Optik tolali dispersiya: turlari, sabablari va qachon tuzatish kerak

Optik tolali dispersiya - yorug'lik impulsining tola bo'ylab harakatlanishida kengayishi. Impulslar juda uzoqqa tarqalsa, ular qabul qilgichda bir-biriga yopishadi va o'tkazish qobiliyatini va kirishni cheklaydigan bit xatolariga olib keladi. Masalan, 1550 nm da 80 km masofani bosib o‘tuvchi 10 Gbit/s yagona rejimda{3}}to‘plangan xromatik dispersiya 1300 ps/nm - dan oshishi mumkin, agar boshqarilmasa, ko‘z diagrammasini butunlay yopish uchun yetarli.

Tarmoq muhandislari va tizim dizaynerlari uchun amaliy savol kamdan-kam hollarda "Dispersiya nima?" balki "Mening havolamda qaysi turdagi dispersiya ustunlik qiladi va u kompensatsiya talab qiladimi?" Ushbu qoʻllanmada asosiy dispersiya mexanizmlari, ularning sabablari va bugungi kunda mavjud boʻlgan kompensatsiya usullari - boʻyicha eski DCF modullaridan zamonaviy izchil DSPgacha boʻlgan yoʻnalishlar boʻyicha oʻtish orqali javob beriladi.
 

Optik tolali dispersiya nima?

Dispersiya degani, qisqa optik impuls tolalar bo'ylab tarqalayotganda qisqa turmasligini anglatadi. Vaqt o'tishi bilan tarqaladi. Qanchalik ko'p tarqalsa, qabul qiluvchining bir bitni keyingisidan farqlashi shunchalik qiyin bo'ladi. ga ko'raITU-T G.652 standarti, standart bir rejimli tolaning xromatik dispersiya koeffitsienti -1550 nm yaqinida taxminan 17 ps/(nm·km) da belgilanadi - bu parametr masofada impulslar qanchalik tez kengayishini bevosita boshqaradi.

Dispersiya bitta ta'sir emas. Turli xil tolalar turlari va tizim arxitekturalariga turli mexanizmlar ta'sir qiladi. Inmultimodli tola, modal dispersiya hukmronlik qiladi. Inyagona-rejimli tola, xromatik dispersiya va polarizatsiya rejimi dispersiyasi asosiy tashvishlardir. Sizning tolalar turiga qaysi mexanizm tegishli ekanligini tushunish to'g'ri dizayn qaroriga birinchi qadamdir.

Optik tolali dispersiyaga nima sabab bo'ladi?

Dispersiya tola va yorug'lik manbasining fizik xususiyatlaridan kelib chiqadi. Har bir dispersiya turi o'ziga xos sababga ega:

Modali dispersiyako'p rejimli tolada bir nechta tarqalish yo'llari (rejimlari) mavjudligi sababli yuzaga keladi. Yuqori{1}}tartibli rejimlar past tartibli rejimlarga qaraganda uzoqroq samarali yoʻllarni bosib oʻtadi, shuning uchun ular qabul qiluvchiga turli vaqtlarda yetib boradi. Natijada pulsning kengayishi, masofa bilan yomonlashadi. Shuning uchun multimodli tolaning o'ziga xos kirish chegaralari mavjud - OM3 tolasi 10GBASE-SRni qo'llab-quvvatlaydi, masalan, atigi 300 metrga baholanadi.

Xromatik dispersiyashishaning to'lqin uzunligiga-bog'liq sinishi indeksiga bog'liq. Hech qanday lazer mukammal bir to'lqin uzunligini chiqarmaganligi sababli, turli spektral komponentlar bir oz boshqacha tezlikda harakat qiladi. Xromatik dispersiya ikkita sub{3}}komponentga ega: material dispersiyasi (shishaning o'zidan) va to'lqin uzatuvchi dispersiyasi (tolaning yadrosi-qoplama geometriyasidan). Ularning birgalikdagi ta'siri har qanday to'lqin uzunligidagi umumiy xromatik dispersiyani aniqlaydi. Standart G.652 tolasi 1310 nm ga yaqin{8}}dispersiya to'lqin uzunligi nolga teng, shuning uchun u erda ko'pincha eski tizimlar ishlagan. 1550 nm - da uzoq{13}}masofaga afzal qilingan oyna vaDWDM uzatishpastroq zaiflashuv tufayli - xromatik dispersiya sezilarli darajada to'planadi va bir necha o'nlab kilometrlardan ortiq har qanday havolada 10 Gbps yoki undan yuqori tezlikda boshqarilishi kerak.

