Fiber Optik Haberleşmede Zayıflatıcılar

Optik zayıflatıcılarsinyal performansını düşürmek için özel olarak tasarlanmış fiber altyapı-cihazları arasında özel bir konuma sahiptir. Kaybı en aza indirmeye takıntılı bir endüstride temel önerme mantığa aykırı görünüyor: Mühendislerin onlarca yıldır zayıflamanın her kesirli desibelini ortadan kaldırmak için harcadıkları iletim yollarına ekleme kaybını kasıtlı olarak dahil etmek. Ancak alıcı doygunluğu, özellikle yüksek-güçlü lazer kaynaklarının fotodedektör giriş eşiklerini hassas APD öğelerini tamamen yok edecek marjlarla rutin olarak aştığı tek-modlu dağıtımlarda kalıcı bir operasyonel gerçeklik olmaya devam ediyor.

Optik alıcı-vericilere yönelik teknik özellikler sayfaları, minimum duyarlılığın yanı sıra maksimum alım gücünü de listeler. Bağlantı bütçesi hesaplamaları sırasında minimum tüm dikkati çeker. Maksimum alım gücü, tipik 10G SFP+ modülleri için genellikle -3dBm ile -1dBm arasında sessizce durur ve birisi 2 km'lik bir alana 40 km'lik bir optik taktığında sorun yaratmayı bekler.

Geçtiğimiz on sekiz ayda tam olarak bu senaryoyu üç kez gördüm. Veri merkezi operatörü, tedarikte toplu indirim uygulandığı için uzun-erişimli alıcı-vericiler sipariş ediyor. Teknisyenler bunları-ancak 500 metreyi bulan bina arası bağlantılara kuruyor. Fırlatma gücü alıcıya +2dBm'de ulaşıyor. Bağlantı kurmayı reddediyor. Herkes alıcı-vericinin arızalı olduğunu varsayıyor.

Arızalı değil. Fotodiyot kör ediliyor.

Hata kodları nadiren yardımcı olur. Çoğu anahtar yazılımı, alıcının çok az veya çok fazla ışık görmesi durumunda aynı şekilde "sinyal yok" veya "bağlantı koptu" raporunu verir. Deneyimli teknisyenler her iki durumu da kontrol etmeyi öğrenir. Birisi yanlışlıkla uygun bir erişim modülünü yakalayana kadar herkes alıcı-vericileri değiştirir.

Zayıflatıcılar bunu çözer. Alma tarafındaki 10dB'lik sabit zayıflatıcı, bu +2dBm'yi güvenli bir şekilde çalışma aralığı dahilinde -8dBm'ye düşürür. Bağlantı kurulur. Sorun ortadan kalkıyor. Çözümün maliyeti belki on beş dolar.

Açıkça belirtmekte fayda var: çok modlu altyapı neredeyse hiçbir zaman zayıflatıcıya ihtiyaç duymaz.

Çok modlu alıcı-vericilerdeki VCSEL kaynakları belki -3dBm ila 0dBm arasında başlatılır. Çok modlu alıcılar -1dBm maksimum girişi rahatlıkla yönetir. Matematik normal koşullar altında aşırı doygunluk senaryoları üretmez. Bitişik bağlantı noktaları arasındaki doğrudan yama bağlantıları bile (mutlak minimum kayıp konfigürasyonları) kabul edilebilir sınırlar dahilinde kalır.

Tek-mod, sorunun yaşandığı yerdir. DFB lazerleri, +3dBm fırlatma gücünü 80 km'lik iletim mesafeleri için tasarlanmış fiberlere aktarır. Bu optikleri 50-metrelik bir çapraz bağlantıya yerleştirdiğinizde alıcının hiç şansı kalmaz.

Boşluk-zayıflatıcılar ucuzdur. Ayrıca fiyatlarının yansıtmadığı açılardan da sorunlular.

Çalışma prensibi zariftir: Fiber uç yüzeyleri arasında bir hava boşluğu oluşturun, ışının dağılmasına izin verin, ayrılan ışığın yalnızca bir kısmını alıcı fibere toplayın. Zayıflama sağlandı. Basit fizik.

Fizik aynı zamanda bu hava-cam arayüzlerinde Fresnel yansımaları da üretir. Işık kaynağa doğru geri döner. Analog video çalıştıran bir CATV ana uçta, bu yansımalar gölgelenme olarak ortaya çıkıyor. Bir DFB lazer boşluğunda mod atlamalarına ve çizgi genişliğinde bozulmaya neden olurlar. Bir EDFA'da yansıyan gücün yeterli olması durumunda parazitik lazeri tetikleyebilirler.

