy dłuższe fale wędrują głębiej, zanim zostaną odbite, i odwrotnie. Rezultatem jest kontrolowane opóźnienie grupowe, które może zrównoważyć dyspersję chromatyczną.
W porównaniu z DCF kompensatory oparte na FBG-są kompaktowe, mają mniejsze tłumienia wtrąceniowe i wprowadzają pomijalne zniekształcenia nieliniowe, jak opisano wEncyklopedia RP Photonics na temat kompensacji dyspersji. Mogą jednak cierpieć na tętnienia grupowe opóźnienia - małe okresowe zmiany charakterystyki opóźnienia -, które mogą powodować zniekształcenia sygnału. Nowoczesna produkcja w dużym stopniu ograniczyła ten problem, ale pozostaje on kwestią rozważań projektowych w przypadku-systemów o wysokiej wydajności.
Elektroniczna kompensacja dyspersji (EDC) i cyfrowe przetwarzanie sygnału (DSP)
Nie cała kompensacja dyspersji zachodzi w domenie optycznej. Elektroniczna kompensacja dyspersji i cyfrowe przetwarzanie sygnału w odbiorniku mogą wyrównać wiele zniekształceń spowodowanych dyspersją światłowodu.
W nowoczesnych, spójnych systemach optycznych - 100G, 200G, 400G i więcej, kompensacja oparta na - DSP-jest podstawową częścią architektury odbiornika. Odbiorniki koherentne odzyskują zarówno amplitudę, jak i fazę sygnału optycznego, co daje silnikowi DSP wystarczającą ilość informacji, aby cyfrowo odwrócić dyspersję chromatyczną, PMD i inne zaburzenia liniowe. Jest to jeden z powodów, dla których spójne systemy 100G często mogą działać na tysiącach kilometrów światłowodu G.652 bez żadnych wbudowanych modułów kompensacji dyspersji optycznej.
W przypadku systemów-bezpośredniej detekcji przy 10 G, korekcja elektroniczna (wyrównywanie-zespołu w przód, estymacja maksymalnej-sekwencji wiarygodności) może zwiększyć-ograniczony zasięg dyspersji, ale przy mniejszych ulepszeniach niż spójny procesor DSP. Podczas modernizacji starszych łączy wybór pomiędzy dodaniem kompensacji optycznej (DCM) a aktualizacją dospójny transceiverz wbudowanym-procesorem DSP, zależy od kosztów, oczekiwanego wzrostu ruchu i istniejącej infrastruktury wzmacniaczy.
Dlaczego „zero dyspersji” nie zawsze jest celem
Inżynierowie, nowicjusze w dziedzinie światłowodów, czasami zakładają, że idealne łącze będzie miało wszędzie zerową dyspersję netto. W praktyce często nie jest to najlepszy cel projektowy. Są dwa powody:
Po pierwsze, w systemach WDM działanie w pobliżu zerowej dyspersji zwiększa pewne zaburzenia nieliniowe, - zwłaszcza-mieszanie czterech fal -, które może powodować przesłuchy między kanałami. Utrzymanie umiarkowanego poziomu lokalnej dyspersji w każdym przęśle faktycznie tłumi te efekty. Całkowite zakumulowane rozproszenie jest następnie kompensowane na końcu łącza lub w miejscach okresowej kompensacji.
Po drugie, nadmierna korekta dyspersji może powodować własne problemy. Jeśli kompensacja nie jest dokładnie dopasowana do rzeczywistej skumulowanej dyspersji (uwzględniając zmiany temperatury, starzenie się włókien i nachylenie dyspersji zależne od- długości fali), resztkowe niedopasowanie może pogorszyć wydajność. Z tego powodu w branży używa się raczej terminu „zarządzanie dyspersją” niż „eliminacja dyspersji”. Celem jest utrzymanie dyspersji netto w akceptowalnym przedziale, a nie wymuszanie jej na poziomie dokładnie zera w każdym punkcie.
