So schätzen Sie die Übertragungsentfernung von Glasfasermodulen

Optische Module unterscheiden sich in ihrer Übertragungsdistanz, ein Merkmal, das neben anderen Spezifikationen wie Datenrate bei der Auswahl von Glasfaser-Transceivern berücksichtigt werden sollte. Im Zeitalter der Hochgeschwindigkeitsnetze erfordert der kontinuierliche Fortschritt der Glasfaserübertragungstechnologie weitere Entfernungen optisch Netzwerk Kommunikation. Einige Anwender stehen der Messung der Übertragungsdistanz eines optischen Moduls in der Praxis möglicherweise ambivalent gegenüber. Wenn Sie einer von ihnen sind, erfahren Sie jetzt die Methoden in diesem Artikel!

1. Arbeitswellenlänge  

Die Überprüfung der Arbeitswellenlänge und des Glasfasermodus eines optischen Moduls ist eine der gängigen Methoden zur Schätzung der Reichweite eines optischen Transceivers. Ob das optische Modul funktioniert bei einer Wellenlänge in der Nähe von 850 nm (880 nm) oder 910 nm (940 nm), dann ist das Modul ein Multimode-Modul Faser (MMF) optisch Sender-Empfänger, und wenn die Arbeitswellenlänge 1310 nm oder 1550 nm beträgt, handelt es sich um einen Singlemode Faser (SMF)optisches Modul. Im Allgemeinen die maximale Übertragungsentfernung(allgemein nicht mehr als 500 m) Unterstützt durch einen Multimodus Faser optisches Modul ist viel kürzere als die eines Singlemodes Faser optisches Modul.

2. Glasfaserkabeltyp

Neben der Arbeitswellenlänge ist die Art der Multimode-Faser ein weiterer Faktor, der einen Unterschied in der Übertragungsdistanz ausmacht. Zum Beispiel die kürzeste Verbindungslänge für Multimode-Glasfaser Kabel sowie OM3, OM4 und OM5 basierend auf 40G beträgt 2 m (das gleiche wie 100G) und ist die längste 240m, 350m, und 440m bzw. Während OM3, OM4 und OM5 bearbeiten 100G, ihre maximalen Übertragungsentfernungen betragen individuell 75 m, 100 m und 150 m aufgrund von OM4 und OM5-Glasfaserkabel' optimierte modale Dispersion und ihr erhöhtes Bandbreitenentfernungsprodukt. 

Wenn die Datenrate von Singlemode-Glasfasermodulen weniger als 10 G beträgt, ist ihre unterstützende maximale Übertragungsentfernung aufgrund des Signalverlusts theoretisch nicht so lang wie die von Modulen mit einer Wellenlänge von 1550. Wenn die Datengeschwindigkeit mehr als 10 G beträgt, kann die Streuung begrenzt sein, sodass der optische Transceiver bei einer Wellenlänge von 1310 möglicherweise eine längere Übertragungsentfernung unterstützen kann.

Alle oben genannten Faktoren können jedoch keinen Unterschied machen, nur weil Laser wie EML oder DML auch die Übertragungsentfernung beeinflussen. In DML kann es zu Laser-Zwitschern kommen. Laserchirpen kann bei intensitätsmodulierten Pulsen zu erheblichen Dispersionseffekten führen, was wiederum die Übertragung einschränkt. Wenn die Geschwindigkeit 25 Gbit/s erreicht, ist die Streuung bei der C-Band-Übertragung von 20 km Singlemode-Glasfaserkabel relativ groß.

3. Compliance Protokolle & Standards

Abgesehen von der Überprüfung der Betriebswellenlänge von optischen Modulen sind das Protokoll und der Standard andere Methoden zur Messung der Signalübertragungsentfernung. Die folgende Abbildung zeigt eine Reihe von verschiedenen 10G SFP + Glasfasermoduls.

◮ Verschiedene Arten von 10G SFP + Glasfaser-Transceiver

Wofür stehen die Buchstaben SR und LR? Möglicherweise verstehen Sie den Zusammenhang zwischen ihrer Bedeutung und ihren Linklängen nachdem ich die Antwort erhalten habe. SR = Short Reach, LR = Long Reach, LRM = Long Reach Multimode, ER = erweiterte Reichweite, ZR = die (Z) beste Reichweite. In Ergänzung zu IEEE, es gibt andere Spezifikationen und Standards, die von Organisationen wie herausgegeben werden MSA und OIF. Bitte sehen Sie sich Folgendes an Glasfaserentfernung Weitere Informationen finden Sie in den Diagrammen. 

