انواع فرستنده گیرنده فیبر طول موج های مختلفی را مدیریت می کنند

 

انواع فرستنده گیرنده فیبر در طول موج‌های خاص-به طور عمده 850 نانومتر، 1310 نانومتر، و 1550 نانومتر- کار می‌کنند که هر کدام برای فواصل انتقال مختلف و انواع فیبر بهینه شده‌اند. درک اینکه چگونه انواع فرستنده گیرنده فیبری انتخاب طول موج را مدیریت می کنند، دسترسی سیگنال، سازگاری زیرساخت و مناسب بودن برنامه را تعیین می کند.

این ویژگی طول موج وجود دارد زیرا فیبرهای نوری ویژگی های میرایی متفاوتی را در سراسر طیف مادون قرمز نشان می دهند. در 850 نانومتر، فیبر چند حالته تقریباً 2.5 دسی بل/کیلومتر کاهش سیگنال را تجربه می‌کند، در حالی که فیبر تک حالته در 1550 نانومتر به کمتر از 0.3 دسی‌بل در کیلومتر-تفاوت می‌کند که به صدها کیلومتر در قابلیت انتقال ترجمه می‌شود.

 

 

مقوله های طول موج استاندارد و کاربردهای آنها

 

سه باند طول موج بر ارتباطات فیبر نوری تسلط دارند و انواع مختلف فرستنده گیرنده فیبر بخش‌های شبکه مجزایی را بر اساس فیزیک و اقتصاد ارائه می‌کنند.

850 نانومتر: انتقال کوتاه{1}}چند حالته

طول موج 850 نانومتر اتصالات کوتاه-را در مراکز داده و شبکه‌های سازمانی تامین می‌کند. این فرستنده‌ها از فیبر چند حالته با قطر هسته 50 یا 62.5 میکرون استفاده می‌کنند که به چندین حالت نور اجازه انتشار همزمان می‌دهد.

قابلیت های فاصله با نرخ داده متفاوت است. یک ماژول SFP 1 گیگابیت بر ثانیه در فیبر چند حالته OM2 به 550 متر می رسد، در حالی که ماژول های SFP+ 10 گیگابیت در ثانیه تا 300 متر در OM3 انتقال می دهند و ماژول های 100 گیگابیت بر ثانیه QSFP28 100 متر را در OM4 مدیریت می کنند. نرخ داده‌های بالاتر فاصله انتقال را فشرده می‌کند زیرا پراکندگی مودال{12}}گسترش پالس‌های نور در مسیرهای انتشار مختلف{13}}پهنای باند{14}}محصولات فاصله را محدود می‌کند.

اقتصاد 850 نانومتر را برای پیوندهای کوتاه ترجیح می دهد. منابع نور LED و VCSEL (-سطح حفره عمودی-لیزر ساطع کننده) به طور قابل توجهی کمتر از لیزرهای DFB مورد نیاز برای طول موج های بلندتر هستند. در میان انواع فرستنده گیرنده فیبر، یک SFP معمولی 850 نانومتری ممکن است 15{10}}25 دلار هزینه داشته باشد، در حالی که قیمت معادل 1310 نانومتری آن 40{11}}60 دلار است. این مزیت قیمت، 850 نانومتر را به استاندارد برای اتصالات رک به رک که در آن فاصله کمتر از 500 متر می ماند، تبدیل می کند.

پایداری دما چالش فنی اصلی است. VCSEL ها با تغییر دما، طول موج خروجی را تغییر می دهند و به طور بالقوه باعث پراکندگی بیشتر در فیبر چند حالته می شوند. فرستنده‌های-گرید 850 نانومتری (-40 درجه تا 85 درجه) باید این رانش را در نظر بگیرند، در حالی که واحدهای درجه تجاری (0 درجه تا 70 درجه) در محیط‌های کنترل‌شده کار می‌کنند.

1310 نانومتر: متوسط-تناسب دسترسی

طول موج 1310 نانومتر به عنوان اسباب کار برای شبکه‌های دانشگاه، حلقه‌های دسترسی شهری، و حمل و نقل میانه-کار می‌کند. این طول موج روی فیبر تک حالته و چند حالته کار می‌کند، اگرچه حالت تک-برای مسافت‌های بیش از 2 کیلومتر غالب است.

تضعیف فیبر در 1310 نانومتر تقریباً 0.4dB/km در فیبر تک حالته استاندارد OS1/OS2 اندازه‌گیری می‌کند. یک فرستنده گیرنده با قدرت انتقال -3dBm و حساسیت گیرنده -20dBm، 17dB بودجه پیوند را فراهم می کند، که پس از محاسبه تلفات اتصال و حاشیه سیستم، تقریباً 40 کیلومتر را پشتیبانی می کند.

