Дисперсия оптического волокна — это расширение световых импульсов при прохождении по волокну, вызванное тем, что разные компоненты сигнала приходят к приемнику в несколько разное время. В оптоволоконной связи такое расширение снижает четкость сигнала, ограничивает дальность передачи данных и затрудняет приемникам возможность отличать один бит от другого.
Но понимание дисперсии касается не только физики. Настоящий инженерный вопрос заключается в следующем: когда дисперсия становится проблемой, которую действительно нужно решить? Ответ зависит от типа волокна, длины канала, скорости передачи данных, рабочей длины волны и формата модуляции, который использует ваша система. 100-метровый многомодовый канал внутри центра обработки данных может никогда не нуждаться в управлении дисперсией. 200-кмодномодовое-волокноссылка, передающая трафик 100G, почти наверняка будет.
Что такое дисперсия оптического волокна?
Дисперсия оптического волокна относится к тому, как передаваемый импульс распространяется по сердцевине волокна. Распространение происходит потому, что различные компоненты оптического сигнала -, будь то разные длины волн, разные пространственные моды или разные состояния поляризации -, не все движутся с одинаковой скоростью.
Это важно, поскольку цифровая оптическая связь зависит от чистых,-хорошо разделенных импульсов. Когда импульсы расширяются настолько, что перекрываются со своими соседями, приемник больше не может надежно различать отдельные биты. Это явление, называемое межсимвольной интерференцией (ISI), снижает частоту ошибок по битам (BER) и уменьшает полезное расстояние передачи. СогласноРекомендация МСЭ-T G.652, определяющее стандартные параметры одномодового волокна, адаптация к хроматической дисперсии является ключевым фактором при проектировании системы для приложений с высокой-битовой-скоростью передачи данных.
Дисперсия и затухание: критическое различие
Одна из наиболее распространенных ошибок при оценке волоконно-оптических линий — путать дисперсию сослабление. Это принципиально разные нарушения:
Затуханиеснижает оптическую силу. Это потеря мощности сигнала на расстоянии, измеряемая в дБ/км.Дисперсияискажает синхронизацию сигнала. Рассредоточенный сигнал все еще может иметь достаточную мощность для обнаружения, но его импульсы размазаны во времени, что делает информацию нечитаемой.
Оптоволоконная линия может с достаточным запасом передать бюджет оптической мощности, но при этом выйти из строя из-за чрезмерного расширения импульса. Вот почему опытные инженеры при проектировании линии оценивают как бюджет мощности, так и бюджет дисперсии. Пониманиевносимые потери и обратные потериважен, но он охватывает только степенную сторону уравнения.
Что вызывает дисперсию в оптическом волокне?
Дисперсия возникает всякий раз, когда разные компоненты оптического сигнала испытывают разные задержки распространения. Конкретный механизм зависит от конструкции волокна и характеристик сигнала, но основные причины делятся на три категории:
Различия путей между режимами.В многомодовом волокне свет распространяется по множеству пространственных путей (мод) через сердцевину. Каждая мода движется по несколько разной траектории, а это означает, что они достигают приемника в разное время. Это доминирующий механизм дисперсии вмногомодовые оптоволоконные системы.
Скорость, зависящая от длины волны-.Даже лазерный источник с узкой-шириной линии излучает свет в небольшом диапазоне длин волн. Поскольку показатель преломления стекла меняется в зависимости от длины волны - (свойство, описываемое уравнением Селлмайера -), разные спектральные компоненты движутся с разными скоростями. Это основной механизм дисперсии в одномодовом волокне на большинстве рабочих длин волн.
Задержка, зависящая от-поляризации.Реальные оптические волокна никогда не бывают идеально симметричными. Напряжение, изгиб и производственные дефекты вызывают двойное лучепреломление, что означает, что два ортогональных состояния поляризации направленного света имеют немного разные константы распространения и приходят в разное время.
