پراکندگی فیبر نوری: انواع، علل، و نحوه جبران

پراکندگی فیبر نوری گسترش پالس های نور در حین حرکت از طریق فیبر است که به دلیل رسیدن اجزای سیگنال مختلف در زمان های کمی متفاوت به گیرنده ایجاد می شود. در ارتباطات فیبر نوری، این گسترش وضوح سیگنال را کاهش می‌دهد، میزان مسافتی را که داده می‌تواند طی کند را محدود می‌کند و تشخیص یک بیت از بیت دیگر را برای گیرنده‌ها سخت‌تر می‌کند.

اما درک پراکندگی فقط مربوط به فیزیک نیست. سوال مهندسی واقعی این است: چه زمانی پراکندگی به مشکلی تبدیل می‌شود که واقعاً باید آن را حل کنید؟ پاسخ به نوع فیبر، طول پیوند، سرعت داده، طول موج عملیاتی و فرمت مدولاسیونی که سیستم شما استفاده می کند بستگی دارد. یک لینک چند حالته 100 متری در داخل یک مرکز داده ممکن است هرگز نیازی به مدیریت پراکندگی نداشته باشد. یک 200 کیلومترفیبر یک حالت-پیوندی که ترافیک 100G را حمل می کند تقریباً مطمئناً خواهد بود.

پراکندگی فیبر نوری چیست؟

پراکندگی فیبر نوری به روشی اطلاق می شود که یک پالس ارسالی هنگام انتشار در هسته فیبر پخش می شود. گسترش به این دلیل اتفاق می‌افتد که اجزای مختلف سیگنال نوری - چه طول موج‌های مختلف، حالت‌های فضایی مختلف، یا حالت‌های قطبش متفاوت - همه دقیقاً با سرعت یکسان حرکت نمی‌کنند.

این مهم است زیرا ارتباطات نوری دیجیتال به پالس‌های تمیز-به خوبی از هم جدا شده است. هنگامی که پالس ها به اندازه ای گسترده می شوند که با همسایگان خود همپوشانی داشته باشند، گیرنده دیگر نمی تواند تک تک بیت ها را به طور قابل اعتماد تشخیص دهد. این پدیده که تداخل بین{3}}نماد (ISI) نامیده می‌شود، نرخ خطای بیت (BER) را کاهش می‌دهد و فاصله انتقال قابل استفاده را کاهش می‌دهد. با توجه بهتوصیه ITU-T G.652، که پارامترهای فیبر حالت استاندارد تک- را تعریف می کند، تطبیق پراکندگی رنگی یک عامل کلیدی در طراحی سیستم برای برنامه های کاربردی با نرخ-بیت{{2} بالا است.

پراکندگی در مقابل تضعیف: تمایز بحرانی

یکی از رایج ترین اشتباهات در ارزیابی پیوندهای فیبر، اشتباه پراکندگی با آن استتضعیف. آنها اساساً آسیب های متفاوتی هستند:

تضعیفتوان نوری را کاهش می دهد. این کاهش قدرت سیگنال در طول مسافت است که در دسی بل در کیلومتر اندازه گیری می شود.پراکندگیزمان بندی سیگنال را مخدوش می کند. یک سیگنال پراکنده ممکن است همچنان قدرت کافی برای تشخیص را داشته باشد، اما پالس های آن به موقع لکه دار شده و اطلاعات را غیرقابل خواندن می کند.

یک پیوند فیبر می تواند یک بودجه توان نوری را با حاشیه راحت عبور دهد و همچنان به دلیل باز شدن بیش از حد پالس از کار بیفتد. به همین دلیل است که مهندسان باتجربه هنگام طراحی یک لینک، هم بودجه توان و هم بودجه پراکندگی را ارزیابی می کنند. درک کردناز دست دادن درج و از دست دادن بازگشتمهم است، اما فقط جنبه قدرت معادله را پوشش می دهد.

چه چیزی باعث پراکندگی در فیبر نوری می شود؟

پراکندگی زمانی ایجاد می شود که اجزای مختلف سیگنال نوری تاخیرهای انتشار متفاوتی را تجربه کنند. مکانیسم خاص به طراحی فیبر و ویژگی های سیگنال بستگی دارد، اما علل اصلی به سه دسته تقسیم می شوند:

تفاوت مسیر بین حالت هادر فیبر چند حالته، نور در طول مسیرهای فضایی متعدد (حالت‌ها) از طریق هسته حرکت می‌کند. هر حالت یک مسیر کمی متفاوت را دنبال می کند، به این معنی که آنها در زمان های مختلف به گیرنده می رسند. این مکانیسم پراکندگی غالب در استسیستم های فیبر چند حالته.