پراکندگی رنگی-گسترش پالس های نور به دلیل طول موج-سرعت انتشار وابسته-در فیبر استاندارد تک حالته{4}}به حداقل خود در حدود 1310 نانومتر می رسد. این نقطه "صفر-پراکندگی" به سیگنال های NRZ با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه اجازه می دهد تا 40 کیلومتر را بدون جبران پراکندگی طی کنند. در 1550 نانومتر، همان سیگنال نیاز به پراکندگی{11}}پراکندگی فیبر یا طرح‌های مدولاسیون پیشرفته بیش از 20 کیلومتر دارد.

کاربردهای متداول 1310 نانومتری شامل استقرار FTTx (فیبر به خانه، ساختمان، یا حاشیه)، که در آن فواصل معمولاً بین 10 تا 20 کیلومتر است. سیستم‌های PON (شبکه نوری غیرفعال) اغلب از 1310 نانومتر برای ترافیک بالادست استفاده می‌کنند که با طول‌موج‌های 1490 نانومتری یا 1550 نانومتر در پیکربندی‌های BiDi جفت می‌شود.

باند 1310 نانومتری همچنین از کانال های CWDM (درشت موج تقسیم طول موج) از 1270 نانومتر تا 1330 نانومتر با فاصله 20 نانومتری پشتیبانی می کند. این فرستنده‌های رنگی چندین اتصال موازی را روی یک جفت فیبر امکان‌پذیر می‌کنند و به طور موثر ظرفیت زیرساخت را بدون گذاشتن کابل‌های اضافی چند برابر می‌کنند.

1550 نانومتر: ستون فقرات انتقال طولانی-

طول موج 1550 نانومتر کمترین تضعیف را در فیبر نوری -در حدود 0.3dB/km در حالت استاندارد تک-و کمتر از 0.2dB/km در فیبر کم‌تلفات-افزایش یافته به دست می‌آورد. این مزیت فیزیکی 1550 نانومتر را به انتخاب انحصاری برای مسافت های بیش از 40 کیلومتر تبدیل می کند.

برنامه‌های کاربردی با دسترسی بلند-از 40 کیلومتر تا 80 کیلومتر با فرستنده‌های گیرنده استاندارد گسترش می‌یابند، در حالی که انواع-دسترسی طولانی و فوق{4}}بلند-120 کیلومتر تا 160 کیلومتر را پوشش می‌دهند. این پیوندهای طولانی‌تر به لیزرهای-DFB (بازخورد توزیع‌شده) با کیفیت بالاتری نیاز دارند که پهنای طیفی باریکی{10}}معمولاً کمتر از 1 نانومتر{12}} حفظ می‌کنند تا اثرات پراکندگی رنگی را به حداقل برسانند.

باند C (1530-1565 نانومتر) که 1550 نانومتر را احاطه کرده است، به عنوان پایه و اساس سیستم‌های DWDM (چگانه‌سازی تقسیم طول موج متراکم) عمل می‌کند. کانال های DWDM با فاصله 50 گیگاهرتز (0.4 نانومتر) از هم فاصله دارند که به 40، 80 یا حتی 96 طول موج اجازه می دهد در یک فیبر واحد وجود داشته باشند. یک فرستنده گیرنده DWDM منسجم 100 گیگابیت بر ثانیه که در حدود 1550 نانومتر کار می کند، می تواند 1000 کیلومتر یا بیشتر را با تقویت مناسب انتقال دهد.

تقویت‌کننده‌های فیبر دوپ شده اربیوم (EDFA) منحصراً در باند C و L- (1565-1625 نانومتر) کار می‌کنند و تقویت نوری را بدون بازسازی الکتریکی امکان‌پذیر می‌کنند. این قابلیت، 1550 نانومتر را به تنها انتخاب عملی برای کابل‌های زیردریایی و پیوندهای ستون فقرات متقابل کشور تبدیل می‌کند که در آن تقویت خطی در هر 80 تا 100 کیلومتر، دسترسی کلی را به هزاران کیلومتر افزایش می‌دهد.