Jak zdecydować, czy Twoje łącze wymaga kompensacji dyspersji
Zamiast traktować kompensację dyspersji jako wymaganie domyślne, przeanalizuj następujące pytania diagnostyczne:
Jaki jest Twój rodzaj włókna?Jeśli używaszświatłowód wielomodowy, głównym problemem jest dyspersja modowa, którą należy rozwiązać poprzez wybór gatunku światłowodu i warunki uruchomienia -, a nie poprzez DCM lub FBG. Jeśli korzystasz ze światłowodu jednomodowego-, przejdź do następnego pytania.
Jaka jest odległość łącza i szybkość transmisji danych?Ogólnie rzecz biorąc, dyspersja chromatyczna staje się znacząca dla sygnałów NRZ o przepustowości 10 Gb/s w odległości około 60–80 km na światłowodzie G.652 przy 1550 nm. Przy 2,5 Gb/s tolerancja sięga kilkuset kilometrów. Przy 40 Gb/s granica dyspersji spada bez kompensacji do około 4–6 km. Formaty modulacji-wyższego rzędu (używane w spójnych systemach 100G+) mają własną charakterystykę tolerancji dyspersji.
Czy jest to starsze łącze, czy nowa wersja?W starszych zakładach światłowodowych dodawanie DCM w miejscach wzmacniaczy jest powszechnym i sprawdzonym podejściem. W przypadku nowych wdrożeń wybór odpowiedniego typu światłowodu i planowanie spójnych transiwerów z procesorem DSP może być-bardziej opłacalne niż budowanie od początku kompensacji optycznej.
Jakiej technologii odbiornika używasz?Spójny odbiornik z DSP może cyfrowo kompensować dziesiątki tysięcy ps/nm dyspersji chromatycznej. Odbiornik-do bezpośredniego wykrywania ma znacznie niższą tolerancję. Themoduł nadawczo-odbiorczySpecyfikacja jest kluczowym czynnikiem wejściowym do obliczenia budżetu dyspersji.
Czy PMD ma znaczenie?Sprawdź charakterystykę PMD swojej rośliny włóknistej. Na nowoczesnym włóknie G.652.D jest mało prawdopodobne, aby PMD stanowiło problem przy prędkościach poniżej 40 Gb/s. W przypadku starszych włókien o nieznanej historii PMD zaleca się przetestowanie przed wdrożeniem.
Praktyczne scenariusze: zastosowanie wiedzy o dyspersji do rzeczywistych łączy
Scenariusz 1: Wielomodowe łącze do centrum danych przedsiębiorstwa
Kampusowe centrum danych łączące dwa budynki oddalone od siebie o 150 metrów za pomocą światłowodu wielomodowego OM4 o przepustowości 10 Gb/s (850 nm). Przy tej odległości szerokość pasma modalnego mieści się w granicach specyfikacji OM4 (efektywna szerokość pasma modalnego 4700 MHz·km). Dyspersja chromatyczna przy 850 nm jest obecna, ale na tej długości jest nieistotna. Nie jest wymagana żadna dedykowana kompensacja dyspersji. Podstawową kwestią przy projektowaniu jest zapewnienie prawidłowegoinstalacja kablowajakość i czystość złączy do utrzymaniastrata wtrąceniowaw ramach budżetu.
Scenariusz 2: łącze w trybie Metro- o szybkości 10 Gb/s
Operator sieci metropolitalnej obsługujący 10G DWDM na 120 km światłowodu G.652.D przy 1550 nm. Skumulowana dyspersja chromatyczna wynosi około 2040 ps/nm. Przekracza to typowe okno tolerancji dla odbiornika z detekcją bezpośrednią 10G NRZ-(około 1000–1200 ps/nm). Operator instaluje DCM w{15}}miejscu wzmacniacza środkowego zakresu, aby zapewnić dyspersję sieciową w granicach tolerancji. PMD w tym nowoczesnym włóknie ma wartość znacznie poniżej 0,1 ps/√km i nie wymaga osobnego przetwarzania przy 10 Gb/s.