Polarizatsiya rejimi dispersiyasi (PMD)tolalar yadrosidagi nosimmetrikliklar tufayli yuzaga keladi. Ideal tolada ikkita ortogonal polarizatsiya holati bir xil tezlikda harakat qiladi. Amalda, ishlab chiqarish kamchiliklari, mexanik kuchlanish va haroratning o'zgarishi bir qutblanish holatining boshqasidan biroz oldinroq kelishiga olib keladigan qo'sh sindirishni keltirib chiqaradi. PMD statistik effektdir - u vaqtga va tola boʻylab - oʻzgarib turadi, bu esa uni qattiq optik elementlar bilan qoplashni qiyinlashtiradi. Bu odatda 200–300 km dan oshiq eski 10G va 40G aloqalarida yoki PMD koeffitsienti yuqori (0,5 ps/√km dan yuqori) eski tolali zavodni qayta ishlatadigan tizimlarda dizayn muammosiga aylanadi.

Optik tolali dispersiyaning uchta asosiy turi

Modal dispersiya

Modal dispersiya ko'p rejimli tolada dominant tarmoqli kengligi cheklovchisidir. Buning sababi, multimode tolasi yuzlab yoki hatto minglab tarqalish rejimlarini qo'llab-quvvatlaydi, ularning har biri yadro orqali biroz boshqacha yo'lni bosib o'tadi. Darajali{2}}koʻp rejimli tolalar (OM1 dan OM5 gacha) yadro boʻylab sindirish koʻrsatkichi profilini oʻzgartirib, modal dispersiyani pasaytiradi, yuqori{5}}tartibli rejimlarni boshqaradi, shuning uchun ular oʻz vaqtida quyi{6}}tartib rejimlariga yaqinlashadi. Shunga qaramay, tolaning samarali modal tarmoqli kengligi bit tezligi × masofa mahsulotida qattiq shiftni o'rnatadi. 300 m masofada OM3 orqali 10G ishlaydigan kampus magistral ushbu shiftga yaqin joyda ishlaydi; undan tashqariga surish odatda dispersiya kompensatoriga emas, balki bir{12}}rejimli tolaga o‘tishni talab qiladi.

Xromatik dispersiya

Xromatik dispersiya - bu bir{0}}rejimli uzoq{1}} va DWDM tizimlarida asosiy muhandislik buzilishi. Uning kattaligi uchta omilga bog'liq: tolaning tarqalish koeffitsienti, manbaning spektral kengligi va bog'lanish masofasi. 1550 nm da standart G.652 tolasi uchun 100 km dan ortiq to'plangan dispersiya taxminan 1700 ps/nm ni tashkil qiladi. 10 Gbit / s tezlikda (NRZ modulyatsiyasi) dispersiyaga chidamlilik taxminan 1000 ps/nm ni tashkil qiladi, ya'ni 1550 nm da kompensatsiyalanmagan aloqa shu tezlikda taxminan 60 km bilan cheklangan.

Shuni ta'kidlash kerakki, o'rtacha miqdordagi xromatik dispersiya DWDM tizimlariga foyda keltirishi mumkin. Korningning oq qog'ozida tasvirlanganidekDWDM tarmoqlari uchun tolali dizayn, qoldiq dispersiya to'rtta{0}}to'lqin aralashtirish (FWM) - nochiziqli effektning fazaga mos keladigan samaradorligini pasaytiradi, bu yaqin masofadagi kanallarni buzadi. Shuning uchun -nol dispersiyali-bo'lmagan siljishli tolalar (G.655 va G.656) ishlab chiqildi: ular umumiy dispersiyani boshqarish mumkin bo'lgan holda FWMni bostirish uchun 1550 nm da kichik, lekin nolga teng bo'lmagan dispersiyani saqlaydi.