جبران پراکندگی در 1550 نانومتر حیاتی می شود. فیبر حالت تک استاندارد تقریباً 17 ps/(nm·km) پراکندگی رنگی را در این طول موج نشان می‌دهد. یک سیگنال 10 گیگابیت بر ثانیه با عرض طیفی 0.4 نانومتر، 68 ثانیه پراکندگی در طول 10 کیلومتر{9}}به اندازه کافی برای ایجاد تداخل بین نمادها بدون جبران یا مدولاسیون پیشرفته جمع‌آوری می‌کند.

 

فن آوری های دو طرفه و فرستنده گیرنده WDM

 

انواع فرستنده گیرنده فیبری سنتی از فیبرهای جداگانه برای عملکردهای ارسال و دریافت استفاده می کنند. فن آوری های BiDi (BiDidirectional) و WDM با انتقال طول موج های متعدد بر روی یک رشته فیبر، این مدل را تغییر می دهند.

جفت‌های طول موج گیرنده BiDi

فرستنده‌های BiDi یک جفت کننده WDM را ادغام می‌کنند که طول موج‌های ارسال و دریافت را که در جهت‌های مخالف در یک فیبر حرکت می‌کنند، جدا می‌کند. جفت‌های طول موج متداول شامل 1310 نانومتر/1490 نانومتر برای فواصل کوتاه تا متوسط ​​(10 تا 40 کیلومتر) و 1490 نانومتر/1550 نانومتر برای دسترسی طولانی‌تر (40 تا 80 کیلومتر) است.

فرستنده گیرنده در نقطه A در 1310 نانومتر ارسال می کند در حالی که در 1490 نانومتر دریافت می کند. گیرنده نقطه B در 1490 نانومتر معکوس را ارسال می‌کند و در 1310 نانومتر دریافت می‌کند. این رویکرد جفت مطابق-نیازمند برنامه ریزی دقیق استقرار است زیرا اختلاط طول موج های ناسازگار پیوند را می شکند.

فناوری BiDi ظرفیت زیرساخت فیبر را بدون نصب کابل های اضافی دو برابر می کند. یک بسته فیبر 12-رشته ای که به طور سنتی از 6 پیوند دوبلکس پشتیبانی می کرد، اکنون می تواند از 12 اتصال BiDi پشتیبانی کند. اپراتورهای مرکز داده از این مزیت برای به تعویق انداختن ساخت فیبرهای گران قیمت، به ویژه در محیط های شهری با محدودیت مجرا استفاده می کنند.

چالش فنی اصلی شامل جداسازی طول موج است. جفت کننده WDM باید حداقل 15{3}}20dB ایزوله بین مسیرهای ارسال و دریافت را برای جلوگیری از تداخل سیگنال فراهم کند. جفت‌کننده‌های با کیفیت پایین باعث ایجاد تداخل می‌شوند که نرخ خطای بیت را کاهش می‌دهد، به‌ویژه در نرخ‌های داده بالاتر که در آن حاشیه‌های زمان‌بندی سفت می‌شوند.

ماژول‌های 25G SFP28 BiDi اخیراً با استفاده از جفت‌های طول موج 1270 نانومتر/1330 نانومتر روی فیبر یک حالت{4} برای انتقال 10 کیلومتر وارد تولید شده‌اند. این فرستنده‌ها از برنامه‌های 5G fronthaul و mid{8}}پشتیبانی می‌کنند که در آن در دسترس بودن فیبر گسترش شبکه را محدود می‌کند اما تقاضای پهنای باند همچنان در حال افزایش است.

سازمان کانال CWDM

گیرنده های CWDM در 18 طول موج استاندارد شده از 1270 نانومتر تا 1610 نانومتر با فاصله دقیقاً 20 نانومتر کار می کنند. نام‌گذاری کانال‌ها از مشخصات ITU-T G.694.2 پیروی می‌کند که به‌طور متوالی با شماره‌های 1270، 1290، 1310... تا 1610 شماره‌گذاری شده‌اند.

هر کانال CWDM به طور مستقل عمل می کند و هر پروتکل یا سرعت داده را از 1 گیگابیت بر ثانیه تا 100 گیگابیت بر ثانیه حمل می کند. طراحان شبکه طول موج‌های خاصی را به انواع مختلف ترافیک اختصاص می‌دهند-1310 نانومتر برای داده‌های سازمانی، 1470 نانومتر برای تکرار ذخیره‌سازی، 1550 نانومتر برای مدارهای پشتیبان - همه یک جفت فیبر واحد را به اشتراک می‌گذارند.