Bir öğleden sonrayı, birisinin geri dönüş kaybı özelliklerini kontrol etmeden bir boşluk kaybı zayıflatıcı taktığı DWDM aralığındaki aralıklı BER artışlarını gidermekle geçirdim. Zayıflatıcının kendisi hassas-düzgün ekleme kaybını, doğru zayıflama değerini ve mekanik olarak sağlamlığı ölçtü. Ancak geri dönüş kaybı 14dB idi. Vericinin lazeri, her darbede gücünün %4'ünün boşluğa geri dönmesinden memnun değildi.

Katkılı-lif zayıflatıcıyla değiştirildi. Sorun ortadan kalktı.

Tek-modlu uygulamalarda-özellikle tutarlı modülasyon veya yüksek sembol hızları çalıştıran uygulamalarda-geri dönüş kaybı özellikleri, mahfaza üzerinde yazılı zayıflama değerinden daha önemlidir. Ciddi dağıtımlar için minimum 45dB geri dönüş kaybı. 55dB veya 100G'nin üzerinde bir şey çalıştırıyorsanız daha iyisi.

Sabit zayıflatıcıların maliyeti konektör tipine ve kalitesine bağlı olarak beş ila yirmi dolar arasındadır. Değişken zayıflatıcılar manuel ayarlı tipler için elli dolardan başlıyor ve oradan hızla tırmanıyor.

İçgüdü, hesaplanmış gereksinimlerle eşleşen sabit değerleri satın almaktır. 7dB'lik sabit bir zayıflatıcının maliyeti, değişken bir üniteden daha azdır. İhtiyacınız olmayan ayarlanabilirlik için neden fazladan para ödeyesiniz?

Çünkü yanlış hesapladın.

Veya alıcı-verici spesifikasyonlarının iyimser olması nedeniyle. Veya yama panelinin beklenmeyen bir kayıp yaratması nedeniyle. Veya birinin bakım penceresi sırasında fiber güzergahlarını değiştirmesi ve hiç kimsenin belgeleri güncellememesi nedeniyle. Veya orijinal bağlantı bütçesinde gerçekte kurulmamış bağlayıcıların varsayılması nedeniyle.

Teknisyenlerin, bağlantılarının gerçekte ihtiyaç duyduğu zayıflamayı yaklaşık olarak tahmin etmeye çalışırken-5dB ve 3dB'lik bir araya getirilmiş sabit zayıflatıcıları-yığdıklarını gördüm. Birden fazla hava-aralığı cihazından gelen kademeli yansımalar, yukarıda açıklanan geri dönüş kaybı sorununu daha da şiddetlendirmektedir. İki ucuz zayıflatıcı, tek bir değişken üniteden daha kötü performans gösteriyor.

Değişken zayıflatıcılar test ve devreye alma için anlamlıdır. Tam olarak gereken zayıflamayı girin, bağlantı performansını doğrulayın ve ardından isteğe bağlı olarak ölçülen değerle eşleşen sabit bir üniteyle değiştirin. Optik güç bütçesinin iyi tanımlandığı ve-kararlı olduğu kalıcı kurulumlar için sabit zayıflatıcılar uygundur. Diğer her şeyde, değişken birimler operasyonel esneklik sayesinde maliyet primini kazanırlar.

attenuators

Geleneksel değişken zayıflatıcılar, -dönen nötr yoğunluk filtreleri, ayarlanabilir hava boşlukları ve ışın yoluna taşınan engelleme elemanları gibi mekanik mekanizmalar kullanıyordu. Bunlar işe yaradı. Ayrıca sürüklendiler, yıprandılar, yeniden kalibrasyon gerektirdiler ve ayarlama komutlarına yavaş yanıt verdiler.

MEMS-tabanlı değişken optik zayıflatıcılar, tüm bu karmaşıklığın yerini bir mikro aynayla değiştirdi. Elektrostatik olarak çalıştırılan,-milisaniyenin altında tepki süreleri, mekanik aşınma yüzeyleri yok, ihmal edilebilir polarizasyon bağımlılığı. Teknoloji, ekipman satıcılarının optik amplifikatör zincirlerinde kanal başına güç eşitlemeye ihtiyaç duyduğu DWDM oluşturma dönemi boyunca hızla olgunlaştı.

EDFA içindeki MEMS VOA, alıcı doygunluğunu önlemek için orada değildir. Kazanç eğimini düzleştirmek için oradadır-1530nm'deki kanalların amplifikatörden 1560nm'deki kanallardan 3dB daha güçlü çıkmamasını sağlamak, çünkü erbiyum kazanç spektrumu düz değildir. Bu cihazlardan kırk veya seksen tanesi, dalga boyu başına bir tane olmak üzere, kanal yüklemesi değiştikçe sürekli olarak ayarlanıyor.