Polarizatsiya rejimi dispersiyasi (PMD)

Xromatik dispersiya bilan solishtirganda PMD odatda ikkinchi darajali tashvishdir, lekin u muayyan stsenariylarda ahamiyatli bo'ladi. Yuqori bit tezligi{2}}eski tizimlar (40 Gbit/s va undan yuqori) PMDga nisbatan sezgirroq, chunki qisqaroq bit davrlari differentsial guruh kechikishi (DGD) uchun kamroq chegara qoldiradi. PMD koeffitsientlari 0,5 ps/√km - dan yuqori bo'lgan eski tolalar orqali o'tadigan havolalar -1990-yillarning o'rtalaridan oldin o'rnatilgan kabellarda keng tarqalgan - xromatik dispersiya chegaralaridan oldin PMD chegaralariga duch kelishi mumkin. Bunday hollarda PMD o'lchovi va tavsifi havolani qabul qilish jarayonining bir qismiga aylanadi. Zamonaviy izchiltransponderlarDSP-da PMD kompensatsiyasini boshqaring, bu yangi tuzilmalarda mustaqil joylashtirish to'sig'i sifatida PMDni sezilarli darajada kamaytirdi.

Sizning havolangizda qaysi turdagi dispersiya muhim?

Javob tola turiga, masofaga, ma'lumotlar tezligiga va tizim arxitekturasiga bog'liq. Mana, amaliy qarorlar asosi:

1-qadam: tola turini aniqlang.Agar siz ko'p rejimli tola (OM1–OM5) bilan ishlayotgan bo'lsangiz, modal dispersiya sizning asosiy tashvishingizdir. Odatda multimodli masofalarda xromatik dispersiya va PMD ahamiyatsiz. Agar siz bitta rejimli tola bilan ishlayotgan bo'lsangiz-OS1 yoki OS2), 2-bosqichga oʻting.

2-qadam: To'lqin uzunligini ko'rib chiqing.1310 nm da G.652 tolasidagi xromatik dispersiya nolga yaqin, shuning uchun u o'rtacha masofalarda ham kamdan-kam hollarda kompensatsiyaga muhtoj. 1550 nm da dispersiya taxminan 17 ps/(nm·km) da to'planadi va uzoqroq ulanishlar uchun kompensatsiyani rejalashtirish kerak.

3-qadam: Ma'lumotlar tezligini baholang.Yuqori bit tezligi qattiq dispersiyaga tolerantliklarga ega. 10G NRZ signali taxminan 1000 ps/nm ga toqat qiladi; 40G NRZ signali atigi 60 ps/nm ga toqat qiladi. Kogerent 100G/400G tizimlari dispersiyaga bardoshlilikni sezilarli darajada kengaytiradigan ilg'or modulyatsiya va DSP-dan foydalanadi.

4-qadam: Tizim arxitekturasini tekshiring.To'g'ridan-to'g'ri havolani aniqlash-to'g'ridan-to'g'ri-nuqtada-tashqi dispersiya kompensatsiyasi kerak bo'lishi mumkin. Zamonaviy kogerent DWDM tizimida transponder DSP odatda xromatik dispersiyani va PMDni raqamli tarzda boshqaradi, ko'pincha mustaqil kompensatsiya modullariga bo'lgan ehtiyojni yo'q qiladi.

Dispersiya kompensatsiyasi qachon kerak?

Har bir havola alohida kompensatsiya bosqichiga muhtoj emas. Masalan, 1310 nm da 20 km masofada ishlaydigan 10G yagona rejimli havola, masalan, arzimas xromatik dispersiyani to'playdi va hech qanday kompensatsiyaga muhtoj emas. Ammo bir nechta shartlar birlashganda kompensatsiya zarur bo'ladi:

Bog'lanish 1550 nm da to'plangan xromatik dispersiya qabul qiluvchining tolerantligidan oshib ketadigan masofalarda ishlaydi. Toʻgʻridan-toʻgʻri aniqlash optikasi bilan maʼlumot uzatish tezligi 10 Gbit/s yoki undan yuqori. Tizim qattiq DWDM transport tarmog'idiroptik quvvat byudjetiva buzilish talablari. Yoki tolali zavodda PMD ma'lum bo'lgan - eski kabellar, shamol yukiga duchor bo'lgan havo yo'llari yoki yuqori{2}}stressli o'rnatishlar.