بودجه پیوند بر اساس طول موج به دلیل پروفیل های تضعیف فیبر متفاوت است. یک کانال 1310 نانومتری CWDM 0.4dB/km تلفات را تجربه می کند، در حالی که یک کانال 1610nm 0.4-0.5dB/km را می بیند. پیک جذب آب در حدود 1383 نانومتر از نظر تاریخی این کانال "اوج آب" را محدود می‌کرد، اگرچه فیبر پایین{8}آب پیک (LWP) این محدودیت را در استقرار مدرن حذف کرد.

فناوری CWDM به کنترل طول موج دقیق کمتری نسبت به DWDM نیاز دارد و هزینه های فرستنده گیرنده را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. یک 10G CWDM SFP+ ممکن است 80-120 دلار در مقایسه با 300-500 دلار برای معادل DWDM هزینه داشته باشد. این اقتصاد باعث جذابیت CWDM برای شبکه‌های مترو 40-60 کیلومتر با طول موج 4-8 می‌شود.

تغییر دما یک چالش قابل کنترل است. طول موج لیزر CWDM می تواند 2±-3 نانومتر در محدوده دمای عملیاتی جابجا شود. فاصله کانال 20 نانومتری باند محافظ کافی را برای جلوگیری از تداخل بین کانال های مجاور حتی در بدترین شرایط حرارتی فراهم می کند.

کنترل طول موج دقیق DWDM

فرستنده‌های DWDM با تلورانس‌های طول موج بسیار سخت‌تر عمل می‌کنند، معمولاً در محدوده ± 0.05 نانومتر (± 6.25 گیگاهرتز) از کانال اختصاص داده شده ITU. باند C 88 کانال با فاصله 50 گیگاهرتز (0.4 نانومتر) یا 44 کانال در فاصله 100 گیگاهرتز (0.8 نانومتر) را در خود جای می دهد.

فرکانس‌های کانال مشخص‌های استاندارد شده را دریافت می‌کنند: کانال 20 در 1561.42 نانومتر (192.0 THz)، کانال 30 در 1553.33 نانومتر (193.0 THz) و غیره قرار دارد. اپراتورهای شبکه کانال های خاصی را بر اساس پروفایل های تقویت کننده، زیرساخت های موجود و ویژگی های پراکندگی انتخاب می کنند.

تثبیت دما برای فرستنده های DWDM اجباری می شود. خنک کننده های ترموالکتریک یکپارچه (TECs) قالب لیزر را بدون توجه به شرایط محیطی در دمای ثابت نگه می دارند. این کنترل حرارتی 100 تا 200 دلار برای هر فرستنده و گیرنده اضافه می کند اما دقت طول موج کافی برای فاصله کانال 50 گیگاهرتز را تضمین می کند.

فرستنده‌های گیرنده DWDM قابل تنظیم، مدیریت موجودی{0}}در طول موج ثابت را حذف می‌کنند. یک فرستنده گیرنده قابل تنظیم می تواند در بین 40 تا 96 کانال ITU، از طریق کنترل نرم افزار یا تجهیزات تنظیم خارجی، جابجا شود. هزینه فناوری قابل تنظیم 2 تا 3 برابر بیشتر از طول موج ثابت است، اما انعطاف پذیری عملیاتی حق بیمه را برای استراتژی یدکی و سناریوهای تهیه سریع توجیه می کند.

پیشرفت‌های اخیر در فوتونیک سیلیکون مصرف برق فرستنده گیرنده DWDM را کاهش داده و در عین حال چگالی ادغام را افزایش داده است. یک ماژول 400G DWDM QSFP-DD 14W-نیمی از-پیاده‌سازی‌های گسسته نسل قبلی-را می‌کشد، در حالی که از انتقال تا 80 کیلومتر با تصحیح خطای جلو پشتیبانی می‌کند.

 

 

معیارهای انتخاب طول موج برای سناریوهای مختلف

 

انتخاب از میان انواع فرستنده گیرنده فیبر و طول موج آنها شامل متعادل کردن نیازهای فاصله، زیرساخت فیبر، نرخ داده و محدودیت های بودجه است.

فاصله{0}}انتخاب محور

برای اتصالات زیر 500 متر، فرستنده گیرنده های چند حالته 850 نانومتری بهترین نسبت عملکرد را ارائه می کنند. یک SR SFP+ 10GBASE معمولی 25-40 دلار هزینه دارد و با زیرساخت های چند حالته OM3/OM4 موجود در مراکز داده و شبکه های دانشگاه کار می کند.