سرعت وابسته به طول موج-.حتی یک منبع لیزری با عرض خط{0} باریک، نور را در محدوده کوچکی از طول موج ساطع می کند. از آنجایی که ضریب شکست شیشه با طول موج - تغییر می‌کند، ویژگی توصیف شده توسط معادله سلمایر - اجزای طیفی مختلف با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند. این مکانیزم پراکندگی اولیه در فیبر تک حالته در اکثر طول موج‌های عملیاتی است.

تأخیر وابسته به قطبش-.فیبرهای نوری واقعی هرگز کاملاً متقارن نیستند. تنش، خمش، و عیوب ساخت باعث شکست مضاعف می شود، به این معنی که دو حالت قطبش متعامد نور هدایت شده، ثابت های انتشار کمی متفاوتی را تجربه می کنند و در زمان های متفاوتی می رسند.

انواع اصلی پراکندگی فیبر نوری

پراکندگی مودال (پراکندگی بین وجهی)

پراکندگی مودال زمانی اتفاق می‌افتد که حالت‌های هدایت‌شده متعدد در یک فیبر چند حالته با سرعت‌های گروهی متفاوت منتشر می‌شوند. در مرحله-فیبر چند حالته شاخص، تفاوت در طول مسیر بین حالت پایین‌ترین-مرتب (سفر نزدیک محور) و حالت بالاتر- ترتیب (جهش از مرز روکش در زوایای تند) می‌تواند قابل توجه باشد. برای یک فیبر استپ- با ضریب شکست هسته 1.48 و دیافراگم عددی 0.3، تأخیر بین وجهی می‌تواند از 50 ns/km تجاوز کند.

فیبر چند حالته درجه بندی شده-به طور خاص برای کاهش این مشکل ایجاد شده است. با شکل دادن به نمایه ضریب شکست به‌گونه‌ای که حالت‌های مرتبه بالاتر سریع‌تر در نزدیکی روکش‌ها حرکت کنند، طرح‌های درجه‌بندی شده-شاخص پراکندگی مودال را یک تا دو مرتبه از بزرگی کاهش می‌دهند. به همین دلیل است که پیوندهای مرکز داده مدرن به طور گسترده استفاده می کنندفیبر چند حالته با درجه بندی OM3، OM4 یا OM5{3}}به‌جای طرح‌های نمایه{0} مرحله‌ای.

پراکندگی مودال اساساً در فیبر یک حالت- حذف می‌شود که فقط از حالت اصلی LP01 پشتیبانی می‌کند. این دلیل اصلی استفاده از فیبر تک حالته-برای انتقال مسافت طولانی‌تر و سرعت بالاتر است.

پراکندگی رنگی

پراکندگی رنگی معمولاً مهم‌ترین نوع پراکندگی در سیستم‌های فیبر{0}}تک حالته است. این نتیجه ترکیبی از دو مکانیسم فیزیکی است:

پراکندگی موادبه این دلیل است که ضریب شکست شیشه سیلیسی با طول موج تغییر می کند. این رابطه به خوبی مشخص می‌شود و به این معنی است که طول موج‌های کوتاه‌تر معمولاً در رژیم پراکندگی معمولی (زیر طول موج پراکندگی صفر) کندتر از طول موج‌های بلندتر حرکت می‌کنند و برعکس در رژیم غیرعادی.

پراکندگی موجبربه این دلیل به وجود می آید که هندسه فیبر بر نحوه محدود شدن نور تأثیر می گذارد. کسری از توان نوری که در هسته حرکت می کند در مقابل روکش به طول موج بستگی دارد، که یک اثر انتشار وابسته به طول موج اضافی- ایجاد می کند. مهندسان می توانند پراکندگی موجبر را از طریق طراحی فیبر شکل دهند - به این صورت استالیاف پراکندگی-تغییر یافته و غیر{1}}پراکندگی صفر-ویژگی های پراکندگی اصلاح شده خود را به دست آورند.

برای فیبر حالت استاندارد تک- (ITU-T G.652)، طول موج-صفر پراکندگی نزدیک به 1310 نانومتر است. در پنجره انتقال 1550 نانومتری رایج، ضریب پراکندگی رنگی تقریباً +17 ps/(nm·km) است، همانطور که درمشخصات فیبر Corning SMF-28. بیش از یک پیوند 100 کیلومتری، که تقریباً 1700 ps/nm - انباشته می‌شود به اندازه‌ای است که در صورت جبران نشدن، سیگنال ۱۰ گیگابیت بر ثانیه را به شدت مخدوش می‌کند.