Amaliy qoida: agar siz allaqachon bog'langan byudjet va zaiflikni rejalashtirish bilan shug'ullanayotgan bo'lsangiz, xuddi shu bosqichda tarqalishni baholang. Dizayn paytida uni hal qilish, joylashtirishdan keyin vaqti-vaqti bilan yuzaga keladigan xatolarni bartaraf etishdan ko'ra osonroqdir.

Taqqoslangan dispersiyani qoplash usullari

Tolali ulanishlarda dispersiyani boshqarish uchun uchta asosiy yondashuv mavjud. Ularning har biri boshqa tizim kontekstiga mos keladi.

Dispersiyani kompensatsiya qiluvchi tola (DCF)

DCF - katta salbiy dispersiya koeffitsientiga ega bo'lgan maxsus mo'ljallangan tola (odatda -80 dan -100 ps / (nm · km) 1550 nm). Transmissiya tolasida to'plangan musbat xromatik dispersiyani bartaraf etish uchun DCF ning hisoblangan uzunligi - havolasiga odatda kuchaytirgich joylari - kiritiladi. DCF yigirma yildan ortiq vaqtdan beri 10G uzunlikdagi{8}}va eski DWDM tizimlarida standart kompensatsiya usuli bo'lib kelgan. Uning asosiy kamchiliklari qo'shilishning yo'qolishi (qo'shimcha kuchaytirishni talab qiladi), kechikishning oshishi va DCF ning kichik samarali maydoni tufayli qo'shilgan chiziqli bo'lmagan effektlardir.

Fiber Bragg panjarasi (FBG)

FBG{0}}asosidagi dispersiya kompensatorlari tolaning qisqa qismiga yozilgan davriy sinishi indeksi strukturasidan foydalanadi. Panjara to'lqin uzunligiga bog'liq{2}}ko'zgu kechikishlarini hosil qiladi, bu esa uzatish paytida to'plangan dispersiyani qaytaradi. FBG modullari DCF spollariga qaraganda ixchamroq va kamroq kechikishni ta'minlaydi. Ular sobit{5}}dispersiyali va sozlanadigan variantlarda mavjud. Sozlanishi mumkin bo'lgan FBG'lar, ayniqsa, kanallar qo'shilishi yoki yo'nalishi o'zgarishi bilan dispersiya xaritasi o'zgarishi mumkin bo'lgan qayta konfiguratsiya qilinadigan DWDM tarmoqlarida foydalidir.

Elektron va raqamli signallarni qayta ishlash (DSP)

Zamonaviy kogerent optik tizimlar DSP qabul qiluvchisidagi dispersiyani raqamli ravishda qoplaydi. Kogerent qabul qiluvchi optik maydonning amplitudasini ham, fazasini ham ushlaydi, bu DSP uchun xromatik dispersiyani va PMDni hisoblashda teskari qilish uchun etarli ma'lumot beradi. tomonidan hujjatlashtirilganidekIEEE 802.3ishchi guruhlari va sanoat ilovalari, izchil 100G, 400G va 800G transponderlari muntazam ravishda DSP - da oʻn minglab ps/nm xromatik dispersiyani qoplaydi, bu esa ichki DCF yoki FBG modullariga boʻlgan ehtiyojni butunlay yoʻq qiladi. Ushbu siljish uzoq masofali{5}}tarmoq dizaynini tubdan o'zgartirdi: yangi kogerent DWDM o'rnatishlar odatda mustaqil dispersiya kompensatsiyasi uskunasini o'tkazib yuboradi.

