كيفية تحسين خسارة عائد 10G SFP +

في السنوات الأخيرة ، بفضل تسارع شبكات النطاق العريض ، أصبح تطبيق شبكات 10G واسع النطاق بشكل متزايد. المعلمات التي نحتاج إلى معرفتها حول الوحدات الضوئية 10G SFP + ، وهي جهاز الإرسال الأساسي لشبكات 10G ، هي كما يلي:

1. الطول الموجي المركزي (نانومتر) : هناك ثلاثة أنواع رئيسية:

1) 850 نانومتر (متعدد الأوضاع ، بتكلفة منخفضة ولكن مسافة نقل قصيرة ، ومسافة النقل القصوى 500 متر) ؛

2) 1310 نانومتر (وضع واحد ، مع خسارة كبيرة ولكن تشتت صغير أثناء الإرسال ، تستخدم عمومًا للإرسال في غضون 40 كيلومترًا) ؛

3) 1550 نانومتر (وضع فردي ، خسارة صغيرة ولكن تشتت كبير أثناء الإرسال ، تستخدم عمومًا للنقل لمسافات طويلة فوق 40 كيلومترًا ، يمكن نقل ما يصل إلى 120 كيلومترًا مباشرة بدون مرحل) ؛

FiberMall 10G SFP + ER

2. معدل الإرسال: يشير إلى عدد بتات البيانات المرسلة في الثانية، بوحدة بت في الثانية (bps). تشمل المعدلات الشائعة الاستخدام: 155 ميجابت في الثانية، 622 ميجابت في الثانية، 1.25 جيجابت في الثانية، 2.5 جيجابت في الثانية، 4 جيجابت في الثانية، 8 جيجابت في الثانية، 10 جيجابت في الثانية، إلخ. تُسمى وحدة الإرسال الضوئية 155 ميجابت في الثانية أيضًا بوحدة الإرسال الضوئية FE (100 ميجابت في الثانية)، وتُسمى وحدة الإرسال الضوئية 1.25 جيجابت في الثانية أيضًا بوحدة الإرسال الضوئية GE (1000 ميجابت في الثانية)، وتُعد وحدة الإرسال الضوئية 10 جيجابت في الثانية SFP+ الأكثر استخدامًا في معدات الإرسال الضوئي.

3. مسافة الإرسال: تشير إلى المسافة التي يمكن أن تُنقل فيها الإشارات الضوئية مباشرةً دون الحاجة إلى مُضخِّم إشارة، بوحدة الكيلومتر. وهذه هي المواصفات الشائعة: 550 مترًا للإشارات متعددة الأنماط، و15 كيلومترًا للإشارات أحادية النمط، و40 كيلومترًا، و80 كيلومترًا، و120 كيلومترًا، وهكذا.

4. أنواع الليزر: يُعدّ الليزر الجهاز الأساسي في الوحدة البصرية. يقوم بحقن التيار في مادة أشباه الموصلات، ثم يُصدر ضوء الليزر من خلال تذبذب الفوتونات وتضخيم الرنان. حاليًا، يُعدّ ليزر فابري-بيرو (FP) وليزر التغذية المرتدة الموزعة (DFB) أكثر أنواع الليزر استخدامًا . ويكمن الفرق بينهما في مادة أشباه الموصلات وبنية التجويف. سعر ليزر التغذية المرتدة الموزعة (DFB) أعلى بكثير من سعر ليزر فابري-بيرو (FP). تستخدم الوحدات البصرية ذات مسافة الإرسال الأقل من 40 كيلومترًا ليزر فابري-بيرو (FP) بشكل عام، بينما تستخدم الوحدات البصرية ذات مسافة الإرسال 40 كيلومترًا فأكثر ليزر التغذية المرتدة الموزعة (DFB) بشكل عام.

5. الفقد والتشتت: الفقد هو فقدان طاقة الضوء نتيجة امتصاصه وتشتته وتسربه من الوسط المحيط أثناء انتقاله عبر الألياف الضوئية. يتبدد هذا الجزء من الطاقة بمعدل معين مع ازدياد مسافة الإرسال. أما التشتت، فينتج أساسًا عن انتقال الموجات الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية المختلفة في الوسط نفسه بسرعات متفاوتة. ويؤدي ذلك إلى وصول مكونات الطول الموجي المختلفة للإشارة الضوئية إلى جهاز الاستقبال في أوقات مختلفة نتيجة تراكم مسافات الإرسال، مما يتسبب في اتساع النبضة وعدم القدرة على تمييز قيمة الإشارة.