برد 500 متری تا 10 کیلومتری معمولاً به گزینه های تک حالته 1310 نانومتری- در میان انواع فرستنده گیرنده فیبری موجود نیاز دارد. این ماژول‌های متوسط{5}}بسته به نرخ داده و مجموعه ویژگی‌ها، 50 دلار-100 دلار قیمت دارند. پیوندهای ساختمان{9}}، توزیع دانشگاه و شبکه های دسترسی به مترو به دلیل تعادل مطلوب هزینه، ویژگی های پراکندگی و در دسترس بودن، عمدتاً در 1310 نانومتر کار می کنند.

فراتر از 10 کیلومتر، انتخاب طول موج به تقویت مورد نیاز بستگی دارد. پیوندهای تقویت نشده از 10 تا 40 کیلومتر در 1310 نانومتر به خوبی کار می کنند، به ویژه برای برنامه های سازمانی که در آن سادگی اهمیت دارد. برای فواصل بیش از 40 کیلومتر، 1550 نانومتر برای استفاده از تضعیف کمتر و فعال کردن تقویت EDFA در صورتی که پیوند بیش از 80 کیلومتر باشد اجباری می شود.

محدودیت های زیرساخت فیبر

زیرساخت فیبر موجود اغلب انتخاب های طول موج را در میان انواع فرستنده گیرنده فیبری موجود دیکته می کند. نصب‌های چند حالته قدیمی گزینه‌ها را به فرستنده‌های 850 نانومتری محدود می‌کنند، اگرچه دسترسی محدود باقی می‌ماند. استقرار فرستنده‌های 1310 نانومتری تک حالته بر روی فیبر چند حالته در فواصل بسیار کوتاه (زیر 100 متر) کار می‌کند، اما توانایی فاصله گیرنده یک حالت- را هدر می‌دهد.

در دسترس بودن تعداد فیبر بر پذیرش BiDi و WDM تأثیر می گذارد. شبکه‌های با کمبود فیبر-در مناطق مترو با فضای مجرای محدود رایج است-از فناوری BiDi بهره می‌برند که ظرفیت هر رشته فیبر را دو برابر می‌کند. یک مرکز با 6 جفت فیبر می تواند 12 اتصال دوبلکس را با استفاده از فرستنده گیرنده BiDi به جای معماری های سنتی پشتیبانی کند.

CWDM و DWDM هنگام افزودن 4 یا بیشتر اتصالات روی فیبر موجود مقرون به صرفه{0}}می شوند. هزینه افزایشی گیرنده های رنگی و مالتی پلکسرهای غیرفعال 500 تا 1500 دلار در هر طول موج است که بسیار کمتر از هزینه 50000-500000 دلاری نصب مسیرهای فیبر جدید در محیط های شهری است.

پروتکل و عوامل نرخ داده

نرخ داده بالاتر معمولاً از طول موج‌های کوتاه‌تر برای برنامه‌های کاربردی کوتاه-دسترسی{{1}{1}G و 400G مرکز داده از سیگنال‌های 850 نانومتری PAM4 برای اتصالات زیر 150 متر استفاده می‌کند. پهنای باند وسیع‌تر فیبر چند حالته در 850 نانومتر، محتوای طیفی افزایش یافته مدولاسیون PAM4 را در خود جای می‌دهد.

پیوندهای طولانی-پر سرعت-از مدولاسیون منسجم پیچیده در 1550 نانومتر استفاده می‌کنند. یک فرستنده گیرنده 400G-ZR که بیش از 120 کیلومتر ارسال می‌کند، از تشخیص منسجم 16QAM با قطبش دوگانه-استفاده می‌کند، که نیازمند تلفات کم 1550 نانومتر همراه با دقت طول موج DWDM برای چندگانه‌سازی چندین کانال 400G در یک جفت فیبر است.

شبکه‌های ذخیره‌سازی کانال فیبر عمدتاً از 850 نانومتر برای اتصالات کوتاه در مرکز داده و 1310 نانومتر برای{2}}تکثیر ذخیره‌سازی بین تسهیلات استفاده می‌کنند. اکوسیستم ایجاد شده سوئیچ های کانال فیبر و آداپتورهای باس میزبان از این انواع فرستنده گیرنده فیبری با قابلیت همکاری تایید شده پشتیبانی می کند.

 

پویایی بازار و روندهای فناوری

 

بازار جهانی فرستنده گیرنده نوری در سال 2024 به 12.6-13.6 میلیارد دلار رسید و پروژه ها تا 2030-2033 به 25-42 میلیارد دلار رسید که نشان دهنده نرخ رشد مرکب سالانه 13-16٪ است. مراکز داده تقریباً 61 درصد از تقاضای فرستنده گیرنده را تشکیل می دهند و پس از آن برنامه های مخابراتی قرار دارند.