◮Das Etikett auf dem optischen Transceiver QSFP28 100G LR4

Was auf dem Etikett des optischen Transceivers am wichtigsten ist, sind die Informationen wie QSFP28-100G-LR4, dh wie lautet die Nomenklatur dafür? Nehmen QSFP28-100G-LR4 als Beispiel der Teil „QSFP28„bezieht sich auf den Formfaktor des Moduls, und zu den häufigsten Formfaktoren gehören: SFP, CFP und QSFP; Der mittlere Teil „100G“ steht für Faser optisch die grundlegende Datenübertragungsrate des Moduls, z. B. 10G, 100G und 400G; „LR“ steht für den unterstützten PMD-Standard (Physical Medium Dependent); Die Zahl „4“ gibt an, dass das optische Modul über vier Signalkanäle verfügt.

Auf dem Etikett sind nicht alle unterstützten Verbindungslängen des optischen Transceivers angegeben. Wenn Sie sich die obige Tabelle ansehen, können Sie sich leicht über die Anwendung und die Übertragungsentfernung informieren.

4. Empfänger-Empfindlichkeit

Bevor Sie nähere Informationen zur Messung der Übertragungsentfernung erhalten, ist es notwendig, sich mit den Grundlagen vertraut zu machen Verständnis im Transit optische Leistung. Das im Transit optische Leistung kann sein angesehen als Intensität des Lichts, in W oder MW oder dBm( W oder mW ist eine lineare Einheit und dBm ist eine logarithmische Einheit), die normalerweise von optischen Leistungsmessern gemessen wird. dBm ist die am häufigsten verwendete Einheit repräsentieren die optische Leistung. Die gleichung kann ausgedrückt werden als 

P(dBm)=10Log(P/1mW) 

Optische LeistungsdämpfungIng. von half mW ist gleichbedeutend mit einer Reduzierung um 3 dB. 0 dBm optische Leistung entsprechen 1 mW. Die optische Leistung von Produkten der PON-Serie muss aufgrund ihres Burst-Mode-ONU-Endes mit einem speziellen optischen Leistungsmesser gemessen werden. In diesem Fall müssen die optischen Leistungsmesser vorhanden sein Connected in Serie innerhalb der Schaltkreise, um einen Augenblick zu bekommen Optische Uplink- und Downlink-Leistung Ergebnis.

◮ Optischer Leistungsmessers

Optische Kommunikationssysteme verwenden einen BER-Wert, um die Leistungsanforderung für eine bestimmte Übertragungsverbindungsanwendung zu spezifizieren. Das Definieren der Empfängerempfindlichkeit eines optischen Transceivers ist tatsächlich das Messen eines optischen Leistungsbudgets in dBm, das auf den Fotodetektor auftrifft. Dies ist ein ziemlich nützliches Verfahren in optischen Modulsystemen mit niedriger Datenrate, da Dispersion und Chirpen nicht die Hauptfaktoren für die Länge der Übertragungsstrecke sind. Das Messverfahren ist wie folgt:

P-Budget = Min. Pt – Min. Pr

Warum gibt es eine Mindestleistung für den Durchgang und eine Mindestempfindlichkeit für einen Fotodetektor? Die Leistung optischer Module stimmt während der gesamten Produktion oft nicht überein und verändert sich im Laufe des Lebenszyklus. Daher muss bei der Berechnung der Durchschnittsleistung die schlechteste Leistung berücksichtigt werden. Dies unterscheidet sich von der akademischen Forschung, die die Anerkennung einer Autorität anstrebt; Produkte werden an ihrer Benutzerfreundlichkeit gemessen und allgemeine Anwendbarkeit.

Basierend auf dem Leistungsbudget kann die maximal unterstützte Übertragungsdistanz durch den Glasfaserverlust in Bändern von 1310 nm und 1550 nm gemessen werden. Im Allgemeinen wird der durchschnittliche Verlust des O-Bands und des C-Bands mit 0.35 dBm bzw. 0.25 dBm gemessen. Wenn beispielsweise die Arbeitswellenlänge eines optischen SMF-Moduls 1310 nm beträgt; Seine Durchgangsleistung beträgt -4 ~ 0 dBm und seine Empfängerempfindlichkeit beträgt -22 dBm. Damit unterstützt es eine Übertragungsdistanz von ca. 50km, entsprechend dem ER-Standard nach obiger Berechnungsmethode. 

Bei dieser Methode werden jedoch Faktoren wie Systemspielraum, Glasfaserstecker, Verlust und Streuung des Glasfasersteckers nicht berücksichtigt. Daher handelt es sich bei diesem berechneten Ergebnis nur um die theoretische Maximalentfernung, das tatsächliche Ergebnis liegt jedoch etwas darunter.

