كيفية تقدير مسافة الإرسال لوحدات الألياف الضوئية

تختلف الوحدات الضوئية عن بعضها البعض في مسافة الإرسال ، وهي ميزة يجب مراعاتها بالإضافة إلى المواصفات الأخرى مثل معدل البيانات عند اختيار أجهزة إرسال واستقبال الألياف البصرية. في عصر الشبكات عالية السرعة ، يتطلب التقدم المستمر لتقنية نقل الألياف الضوئية مزيدًا من المسافة بصري شبكة الاتصالات. قد يكون بعض المستخدمين متناقضين بشأن قياس مسافة نقل الوحدة الضوئية في الممارسة العملية. إذا كنت أحدهم ، اكتشف الأساليب في هذه المقالة الآن!

 

1. الطول الموجي العامل  

يعد فحص الطول الموجي للعمل ووضع الألياف الضوئية لوحدة بصرية واحدة من الطرق الشائعة لتقدير المدة التي يمكن أن يصل إليها جهاز الإرسال والاستقبال البصري. إذا كانت الوحدة الضوئية تعمل بطول موجي بالقرب من 850 نانومتر (880 نانومتر) أو 910 نانومتر (940 نانومتر) ، فإن الوحدة هي وضع متعدد الألياف (MMF) بصري جهاز الإرسال والاستقبال، وإذا كان الطول الموجي للعمل هو 1310 نانومتر أو 1550 نانومتر ، فهو وضع أحادي الألياف (SMF)الوحدة الضوئية. بشكل عام ، مسافة الإرسال القصوى(على العموم لا يزيد عن 500 م) بدعم من وضع متعدد ليف الوحدة الضوئية كثيرا أقصر من وضع واحد ليف وحدة بصرية.

 

2. نوع كابل الألياف البصرية

بصرف النظر عن الطول الموجي للعمل ، فإن نوع الألياف متعددة الأوضاع هو عامل آخر يُحدث فرقًا في مسافة الإرسال. على سبيل المثال ، أقصر طول ارتباط للألياف متعددة الأوضاع الكابلات مثل OM3, OM4 و OM5 على أساس 40G هو 2m (نفس 100G) والأطول هو 240m, 350 م ،  440m على التوالى. في حين OM3, OM4 و OM5 العمل على 100غ، تمتد مسافات النقل القصوى الخاصة بهم إلى 75 مترًا و 100 مترًا و 150 مترًا بشكل فردي بسبب OM4 و كابلات الألياف OM5تشتت مشروط محسن ومنتجهم لمسافة عرض النطاق الترددي المتزايد. 

 

بالنسبة لوحدات الألياف الضوئية أحادية الوضع ، عندما يكون معدل البيانات أقل من 10 جيجابت ، فإن أقصى مسافة للإرسال الداعمة لها لا تكون بطول تلك التي يبلغ طولها الموجي 1550 نظريًا بسبب فقدان الإشارة. إذا كانت سرعة البيانات أكثر من 10 جيجابت ، فقد يكون التشتت محدودًا ، بحيث يمكن لجهاز الإرسال والاستقبال البصري بطول موجة 1310 دعم مسافة إرسال أطول.

 

ومع ذلك ، لا يمكن لجميع العوامل المذكورة أعلاه أن تحدث فرقًا لمجرد أن أشعة الليزر مثل EML أو DML تؤثر أيضًا على مسافة الإرسال. هناك ميل إلى النقيق بالليزر في DML. يمكن أن يؤدي النقيق بالليزر إلى تأثيرات تشتت كبيرة للنبضات المعدلة الشدة ، مما يحد من الإرسال في المقابل. عندما تصل السرعة إلى 25 جيجابت في الثانية ، يكون التشتت في نقل النطاق C لكابل الألياف أحادي الوضع بطول 20 كم كبيرًا نسبيًا.

