Phân tán sợi quang: Các loại, nguyên nhân và cách bù đắp

Tán sắc sợi quang là hiện tượng mở rộng các xung ánh sáng khi chúng truyền qua sợi quang, gây ra bởi các thành phần tín hiệu khác nhau đến máy thu ở những thời điểm hơi khác nhau. Trong truyền thông cáp quang, việc mở rộng này làm giảm độ rõ của tín hiệu, hạn chế khoảng cách dữ liệu có thể truyền đi và khiến người nhận khó phân biệt được bit này với bit tiếp theo.

Nhưng hiểu về sự phân tán không chỉ là vấn đề vật lý. Câu hỏi kỹ thuật thực sự là: khi nào thì sự phân tán trở thành vấn đề bạn thực sự cần giải quyết? Câu trả lời phụ thuộc vào loại sợi, độ dài liên kết, tốc độ dữ liệu, bước sóng hoạt động và định dạng điều chế mà hệ thống của bạn sử dụng. Liên kết đa chế độ 100 mét bên trong trung tâm dữ liệu có thể không bao giờ cần quản lý phân tán. 200 kmsợi đơn chế độliên kết mang lưu lượng 100G gần như chắc chắn sẽ có.

Phân tán sợi quang là gì?

Sự phân tán sợi quang đề cập đến cách xung truyền lan ra khi nó truyền qua lõi sợi quang. Sự trải rộng xảy ra do các thành phần khác nhau của tín hiệu quang - dù có bước sóng khác nhau, chế độ không gian khác nhau hay trạng thái phân cực khác nhau - đều không truyền đi với cùng một tốc độ.

Điều này quan trọng vì giao tiếp quang kỹ thuật số phụ thuộc vào các xung sạch,{0}}được phân tách rõ ràng. Khi các xung mở rộng đủ để chồng lên các xung lân cận, máy thu không còn có thể phân biệt các bit riêng lẻ một cách đáng tin cậy nữa. Hiện tượng này, được gọi là nhiễu giữa các ký hiệu (ISI), làm giảm tỷ lệ lỗi bit (BER) và giảm khoảng cách truyền có thể sử dụng. TheoKhuyến nghị của ITU-T G.652, xác định các tham số sợi quang-chế độ đơn tiêu chuẩn, khả năng điều tiết tán sắc màu là yếu tố then chốt trong thiết kế hệ thống cho các ứng dụng tốc độ-bit{2}}cao.

Phân tán so với suy giảm: Một sự khác biệt quan trọng

Một trong những sai lầm phổ biến nhất khi đánh giá các liên kết sợi quang là nhầm lẫn sự phân tán vớisự suy giảm. Về cơ bản, chúng là những khiếm khuyết khác nhau:

suy giảmlàm giảm công suất quang. Đó là sự suy giảm cường độ tín hiệu theo khoảng cách, được đo bằng dB/km.phân tánlàm biến dạng thời gian tín hiệu. Tín hiệu phân tán vẫn có thể mang đủ năng lượng để được phát hiện, nhưng các xung của nó bị nhòe theo thời gian, khiến thông tin không thể đọc được.

Một liên kết sợi quang có thể vượt qua ngân sách năng lượng quang với biên độ thoải mái nhưng vẫn bị lỗi do mở rộng xung quá mức. Đó là lý do tại sao các kỹ sư giàu kinh nghiệm đánh giá cả quỹ công suất và quỹ phân tán khi thiết kế một liên kết. Hiểu biếtmất mát chèn và mất mát trở lạilà quan trọng, nhưng nó chỉ bao gồm phần lũy thừa của phương trình.

Nguyên nhân gây ra sự phân tán trong sợi quang?

Sự tán sắc xảy ra khi các thành phần khác nhau của tín hiệu quang có độ trễ truyền khác nhau. Cơ chế cụ thể phụ thuộc vào thiết kế sợi và đặc tính tín hiệu, nhưng nguyên nhân gốc rễ thuộc ba loại:

Sự khác biệt về đường dẫn giữa các chế độ.Trong sợi quang đa mode, ánh sáng truyền dọc theo nhiều đường không gian (chế độ) qua lõi. Mỗi chế độ đi theo một quỹ đạo hơi khác nhau, có nghĩa là chúng đến máy thu vào những thời điểm khác nhau. Đây là cơ chế phân tán chiếm ưu thế tronghệ thống cáp quang đa mode.

vận tốc phụ thuộc vào bước sóng-.Ngay cả nguồn laser có độ rộng đường truyền hẹp cũng phát ra ánh sáng trong một phạm vi bước sóng nhỏ. Bởi vì chiết suất của thủy tinh thay đổi theo bước sóng - nên một tính chất được mô tả bằng phương trình Sellmeier - nên các thành phần quang phổ khác nhau truyền đi với tốc độ khác nhau. Đây là cơ chế phân tán chính trong sợi quang-chế độ đơn ở hầu hết các bước sóng hoạt động.