پراکندگی حالت قطبی (PMD)

پراکندگی حالت قطبش از تأخیر گروه دیفرانسیل (DGD) بین دو حالت قطبش متعامد حالت بنیادی حاصل می شود. برخلاف پراکندگی رنگی، که قطعی و پایدار است، PMD تصادفی است - با زمان، دما و تنش مکانیکی روی فیبر تغییر می‌کند.

PMD از نظر آماری مشخص شده است. برای الیاف مدرن مطابق با ITU-T G.652.D، ارزش طراحی پیوند PMD معمولاً کمتر از 0.1 ps/√km است. این ممکن است کوچک به نظر برسد، اما در 40 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر، جایی که دوره های بیت به 25 ثانیه یا کمتر کاهش می یابد، حتی تجمع متوسط ​​PMD نیز مرتبط می شود. طبق دستورالعمل های طراحی صنعت، حداکثر DGD قابل تحمل معمولاً حدود 10٪ از دوره بیت است.

برای سیستم هایی که با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه در فواصل متوسط ​​کار می کنند، PMD به ندرت یک عامل محدود کننده با فیبر مدرن است. با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه و 100 گیگابیت در ثانیه، PMD{4}}طراحی آگاهانه - شامل انتخاب فیبر، مهندسی مسیر و گیرنده-یکسان سازی سمت - بخشی از عملکرد استاندارد می شود.

مقایسه انواع پراکندگی در یک نگاه

کدام پیوندهای فیبر بیشتر تحت تأثیر پراکندگی قرار می گیرند؟

پیوندهای فیبر چند حالته: پراکندگی معین غالب است

درفیبر چند حالتهسیستم‌های - که معمولاً برای برنامه‌های کاربردی کوتاه-در مراکز داده، شبکه‌های محلی سازمانی، و ستون‌های اصلی ساختمان استفاده می‌شوند - پراکندگی مودال محدودکننده پهنای باند اولیه است. پهنای باند مودال فیبر که بر حسب MHz·km رتبه بندی شده است، تعیین می کند که قبل از اینکه همپوشانی پالس غیرقابل قبول شود، چقدر و با چه سرعتی می توانید ارسال کنید.

به عنوان مثال، فیبر OM3 دارای پهنای باند مودال موثر 2000 مگاهرتز·کیلومتر در 850 نانومتر با پرتاب بهینه‌شده لیزری است که از سرعت 10 گیگابیت در ثانیه تا حدود 300 متر پشتیبانی می‌کند. OM4 آن را تا حدود 400 متر گسترش می دهد. پراکندگی رنگی نیز در فیبر چند حالته وجود دارد، اما اثرات مدال تقریباً همیشه محدودیت اتصال در این فواصل هستند.

پیوندهای فیبر تک حالت{{0}: پراکندگی رنگی و PMD

هنگامی که پراکندگی مودال با استفاده از فیبر تک حالته حذف شد، پراکندگی رنگی به نگرانی بعدی تبدیل می شود. در پیوندهای کوتاه یک حالت- (چند کیلومتر)، پراکندگی رنگی انباشته شده معمولاً در محدوده تحمل سیستم برای 10G و کمتر است. با افزایش مسافت به ده ها یا صدها کیلومتر، به ویژه در سرعت های داده 10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر، مدیریت پراکندگی ضروری می شود.

در مسافت طولانی-وشبکه حمل و نقل نوری (OTN)سیستم ها، ترکیبات پراکندگی رنگی در هر کیلومتر. پیوند 400 کیلومتری روی فیبر G.652 در 1550 نانومتر تقریباً 6800 ps/nm پراکندگی رنگی را جمع می‌کند. بدون جبران، این سطح از پراکندگی حتی سیگنال 2.5 گیگابیت بر ثانیه را غیرقابل بازیابی می کند.

PMD در درجه اول با سرعت 40 گیگابیت در ثانیه و بالاتر یا در کارخانه های فیبر قدیمی که ضریب PMD ممکن است از 0.5 ps/√km تجاوز کند، به یک عامل مرتبط تبدیل می شود. فیبرهای مدرن مشخصات PMD بسیار محکم‌تری دارند و گیرنده‌های منسجم با DSP می‌توانند به طور قابل‌توجهی PMD بیشتری را نسبت به سیستم‌های تشخیص مستقیم- سنتی تحمل کنند.

