Como melhorar a perda de retorno de 10G SFP+

Nos últimos anos, graças à aceleração das redes de banda larga, a aplicação das redes 10G tornou-se cada vez mais extensa. Os parâmetros que precisamos saber sobre os módulos ópticos 10G SFP+, o dispositivo básico de transmissão das redes 10G, são os seguintes:

1. Comprimento de onda central (nm): existem três tipos principais:

1) 850nm (multimodo, com baixo custo, mas curta distância de transmissão, e a distância máxima de transmissão é de 500M);

2) 1310nm (single-mode, com grande perda, mas pequena dispersão durante a transmissão, geralmente usado para transmissão dentro de 40KM);

3) 1550nm (modo único, pequena perda, mas grande dispersão durante a transmissão, geralmente usado para transmissão de longa distância acima de 40 km, até 120 km podem ser transmitidos diretamente sem relé);

FiberMall 10G SFP+ ER

2. Taxa de transmissão: refere-se ao número de bits de dados transmitidos por segundo, em bps, as taxas mais usadas incluem: 155Mbps, 622Mbps, 1.25Gbps, 2.5Gbps, 4Gbps, 8Gbps, 10Gbps, etc. O módulo óptico de 155M também é chamado de FE (100M) óptico módulo óptico 1.25G também é chamado de módulo óptico GE (1000M), e o módulo óptico 10G SFP+ é o mais utilizado em equipamentos de transmissão óptica.

3. Distância de transmissão: refere-se à distância que os sinais ópticos podem ser transmitidos diretamente sem amplificação de repetidor, em unidades de quilômetros. Estas são as especificações comuns: 550m multimodo, 15km monomodo, 40km, 80km, 120km e assim por diante.

4. Tipos de laser: O laser é o dispositivo central no módulo óptico. Ele injeta corrente no material semicondutor e emite luz laser através da oscilação do fóton e ganho do ressonador. Atualmente, os lasers mais usados ​​são FP e DFB lasers. A diferença entre eles é o material semicondutor e a estrutura da cavidade. O preço dos lasers DFB é muito mais caro que o dos lasers FP. Módulos ópticos com distância de transmissão inferior a 40KM geralmente usam lasers FP; módulos ópticos com distância de transmissão ≥40KM geralmente usam lasers DFB;

5. Perda e dispersão: Perda é a perda de energia luminosa devido à absorção, espalhamento e vazamento do meio quando a luz é transmitida na fibra óptica. Esta parte da energia é dissipada a uma certa taxa com o aumento da distância de transmissão. A dispersão é causada principalmente pelo fato de que ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos de onda viajam no mesmo meio em diferentes velocidades. Isso resulta em diferentes componentes de comprimento de onda do sinal óptico chegando à extremidade receptora em momentos diferentes devido ao acúmulo de distâncias de transmissão, levando ao alargamento do pulso e à incapacidade de distinguir o valor do sinal.

Esses dois parâmetros afetam principalmente a distância de transmissão do módulo óptico. Na aplicação real, a perda de link do módulo óptico de 1310nm é geralmente calculada em 0.35dBm/km, e a perda de link do módulo óptico de 1550nm é geralmente calculada em 0.20dBm/km. O cálculo do valor de dispersão é muito complexo, geralmente apenas para referência;

6. Transmissão de potência óptica e sensibilidade de recepção: A potência óptica de transmissão refere-se à potência óptica de saída da fonte de luz na extremidade de transmissão do módulo óptico. A sensibilidade de recepção refere-se à potência óptica mínima recebida do módulo óptico a uma determinada taxa e taxa de erro de bits. As unidades desses dois parâmetros são dBm (a forma logarítmica da unidade de potência, MW, 1mw é convertida para 0dBm), que é usada principalmente para definir a distância de transmissão do produto. A potência de transmissão óptica e a sensibilidade de recepção de módulos ópticos com diferentes comprimentos de onda, taxas de transmissão e distâncias de transmissão serão diferentes.

FiberMall 10G SFP+SR

7. A vida útil do módulo óptico: o padrão internacional unificado, 7×24 horas de trabalho ininterrupto por 50,000 horas (equivalente a 5 anos);

8. Interface de fibra óptica: Os módulos ópticos SFP são todos com interfaces LC, os módulos ópticos GBIC são com interfaces SC e outras interfaces incluem FC e ST;

9. Parâmetros ambientais: temperatura de trabalho: 0~+70℃; temperatura de armazenamento: -45~+80℃; tensão de trabalho: 3.3V; nível de trabalho: TTL.

Especificações Do Produto	Taxa de transmissão	Modo de fibra	Especificações de Interface (dBm)
			Transmissão de potência óptica	recebendo a sensibilidade
XFP/SFP+/MMF 850nm/300m	10Gbps	MMF	-7.3~-1.08dBm	≤-11.1dBm
XFP/SFP+/SMF 1310nm/10km		SMF	-8.2～+0.5dBm	≤-12.6dBm
XFP/SFP+/SMF 1550nm/40km			-1.0～+2dBm	≤-14.1dBm
XFP/SFP+/SMF 1550nm/80km			0~4dBm	≤-24dBm

Em 19 de março de 2022, existem 356 redes LTE comerciais e toda a cadeia da indústria de TD está muito madura.