 

3. متوافقة بروتوكولات والمعايير

بصرف النظر عن التحقق من الطول الموجي التشغيلي للوحدات الضوئية ، فإن البروتوكول والمعيار هما طريقتان أخريان لقياس مسافة إرسال الإشارة. يوضح الشكل أدناه سلسلة مختلفة 10غ SFP + وحدة الألياف البصريةs.

◮ أنواع مختلفة من 10غ SFP + أجهزة الإرسال والاستقبال من الألياف البصرية

ماذا تعني الأحرف مثل SR و LR؟ قد تفهم العلاقة بين معانيها وأطوال ارتباطها بعد الحصول على الجواب. SR = مدى الوصول القصير ، LR = مدى الوصول الطويل ، LRM = وضع متعدد بعيد المدى ، ER = مدى وصول ممتد ، ZR = أفضل وصول (Z). بالإضافة الى IEEE، وهناك مواصفات ومعايير أخرى صادرة عن منظمات مثل MSA و OIF. يرجى التحقق مما يلي مسافة الألياف البصرية المخططات لمزيد من المعلومات. 

◮الملصق الموجود على جهاز الإرسال والاستقبال البصري QSFP28G LR100

ما يهم أكثر على ملصق جهاز الإرسال والاستقبال البصري هو المعلومات مثل QSFP28-100G-LR4أي ما هي تسمياتها؟ يأخذ QSFP28-100G-LR4 كمثال ، الجزء "QSFP28"يشير إلى عامل شكل الوحدة النمطية ، وتشمل عوامل الشكل الأكثر شيوعًا SFP و CFP و QSFP؛ الجزء الأوسط "100G" يمثل ليف بصري معدل نقل البيانات الأساسي للوحدة النمطية مثل 10G و 100G و 400G ؛ يرمز "LR" إلى معيار PMD (المعتمد على الوسيط المادي) المدعوم ؛ يشير الرقم "4" إلى أن الوحدة الضوئية بها أربع قنوات إشارة.

لن يتم إعطاء جميع أطوال الوصلات المدعومة لجهاز الإرسال والاستقبال البصري على الملصق. من خلال التحقق من الجدول أعلاه ، لا يزال بإمكانك التعرف بسهولة على التطبيق ومسافة الإرسال.

 

4. المتلقي حساسية

قبل الحصول على مزيد من التفاصيل حول كيفية قياس مسافة الإرسال ، من الضروري أن يكون لديك أساسي فهم العبور الطاقة الضوئية. تشير العبور يمكن أن تكون الطاقة الضوئية يعتبر مثل شدة الضوء ، في W أو MW ، أو dBm( W أو mW هي وحدة خطية و dBm هي وحدة لوغاريتمية) ، والتي يتم قياسها عادةً بواسطة عدادات القدرة الضوئية. ديسيبل هي الوحدة الأكثر استخدامًا في تمثل القوة الضوئية. المعادلة يمكن التعبير عنها 

P (ديسيبل) = 10 سجل (P / 1 ميجا واط) 

مخفف الطاقة الضوئيةجي بواسطة هالf ميغاواط هو يعادل الحد بمقدار 3 ديسيبل. يتوافق 0dBm من الطاقة الضوئية مع 1mW. يجب قياس الطاقة الضوئية لمنتجات سلسلة PON بواسطة مقياس طاقة بصري خاص بسبب وضع الاندفاع الخاص بها بنهاية ONU. في هذه الحالة ، يجب أن تكون عدادات الطاقة الضوئية طريقة التنفيذed في السلسلة داخل الدوائر للحصول على لحظة الطاقة الضوئية للوصلة الصاعدة والهابطة نتيجة.