تؤثر هاتان المعلمتان بشكل أساسي على مسافة الإرسال للوحدة الضوئية. في التطبيق الفعلي ، يتم حساب خسارة الارتباط للوحدة الضوئية 1310 نانومتر بشكل عام عند 0.35 ديسيبل / كم ، ويتم حساب خسارة الارتباط للوحدة الضوئية 1550 نانومتر بشكل عام عند 0.20 ديسيبل / كم. يعتبر حساب قيمة التشتت معقدًا للغاية ، بشكل عام للإشارة فقط ؛

٦. قدرة الإرسال الضوئية وحساسية الاستقبال: تشير قدرة الإرسال الضوئية إلى قدرة الخرج الضوئية لمصدر الضوء عند طرف الإرسال في الوحدة الضوئية. أما حساسية الاستقبال فتشير إلى الحد الأدنى من قدرة الاستقبال الضوئية للوحدة الضوئية عند معدل معين ومعدل خطأ بت محدد. تُقاس هاتان المعلمتان بوحدة ديسيبل ميلي واط (dBm)، وهي الصيغة اللوغاريتمية لوحدة القدرة، ميغاواط (MW)، حيث يُحوّل 1 ​​ميغاواط إلى 0 ديسيبل ميلي واط. تُستخدم هذه الوحدة بشكل أساسي لتحديد مسافة الإرسال للمنتج. تختلف قدرة الإرسال الضوئية وحساسية الاستقبال للوحدات الضوئية باختلاف الأطوال الموجية ومعدلات الإرسال ومسافات الإرسال.

FiberMall 10G SFP + SR

7. العمر الافتراضي للوحدة البصرية: المعيار الدولي الموحد، 7 ساعات × 24 ساعة من العمل المتواصل لمدة 50,000 ساعة (ما يعادل 5 سنوات)؛

8. واجهة الألياف الضوئية: جميع وحدات SFP الضوئية مزودة بواجهات LC، ووحدات GBIC الضوئية مزودة بواجهات SC، وتشمل الواجهات الأخرى FC و ST؛

9. المعايير البيئية: درجة حرارة التشغيل: 0~+70 درجة مئوية؛ درجة حرارة التخزين: -45~+80 درجة مئوية؛ جهد التشغيل: 3.3 فولت؛ مستوى التشغيل: TTL.

اعتبارًا من 19 مارس 2022 ، هناك 356 شبكة LTE تجارية ، وسلسلة صناعة TD بأكملها ناضجة جدًا.

تتضمن وحدات بناء شبكات LTE بشكل أساسي وحدات SFP+ الضوئية من الجيل السادس والعاشر. ويساهم طلب السوق ونضج سلسلة التوريد في استمرار تطوير تقنية الوحدات الضوئية. في الوقت نفسه، ينتقل ضغط التكلفة من شركات الاتصالات إلى مصنعي الوحدات الضوئية عبر مصنعي المعدات. وفيما يتعلق بتقنية استقبال وحدة LTE10G الضوئية، يوجد حاليًا حلان: حل استقبال ذو فقد عالٍ للإشارة المرتدة، وحل استقبال تقليدي. ويكمن الفرق بين الحلين بشكل رئيسي في تصميم فقد الإشارة المرتدة لجهاز الاستقبال داخل الوحدة.

بالنسبة لنظام الاستلام التقليدي ، بعد إدخال موصل LC في جهاز الاستقبال ، توجد فجوة هوائية بين وجهه النهائي المسطح وموت PIN في الجهاز. يكون معظم الضوء المنقول في الألياف الضوئية عموديًا على الوجه النهائي المسطح ، وعندما ينعكس الضوء ، فإن الضوء المنعكس سيعود جميعًا إلى القلب. يمكن حساب انعكاسية العودة بواسطة Rf = (nf-1) 2 / (nf + 1) 2 ، nf هو معامل الانكسار لمادة الألياف ، nf = 1.47 ، و Rf = 3.6٪ (-14.4dB).

تعتقد دراسة أخرى أنه بعد أن يتم طحن الوجه النهائي للألياف وصقله ، سيتم إنتاج طبقة رقيقة متحولة على الوجه النهائي للألياف ، ويكون معامل انكسارها حوالي 1.6 ، وهو أعلى من معامل الانكسار الخاص بنواة الألياف. في هذا الوقت ، Rf = 5.3٪ (-12.7dB) ، أي خسارة العودة هي -12.7dB ، وهو قريب جدًا من معيار الحد الأدنى لشبكة 10G Ethernet (-12dB) ، مع عدم وجود هامش تقريبًا.