Os módulos na construção LTE incluem principalmente 6G e 10G SFP + módulos ópticos. A demanda do mercado e a cadeia da indústria madura fazem com que a tecnologia do módulo óptico continue inovando. Ao mesmo tempo, a pressão de custo é transferida das operadoras para os fabricantes de módulos ópticos através dos fabricantes de equipamentos. Em relação à tecnologia de recepção do módulo óptico LTE10G, existem atualmente duas soluções: uma solução de recepção de alta perda de retorno e uma solução de recepção convencional. A diferença entre as duas soluções se reflete principalmente no projeto de perda de retorno óptico do dispositivo receptor no módulo.

Para o esquema de recepção convencional, após o conector LC ser inserido no dispositivo de recepção, há um espaço de ar entre sua face de extremidade plana e a matriz de PIN no dispositivo. A maior parte da luz transmitida na fibra óptica é perpendicular à face da extremidade plana, quando a luz reflete, toda a luz refletida viaja de volta ao núcleo. A refletividade de retorno pode ser calculada por Rf=(nf-1)2/(nf+1)2, nf é o índice de refração do material de fibra, nf=1.47 e Rf=3.6% (-14.4dB).

Outro estudo acredita que após a face final da fibra ser retificada e polida, uma fina camada metamórfica será produzida na face final da fibra e seu índice de refração é de cerca de 1.6, que é maior que o índice de refração do núcleo da fibra. Neste momento, Rf=5.3% (-12.7dB), ou seja, a perda de retorno é de -12.7dB, muito próximo do padrão de limite inferior da Ethernet 10G (-12dB), quase sem margem.

Comparado com o esquema de recepção convencional, o esquema de recepção de alta perda de retorno adiciona um pino cerâmico angulado entre o conector LC e a matriz PIN, conforme mostrado na Figura 2 abaixo. A face da extremidade chanfrada do pino não está em ângulo reto com o eixo central da fibra. Embora haja um entreferro, o ângulo de propagação da luz emitida refletida pela face da extremidade inclinada é menor que o ângulo crítico de reflexão total. Portanto, a luz refletida pela face da extremidade inclinada do pino não se propagará no núcleo da fibra, mas se dissipará através do revestimento e eventualmente vazará. Tomando o pino inclinado de 8° como exemplo, de acordo com as estatísticas de perda de retorno medida, geralmente é melhor que -27dB. Portanto, em termos de perda de retorno óptico, o esquema de recepção convencional é muito inferior ao esquema de recepção de alta perda de retorno.

 

Diagrama esquemático da estrutura do dispositivo receptor convencional Diagrama esquemático da estrutura do dispositivo receptor de alta perda de retorno

Diagrama esquemático da reflexão da face de extremidade plana/inclinada do pino

A perda de retorno óptico é definida como a razão entre a potência óptica refletida e a potência óptica incidente. Quanto pior a perda de retorno, mais forte será a reflexão óptica no link de fibra óptica. No sistema de transmissão de fibra óptica, o conector, a face final da fibra, a interface óptica e a superfície do detector causarão reflexões de Fresnel. Os efeitos dessas retro-reflexões no sistema incluem:

1) Enfraqueça o sinal óptico transmitido

2) Interferir no sinal óptico incidente

3) Reduzir a relação sinal-ruído em sistemas de transmissão digital.

 

A luz retrorrefletida também retorna à fonte de luz emissora, cujos efeitos na fonte de luz incluem:

1) Faça com que o comprimento de onda central da fonte de luz emitida flutue:

2) causar a flutuação da intensidade de luz da fonte de luz emitida;

3) Danifique permanentemente a fonte de luz.

Mesmo sendo uma fonte de luz FP, embora a retrorreflexão tenha pouco efeito sobre as características espectrais, a luz retrorrefletida é amplificada pela área ativa após entrar na cavidade ressonante da fonte de luz e se juntar ao mainstream, causando flutuações na intensidade da luz. As flutuações na intensidade da luz resultam em RIN, que é o ruído associado ao transmissor e não ao receptor. O RIN limitará a relação sinal-ruído máxima possível no link de fibra, o que, por sua vez, afeta a sensibilidade do receptor. Além disso, o RIN é essencialmente um ruído de banda larga, que reflete a influência da flutuação da intensidade da fonte de luz e do sistema no ruído elétrico na extremidade receptora, em comparação com a influência da potência do sinal. A fórmula é expressa como RIN= 2 /(P2*BW).

<ΔP> é a potência média de ruído, P é a potência óptica média e BW é a largura de banda do receptor e do link do sistema.

Pode-se observar que quanto maior a taxa do sistema, maior a largura de banda do ruído do link, maior a potência do ruído, menor a relação sinal-ruído e maior a taxa de erro de bit. Portanto, para módulos ópticos 10G LTE, para garantir a confiabilidade do sistema de transmissão óptica e a estabilidade do espectro e potência da fonte de luz emitida, é necessário projetar o dispositivo receptor com alta perda de retorno para reduzir a reflexão do link. Embora o módulo com uma solução de recepção convencional possa usar a solução de isolador óptico na extremidade de transmissão para proteger a fonte de luz, a reflexão causada pela perda de retorno ainda tem impacto no sistema. E o preço do isolador é muito superior ao do pino de fibra óptica na solução de alta perda de retorno.