Основные типы дисперсии оптического волокна
Модальная дисперсия (интермодальная дисперсия)
Модальная дисперсия возникает, когда несколько направленных мод в многомодовом волокне распространяются с разными групповыми скоростями. В многомодовом волокне со ступенчатым-индексом разница в длине пути между модой низшего-порядка (перемещающейся вблизи оси) и модой высшего-порядка (отражающейся от границы оболочки под крутыми углами) может быть значительной. Для волокна со ступенчатым -индексом преломления с показателем преломления сердцевины 1,48 и числовой апертурой 0,3 интермодальная задержка может превышать 50 нс/км.
Многомодовое волокно с градиентным-индексом было разработано специально для решения этой проблемы. Формируя профиль показателя преломления так, чтобы моды более высокого-порядка перемещались быстрее вблизи оболочки, конструкции с градуированным-показателем уменьшают модовую дисперсию на один-два порядка. Вот почему в современных центрах обработки данных в подавляющем большинстве случаев используютсяМногомодовое волокно с градуированным-индексом OM3, OM4 или OM5а не пошаговое-индексное проектирование.
Модальная дисперсия практически исключена в одномодовом оптоволокне, которое поддерживает только основную моду LP01. Это основная причина, по которой одномодовое волокно используется для передачи данных на большие-расстояния и более высокие-скорости.
Хроматическая дисперсия
Хроматическая дисперсия обычно является наиболее важным типом дисперсии в одномодовых волоконно-оптических системах. Это совокупный результат двух физических механизмов:
Дисперсия материалавозникает потому, что показатель преломления кварцевого стекла изменяется с длиной волны. Эта взаимосвязь хорошо описана и означает, что более короткие волны обычно распространяются медленнее, чем более длинные волны в нормальном режиме дисперсии (ниже длины волны с нулевой-дисперсией), и наоборот в аномальном режиме.
Волноводная дисперсиявозникает потому, что геометрия волокна влияет на то, как удерживается свет. Доля оптической мощности, передаваемой в сердечнике по сравнению с оболочкой, зависит от длины волны, что приводит к дополнительному-зависимому от длины волны эффекту распространения. Инженеры могут формировать дисперсию волновода с помощью конструкции волокна - вот какволокна со смещенной-дисперсией и не-дисперсией-с ненулевой дисперсиейдостичь их модифицированных дисперсионных характеристик.
Для стандартного одномодового волокна (ITU-T G.652) длина волны с нулевой-дисперсией составляет около 1310 нм. В обычно используемом окне пропускания 1550 нм коэффициент хроматической дисперсии составляет примерно +17 пс/(нм·км), как описано вСпецификация волокна Corning SMF-28. На линии длиной 100 км эта мощность накапливается примерно до 1700 пс/нм -, что достаточно, чтобы серьезно исказить сигнал со скоростью 10 Гбит/с, если его не компенсировать.
Поляризационная модовая дисперсия (PMD)
Дисперсия мод поляризации возникает в результате дифференциальной групповой задержки (DGD) между двумя ортогональными состояниями поляризации основной моды. В отличие от хроматической дисперсии, которая является детерминированной и стабильной, PMD является стохастической - и меняется в зависимости от времени, температуры и механического напряжения на волокне.
PMD определяется статистически. Для современных волокон, соответствующих стандарту ITU-T G.652.D, расчетное значение PMD канала обычно не превышает 0,1 пс/√км. Это может показаться незначительным, но на скоростях 40 Гбит/с и выше, когда периоды битов сокращаются до 25 пс или меньше, даже небольшое накопление PMD становится актуальным. Согласно отраслевым рекомендациям по проектированию, максимально допустимый DGD обычно составляет около 10 % периода бита.
Для систем, работающих со скоростью 10 Гбит/с на умеренных расстояниях, PMD редко является ограничивающим фактором при использовании современного оптоволокна. При скоростях 40 Гбит/с и 100 Гбит/с проектирование с учетом PMD--, включая выбор волокна, проектирование маршрута и выравнивание-стороны приемника -, становится частью стандартной практики.