بالمقارنة مع نظام الاستلام التقليدي ، يضيف مخطط تلقي خسارة العائد المرتفع دبوسًا خزفيًا بزاوية بين موصل LC وموت PIN ، كما هو موضح في الشكل 2 أدناه. لا يكون الوجه النهائي المشطوف للدبوس في الزاوية اليمنى للمحور الأساسي للألياف. على الرغم من وجود فجوة هوائية ، إلا أن زاوية انتشار الضوء المنبعث المنعكس عن وجه النهاية المائل أقل من الزاوية الحرجة للانعكاس الكلي. لذلك ، فإن الضوء المنعكس من الوجه الطرفي المائل للدبوس ، لن ينتشر في قلب الألياف ، ولكنه يتبدد خلال الكسوة ويتسرب في النهاية. بأخذ الدبوس المائل 8 درجات كمثال ، وفقًا لإحصاءات خسارة العودة المقاسة ، يكون بشكل عام أفضل من -27 ديسيبل. لذلك ، من حيث خسارة العودة البصرية ، فإن مخطط الاستلام التقليدي أدنى بكثير من مخطط تلقي خسارة العائد المرتفع.

رسم تخطيطي لهيكل جهاز الاستقبال التقليدي رسم تخطيطي لهيكل جهاز استقبال خسارة العودة العالية

رسم تخطيطي لانعكاس الوجه النهائي المسطح / المائل للدبوس

يتم تعريف خسارة العودة البصرية على أنها نسبة الطاقة الضوئية المنعكسة إلى الطاقة الضوئية الساقطة. كلما كانت خسارة العودة أسوأ ، كان الانعكاس البصري أقوى في رابط الألياف الضوئية. في نظام نقل الألياف الضوئية ، سيؤدي كل من الموصل ووجه نهاية الألياف والواجهة الضوئية وسطح الكاشف إلى انعكاسات Fresnel. تشمل آثار هذه الانعكاسات على النظام ما يلي:

1) إضعاف الإشارة الضوئية المرسلة

2) تتداخل مع الإشارة الضوئية الحادث

3) تقليل نسبة الإشارة إلى الضوضاء في أنظمة الإرسال الرقمية.

يعود الضوء المنعكس أيضًا إلى مصدر الضوء المنبعث ، والذي تشمل تأثيراته على مصدر الضوء ما يلي:

1) تسبب في تقلب الطول الموجي المركزي لمصدر الضوء المنبعث:

2) تسبب تذبذب شدة الضوء لمصدر الضوء المنبعث ؛

3) إتلاف مصدر الضوء بشكل دائم.

حتى لو كان مصدر ضوء FP ، على الرغم من أن الانعكاس الرجعي له تأثير ضئيل على الخصائص الطيفية ، فإن الضوء المنعكس رجعيًا يتم تضخيمه بواسطة المنطقة النشطة بعد دخول التجويف الرنان لمصدر الضوء والانضمام إلى التيار الرئيسي ، مما يتسبب في حدوث تقلبات في شدة الضوء. تؤدي التقلبات في شدة الضوء إلى RIN ، وهي ضوضاء مرتبطة بجهاز الإرسال بدلاً من جهاز الاستقبال. ستحد RIN من أقصى نسبة إشارة إلى ضوضاء ممكنة على الوصلة الليفية ، مما يؤثر بدوره على حساسية المستقبِل. علاوة على ذلك ، فإن RIN هي في الأساس ضوضاء ذات نطاق عريض ، والتي تعكس تأثير تذبذب شدة مصدر الضوء والنظام على الضوضاء الكهربائية عند الطرف المستقبل ، مقارنة بتأثير قوة الإشارة. يتم التعبير عن الصيغة كـ RIN = 2 / (P2 * BW).

<P> هو متوسط ​​قدرة الضوضاء ، P هو متوسط ​​القدرة الضوئية ، و BW هو عرض النطاق الترددي لوصلة المستقبِل والنظام.

يمكن ملاحظة أنه كلما ارتفع معدل النظام ، زاد عرض نطاق ضوضاء الارتباط ، وزادت قوة الضوضاء ، وانخفضت نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وزاد معدل الخطأ في البتات. لذلك ، بالنسبة للوحدات الضوئية 10G LTE ، لضمان موثوقية نظام النقل البصري واستقرار الطيف وقوة مصدر الضوء المنبعث ، من الضروري تصميم جهاز الاستقبال مع خسارة عودة عالية لتقليل انعكاس الارتباط. على الرغم من أن الوحدة التي تحتوي على حل استقبال تقليدي يمكنها استخدام حل المعزل البصري في نهاية الإرسال لحماية مصدر الضوء ، إلا أن الانعكاس الناجم عن فقدان العودة لا يزال يؤثر على النظام. وسعر المعزل أعلى بكثير من سعر دبوس الألياف الضوئية في محلول الخسارة العالية.