سیستم های DWDM: هر ترکیب نقص

در طول موج متراکم-تقسیم چندگانه (DWDM) سیستم هایی که دارای 40، 80 یا بیشتر کانال در سراسر باند C هستند، مدیریت پراکندگی اختیاری نیست. هر کانال در طول موج متفاوتی قرار می گیرد و به دلیل شیب پراکندگی مقدار کمی پراکندگی رنگی متفاوتی را انباشته می کند. این بدان معنی است که ممکن است به جبران هر کانال نیاز باشد، نه فقط یک اصلاح انبوه برای کل باند.

علاوه بر این، در سیستم‌های DWDM، تعامل بین پراکندگی رنگی و غیرخطی‌های فیبر ({0}}مدولاسیون خود فاز، مدولاسیون متقاطع- فاز، چهار-اختلاط موج) یک مشکل بهینه‌سازی پیچیده‌تر ایجاد می‌کند. طراحان سیستم اغلب عمداً یک پراکندگی باقیمانده کوچک در هر دهانه را برای سرکوب تداخل غیرخطی - حفظ می‌کنند، به همین دلیل است که "پراکندگی صفر در همه جا" در واقع هدف طراحی نیست.

روش های جبران پراکندگی فیبر نوری

انتخاب فیبر و برنامه ریزی طول موج

اساسی ترین راه برای مدیریت پراکندگی این است که قبل از اضافه شدن هر سخت افزار جبران کننده، انتخاب درستی انجام دهید. این شامل انتخاب نوع فیبر مناسب و طول موج عملیاتی برای برنامه است.

برای استقرارهای جدید، فیبر تک حالته استاندارد G.652.D رایج‌ترین انتخاب برای شبکه‌های مترو و{2}}راه‌های طولانی است. برای پیوندهای زیردریایی یا زمینی{4}}بلند-، فیبر کم تلفات G.654.E ممکن است مشخص شود. در شبکه‌های قدیمی‌تر که پراکندگی G.653{10}}فیبر جابه‌جا شده نصب شده بود، پراکندگی نزدیک به صفر در 1550 نانومتر یک مزیت برای سیستم‌های تک کاناله بود، اما به دلیل افزایش اختلاط چهار موجی-برای حفظ اهمیت مجدد آن، تا حدودی اهمیت مجدد را حفظ کرد{13}}.

برنامه ریزی طول موج نیز مهم است. کارکردن در نزدیکی طول موج{1} پراکندگی صفر، پراکندگی رنگی را به حداقل می رساند اما ممکن است اثرات غیرخطی را افزایش دهد. عملکرد دورتر از پراکندگی صفر اجازه سرکوب غیرخطی را می دهد اما نیاز به جبران دارد. هیچ "بهترین" طول موج واحدی وجود ندارد - انتخاب درست به معماری سیستم بستگی دارد.

فیبر جبران کننده پراکندگی (DCF) و ماژول های جبران کننده پراکندگی (DCM)

فیبر جبران کننده پراکندگی یک فیبر تخصصی مهندسی شده است که دارای ضریب پراکندگی رنگی منفی بزرگ است که معمولاً در محدوده 80- تا 120-ps/(nm·km) در 1550 نانومتر است. با قرار دادن طول محاسبه شده DCF در پیوند، پراکندگی مثبت انباشته شده از فیبر انتقال را می توان جبران کرد. در شکل بسته بندی شده، این ماژول جبران پراکندگی (DCM) نامیده می شود.

به عنوان یک مرجع عملی: برای جبران 80 کیلومتر فیبر استاندارد G.652 (که تقریباً +1، 360 ps/nm پراکندگی را در 1550 نانومتر جمع می‌کند)، تقریباً 14 کیلومتر DCF با ضریب پراکندگی −95 ps/(nm·km در شرایط لازم نیست)،مدخل دایره المعارف ScienceDirect در DCF.

DCF موثر است و به خوبی ثابت شده است، اما به‌خوبی اثبات شده است. فیبر اضافی تلفات ورودی را اضافه می کند (معمولاً 0.5-0.7 دسی بل در کیلومتر برای DCF، در مقابل 0.2 دسی بل در کیلومتر برای فیبر انتقال)، که ممکن است نیاز به تقویت اضافی و کاهش نسبت سیگنال نوری به نویز داشته باشد. DCF همچنین دارای مساحت موثر کمتری نسبت به فیبر استاندارد است که آن را در برابر اثرات غیرخطی مستعدتر می کند. این مبادلات{10}با استفاده از رقم شایستگی (FOM) که به عنوان نسبت ضریب پراکندگی به تضعیف تعریف می‌شود، ارزیابی می‌شوند.