5. Erforderliche OSNR

Bei Glasfaser-Transceivern mit großer Übertragungsreichweite ist OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio) neben der Empfängerempfindlichkeit ein weiterer wichtiger Indikator. Wie bei optischen Transceivern mit der oben erwähnten kurzen Reichweite, da es keinen OA (Optical Amplifier) ​​in den Glasfaser-Übertragungsverbindungen gibt, ist die optische Leistung der wichtigste dominierende Indikator für die Systemleistung des Testmoduls. Wenn das Signal über ein Multi-Span-Netzwerk übertragen wird, kann die Leistung des Verbindungssystems durch OA verbessert werden. Daher ist es nicht genau, die Übertragungsentfernung nur anhand der optischen Signalleistung zu messen, und das Signal-Rausch-Verhältnis optischer Verbindungen muss ebenfalls berücksichtigt werden. Die folgenden Abbildungen zeigen ein typisches WDM-Transitsystem und eine optische Verbindung mit großer Entfernung.

◮Typisches WDM-Glasfaserverbindungs- und Kommunikationssystem

Es gibt Booster-Verstärker und Vorverstärker sowohl auf der Senderseite als auch auf der Empfängerseite. Ein Inline-Verstärker, um die Verluste von jedem Abschnitt einer optischen Faser zu beheben. Wenn zum Beispiel die Eingangsleistung in einer Einzelwellenlängenverbindung Pin dB ist, es N Glasfaserstrecken mit einem durchschnittlichen Verlust von Aspan dB gibt und die Länge Lspan km beträgt, ist das minimale OSNR ReOSNR dB, solange es bei Penalty-dB-Verbindungsübertragung ist nachdem das System auf keine BER getestet wurde. In diesem Fall ist die erforderliche Systemspanne Budget dB.

Jeder EDFA hat das gleiche OSNR, dh NF dB, so dass das OSNR des Einwellenlängensignals am Empfängerende grob durch die folgende Gleichung definiert werden kann

OSNRest = Pin + 58 -NF -10log10(N)-Aspan

Gemäß den Anforderungen des Glasfasersystems kann die maximale Übertragungsentfernung nur dann erreicht werden, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:

OSNRest≥ReOSNR+Strafe+Budget

In Kombination mit den beiden oben genannten Gleichungen kann die größte Zahl der Spanne berechnet werden, sodass die maximale Übertragungsentfernung ausgedrückt werden kann als

Lmax = N*Lipan

Im Allgemeinen beträgt der Pin eines kohärenten 100G-Systems etwa 1 dBm. Für die optische EDFA-Verbindung beträgt die NF in der Praxis 5 bis 7 dB mit Lsapn = 80 oder 100 km;

während die durchschnittliche Spannweite herkömmlicher Singlemode-Fasern 22 dB (100 km) und ihr Leistungsbudget 5 dB beträgt. Derzeit kann das typische erforderliche OSNR für einen kommerziellen optischen 100G-Transceiver innerhalb von 11 dBm liegen und es ist leicht, eine Übertragungsentfernung von über 2000 km zu erreichen.

Wenn auf der Senderseite ein Booster-Verstärker und auf der Empfängerseite ein Vorverstärker vorhanden ist, sollte die berechnete maximale Anzahl von Spans minus 1 sein. In diesem Fall kann die maximale Übertragungsstreckenlänge korrekt gemessen werden. Tatsächlich kann eine Reihe von Signalbeeinträchtigungen, die optischen Faserübertragungssystemen inhärent sind, die Verbindungsleistung verschlechtern.

Die Einbußen innerhalb eines optischen Faserübertragungssystems umfassen die Einbuße des Verbindungsfilters, nichtlineare Effekte, die entstehen, wenn ein hoher optischer Leistungspegel in einer Faserverbindung vorhanden ist, und eine Einbuße durch den Betrieb des optischen Moduls. Leistungseinbußen ergeben sich auch aus einer Signalbeeinträchtigung, die durch den dynamischen Eingang der Verbindung ausgelöst wird (normalerweise der Polarisationsabhängige, der durch Änderungen der Umgebungstemperatur, Vibration und Druck beeinflusst wird, wie z Burn-in Komponenten.

Obwohl eine Gesamtabschätzung einer angemessenen Systemspanne nicht einfach ist, ist sie für das hocheffiziente optische Faserkommunikationsverbindungssystem der Zukunft wesentlich. Da der größte Teil der verbesserten Leistung zum Beispiel die verbesserte Leistung für DSP durch Abhilfe bei nichtlinearen Effekten beträgt, beträgt sie 0.5 dB. dürfte durch den zu konvektiven Systemspielraum konterkariert werden.

Wenn alle Techniken ausprobiert wurden, ist es möglicherweise höchste Zeit, darauf zu achten, wie die OSNR-Marge des Systems sinnvoll eingestellt werden kann, wodurch bestimmte Kapazitäten oder Entfernungen verbessert werden können.

Zusammenfassung

Den obigen Analysen zufolge wird die optische Übertragungsentfernung durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Arbeitswellenlänge, den Glasfasermodus und die Konformität Protokolle & Standards, Empfängerempfindlichkeit und erforderliches OSNR. ADie Übertragungsentfernung des Glasfaser-Transceivers ist problemlos gemessen oder geschätzt, wenn Sie nehmen diese Faktoren berücksichtigen.