Scenariusz 3: Spójny transport 100G na długich{{1}zasięgach
Połączenie-długiego zasięgu o długości 800 km wykorzystujące światłowód G.652.D ze wzmocnieniem EDFA co 80 km, obsługujące ruch 100G DP-QPSK. Całkowita skumulowana dyspersja chromatyczna przekracza 13 000 ps/nm. Jednakże procesor DSP odbiornika koherentnego kompensuje dyspersję chromatyczną cyfrowo, eliminując potrzebę stosowania wbudowanych DCM. Projekt miejsca wzmacniacza koncentruje się na zarządzaniu współczynnikiem szumów i optymalizacji OSNR, a nie na kompensacji dyspersji optycznej. Tolerancja PMD odbiornika koherentnego wynosi zazwyczaj 20–30 ps DGD, czyli znacznie powyżej tego, co wytwarza ta roślina włóknista. W rezultacie powstaje prostszy i tańszy-łańcuch wzmacniaczy w porównaniu ze starszym systemem-bezpośredniej detekcji 10G na tej samej trasie.
Typowe błędy przy ocenie dyspersji włókien
Mylenie dyspersji z tłumieniem.Jak omówiono powyżej, są to różne upośledzenia. Łącze, które przekracza budżet mocy optycznej, może nadal działać nieprawidłowo z powodu nadmiernej dyspersji. Zawsze obliczaj oba budżety.
Traktowanie wszystkich typów dyspersji jako wymiennych.Dyspersja modalna we włóknie wielomodowym, dyspersja chromatyczna we włóknie jednomodowym- i PMD są spowodowane różnymi mechanizmami, wpływają na różne typy systemów i wymagają różnych strategii łagodzenia. Używanie DCM na łączu wielomodowym lub próba naprawienia problemów z przepustowością modalną za pomocą spójnego odbiornika byłaby niewłaściwym zastosowaniem technologii.
Zakładając, że rekompensata jest zawsze wymagana.Wielekabel światłowodowypołączenia i łącza-krótkiego zasięgu działają dobrze w ramach swojej tolerancji rozproszenia. Dodanie niepotrzebnego sprzętu kompensującego zwiększa koszty, straty wtrąceniowe i złożoność systemu. Zawsze zaczynaj od budżetu linków, a nie od domyślnych założeń.
Ignorując nachylenie dyspersji.W systemach DWDM współczynnik dyspersji chromatycznej zmienia się w całym paśmie długości fali. DCM, który doskonale kompensuje kanał centralny, może pozostawić kanały brzegowe ze znaczną dyspersją szczątkową. W systemach szerokopasmowych mogą być potrzebne moduły kompensacyjne-dopasowane do nachylenia lub-przestrajalne kompensatory dla każdego kanału.
Przeglądanie danych dotyczących roślin włóknistych.Dokładna wiedza na temat rodzaju zainstalowanego włókna, jego długości i zmierzonej dyspersji jest niezbędna do zaprojektowania kompensacji. Przyjmowanie wartości ogólnych, gdy dostępne są rzeczywiste dane dotyczące zakładu, jest częstym źródłem marnowania marginesu projektu lub, co gorsza, niedostatecznej-kompensacji.
Często zadawane pytania
Czym w uproszczeniu jest dyspersja światłowodu?
Jest to rozprzestrzenianie się impulsów świetlnych podczas ich podróży przez światłowód, spowodowane przez różne części sygnału docierające w różnym czasie. Rezultatem są rozmyte impulsy, które zmniejszają zdolność odbiornika do odzyskania przesłanych danych.
Jakie są główne rodzaje dyspersji światłowodów?
Trzy główne kategorie to dyspersja modowa (dominująca we włóknie wielomodowym), dyspersja chromatyczna (dominująca we włóknie jedno-modowym) i dyspersja trybu polaryzacyjnego (istotna przy dużych przepływnościach w systemach jedno-modowych). Dyspersja chromatyczna składa się ponadto z dyspersji materiału i dyspersji falowodu.