گریتینگ فیبر براگ چیرپ (FBG)

یک توری براگ فیبر چیپ شده، پراکندگی را با انعکاس طول موج های مختلف از موقعیت های مختلف در امتداد توری جبران می کند و یک تاخیر وابسته به طول موج- ایجاد می کند. طول موج‌های کوتاه‌تر ممکن است در نزدیکی قسمت جلویی توری منعکس شوند، در حالی که طول‌موج‌های طولانی‌تر قبل از انعکاس عمیق‌تر حرکت می‌کنند یا برعکس. نتیجه یک تاخیر گروهی قابل کنترل است که می تواند پراکندگی رنگی را جبران کند.

در مقایسه با DCF، جبران‌کننده‌های مبتنی بر{0}FBG فشرده هستند، تلفات درج کمتری دارند و اعوجاج غیرخطی ناچیز ایجاد می‌کنند، همانطور که دردایره المعارف RP Photonics در مورد جبران پراکندگی. با این حال، آنها می توانند از موج تاخیر گروهی - تغییرات دوره ای کوچک در مشخصه تاخیر - رنج ببرند که می تواند باعث اعوجاج سیگنال شود. تولید مدرن تا حد زیادی این مشکل را کاهش داده است، اما همچنان یکی از ملاحظات طراحی برای سیستم‌های{4}با کارایی بالا است.

جبران پراکندگی الکترونیکی (EDC) و پردازش سیگنال دیجیتال (DSP)

تمام جبران پراکندگی در حوزه نوری اتفاق نمی افتد. جبران پراکندگی الکترونیکی و پردازش سیگنال دیجیتال در گیرنده می تواند بسیاری از اعوجاج های ایجاد شده توسط پراکندگی فیبر را برابر کند.

در سیستم‌های نوری منسجم مدرن - 100G، 200G، 400G، و فراتر از - DSP{4}} جبران‌سازی مبتنی بر بخش اساسی معماری گیرنده است. گیرنده های همدوس هم دامنه و هم فاز سیگنال نوری را بازیابی می کنند، که به موتور DSP اطلاعات کافی برای معکوس کردن دیجیتالی پراکندگی رنگی، PMD و سایر اختلالات خطی می دهد. این یکی از دلایلی است که سیستم‌های 100G منسجم اغلب می‌توانند در طول هزاران کیلومتر فیبر G.652 بدون ماژول‌های جبران پراکندگی نوری خطی کار کنند.

برای-سیستم‌های تشخیص مستقیم در 10G، تساوی الکترونیکی (تعادل‌سازی فید-تعادل‌سازی رو به جلو، حداکثر-تخمین توالی احتمال) می‌تواند پراکندگی-دسترسی محدود را افزایش دهد، اما با پیشرفت‌های کمتری نسبت به DSP منسجم. هنگام ارتقاء پیوندهای قدیمی، انتخاب بین افزودن جبران نوری (DCM) و ارتقاء به یکگیرنده منسجمبا DSP داخلی-به هزینه، رشد ترافیک مورد انتظار و زیرساخت تقویت کننده موجود بستگی دارد.

چرا «پراکندگی صفر» همیشه هدف نیست؟

مهندسان تازه وارد فیبر نوری گاهی اوقات فرض می کنند که پیوند ایده آل در همه جا پراکندگی خالص صفر دارد. در عمل، این اغلب بهترین هدف طراحی نیست. دو دلیل وجود دارد:

اولاً، در سیستم‌های WDM، عملکرد پراکندگی نزدیک به صفر، برخی از اختلالات غیرخطی - به خصوص چهار-اختلاط موج - را افزایش می‌دهد که می‌تواند باعث ایجاد تداخل بین کانال‌ها شود. حفظ سطح متوسطی از پراکندگی موضعی در هر دهانه در واقع این اثرات را سرکوب می کند. سپس کل پراکندگی انباشته شده در انتهای پیوند یا در سایت های جبران دوره ای جبران می شود.