فرستنده‌های فیبری تک حالته با 57 درصد سهم بازار تسلط دارند، که ناشی از افزایش نیازهای دسترسی در مراکز داده در مقیاس فوق‌العاده (برای اتصال بین{2}}تاسیسات) و شبکه‌های مخابراتی (برای 5G fronthaul و مترو) است. فرستنده‌های چند حالته سهم 43% را حفظ می‌کنند، اما در مقایسه با رشد 14-16% تک حالته، با 13{7}}15% CAGR کندتر رشد می‌کنند.

تغییر به سمت گیرنده‌های 400G و 800G پیچیدگی طول موج را تسریع می‌کند. 800ماژول‌های G از 8 خط سیگنال PAM4 100G استفاده می‌کنند، معمولاً در 850 نانومتر برای دسترسی کوتاه یا 1550 نانومتر منسجم برای فواصل طولانی‌تر. پیش‌بینی‌های صنعت انتظار دارند که محموله‌های فرستنده گیرنده 800G در سال 2025 60 درصد افزایش یابد، در درجه اول برای خوشه‌های آموزشی هوش مصنوعی و اتصالات ابری ابر مقیاس.

فناوری فوتونیک سیلیکونی هزینه های فرستنده گیرنده را کاهش می دهد و در عین حال عملکرد را بهبود می بخشد. ادغام اجزای نوری روی ویفرهای سیلیکونی باعث صرفه‌جویی در مقیاس تولید نیمه‌رساناها می‌شود و به طور بالقوه هزینه‌های فرستنده گیرنده 400G را تا سال 2026 به زیر 500 دلار کاهش می‌دهد - سطحی که 400G را با 100G برای استقرار جدید رقابت می‌کند.

MWDM (Medium Wavelength Division Multiplexing) در سال 2024 برای شبکه های 5G با استفاده از 12 طول موج از 1267.5nm تا 1374.5nm با فاصله 3.5nm و 7nm پدیدار شد. این فرستنده‌های گیرنده تفاوت بین فاصله وسیع CWDM و فاصله باریک DWDM را تقسیم می‌کنند و هزینه و تعداد کانال را برای کاربردهای fronthaul که به طول موج 6 تا 12 در فواصل 10 کیلومتری نیاز دارند بهینه می‌کنند.

اپتیک بسته بندی شده (CPO) مرز بعدی را نشان می دهد و فرستنده گیرنده را مستقیماً روی سیلیکون سوئیچ قرار می دهد به جای استفاده از ماژول های قابل اتصال. این یکپارچه سازی مصرف برق را 30-40٪ کاهش می دهد و در عین حال یکپارچگی سیگنال را بهبود می بخشد. استقرار اولیه CPO پارچه های سوئیچ 51.2 و 102.4 ترابیت بر ثانیه را هدف قرار می دهد که در 800G و 1.6T در هر پورت کار می کنند، جایی که اتلاف حرارتی فرستنده گیرنده قابل اتصال سنتی چالش های طراحی را ایجاد می کند.

 

ملاحظات پیاده سازی

 

استقرار موفقیت آمیز طول موج مستلزم توجه به چندین عامل فنی و عملیاتی است.

محاسبات بودجه برق نوری

هر پیوند فیبر به بودجه کافی برای توان نوری نیاز دارد-تفاوت بین توان خروجی فرستنده و حساسیت گیرنده{1}}برای غلبه بر اتلاف فیبر، تلفات اتصال، و حفظ حاشیه سیستم.

یک محاسبه استاندارد: یک فرستنده گیرنده LR 1310 نانومتری با سرعت -3dBm ارسال می‌کند و با -20dBm دریافت می‌کند و 17dB بودجه پیوند را فراهم می‌کند. بیش از 35 کیلومتر فیبر (0.4dB/km × 35km=14dB)، با افزودن دو کانکتور (هر کدام 0.5dB) و مجموع حاشیه سیستم 3dB به 18dB می‌رسد. این پیوند در بدترین شرایط از کار می افتد.

ارتقاء به یک فرستنده گیرنده 1550 نانومتری ER با قدرت انتقال -1dBm و حساسیت گیرنده -24dBm، بودجه 23dB را به همراه دارد. همین پیوند 35 کیلومتری اکنون حاشیه کافی دارد: 35 کیلومتر × 0.3 دسی بل/کیلومتر + 1اتصالات دسی بل + 3حاشیه دسی بل=14.5 دسی بل، ذخیره 8.5 دسی بل برای پیری فیبر و تغییرات دما باقی می‌ماند.

