Как улучшить обратные потери 10G SFP+

В последние годы, благодаря ускорению широкополосных сетей, применение сетей 10G становится все более обширным. Параметры, которые нам необходимо знать об оптических модулях 10G SFP+, основном передающем устройстве сетей 10G, следующие:

1. Центральная длина волны (нм) : существует три основных типа:

1) 850 нм (многорежимный, с низкой стоимостью, но коротким расстоянием передачи, а максимальное расстояние передачи составляет 500 м);

2) 1310 нм (одномодовый, с большими потерями, но небольшим рассеиванием при передаче, обычно используется для передачи в пределах 40 км);

3) 1550 нм (однорежимный, небольшие потери, но большая дисперсия во время передачи, обычно используется для передачи на большие расстояния более 40 км, до 120 км может передаваться напрямую без реле);

FibreMall 10G SFP+ ER

2. Скорость передачи: обозначает количество бит данных, передаваемых в секунду, в бит/с. Часто используемые значения скорости включают: 155 Мбит/с, 622 Мбит/с, 1.25 Гбит/с, 2.5 Гбит/с, 4 Гбит/с, 8 Гбит/с, 10 Гбит/с и т. д. Оптический модуль 155 Мбит/с также называется оптическим модулем FE (100 Мбит/с), оптический модуль 1.25 Гбит/с также называется оптическим модулем GE (1000 Мбит/с), а оптический модуль 10G SFP+ является наиболее широко используемым в оптическом передающем оборудовании.

3. Дальность передачи: обозначает расстояние, на которое оптические сигналы могут передаваться напрямую без усиления ретранслятором, в километрах. Наиболее распространенные значения: многомодовая – 550 м, одномодовая – 15 км, 40 км, 80 км, 120 км и так далее.

4. Типы лазеров: Лазер является основным устройством в оптическом модуле. Он подает ток в полупроводниковый материал и излучает лазерный свет за счет генерации фотонов и усиления резонатора. В настоящее время наиболее часто используются лазеры Фабри-Перо (FP) и лазеры с распределенной обратной связью (DFB) . Разница между ними заключается в полупроводниковом материале и структуре резонатора. Цена лазеров DFB значительно выше, чем у лазеров Фабри-Перо. В оптических модулях с дальностью передачи менее 40 км обычно используются лазеры Фабри-Перо; в оптических модулях с дальностью передачи ≥40 км обычно используются лазеры DFB;

5. Потери и дисперсия: Потери — это потеря световой энергии из-за поглощения, рассеяния и утечки в среде при передаче света по оптическому волокну. Эта часть энергии рассеивается с определенной скоростью с увеличением расстояния передачи. Дисперсия в основном вызвана тем, что электромагнитные волны разных длин волн распространяются в одной и той же среде с разной скоростью. Это приводит к тому, что компоненты оптического сигнала с разными длинами волн достигают приемного конца в разное время из-за накопления расстояний передачи, что приводит к расширению импульса и невозможности различить значение сигнала.

Эти два параметра в основном влияют на дальность передачи оптического модуля. В реальном приложении потери в линии связи оптического модуля 1310 нм обычно рассчитываются как 0.35 дБм/км, а потери линии связи оптического модуля 1550 нм обычно рассчитываются как 0.20 дБм/км. Расчет значения дисперсии очень сложен, как правило, только для справки;

6. Мощность передаваемого оптического сигнала и чувствительность приема: Мощность передаваемого оптического сигнала — это выходная оптическая мощность источника света на передающем конце оптического модуля. Чувствительность приема — это минимальная принимаемая оптическая мощность оптического модуля при определенной скорости передачи и частоте ошибок. Единицы измерения этих двух параметров — дБм (логарифмическая форма единицы мощности, МВт, 1 мВт преобразуется в 0 дБм), и они в основном используются для определения дальности передачи изделия. Мощность передаваемого оптического сигнала и чувствительность приема оптических модулей с разными длинами волн, скоростями передачи и дальностями передачи будут различаться.

FiberMall 10G SFP+SR

7. Срок службы оптического модуля: международный единый стандарт, 7х24 часа непрерывной работы в течение 50 000 часов (эквивалентно 5 годам);

8. Оптический волоконный интерфейс: все оптические модули SFP имеют интерфейс LC, оптические модули GBIC — интерфейс SC, а другие интерфейсы включают FC и ST;

9. Экологические параметры: рабочая температура: 0~+70℃; температура хранения: -45~+80℃; рабочее напряжение: 3.3 В; рабочий уровень: TTL.

По состоянию на 19 марта 2022 года существует 356 коммерческих сетей LTE, и вся отраслевая цепочка TD очень развита.