دوم، تصحیح بیش از حد پراکندگی می تواند مشکلات خود را ایجاد کند. اگر جبران دقیقاً با پراکندگی انباشته شده واقعی (با در نظر گرفتن تغییرات دما، پیری فیبر و شیب پراکندگی وابسته به طول موج-) مطابقت نداشته باشد، عدم تطابق باقیمانده می تواند عملکرد را کاهش دهد. به همین دلیل است که صنعت به جای «حذف پراکندگی» از اصطلاح «مدیریت پراکندگی» استفاده می کند. هدف این است که پراکندگی خالص را در یک پنجره قابل قبول نگه دارید، نه اینکه آن را در هر نقطه دقیقاً به صفر برسانید.

چگونه تصمیم بگیرید که آیا پیوند شما به جبران پراکندگی نیاز دارد یا خیر

به جای تلقی کردن جبران پراکندگی به عنوان یک نیاز پیش فرض، از طریق این سوالات تشخیصی کار کنید:

نوع فیبر شما چیست؟اگر استفاده می کنیدفیبر چند حالته، پراکندگی مودال نگرانی اصلی شماست و شما آن را از طریق انتخاب درجه فیبر و شرایط راه اندازی - حل می کنید نه از طریق DCM یا FBG. اگر روی فیبر تک حالت- هستید، به سؤال بعدی ادامه دهید.

فاصله لینک و نرخ داده چقدر است؟به عنوان یک دستورالعمل تقریبی، پراکندگی رنگی برای سیگنال های NRZ با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه در حدود 60 تا 80 کیلومتر در فیبر G.652 در 1550 نانومتر قابل توجه می شود. در 2.5 گیگابیت بر ثانیه، تحمل تا چند صد کیلومتر افزایش می یابد. در 40 گیگابیت در ثانیه، محدودیت پراکندگی به تقریباً 4-6 کیلومتر بدون جبران کاهش می یابد. قالب‌های مدولاسیون مرتبه بالاتر (که در سیستم‌های منسجم +100G استفاده می‌شوند) ویژگی‌های تحمل پراکندگی خاص خود را دارند.

آیا این یک پیوند قدیمی است یا یک ساخت جدید؟در کارخانه فیبر قدیمی، افزودن DCM در سایت های تقویت کننده یک رویکرد رایج و اثبات شده است. برای استقرارهای جدید، انتخاب نوع فیبر مناسب و برنامه‌ریزی برای فرستنده‌های گیرنده منسجم با DSP ممکن است از ابتدا مقرون به صرفه‌تر از ساخت جبران نوری باشد.

از چه فناوری گیرنده ای استفاده می کنید؟یک گیرنده منسجم با DSP می تواند ده ها هزار ps/nm پراکندگی رنگی را به صورت دیجیتالی جبران کند. یک گیرنده تشخیص مستقیم-تحمل بسیار کمتری دارد. راماژول فرستنده گیرندهمشخصات یک ورودی کلیدی برای محاسبه بودجه پراکندگی است.

آیا PMD یک عامل است؟مشخصات PMD گیاه فیبر خود را بررسی کنید. در فیبر مدرن G.652.D، بعید است که PMD کمتر از 40 گیگابیت بر ثانیه نگران کننده باشد. در فیبرهای قدیمی با سابقه PMD ناشناخته، آزمایش قبل از استقرار توصیه می شود.

سناریوهای عملی: بکارگیری دانش پراکندگی در پیوندهای واقعی

سناریو 1: پیوند چند حالته مرکز داده سازمانی

یک مرکز داده پردیس که دو ساختمان را با فاصله 150 متر از هم با استفاده از فیبر چند حالته OM4 با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه (850 نانومتر) به هم متصل می کند. در این فاصله، پهنای باند مودال به خوبی در محدوده مشخصات OM4 (4700 مگاهرتز · کیلومتر پهنای باند مودال موثر) قرار دارد. پراکندگی رنگی در 850 نانومتر وجود دارد اما در این طول ناچیز است. هیچ غرامت پراکندگی اختصاصی مورد نیاز نیست. ملاحظات اولیه طراحی، اطمینان از درست بودن آن استنصب کابلکیفیت و تمیزی رابط را حفظ کنیداز دست دادن درجدر چارچوب بودجه

سناریو 2: Metro Single-پیوند حالت با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه

یک اپراتور شبکه شهری که 10G DWDM را روی 120 کیلومتر فیبر G.652.D در 1550 نانومتر اجرا می کند. پراکندگی رنگی انباشته شده تقریباً 2040 ps/nm است. این از پنجره تحمل معمولی برای گیرنده تشخیص مستقیم 10G NRZ فراتر می رود (تقریباً 1000-1200 ps/nm). اپراتور یک DCM را در سایت تقویت‌کننده متوسط{15}}گسترش می‌دهد تا پراکندگی شبکه را در محدوده تحمل قرار دهد. PMD در این فیبر مدرن بسیار کمتر از 0.1 ps/√km است و نیازی به درمان جداگانه با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه ندارد.