الزامات سازگاری طول موج

فرستنده های متصل مستقیم باید در طول موج های یکسان به جز در تنظیمات BiDi کار کنند. یک فرستنده گیرنده 1310 نانومتری نمی تواند با یک فرستنده گیرنده 1550 نانومتری ارتباط برقرار کند، حتی اگر هر دو از فیبر یک حالته- استفاده کنند، دیود نوری گیرنده طول موج اشتباه را به طور موثر تشخیص نمی دهد.

سیستم‌های CWDM و DWDM به فرستنده‌های{0}}همسان با طول موج و مالتی پلکسرهایی با پیکربندی مناسب نیاز دارند. یک فرستنده گیرنده CWDM 1470 نانومتری باید به پورت 1470 نانومتری مالتی پلکسر متصل شود. اتصال نادرست طول موج ها باعث می شود که سیگنال به جای ارسال، فیلتر شود.

گیرنده های BiDi در جفت های همسان با برچسب "A" و "B" یا "بالادست" و "پایین دست" عرضه می شوند. سمت A ممکن است 1310 نانومتر/دریافت 1490 نانومتر را ارسال کند، در حالی که سمت B، 1490 نانومتر/1310 نانومتر را دریافت می‌کند. نصب دو فرستنده گیرنده A-یک پیوند غیرعملکردی ایجاد می‌کند که در آن هر دو انتها در یک طول موج ارسال می‌شوند.

محدوده های عملیاتی محیطی

مشخصات محیطی فرستنده گیرنده، مناسب بودن استقرار را تعیین می کند. واحدهای تجاری- (0-70 درجه ) در مراکز داده و دفاتر مرکزی تحت کنترل آب و هوا کار می کنند. فرستنده و گیرنده های درجه صنعتی (40- تا 85 درجه) کابینت های فضای باز، برج های سلولی و محیط های تولیدی سخت را کنترل می کنند.

فرستنده‌های{0}}دمای افزایش یافته 30 تا 50 درصد بیشتر از معادل‌های تجاری قیمت دارند. برای یک ماژول 10G SFP+ BiDi، انتظار درجه تجاری 60-80 دلار در مقابل درجه صنعتی 90-120 دلار را داشته باشید. حق بیمه قیمت، قابلیت اطمینان عملیاتی را در دمای افراطی می‌خرد که باعث می‌شود فرستنده‌های گیرنده تجاری خاموش شوند یا خطا ایجاد کنند.

پایداری طول موج در محدوده دما برای DWDM بیشتر از CWDM اهمیت دارد. یک فرستنده گیرنده DWDM باید کانال ITU خود را در محدوده ± 0.05 نانومتر در سراسر محدوده عملیاتی کامل نگه دارد، که نیاز به جبران دمای فعال دارد. رانش طول موج 2-3 نانومتر CWDM در فاصله کانال 20 نانومتری قرار دارد، بنابراین مدیریت حرارتی غیرفعال کافی است.

 

سوالات متداول

 

آیا می توانم از فرستنده گیرنده های طول موج متفاوت بر روی یک فیبر استفاده کنم؟

نه، برای پیوندهای مستقیم-به-نقطه. هر دو طرف باید از طول موج های یکسان استفاده کنند - 1310 نانومتر تا 1310 نانومتر یا 1550 نانومتر تا 1550 نانومتر. تنها استثناء فناوری BiDi است که عمداً از طول موج های مختلف در جهت مخالف استفاده می کند (مانند 1310 نانومتر در یک جهت، 1490 نانومتر در جهت دیگر). برای سیستم‌های CWDM یا DWDM با مالتی پلکسر، می‌توانید چندین طول موج را روی یک فیبر اجرا کنید، اما هر جفت طول موج همچنان باید در هر دو انتها مطابقت داشته باشد.

چرا 850 نانومتر از 1310 نانومتر یا 1550 نانومتر دسترسی کوتاه‌تری دارد؟

فیبر نوری نور را در طول موج های کوتاه تر کاهش می دهد. در 850 نانومتر، فیبر چند حالته تقریباً 2.5 دسی بل در هر کیلومتر از دست می دهد، در حالی که فیبر حالت تک حالت در 1310 نانومتر حدود 0.4 دسی بل در کیلومتر و فیبر 1550 نانومتر فقط 0.3 دسی بل در کیلومتر از دست می دهد. در بیش از 10 کیلومتر، تفاوت بسیار زیاد است: 25 دسی بل در 850 نانومتر در مقابل 3 دسی بل در 1550 نانومتر. علاوه بر این، 850 نانومتر از فیبر چند حالته استفاده می کند که از پراکندگی مودال رنج می برد که هم فاصله و هم پهنای باند را محدود می کند.