 

 

 

◮ عداد الطاقة الضوئيةs

تستخدم أنظمة الاتصالات الضوئية قيمة BER لتحديد متطلبات الأداء لتطبيق ارتباط إرسال معين. إن تحديد حساسية المستقبل لجهاز الإرسال والاستقبال البصري هو في الواقع قياس موازنة القدرة الضوئية في حادثة dBm على جهاز الكشف الضوئي. هذه طريقة مفيدة جدًا في أنظمة الوحدات الضوئية ذات معدل البيانات المنخفض للتشتت والنقيق ليست العوامل الرئيسية لطول ارتباط الإرسال. طريقة القياس هي كما يلي:

الميزانية P = Min Pt - Min Pr

لماذا يوجد حد أدنى من الطاقة للعبور وحد أدنى من الحساسية لجهاز الكشف الضوئي؟ غالبًا ما يكون أداء الوحدات الضوئية غير متسق مع بعضها البعض طوال فترة الإنتاج ويتغير على مدار دورة الحياة. لذلك ، يجب مراعاة أسوأ أداء عند حساب متوسط ​​القدرة. هذا يختلف عن البحث الأكاديمي الذي يسعى للحصول على موافقة السلطة ؛ يتم قياس المنتجات من خلال قابليتها للاستخدام والتطبيق العام.

 

بناءً على ميزانية الطاقة ، يمكن قياس أقصى مسافة نقل مدعومة من خلال فقد الألياف الضوئية في نطاقات 1310 نانومتر و 1550 نانومتر. بشكل عام ، يُقاس متوسط ​​الخسارة في النطاق O والنطاق C بمقدار 0.35 dBm و 0.25 dBm على التوالي. على سبيل المثال ، إذا كان الطول الموجي العامل لوحدة SMF البصرية هو 1310 نانومتر ؛ قوتها العابرة هي -4 ~ 0 ديسيبل ، وحساسية جهاز الاستقبال هي -22 ديسيبل. وبالتالي فهي تدعم مسافة إرسال تبلغ حوالي 50 كم ، تتوافق مع معيار ER وفقًا لطريقة الحساب أعلاه. 

 

لكن هذه الطريقة لا تأخذ في الاعتبار عوامل مثل هامش النظام وموصل الألياف الضوئية وفقدان وتشتت موصل الألياف الضوئية. لذلك ، هذه النتيجة المحسوبة هي فقط المسافة القصوى النظرية ، لكن نتيجتها الفعلية أقل قليلاً من ذلك.

 

5. مطلوب OSNR

بالنسبة لأجهزة إرسال واستقبال الألياف الضوئية ذات مدى الإرسال الطويل ، تعد OSNR (نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء) مؤشرًا مهمًا آخر بصرف النظر عن حساسية جهاز الاستقبال. بالنسبة لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية ذات المدى القصير المذكور أعلاه ، نظرًا لعدم وجود OA (مكبر صوت بصري) في روابط نقل الألياف الضوئية ، فإن الطاقة الضوئية هي المؤشر الرئيسي المسيطر لاختبار أداء نظام الوحدة. عندما يتم إرسال الإشارة عبر شبكة متعددة الامتدادات ، يمكن تحسين قوة نظام الارتباط بواسطة OA. لذلك ، ليس من الدقة قياس مسافة الإرسال بواسطة قوة الإشارة الضوئية فقط ، ويجب أيضًا مراعاة قدرة الإشارة إلى الضوضاء للوصلات الضوئية. توضح الأشكال التالية نظام عبور نموذجي لإدارة الطلب على المياه ووصلة بصرية بمسافة طويلة.

◮نظام اتصالات واتصالات الألياف الضوئية النموذجي لـ WDM

هناك مضخمات معززة ومضخم مسبق على كل من طرف المرسل وطرف المستقبل. مضخم داخلي لمعالجة الخسائر من كل امتداد من الألياف الضوئية. على سبيل المثال ، إذا كانت طاقة الإدخال في ارتباط أحادي الطول الموجي هي Pin dB ، فهناك عدد N يمتد من الألياف الضوئية بمتوسط ​​خسارة Aspan dB والطول هو Lspan km ، والحد الأدنى لـ OSNR هو ReOSNR dB طالما مع إرسال رابط Penalty dB بعد اختبار النظام لعدم وجود BER. في هذه الحالة ، يكون هامش النظام المطلوب هو الميزانية ديسيبل.