DCF va FBG va DSP

To'g'ri kompensatsiya strategiyasini qanday tanlash mumkin

Eski 10G yoki ishlab chiqilgan DWDM tizimlari

10G toʻgʻridan-toʻgʻri{1}}aniqlash yoki dastlabki DWDM platformalarida qurilgan tarmoqlarda DCF yoki FBG bilan optik{2}}domen kompensatsiyasi koʻpincha liniya tizimi dizaynining bir qismi hisoblanadi. Bu tizimlar har bir kuchaytirgich oralig'ida to'plangan dispersiyani qabul qiluvchining tolerantligi doirasida ushlab turish uchun - musbat va manfiy dispersiya segmentlarining rejalashtirilgan ketma-ketligi - diqqat dispersiya xaritalariga tayanadi. Agar siz bunday tarmoqni saqlayotgan yoki kengaytirayotgan bo'lsangiz, kompensatsiya yondashuvini qayta loyihalash o'rniga, mavjud dispersiya xaritasi doirasida ishlang. O'zgartirish DCF modullari yoki sozlanishi FBG kompensatorlari bu erda standart vositalardir.

Zamonaviy kogerent optik tizimlar

Agar havola kogerent transponderlardan foydalansa (100G, 400G yoki undan yuqori), DSP ichki rangdagi dispersiya va PMD kompensatsiyasini boshqaradi. Dizayn suhbati "Menga qaysi DCM moduli kerak?" "To'plangan umumiy dispersiya nima va u transponderning DSP diapazonidami?" Aksariyat zamonaviy kogerent transponderlar 50 000 ps/nm dan ortiq xromatik dispersiyaga - toqat qiladi, bu 1550 nm da 3000 km dan ortiq G.652 tolasiga ekvivalentdir. Ushbu tizimlarda mustaqil DCF yoki FBG modullari keraksiz yo'qotish va murakkablikni oshiradi. Kogerentga yangilashda eski DCFni olib tashlash uzoq masofali tarmoqni modernizatsiya qilishda-odatiy va yaxshi hujjatlashtirilgan optimallashtirish bosqichidir.

Koʻp rejimli qisqa{0}}Urish havolalari

Kampus yoki ma'lumotlar markazi muhitida ko'p rejimli havolalar uchun xromatik dispersiyani qoplash mahsulotlari ahamiyatsiz. O'tkazish qobiliyatini cheklash xromatik emas, modaldir. Agar ko'p rejimli havola ishlash talablariga javob bermasa, birinchi navbatda tekshirish kerak bo'lgan narsalar tolaning sifati (OM3 va OM4 va OM5), dastur standartiga nisbatan havola uzunligi, ulagich sifati vaqabul qiluvchi mosligi. Yuqori-koʻp rejimli tolaga koʻtarilish yoki bir{2}}rejimli tola va optikaga oʻtish dispersiya kompensatorini qoʻshmasdan - amaliy yoʻldir.

Umumiy xatolar va noto'g'ri tushunchalar

Barcha dispersiyani zararli deb hisoblasak.DWDM tizimlarida xromatik dispersiyaning boshqariladigan miqdori to'rtta{0}}to'lqin aralashuvini va boshqa chiziqli bo'lmagan jazolarni bostiradi. Bu foydali qoldiq dispersiyani 1550 nm da ushlab turish uchun -nol dispersiyali-siljitmagan tolalar (G.655) maxsus ishlab chiqilgan.

Har bir havola kompensatsiyaga muhtoj deb hisoblasak.G.652 tolasining 40 km masofasida 1310 nm da 10G aloqasi xromatik dispersiyaga chidamlilik doirasida yaxshi ishlaydi. Ko'pgina korxona va metro havolalari hech qanday kompensatsiyaga muhtoj emas - optika va tolalar uni o'z-o'zidan boshqaradi.

Yagona rejimli tolaning-dispersiyasi yo‘q deb faraz qiling.Yagona{0}}rejimli tola modal dispersiyani bartaraf qiladi, ammo xromatik dispersiya va PMD saqlanib qoladi. 1550 nm da G.652 tolasidagi xromatik dispersiya katta bo'lib, har qanday uzoq{4}}uzilish dizaynida hisobga olinishi kerak.

Dominant buzilishni aniqlashdan oldin kompensatsiya usulini tanlash.DCF faqat xromatik dispersiyaga murojaat qiladi. FBG faqat xromatik dispersiyaga murojaat qiladi. Kogerent tizimlardagi DSP ham xromatik dispersiyaga, ham PMDga murojaat qiladi. Qaysi buzilish ustun ekanligini tushunishdan oldin usulni tanlash kuch va byudjetni behuda sarflashga olib keladi.