Краткое сравнение типов дисперсии
| Тип дисперсии | Основная причина | Наиболее уязвимое волокно/система | Ключевой эффект | Первичное смягчение последствий |
|---|---|---|---|---|
| Модальная дисперсия | Несколько режимов с разными задержками на пути | Многомодовое волокно (ступенчатый-индекс худшего, градуированный-индекс лучше) | Распространение импульса из-за интермодальной задержки | Используйте одномодовое-волокно; используйте градуированный-индекс MMF; контролировать условия запуска |
| Хроматическая дисперсия | Зависящий от длины волны-показатель преломления и волноводные эффекты | Одномодовое-волокно, особенно-дальнее иWDM-системы | Расширение импульса и межсимвольная интерференция | DCF/DCM, волоконная брэгговская решетка, DSP/EDC, выбор волокна и длины волны |
| Дисперсия материала | Зависящий от длины волны-показатель преломления кремнезема | Компонент хроматической дисперсии во всех кварцевых волокнах | Спектральные компоненты разделяются во времени | Проектирование волокна, планирование длины волны |
| Волноводная дисперсия | Геометрия волокна и ограничение мод | Специальные одномодовые-волокна (DSF, Новая Зеландия-DSF) | Изменяет общий профиль хроматической дисперсии | Разработка профиля волокна, конструкция волокна со смещенной-дисперсией |
| ПМД | Двулучепреломление из-за асимметрии волокна и напряжения | Высокоскоростные-однорежимные-системы (более или равные 40 Гбит/с) | Случайное,-изменяющееся во времени импульсное искажение | Волокно с низким-PMD, компенсация PMD, когерентное выравнивание DSP |
Какие оптоволоконные каналы больше всего страдают от дисперсии?
Многомодовые оптоволоконные линии: доминирует модальная дисперсия
Вмногомодовое волокносистемы - обычно используются для приложений с коротким-доступом в центрах обработки данных, корпоративных локальных сетях и магистральных сетях зданий - модальная дисперсия является основным ограничителем пропускной способности. Модальная полоса пропускания волокна, измеряемая в МГц·км, определяет, на какое расстояние и с какой скоростью вы можете передавать данные, прежде чем перекрытие импульсов станет неприемлемым.
Например, волокно OM3 имеет эффективную модальную полосу пропускания 2000 МГц·км при длине волны 850 нм с оптимизированным для лазера запуском и поддерживает скорость 10 Гбит/с на расстоянии примерно до 300 метров. OM4 увеличивает это расстояние примерно до 400 метров. Хроматическая дисперсия также существует в многомодовом волокне, но модальные эффекты почти всегда являются ограничивающим фактором на этих расстояниях.
Одномодовые оптоволоконные линии-: хроматическая дисперсия и PMD
Как только модовая дисперсия устранена с помощью одномодового волокна, следующей проблемой становится хроматическая дисперсия. На коротких одномодовых каналах-(несколько километров) накопленная хроматическая дисперсия обычно находится в пределах системного допуска для 10G и ниже. По мере увеличения расстояния до десятков или сотен километров, особенно при скорости передачи данных 10 Гбит/с и выше, становится необходимым управление дисперсией.
В долгосрочной-перспективе иоптическая транспортная сеть (OTN)системы, соединения хроматической дисперсии на каждый километр. Линия длиной 400 км по волокну G.652 на длине волны 1550 нм накапливает хроматическую дисперсию примерно 6800 пс/нм. Без компенсации такой уровень дисперсии сделал бы невозвратимым даже сигнал со скоростью 2,5 Гбит/с.
PMD становится важным фактором, прежде всего, на скоростях 40 Гбит/с и выше или на старых оптоволоконных станциях, где коэффициент PMD может превышать 0,5 пс/√км. Современные волокна имеют гораздо более жесткие характеристики ПМД, а когерентные приемники с DSP могут выдерживать значительно большую ПМД, чем традиционные системы прямого-детектирования.
Системы DWDM: все недостатки усугубляются
При плотном мультиплексировании с разделением по длине волны-(ДВДМ) систем, передающих 40, 80 или более каналов в диапазоне C-, управление дисперсией не является обязательным. Каждый канал имеет разную длину волны и накапливает немного разное количество хроматической дисперсии из-за наклона дисперсии. Это означает, что может потребоваться компенсация по-каналу, а не просто одна групповая коррекция для всей полосы.