В конструкции LTE используются в основном оптические модули 6G и 10G SFP+ . Рыночный спрос и развитая производственная цепочка стимулируют постоянное развитие технологий оптических модулей. В то же время, через производителей оборудования, давление на снижение затрат перекладывается с операторов на производителей оптических модулей. Что касается приемной технологии оптического модуля LTE10G, в настоящее время существуют два решения: приемное решение с высоким коэффициентом отражения и традиционное приемное решение. Разница между этими двумя решениями в основном заключается в конструкции оптического приемного устройства в модуле, определяющей коэффициент отражения.

Для традиционной приемной схемы после вставки LC-коннектора в приемное устройство между его плоским торцом и штыревым кристаллом в устройстве остается воздушный зазор. Большая часть света, передаваемого по оптическому волокну, проходит перпендикулярно плоскому торцу, когда свет отражается, весь отраженный свет возвращается к сердцевине. Обратную отражательную способность можно рассчитать как Rf=(nf-1)2/(nf+1)2, nf — показатель преломления материала волокна, nf=1.47 и Rf=3.6% (-14.4 дБ).

Другое исследование предполагает, что после шлифовки и полировки торца волокна на торце волокна образуется тонкий метаморфический слой, показатель преломления которого составляет около 1.6, что выше, чем показатель преломления сердцевины волокна. В это время Rf = 5.3% (-12.7 дБ), то есть обратные потери составляют -12.7 дБ, что очень близко к нижнему пределу стандарта 10G Ethernet (-12 дБ) практически без запаса.

По сравнению с обычной схемой приема, схема приема с высокими обратными потерями добавляет угловой керамический штифт между разъемом LC и штыревым кристаллом, как показано на рис. 2 ниже. Скошенный торец штифта расположен не под прямым углом к ​​оси сердцевины волокна. Несмотря на наличие воздушного зазора, угол распространения излучаемого света, отраженного наклонным торцом, меньше критического угла полного отражения. Поэтому свет, отраженный от наклонного торца штыря, не будет распространяться в сердцевине волокна, а весь рассеется через оболочку и в конечном итоге просочится наружу. Если взять в качестве примера штифт с наклоном 8°, согласно статистике измеренных обратных потерь, он обычно лучше, чем -27 дБ. Следовательно, с точки зрения оптических обратных потерь обычная схема приема значительно уступает схеме приема с высокими обратными потерями.

Принципиальная схема структуры обычного приемного устройства Принципиальная схема структуры приемного устройства с высокими обратными потерями

Принципиальная схема отражения плоского/наклонного торца штифта

Оптические обратные потери определяются как отношение отраженной оптической мощности к падающей оптической мощности. Чем хуже обратные потери, тем сильнее оптическое отражение в оптоволокне. В оптоволоконной системе передачи коннектор, торец волокна, оптический интерфейс и поверхность детектора вызывают отражения Френеля. Воздействие этих ретроотракций на систему включает:

1) Ослабить передаваемый оптический сигнал

2) Мешать падающему оптическому сигналу

3) Уменьшить отношение сигнал/шум в цифровых системах передачи.

Свет, отраженный в обратном направлении, также возвращается к излучающему источнику света, воздействие которого на источник света включает:

1) Заставить центральную длину волны излучаемого источника света колебаться:

2) вызывать колебания силы света излучаемого источника света;

3) Необратимо повредить источник света.

Даже если это источник света FP, хотя обратное отражение мало влияет на спектральные характеристики, отраженный свет усиливается активной областью после входа в резонатор источника света и присоединяется к основному потоку, вызывая колебания в Интенсивность света. Колебания интенсивности света приводят к RIN, который представляет собой шум, связанный с передатчиком, а не с приемником. RIN ограничивает максимально возможное отношение сигнал/шум в оптоволокне, что, в свою очередь, влияет на чувствительность приемника. Более того, RIN по существу является широкополосным шумом, который отражает влияние флуктуации интенсивности источника света и системы на электрический шум на приемном конце по сравнению с влиянием мощности сигнала. Формула выражается как RIN= 2 /(P2*BW).

<ΔP> — средняя мощность шума, P — средняя оптическая мощность, а BW — ширина полосы пропускания приемника и системного канала.

Можно видеть, что чем выше системная скорость, тем шире полоса пропускания шума канала, больше мощность шума, ниже отношение сигнал/шум и выше частота ошибок по битам. Поэтому для оптических модулей 10G LTE для обеспечения надежности системы оптической передачи и стабильности спектра и мощности излучаемого источника света необходимо проектировать приемное устройство с высокими обратными потерями для уменьшения отражения линии связи. Хотя модуль с обычным приемным решением может использовать оптический изолятор на передающем конце для защиты источника света, отражение, вызванное обратными потерями, по-прежнему оказывает влияние на систему. И цена изолятора намного выше, чем у оптоволоконного штыря в решении с высокими обратными потерями.