Tez-tez so'raladigan savollar

Yagona rejimli tolaning-dispersiyasi bormi?

Ha. Yagona{1}}rejimli tola modal dispersiyani yo‘q qiladi, chunki u faqat bitta tarqalish rejimini qo‘llab-quvvatlaydi, lekin u hali ham xromatik dispersiya va polarizatsiya rejimi dispersiyasini namoyish etadi. Standart G.652 yagona rejimli tolada xromatik dispersiya 1550 nm da taxminan 17 ps/(nm·km) va 1310 nm da nolga yaqin.

Modal va xromatik dispersiya o'rtasidagi farq nima?

Modali dispersiya multimodli tolada turli vaqtlarda keladigan bir nechta yorug'lik yo'llari (rejimlari) tufayli yuzaga keladi. Xromatik dispersiya har qanday tolalar turida turli tezlikda harakatlanadigan turli to'lqin uzunliklari tufayli yuzaga keladi, lekin bu, birinchi navbatda, bitta rejimli tizimlarda tashvish tug'diradi. Modali dispersiya faqat multimodli tolaga ta'sir qiladi; xromatik dispersiya ham koʻp rejimli, ham bir{3}}rejimli tolaga taʼsir qiladi, lekin asosan, bir{4}}rejimli-uzoqli ulanishlar uchun moʻljallangan.

Dispersiyani qoplash qachon kerak?

Kompensatsiya odatda 1550 nmdagi bitta rejimli havola - qabul qiluvchining xromatik dispersiyaga chidamliligidan oshib ketganda zarur bo'ladi, masalan, G.652 tolasida NRZ modulyatsiyasi bilan 10 Gbit/s tezlikda taxminan 60 km. Kogerent tizimlarda (100G va undan yuqori) transponder DSP dispersiyani ichki kompensatsiya qiladi, shuning uchun mustaqil kompensatsiya modullari odatda kerak emas.

Kogerent optika DCFga bo'lgan ehtiyojni bartaraf eta oladimi?

Aksariyat hollarda, ha. Zamonaviy kogerent transponderlar xromatik dispersiyani va PMDni raqamli ravishda kompensatsiya qiladi, odatda CD tolerantligi 50 000 ps/nm dan oshadi. Ko'pgina operatorlar izchil platformalarga yangilashda eski DCF-ni faol ravishda olib tashlaydilar, chunki DCF DSP ishlata olmaydigan foyda keltirmasdan kiritish yo'qotilishini qo'shadi.

Optik tolaning tarqalishiga nima sabab bo'ladi?

Asosiy sabablar turga bog'liq. Modali dispersiya ko'p rejimli tolada bir nechta tarqalish yo'llari tufayli yuzaga keladi. Xromatik dispersiya shisha sinishi ko'rsatkichining to'lqin uzunligiga bog'liqligi va tolali to'lqin yo'riqnomasi tuzilishi tufayli yuzaga keladi. PMD yorug'likning ikkita qutblanish holati uchun turli tezliklarni yaratadigan tolalar yadrosidagi nosimmetrikliklar va stress tufayli yuzaga keladi.

Fiber Linkingizni rejalashtirish

Dispersiyani tushunish - bu zaiflashuv, ulagichning yo'qolishi va optik quvvat byudjetini o'z ichiga olgan kattaroq havola dizayni jumboqlarining bir qismidir. Agar siz tolali tarmoqni loyihalashtirayotgan yoki yangilayotgan bo'lsangiz - qisqa kampus magistral yoki uzoq{2}}tashish yo'li - tola turini, ish to'lqin uzunligini va ma'lumot uzatish tezligini aniqlashdan boshlang. Ushbu uchta parametr qaysi dispersiya mexanizmi muhimligini va kompensatsiya zarurligini aniqlaydi.

To'g'ri tolali infratuzilma komponentlarini tanlashda yordam uchun - shu jumladantolali patch kordonlar, ulagichlar va havolalar talablaringizga mos simi birikmalari - bilan tanishingDimining optik tolali yechimlariyokimuhandislik guruhimizga murojaat qilingloyihaga oid-maxsus yoʻriqnomalar uchun.