سناریوی 3: حمل و نقل منسجم 100G طولانی-

یک پیوند طولانی-به طول 800 کیلومتر با استفاده از فیبر G.652.D با تقویت EDFA در هر 80 کیلومتر، که ترافیک 100G DP-QPSK را حمل می‌کند. کل پراکندگی رنگی انباشته شده بیش از 13000 ps/nm است. با این حال، DSP گیرنده منسجم، پراکندگی رنگی را به صورت دیجیتالی جبران می کند و نیاز به DCM های درون خطی را از بین می برد. طراحی سایت تقویت کننده به جای جبران پراکندگی نوری، بر مدیریت رقم نویز و بهینه سازی OSNR تمرکز دارد. تحمل PMD گیرنده منسجم معمولاً 20 تا 30 ps DGD است که بسیار بالاتر از آن چیزی است که این کارخانه فیبر تولید می کند. نتیجه خالص یک زنجیره تقویت‌کننده ساده‌تر و ارزان‌تر در مقایسه با یک سیستم تشخیص مستقیم 10G قدیمی در همان مسیر است.

اشتباهات رایج هنگام ارزیابی پراکندگی فیبر

پراکندگی اشتباه با تضعیف.همانطور که در بالا توضیح داده شد، این اختلالات متفاوت هستند. پیوندی که از بودجه انرژی نوری خود عبور می کند ممکن است همچنان به دلیل پراکندگی بیش از حد از کار بیفتد. همیشه هر دو بودجه را محاسبه کنید.

در نظر گرفتن همه انواع پراکندگی به عنوان قابل تعویض.پراکندگی مودال در فیبر چند حالته، پراکندگی رنگی در فیبر یک حالت- و PMD توسط مکانیسم‌های مختلفی ایجاد می‌شوند، بر انواع سیستم‌های مختلف تأثیر می‌گذارند و به استراتژی‌های کاهش متفاوتی نیاز دارند. استفاده از DCM در یک پیوند چند حالته، یا تلاش برای رفع مشکلات پهنای باند مودال با یک گیرنده منسجم، کاربرد نادرست فناوری خواهد بود.

با فرض اینکه جبران خسارت همیشه مورد نیاز است.بسیاریپچ کورد فیبر نوریاتصالات و پیوندهای کوتاه-در محدوده تحمل پراکندگی خود به خوبی عمل می کنند. افزودن سخت افزار جبرانی غیر ضروری باعث افزایش هزینه، از دست دادن درج و پیچیدگی سیستم می شود. همیشه از بودجه پیوند شروع کنید، نه از یک فرض پیش فرض.

نادیده گرفتن شیب پراکندگیدر سیستم های DWDM، ضریب پراکندگی رنگی در باند طول موج متفاوت است. یک DCM که به طور کامل کانال مرکزی را جبران می کند ممکن است کانال های لبه را با پراکندگی باقیمانده قابل توجهی باقی بگذارد. ممکن است برای سیستم‌های پهنای باند{2}}ماژول‌های جبرانی منطبق یا جبران‌کننده‌های قابل تنظیم در هر کانال مورد نیاز باشد.

نادیده گرفتن سوابق کارخانه فیبر.دانش دقیق از نوع فیبر نصب شده، طول و پراکندگی اندازه گیری شده برای طراحی جبران ضروری است. فرض اینکه مقادیر عمومی زمانی که داده‌های واقعی کارخانه در دسترس هستند، یک منبع متداول ضایعات حاشیه طراحی یا، بدتر از آن، تحت جبران-است.

سوالات متداول

پراکندگی فیبر نوری به زبان ساده چیست؟

این انتشار پالس های نور هنگام حرکت در فیبر است که به دلیل رسیدن بخش های مختلف سیگنال در زمان های مختلف ایجاد می شود. نتیجه پالس های تار است که توانایی گیرنده را برای بازیابی داده های ارسالی کاهش می دهد.