Alternatif, filtreleri düzleştirme-kazanmaktı. Beklenen kazanç şeklinin tersiyle eşleşen pasif, dalga boyu-seçici, sabit zayıflama profilleri. Bunlar, kanal yüklemesi statik olduğunda güzel çalışır. Müşteriler dalga boylarını dinamik olarak ekleyip düşürdüğünde kazanç şekli değişir ve sabit filtreler bunu telafi edemez.

MEMS VOA'lar yeniden yapılandırılabilir optik ağları ticari olarak uygun hale getirdi. Bu abartı değil. Kanal başına dinamik güç kontrolü olmadan, ROADM mimarileri dalga boyuna-bağlı yol uzunlukları boyunca yönetilemeyen optik sinyal-gürültü oranı{-farklılıkları üretecektir.

Sıvı kristal değişken zayıflatıcılar MEMS'e rakip bir teknoloji olarak ortaya çıktı. LC malzemesinde hiçbir hareketli parça-voltajın neden olduğu çift kırılma değişiklikleri tarafından kontrol edilen zayıflama- yoktur. Mekanik yaklaşımlara göre daha hızlı yanıt, aşınma mekanizması yok, katı hal-güvenilirliği.

Nişler buldular. Laboratuvar enstrümantasyonu. Bazı özel uygulamalar. Ana akım telekom dağıtımlarında hiçbir zaman MEMS'in yerini almadılar.

Sıcaklık hassasiyeti saha uygulamalarında onları öldürdü. LC malzeme özellikleri sıcaklıkla birlikte değişir, iklim kontrolü olmayan ortamlarda dengeleme devreleri ve sık sık yeniden kalibrasyon gerektirir. Veri merkezi koşulları yönetilebilir; -40 derecelik kışlar ve +50 derecelik yazlar yaşayan bitki muhafazalarının dışında bu durum söz konusu değildir.

Ekleme kaybı da MEMS alternatiflerinden daha yüksekti. OSNR için her onda bir dB'nin önemli olduğu sistemlerde burada yarım dB, orada-dB'nin dörtte üçü-birikmektedir.

Zayıflatıcılar bağlantının alıcı ucuna aittir. Verici ucu değil. Ortada bir yerde değil.

Bu keyfi değil. Zayıflatıcıyı alıcıya yerleştirmek, bariz doygunluk önlemenin ötesinde iki amaca hizmet eder: zayıflatıcının kendi arayüzlerinden gelen tüm yansımalar, kaynağa dönüş yolunda zayıflar ve alıcıdaki güç ölçümleri, zayıflatıcıdan önce ve zayıflatıcı yapıldıktan sonra ölçtüğünüz- basit kalır.

Zayıflatıcıyı vericinin ucuna koyarsanız, geri dönüş kaybı yönetimi açısından hiçbir şey başarmış olmazsınız. Aşağı yöndeki her konektör ve ekleme, kaynağa tam genlikte ulaşan yansımalara katkıda bulunur. Zayıflatıcı ileri gücü bloke eder ancak hiçbir zaman zayıflatılmamış ışığın geriye-yayılması için hiçbir şey yapmaz.

"Fiberi aşırı güçten korumak için" birisinin vericinin hemen sonrasına zayıflatıcılar yerleştirdiği kurulumlarla karşılaştım. Fiberin birkaç miliwatt'tan korunmaya ihtiyacı yoktur. Alıcıların korumaya ihtiyacı var. Yerleştirmenin optik bir anlamı yoktu ancak belgelenmiş olduğundan ve belgelenmiş uygulamayı kimse sorgulamadığından birden fazla bakım döngüsü boyunca varlığını sürdürdü.

Zayıflatıcı paketinde 10dB yazıyor. Gerçek zayıflama 9,7dB olabilir. Veya 10,4dB. Veya dalga boyuna, sıcaklığa ve üreticinin spesifikasyon uyumluluğuna ne kadar önem verdiğine bağlı olarak 11,2dB.

Çoğu uygulama için bu tolerans aralığının önemi yoktur. Alıcı gücünü menzile getirmek için yaklaşık 10dB zayıflamaya ihtiyacınız vardır. 9,5dB veya 10,5dB'ye ulaşmanız bağlantının canlılığını etkilemez.

Hassas uygulamalar için-kabul testleri, OSNR ölçümleri, yükseltici karakterizasyonu-zayıflatıcı doğruluğu önemli ölçüde önemlidir. Test ekipmanı satıcılarının- üst düzey değişken zayıflatıcıları, birden fazla dalga boyu ve güç düzeyinde gerçek zayıflamayı kadran ayarlarına eşleyen binlerce kalibrasyon noktası içerir. Aletlerin maliyeti buna göre.

Alıcı hassasiyetini karakterize etmek için 15.000 dolarlık programlanabilir bir zayıflatıcı kullandım. Zayıflatma doğruluğu, 0,01 dB çözünürlükle C- bandı boyunca ±0,05 dB idi. Bir alıcının hassasiyetinin -28,0dBm mi yoksa -28,3dBm mi olduğunu ölçerken bu hassasiyet gereklidir. Bir üretim bağlantısında doygunluğu önlemek saçma bir aşırılıktır.