Кроме того, в системах DWDM взаимодействие между хроматической дисперсией и нелинейностями волокна (само-фазовая модуляция, перекрестная-фазовая модуляция, четырех-волновое смешение) создает более сложную задачу оптимизации. Разработчики систем часто намеренно поддерживают небольшую остаточную дисперсию на пролет для подавления нелинейных перекрестных помех -, поэтому «нулевая дисперсия повсюду» на самом деле не является целью проектирования.
Методы компенсации дисперсии оптического волокна
Выбор волокна и планирование длины волны
Самый фундаментальный способ управления дисперсией — сделать правильный выбор перед добавлением какого-либо компенсирующего оборудования. Это включает в себя выбор соответствующего типа волокна и рабочей длины волны для конкретного применения.
Для новых развертываний стандартное одномодовое волокно G.652.D-по-прежнему остается наиболее распространенным выбором для городских-сетей дальней связи. Для сверх-подводных-подводных или наземных линий связи можно использовать волокно G.654.E с низкими-потерями. В старых сетях, где было установлено волокно со смещенной дисперсией G.653, -близкая к нулю дисперсия на длине волны 1550 нм была преимуществом для одноканальных систем, но стала помехой для DWDM из-за усиленного четырехволнового смешения -, что еще раз подчеркнуло важность поддержания некоторой остаточной дисперсии.
Планирование длины волны также имеет значение. Работа вблизи длины волны с нулевой-дисперсией минимизирует хроматическую дисперсию, но может усилить нелинейные эффекты. Работа дальше от нулевой дисперсии допускает нелинейное подавление, но требует компенсации. Не существует единой «лучшей» длины волны -, правильный выбор зависит от архитектуры системы.
Волокно с компенсацией дисперсии (DCF) и модули компенсации дисперсии (DCM)
Волокно с компенсацией дисперсии — это специальное волокно, разработанное с большим отрицательным коэффициентом хроматической дисперсии, обычно в диапазоне от –80 до –120 пс/(нм·км) при длине волны 1550 нм. Вставив в линию рассчитанную длину DCF, можно компенсировать накопленную положительную дисперсию от передающего волокна. В упакованном виде это называется модулем компенсации дисперсии (DCM).
В качестве практического примера: для компенсации 80 км стандартного волокна G.652 (которое накапливает примерно +1,360 пс/нм дисперсии на длине волны 1550 нм) требуется примерно 14 км DCF с коэффициентом дисперсии −95 пс/(нм·км), как отмечено вЗапись в энциклопедии ScienceDirect на DCF.
DCF эффективен и хорошо-зарекомендовал себя, но при этом возникают-компромиссы. Дополнительное волокно увеличивает вносимые потери (обычно 0,5–0,7 дБ/км для DCF по сравнению с 0,2 дБ/км для передающего волокна), что может потребовать дополнительного усиления и ухудшить соотношение оптического сигнала-к-шуму. DCF также имеет меньшую эффективную площадь, чем стандартное волокно, что делает его более восприимчивым к нелинейным эффектам. Эти компромиссы-оцениваются с использованием показателя качества (FOM), определяемого как отношение коэффициента дисперсии к затуханию.
Чирпированные волоконные брэгговские решетки (ВБР)
Чирпированная волоконная брэгговская решетка компенсирует дисперсию, отражая волны разной длины из разных положений решетки, создавая задержку,-зависимую от длины волны. Более короткие волны могут отражаться вблизи передней части решетки, тогда как более длинные волны проходят глубже, прежде чем отразиться, и наоборот. Результатом является управляемая групповая задержка, которая может компенсировать хроматическую дисперсию.
По сравнению с DCF компенсаторы на основе FBG-компактны, имеют меньшие вносимые потери и вносят незначительные нелинейные искажения, как описано вЭнциклопедия RP Photonics по компенсации дисперсии. Однако они могут страдать от пульсаций групповой задержки - небольших периодических изменений характеристики задержки -, которые могут вызвать искажение сигнала. Современное производство в значительной степени решило эту проблему, но она остается фактором, учитываемым при проектировании высокопроизводительных-систем.