يحتوي كل EDFA على نفس OSNR ، أي NF ديسيبل بحيث يمكن تحديد OSNR للإشارة أحادية الطول الموجي في نهاية المستقبل تقريبًا بالمعادلة التالية

OSNRest = رقم التعريف الشخصي + 58 -NF -10log10 (N) -Aspan

وفقًا لمتطلبات نظام الألياف الضوئية ، لا يمكن تحقيق أقصى مسافة نقل ما لم يتم توفير الشرط التالي ،

OSNRest≥ReOSNR + عقوبة + الميزانية

بالاقتران مع المعادلتين أعلاه ، يمكن حساب أكبر عدد من الامتداد بحيث يمكن التعبير عن مسافة الإرسال القصوى

Lmax = N * ليبان

بشكل عام ، يبلغ دبوس النظام المتماسك 100G حوالي 1dBm. بالنسبة للرابط البصري EDFA في الممارسة العملية ، فإن NF الخاص به هو 5 ~ 7dB مع Lsapn = 80 أو 100 كم ؛

بينما يبلغ متوسط ​​امتداد الألياف أحادية الوضع الشائع 22 ديسيبل (100 كيلومتر) وميزانية الطاقة الخاصة بها هي 5 ديسيبل. في الوقت الحاضر ، يمكن أن تصل OSNR المطلوبة النموذجية لجهاز الإرسال والاستقبال البصري 100G من الفئة التجارية إلى 11 ديسيبل مللي واط ، ومن السهل تحقيق مسافة نقل تزيد عن 2000 كيلومتر.

 

عندما يكون هناك مضخم معزز في نهاية المرسل ومضخم مسبق في طرف المستقبل ، يجب أن يكون العدد الأقصى المحسوب من الامتدادات ناقص 1. في هذه الحالة ، يمكن قياس الطول الأقصى لوصلة الإرسال بشكل صحيح. في الواقع ، يمكن لعدد من حالات ضعف الإشارة المتأصلة في أنظمة إرسال الألياف الضوئية أن تؤدي إلى تدهور أداء الوصلة.

 

تشمل العقوبات داخل نظام نقل الألياف الضوئية عقوبة مرشح الرابط ، والتأثيرات غير الخطية التي تنشأ عندما يكون هناك مستوى طاقة بصري مرتفع في ارتباط ليفي ، وعقوبة من تشغيل الوحدة الضوئية. أيضًا ، تكون عقوبات الطاقة ناتجة عن ضعف الإشارة الناتج عن الإدخال الديناميكي للرابط (عادةً ما يتأثر الاستقطاب بالتغيرات في درجة حرارة البيئة والاهتزاز والصحافة ، مثل التباين السريع في SOP) والأداء المتدهور الناجم عن حرق في المكونات.

 

على الرغم من أن التقدير العام لهامش النظام المناسب ليس بالأمر السهل ، إلا أنه ضروري لنظام ارتباط اتصالات الألياف الضوئية عالي الكفاءة في المستقبل. نظرًا لأن معظم الأداء الذي تمت ترقيته ، على سبيل المثال ، فإن الأداء المحسن لـ DSP من خلال علاج التأثير غير الخطي هو 0.5 ديسيبل ، من المرجح أن يتم مواجهته بهامش النظام الحراري للغاية.

عندما يتم تجربة جميع التقنيات ، قد يكون الوقت قد حان لأن ينتبه الناس إلى كيفية تعيين هامش OSNR بشكل معقول ، والذي يمكن من خلاله تعزيز بعض السعة أو المسافات.

وفي الختام

وفقًا للتحليلات المذكورة أعلاه ، تتأثر مسافة النقل البصري بعوامل مختلفة بما في ذلك الطول الموجي للعمل ، ووضع الألياف الضوئية ، والمتوافق البروتوكولات والمعايير وحساسية المتلقي و OSNR المطلوبة. Aن ستكون مسافة نقل جهاز الإرسال والاستقبال من الألياف الضوئية بسهولة تقاس أو تقدر عندما تأخذ هذه العوامل داخل الحساب.