Który typ dyspersji ma największe znaczenie w przypadku światłowodu jednomodowego-?
Dyspersja chromatyczna jest głównym problemem większości-jednomodowych łączy światłowodowych. PMD staje się dodatkowo istotne przy 40 Gbps i więcej, szczególnie w przypadku starszych włókien o wyższych współczynnikach PMD. Dyspersja modowa nie występuje we włóknie jedno-modowym, ponieważ propagowany jest tylko jeden mod.
W jaki sposób kompensowana jest dyspersja chromatyczna?
Trzy główne podejścia to: kompensacja optyczna z wykorzystaniem siatek Bragga DCF/DCM lub światłowodów; kompensacja elektroniczna za pomocą DSP w odbiorniku (szczególnie w systemach koherentnych); oraz zapobieganie poprzez odpowiedni dobór rodzaju włókien i planowanie długości fal. W nowoczesnych sieciach kompensacja-oparta na DSP jest spójnatransceivery optycznejest coraz częściej domyślnym podejściem w przypadku-szybkich łączy.
Czy każde łącze światłowodowe wymaga kompensacji dyspersji?
Nie. Krótkie łącza i systemy o niższej-szybkości często działają dobrze w ramach swojej tolerancji rozproszenia bez żadnej dedykowanej kompensacji. Potrzeba zależy od łącznego wpływu rodzaju światłowodu, odległości, szybkości transmisji danych, długości fali i czułości odbiornika. Decyzję o wynagrodzeniu zawsze powinna poprzedzać właściwa kalkulacja budżetu łącza.
Co powoduje dyspersję w światłowodzie?
Dyspersja jest spowodowana różnicami w prędkości propagacji pomiędzy składnikami sygnału optycznego. W światłowodzie wielomodowym różne mody przestrzenne przemieszczają się różnymi ścieżkami. We włóknie jednomodowym różne długości fal przemieszczają się z różnymi prędkościami ze względu na materiał i właściwości falowodu. Dwójłomność we włóknie powoduje, że dwa stany polaryzacji doświadczają różnych opóźnień.
Czy zerowa dyspersja jest zawsze idealnym celem?
Nie w praktyce. W systemach WDM niewielka ilość lokalnej dyspersji w każdym odcinku światłowodu pomaga stłumić zakłócenia nieliniowe, takie jak mieszanie cztero-fali. Celem inżynieryjnym jest zarządzanie dyspersją sieci w akceptowalnym oknie odbiornika, a nie eliminowanie jej w każdym punkcie łącza.
Wniosek
Dyspersja światłowodu jest jednym z podstawowych zaburzeń transmisji w sieciach światłowodowych, obok tłumienia i efektów nieliniowych. Zrozumienie, jaki typ dyspersji wpływa na Twój konkretny system - modalny, chromatyczny lub PMD - to pierwszy krok w kierunku skutecznego zarządzania. Następnym krokiem jest dopasowanie właściwej strategii mitygacji do łącza: wybór światłowodu, kompensacja optyczna, kompensacja elektroniczna lub po prostu potwierdzenie, że kompensacja nie jest potrzebna.
Dla inżynierów pracujących zświatłowód jednomodowy-w sieciach metra i sieciach długodystansowych- zarządzanie dyspersją chromatyczną pozostaje podstawową dyscypliną projektową. Dla wdrażającychświatłowód wielomodowyw aplikacjach-o krótszym zasięgu równie ważne jest zrozumienie ograniczeń przepustowości modalnej. W miarę jak spójny procesor DSP stale się rozwija, granica między „-ograniczoną dyspersją” a „-możliwym do zarządzania” procesorem DSP stale się przesuwa, - co sprawia, że ważniejsze niż kiedykolwiek jest podejście do dyspersji jako problemu inżynieryjnego na-poziomie systemu, a nie do rozwiązania pojedynczego-elementu.