Электронная компенсация дисперсии (EDC) и цифровая обработка сигналов (DSP)
Не вся компенсация дисперсии происходит в оптической области. Электронная компенсация дисперсии и цифровая обработка сигнала в приемнике могут компенсировать многие искажения, вносимые дисперсией волокна.
В современных когерентных оптических системах - 100G, 200G, 400G и более поздних версиях компенсация на основе - DSP- является фундаментальной частью архитектуры приемника. Когерентные приемники восстанавливают как амплитуду, так и фазу оптического сигнала, что дает процессору DSP достаточно информации для цифрового обращения хроматической дисперсии, PMD и других линейных искажений. Это одна из причин, почему когерентные системы 100G часто могут работать на тысячах километров оптоволокна G.652 без каких-либо встроенных модулей компенсации оптической дисперсии.
Для систем прямого-детектирования на частоте 10G электронная коррекция (упреждающее-уравнивание, оценка последовательности с максимальным-правдоподобием) может расширить охват-ограниченной дисперсии, но с более скромными улучшениями, чем когерентный DSP. При обновлении старых каналов выбора между добавлением оптической компенсации (DCM) и обновлением докогерентный трансиверсо встроенным-DSP зависит от стоимости, ожидаемого роста трафика и существующей инфраструктуры усилителя.
Почему «нулевая дисперсия» не всегда является целью
Инженеры, плохо знакомые с волоконной оптикой, иногда предполагают, что идеальная линия должна иметь нулевую дисперсию повсюду. На практике это зачастую не лучшая цель проектирования. Есть две причины:
Во-первых, в системах WDM работа вблизи нулевой дисперсии усиливает некоторые нелинейные нарушения, - особенно четырех-смешение волн -, которые могут вызвать перекрестные помехи между каналами. Поддержание умеренного уровня локальной дисперсии в каждом пролете фактически подавляет эти эффекты. Общая накопленная дисперсия затем компенсируется в конце линии связи или на участках периодической компенсации.
Во-вторых, чрезмерная корректировка дисперсии может создать свои собственные проблемы. Если компенсация не соответствует точно фактической накопленной дисперсии (с учетом изменений температуры, старения волокна и наклона дисперсии, зависящего от длины волны-), остаточное несоответствие может ухудшить производительность. Вот почему в отрасли используется термин «управление дисперсией», а не «устранение дисперсии». Цель состоит в том, чтобы поддерживать чистую дисперсию в пределах приемлемого окна, а не доводить ее до нуля в каждой точке.
Как решить, нужна ли вашей ссылке компенсация дисперсии
Вместо того, чтобы рассматривать компенсацию дисперсии как требование по умолчанию, проработайте следующие диагностические вопросы:
Какой у вас тип волокна?Если вы используетемногомодовое волокно, модальная дисперсия является вашей основной задачей, и вы решаете ее с помощью выбора класса волокна и условий запуска -, а не с помощью DCM или FBG. Если вы используете одномодовое оптоволокно-, перейдите к следующему вопросу.
Какова дальность связи и скорость передачи данных?Грубо говоря, хроматическая дисперсия становится значительной для сигналов NRZ со скоростью 10 Гбит/с на расстоянии примерно 60–80 км по волокну G.652 при длине волны 1550 нм. При скорости 2,5 Гбит/с допуск достигает нескольких сотен километров. При скорости 40 Гбит/с предел дисперсии без компенсации падает примерно до 4–6 км. Форматы модуляции более высокого-порядка (используемые в когерентных системах 100G+) имеют свои собственные характеристики устойчивости к дисперсии.
Это устаревшая ссылка или новая сборка?На устаревших волоконно-оптических станциях добавление модулей DCM на участках усилителей является распространенным и проверенным подходом. В новых развертываниях выбор правильного типа волокна и планирование когерентных приемопередатчиков с DSP может оказаться более экономически выгодным,-эффективным, чем встраивание оптической компенсации с самого начала.
Какую технологию приемника вы используете?Когерентный приемник с DSP может компенсировать хроматическую дисперсию в десятки тысяч пс/нм в цифровом виде. Приемник прямого-детектирования имеет гораздо меньший допуск.модуль приемопередатчикаСпецификация является ключевым фактором для расчета бюджета дисперсии.