انواع اصلی پراکندگی فیبر نوری چیست؟

سه دسته اصلی عبارتند از پراکندگی مودال (مسلط در فیبر چند حالته)، پراکندگی رنگی (مسلط در فیبر تک حالته) و پراکندگی حالت قطبی (مرتبط با نرخ بیت بالا در سیستم‌های تک حالته). پراکندگی کروماتیک بیشتر از پراکندگی مواد و پراکندگی موجبر تشکیل شده است.

کدام نوع پراکندگی در فیبر یک حالت-بیشتر اهمیت دارد؟

پراکندگی رنگی نگرانی اصلی برای اکثر پیوندهای فیبر حالت تک حالته است. PMD در 40 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر، به ویژه در فیبرهای قدیمی با ضرایب PMD بالاتر، مرتبط می شود. پراکندگی مودال در فیبر تک حالته رخ نمی دهد زیرا فقط یک حالت منتشر می شود.

پراکندگی رنگی چگونه جبران می شود؟

سه رویکرد اصلی عبارتند از: جبران نوری با استفاده از گریتینگ های DCF/DCM یا فیبر Bragg. جبران الکترونیکی با استفاده از DSP در گیرنده (به ویژه در سیستم های منسجم)؛ و پیشگیری از طریق انتخاب نوع فیبر مناسب و برنامه ریزی طول موج. در شبکه‌های مدرن، DSP{1}}بر اساس جبران‌سازی منسجم استگیرنده های نوریبه طور فزاینده ای رویکرد پیش فرض برای-پیوندهای پرسرعت است.

آیا هر پیوند فیبر به جبران پراکندگی نیاز دارد؟

خیر. پیوندهای کوتاه و سیستم‌های{1}}با سرعت پایین‌تر اغلب در محدوده تحمل پراکندگی خود بدون هیچ گونه جبرانی اختصاصی عمل می‌کنند. نیاز به اثر ترکیبی نوع فیبر، فاصله، سرعت داده، طول موج و حساسیت گیرنده بستگی دارد. یک محاسبه بودجه پیوند مناسب همیشه باید قبل از هر تصمیم جبرانی باشد.

چه چیزی باعث پراکندگی در فیبر نوری می شود؟

پراکندگی ناشی از تفاوت در سرعت انتشار بین اجزای سیگنال نوری است. در فیبر چند حالته، حالت های فضایی مختلف مسیرهای مختلفی را طی می کنند. در فیبر تک حالته، طول موج‌های مختلف با سرعت‌های متفاوتی به دلیل ویژگی‌های ماده و موجبر فیبر حرکت می‌کنند. انکسار دوگانه در فیبر باعث می شود که دو حالت قطبش تاخیرهای متفاوتی را تجربه کنند.

آیا پراکندگی صفر همیشه هدف ایده آل است؟

در عمل نه. در سیستم‌های WDM، مقدار کمی پراکندگی محلی در هر دهانه فیبر به سرکوب اختلالات غیرخطی مانند اختلاط چهار موجی کمک می‌کند. هدف مهندسی مدیریت پراکندگی شبکه در یک پنجره قابل قبول در گیرنده است، نه حذف آن در هر نقطه از پیوند.

نتیجه گیری

پراکندگی فیبر نوری در کنار اثرات تضعیف و غیرخطی یکی از آسیب های اساسی انتقال در شبکه های فیبر نوری است. درک اینکه کدام نوع پراکندگی سیستم خاص شما را تحت تأثیر قرار می دهد - مودال، رنگی، یا PMD - اولین گام به سمت مدیریت مؤثر است. مرحله بعدی تطبیق استراتژی کاهش مناسب با پیوند است: انتخاب فیبر، جبران نوری، جبران الکترونیکی، یا صرفاً تأیید اینکه نیازی به جبران نیست.

برای مهندسانی که بافیبر یک حالت-در شبکه‌های مترو و مسافت طولانی-مدیریت پراکندگی رنگی یک رشته اصلی طراحی باقی می‌ماند. برای کسانی که مستقر هستندفیبر چند حالتهدر برنامه‌های کاربردی کوتاه‌تر-، درک محدودیت‌های پهنای باند معین به همان اندازه مهم است. و همانطور که DSP منسجم به پیشرفت خود ادامه می‌دهد، مرز بین "پراکندگی-محدود" و "DSP-قابل مدیریت" همچنان در حال حرکت است - و این مهم‌تر از همیشه است که به پراکندگی به‌عنوان یک مشکل مهندسی سطح سیستم-به‌جای رفع- تک مؤلفه‌ای اهمیت پیدا می‌کند.