Enstrümanı uygulamayla eşleştirin. Laboratuvar düzeyindeki zayıflatıcıları- yama panellerine yerleştirmeyin. Zayıflatıcılar içeren DWDM sistemlerinde sorunları pazarlık kutusundan gidermeyin.

Vikipedi, geçici bir zayıflatma yöntemi olarak kalemin etrafına elyaf sarıldığından bahsediyor. Bu durum, uygun zayıflatıcılar mevcut olmadığında, sahadaki sorun giderme çalışmalarında zaman zaman ortaya çıkar.

Bir nevi işe yarıyor. Bükülme-kaynaklı zayıflama gerçek fiziktir. Sıkı kıvrımlar, ışığı kaplamaya zorlayarak iletilen gücü azaltır.

Bunu yapma.

Zayıflama,-bükülme yarıçapına, sarma sayısına, fiber türüne ve dalga boyuna bağlı olarak tahmin edilemez. Kararsızdır-lif gevşer, zayıflama değişir. Yıkıcı-tekrarlanan stres camı kırar. Çok modlu fiberde mod birleştirmeyi devreye sokarak başlatma koşullarını ölçüm doğruluğunu etkileyecek şekilde bozar.

Birisi bir bağlantının çalışması için kalemin etrafına elyaf sararsa, bu, durup uygun ekipmanı satın alması gerektiğinin bir işaretidir. Bu bir çözüm değil. Bu, teknik olarak belgelenen çaresizliktir.

Daha yüksek sembol oranları, geri dönüş kaybına karşı duyarlılığı artırır. Geri yansıyan güçten gelen faz gürültüsü-64-QAM'de OOK'a göre daha önemlidir. 10G için kabul edilebilir olan zayıflatıcı geri dönüş kaybı spesifikasyonları 400G'de problemli hale gelmektedir.

Tutarlı DSP alıcıları, doğrudan-algılanan alıcılara göre daha geniş dinamik aralığa sahiptir ve bazı doygunluk endişelerini azaltır. Tutarlı algılamayı mümkün kılan optik sinyal işleme aynı zamanda güç değişimine karşı daha fazla tolerans sağlar. Bu, zayıflatıcılara olan ihtiyacı ortadan kaldırmaz-uygulama profilini değiştirir.

Silikon fotonik entegrasyonu, alıcı-verici tasarımlarında-çip üzerine VOA işlevselliğini koyuyor. Verici entegre bir değişken zayıflatıcı içeriyorsa, bazı dağıtım senaryoları için harici zayıflatma gereksiz hale gelir. Alıcı-vericinin kendisi, bağlantı gereksinimlerine uyacak şekilde başlatma gücünü ayarlar.

Bu entegrasyon harici zayıflatıcı pazarını ortadan kaldırmayacak. Eski ekipmanlar entegre güç kontrolünden yoksundur. Test uygulamaları kalibre edilmiş harici zayıflama gerektirir. Yenileme kurulumları, alıcı-vericinin değiştirilmesini gerektirmeyen çözümlere ihtiyaç duyar.

Ama denge değişiyor. Amaca yönelik-yerleşik zayıflatıcı modüller hâlâ gerekli; alıcı-verici zekası arttıkça pazar penetrasyonları da değişiyor.

Zayıflatıcılar karmaşık cihazlar değildir. Optik gücü azaltırlar. Fizik basittir. Uygulama seçenekleri iyi-anlaşılmıştır.

Karmaşıklıklar dağıtım bağlamından kaynaklanmaktadır: yeterli güç ölçümleri olmadan uygun zayıflama değerlerinin seçilmesi, uygulama gereksinimlerine uymayan zayıflatıcı teknolojilerinin seçilmesi, cihazların gerçek sorunlara değinmeyen konumlara yerleştirilmesi, eski sorunları çözerken yeni sorunlar yaratan geri dönüş kaybı spesifikasyonlarının kabul edilmesi.

Her zayıflatıcı kurulumu, bağlantı tasarımındaki başka bir şeyin operasyonel gerçeklikle eşleşmediğinin kabulüdür. Alıcı, verici gücüne göre çok hassastır. Açıklık optik spesifikasyona göre çok kısa. Kanal yüklemesi orijinal tasarım varsayımlarından farklıdır.

Zayıflatıcılar bu uyumsuzlukları giderir. Doğru seçildiklerinde bunu etkili, ucuz ve güvenilir bir şekilde yaparlar. Zarif değiller. Pragmatiktirler.

Üretim optik ağlarında işe yarayan pragmatik çözümler, işe yaramayan zarif çözümleri yener. Zayıflatıcılar çalışır.