Является ли ПМД фактором?Проверьте характеристики PMD вашего завода по производству волокна. В современном волокне G.652.D PMD вряд ли будет вызывать беспокойство при скорости ниже 40 Гбит/с. На старых волокнах с неизвестной историей PMD рекомендуется провести тестирование перед развертыванием.
Практические сценарии: применение знаний о дисперсии к реальным ссылкам
Сценарий 1: Многомодовое соединение корпоративного центра обработки данных
Центр обработки данных кампуса, соединяющий два здания на расстоянии 150 метров друг от друга с помощью многомодового оптоволокна OM4 со скоростью 10 Гбит/с (850 нм). На этом расстоянии модальная полоса пропускания находится в пределах спецификации OM4 (эффективная модальная полоса пропускания 4700 МГц·км). Хроматическая дисперсия при 850 нм присутствует, но на этой длине незначительна. Никакой специальной компенсации дисперсии не требуется. Основным соображением при проектировании является обеспечение надлежащегопрокладка кабелякачество и чистота разъема, чтобы сохранитьвносимая потеряв рамках бюджета.
Сценарий 2. Однорежимное- соединение Metro со скоростью 10 Гбит/с.
Оператор городской сети использует 10G DWDM на протяжении 120 км оптоволокна G.652.D на длине волны 1550 нм. Накопленная хроматическая дисперсия составляет примерно 2040 пс/нм. Это превышает типичный диапазон допуска для приемника прямого-детектирования 10G NRZ (примерно 1000–1200 пс/нм). Оператор устанавливает DCM на участке усилителя в середине-пролета, чтобы обеспечить допустимую дисперсию сети. PMD в этом современном волокне значительно ниже 0,1 пс/√км и не требует отдельной обработки на скорости 10 Гбит/с.
Сценарий 3. Когерентная транспортная сеть 100G на дальней-магистрали
Дальняя-линия протяженностью 800 км с использованием оптоволокна G.652.D с усилением EDFA каждые 80 км и передачей трафика 100G DP-QPSK. Суммарная накопленная хроматическая дисперсия превышает 13 000 пс/нм. Однако DSP когерентного приемника компенсирует хроматическую дисперсию в цифровом виде, устраняя необходимость во встроенных DCM. В конструкции усилителя основное внимание уделяется управлению коэффициентом шума и оптимизации OSNR, а не компенсации оптической дисперсии. Допуск PMD когерентного приемника обычно составляет 20–30 пс DGD, что значительно превышает то, что производит этот оптоволоконный завод. Конечным результатом является более простая и дешевая-цепочка усилителей по сравнению с устаревшей системой прямого-обнаружения 10G по тому же маршруту.
Распространенные ошибки при оценке дисперсии волокон
Путает дисперсия с затуханием.Как уже говорилось выше, это разные нарушения. Канал, который превышает свой бюджет оптической мощности, все равно может выйти из строя из-за чрезмерной дисперсии. Всегда рассчитывайте оба бюджета.
Считать все типы дисперсий взаимозаменяемыми.Модальная дисперсия в многомодовом волокне, хроматическая дисперсия в одномодовом волокне и PMD вызываются разными механизмами, влияют на разные типы систем и требуют разных стратегий подавления. Использование DCM в многомодовом канале или попытка решить проблемы с модальной полосой пропускания с помощью когерентного приемника было бы неправильным применением технологии.
Предполагая, что компенсация всегда требуется.Многооптоволоконный патч-кордсоединения и каналы-с коротким радиусом действия хорошо работают в пределах допуска к дисперсии. Добавление ненужного компенсационного оборудования увеличивает стоимость, вносимые потери и сложность системы. Всегда начинайте с ссылочного бюджета, а не с предположения по умолчанию.
Игнорирование наклона дисперсии.В системах DWDM коэффициент хроматической дисперсии варьируется в зависимости от диапазона длин волн. DCM, который идеально компенсирует центральный канал, может оставить краевые каналы со значительной остаточной дисперсией. Для широкополосных систем могут потребоваться модули компенсации-согласованных по наклону или по-канальные настраиваемые компенсаторы.