چگونه بفهمم فیبر موجود من از طول موج های مختلف پشتیبانی می کند؟

ابتدا نوع فیبر را بررسی کنید. فیبر چند حالته (OM1، OM2، OM3، OM4) فقط با فرستنده‌های 850 نانومتری برای فواصل عملی کار می‌کند. فیبر تک حالته (OS1، OS2) از هر دو طول موج 1310 و 1550 نانومتر پشتیبانی می‌کند. اگر فیبر یک حالت{13}را نصب کرده‌اید، می‌توانید آزادانه بین فرستنده‌های 1310 نانومتری و 1550 نانومتری سوئیچ کنید تا زمانی که هر دو طرف با هم مطابقت داشته باشند. فیبر قدیمی نصب شده قبل از سال 2000 ممکن است "اوج آب" در حدود 1383 نانومتر داشته باشد که کانال های CWDM را در آن محدوده مسدود می کند.

اگر به طور تصادفی طول موج ها را با هم مخلوط کنم چه اتفاقی می افتد؟

پیوند برقرار نمی شود یا با نرخ خطای بیت بسیار بالا کار می کند. گیرنده های فوتودیود برای محدوده طول موج خاصی بهینه می شوند-یک گیرنده 1310 نانومتری حساسیت ضعیفی در 1550 نانومتر دارد و تقریباً هیچ پاسخی در 850 نانومتر ندارد. در سیستم های CWDM/DWDM با مالتی پلکسر، اتصالات طول موج نادرست به سادگی سیگنال را فیلتر می کنند. عدم تطابق BiDi باعث می شود که هر دو فرستنده و گیرنده ارسال کنند اما هیچ کدام دریافت نمی کنند و در نتیجه ارتباط کامل قطع می شود.

 

تکامل فنی در استفاده از طول موج

 

این صنعت از طریق نوآوری در مواد، طرح‌های مدولاسیون و تکنیک‌های یکپارچه‌سازی که بر انواع فرستنده گیرنده فیبری تأثیر می‌گذارد، مرزهای طول موج را به پیش می‌برد.

لیزرهای نقطه کوانتومی عملکرد دمای وسیع تری را بدون خنک کننده فعال میسر می کنند و به طور بالقوه هزینه های فرستنده گیرنده DWDM را کاهش می دهند. نمونه‌های اولیه پایداری طول موج در محدوده ± 0.1 نانومتر در 40- درجه تا 85 درجه را نشان می‌دهند، که برای فاصله DWDM 100 گیگاهرتز بدون خنک‌کننده‌های ترموالکتریک کافی است.

فناوری فیبر توخالی-نوید غلبه بر محدودیت‌های میرایی اساسی فیبرهای جامد-هسته معمولی را می‌دهد. نمایش‌های آزمایشگاهی به 0.174dB/km در 1550nm می‌رسند-که به حد تئوری 0.142dB/km نزدیک می‌شود. اگر فیبر هسته‌ای توخالی تجاری شود، می‌تواند دسترسی تقویت‌نشده را تا 100 کیلومتر یا بیشتر افزایش دهد و وابستگی به زیرساخت‌های تقویت‌کننده پرهزینه را کاهش دهد.

فرستنده‌های باند O (1260-1360 نانومتری) برای برنامه‌های مرکز داده مورد توجه قرار می‌گیرند. کارکردن در حدود 1310 نانومتر از پراکندگی رنگی کاملاً روی فیبر استاندارد تک حالته جلوگیری می‌کند و پیچیدگی DSP مورد نیاز برای سیستم‌های همدوس باند C را حذف می‌کند. چندین فروشنده ماژول های O-band 400G و 800G را در سال 2024 با هدف قرار دادن 2 تا 10 کیلومتر اتصالات مرکز داده معرفی کردند.

تکامل در حال انجام منعکس کننده یک اصل اساسی است: انتخاب طول موج در بین انواع فرستنده گیرنده فیبر چیزی بیش از یک مشخصات فنی را نشان می دهد-این تعیین می کند که چه چیزی در شبکه های فیبر نوری امکان پذیر است. درک این دامنه‌های طول موج و مزایای{2}}شان به طراحان شبکه این امکان را می‌دهد که فناوری را با الزامات برنامه مطابقت دهند و در عین حال عملکرد و هزینه را بهینه کنند.