Просматриваю записи завода по производству волокна.Точное знание типа установленного волокна, его длины и измеренной дисперсии имеет важное значение для проектирования компенсации. Принятие общих значений при наличии фактических данных о заводе является распространенным источником потери проектной маржи или, что еще хуже, недостаточной-компенсации.
Часто задаваемые вопросы
Что такое дисперсия оптического волокна простыми словами?
Это распространение световых импульсов по мере их прохождения по оптоволокну, вызванное тем, что разные части сигнала приходят в разное время. В результате импульсы становятся размытыми, что снижает способность приемника восстанавливать переданные данные.
Каковы основные типы дисперсии оптического волокна?
Тремя основными категориями являются модовая дисперсия (доминирующая в многомодовом волокне), хроматическая дисперсия (доминирующая в одномодовом волокне) и поляризационная модовая дисперсия (актуальна при высоких скоростях передачи данных в одномодовых системах). Хроматическая дисперсия также состоит из дисперсии материала и дисперсии волновода.
Какой тип дисперсии наиболее важен в одномодовом волокне?
Хроматическая дисперсия является основной проблемой для большинства одномодовых оптоволоконных линий. PMD становится дополнительно актуальным на скоростях 40 Гбит/с и выше, особенно на старых волокнах с более высокими коэффициентами PMD. Модальная дисперсия не возникает в одномодовом волокне, поскольку распространяется только одна мода.
Как компенсируется хроматическая дисперсия?
Три основных подхода: оптическая компенсация с использованием DCF/DCM или волоконных решеток Брэгга; электронная компенсация с использованием DSP на приемнике (особенно в когерентных системах); и предотвращение путем соответствующего выбора типа волокна и планирования длины волны. В современных сетях компенсация на основе DSP-когерентнооптические трансиверывсе чаще используется по умолчанию для высокоскоростных-каналов.
Каждому ли оптоволоконному каналу необходима компенсация дисперсии?
Нет. Короткие каналы связи и низкоскоростные системы-часто работают хорошо в пределах допуска к дисперсии без какой-либо специальной компенсации. Потребность зависит от совокупного влияния типа волокна, расстояния, скорости передачи данных, длины волны и чувствительности приемника. Правильный расчет бюджета линии всегда должен предшествовать любым решениям о компенсации.
Что вызывает дисперсию в оптическом волокне?
Дисперсия вызвана различиями в скорости распространения компонентов оптического сигнала. В многомодовом волокне разные пространственные моды проходят разные пути. В одномодовом волокне волны разной длины распространяются с разной скоростью из-за материала и свойств волновода волокна. Двойное лучепреломление в волокне приводит к тому, что два состояния поляризации испытывают разные задержки.
Всегда ли нулевая дисперсия является идеальной целью?
Не на практике. В системах WDM небольшая локальная дисперсия в каждом участке волокна помогает подавить нелинейные искажения, такие как четырехволновое смешение. Инженерная цель состоит в том, чтобы управлять чистой дисперсией в пределах приемлемого окна на приемнике, а не устранять ее в каждой точке линии связи.
Заключение
Дисперсия оптического волокна является одним из фундаментальных ухудшений передачи в волоконно-оптических сетях, наряду с затуханием и нелинейными эффектами. Понимание того, какой тип дисперсии влияет на вашу конкретную систему - модальная, хроматическая или PMD -, является первым шагом на пути к эффективному управлению. Следующим шагом является подбор правильной стратегии подавления помех для линии: выбор волокна, оптическая компенсация, электронная компенсация или просто подтверждение того, что компенсация не требуется.
Для инженеров, работающих содномодовое-волокнов городских и-сетях дальней связи управление хроматической дисперсией остается основной дисциплиной проектирования. Для тех, кто развертываетмногомодовое волокнов приложениях с более короткой-досягаемостью не менее важно понимать ограничения модальной пропускной способности. По мере того, как последовательная DSP продолжает развиваться, граница между «дисперсией-ограниченной» и «диспергацией-управляемой» продолжает смещаться -, что делает более важным, чем когда-либо, подход к дисперсии как к инженерной проблеме на уровне системы,-а не как к решению проблемы одного-компонента.