Độ trễ phụ thuộc vào sự phân cực-.Sợi quang thực không bao giờ đối xứng hoàn hảo. Ứng suất, sự uốn cong và sự không hoàn hảo trong quá trình chế tạo gây ra hiện tượng lưỡng chiết, nghĩa là hai trạng thái phân cực trực giao của ánh sáng dẫn hướng có hằng số truyền lan hơi khác nhau và đến ở những thời điểm khác nhau.

Các loại phân tán sợi quang chính

Phân tán phương thức (Phân tán đa phương thức)

Sự phân tán phương thức xảy ra khi nhiều chế độ được dẫn hướng trong sợi đa chế độ lan truyền với vận tốc nhóm khác nhau. Trong sợi đa chế độ chỉ mục bước-, sự khác biệt về độ dài đường dẫn giữa chế độ thứ tự-thấp nhất (di chuyển gần trục) và chế độ thứ tự-cao nhất (nảy ra khỏi ranh giới lớp bọc ở các góc dốc) có thể là đáng kể. Đối với sợi chỉ số bước-có chiết suất lõi là 1,48 và khẩu độ số là 0,3, độ trễ đa phương thức có thể vượt quá 50 ns/km.

Sợi quang đa mode chỉ mục được phân loại-được phát triển đặc biệt để giảm thiểu vấn đề này. Bằng cách định hình cấu hình chỉ số khúc xạ sao cho các chế độ-bậc cao hơn di chuyển nhanh hơn gần lớp bọc, các thiết kế chỉ số-được phân loại sẽ giảm sự phân tán phương thức từ một đến hai bậc độ lớn. Đây là lý do tại sao các liên kết trung tâm dữ liệu hiện đại sử dụng áp đảoSợi đa mode chỉ số OM3, OM4 hoặc OM5 được phân loại-thay vì thiết kế chỉ mục theo từng bước.

Về cơ bản, sự phân tán phương thức bị loại bỏ ở sợi quang-chế độ đơn, chỉ hỗ trợ chế độ LP01 cơ bản. Đó là lý do chính khiến sợi quang-chế độ đơn được sử dụng để truyền khoảng cách-dài hơn và-tốc độ cao hơn.

Phân tán màu

Phân tán màu thường là loại phân tán quan trọng nhất trong hệ thống sợi quang đơn mode. Nó là kết quả tổng hợp của hai cơ chế vật lý:

Phân tán vật liệuphát sinh do chiết suất của thủy tinh silica thay đổi theo bước sóng. Mối quan hệ này được đặc trưng rõ ràng và có nghĩa là các bước sóng ngắn hơn thường truyền đi chậm hơn các bước sóng dài hơn trong chế độ phân tán thông thường (dưới bước sóng phân tán-0) và ngược lại trong chế độ dị thường.

Sự phân tán ống dẫn sóngphát sinh do hình dạng của sợi ảnh hưởng đến mức độ hạn chế ánh sáng. Tỷ lệ công suất quang truyền trong lõi so với lớp bọc phụ thuộc vào bước sóng, điều này tạo ra hiệu ứng truyền lan phụ thuộc bước sóng-bổ sung. Các kỹ sư có thể định hình sự phân tán ống dẫn sóng thông qua thiết kế sợi quang - đây là cáchđộ phân tán-đã dịch chuyển và các sợi bị dịch chuyển-độ phân tán bằng 0-đạt được các đặc tính phân tán đã được sửa đổi của chúng.

Đối với sợi quang-chế độ đơn tiêu chuẩn (ITU-T G.652), bước sóng tán sắc-bằng 0 rơi vào gần 1310 nm. Ở cửa sổ truyền dẫn 1550 nm thường được sử dụng, hệ số tán sắc màu xấp xỉ +17 ps/(nm·km), như được ghi trong tài liệuĐặc điểm kỹ thuật sợi Corning SMF-28. Trên một liên kết dài 100 km, tốc độ đó tích lũy đến khoảng 1700 ps/nm - đủ để làm biến dạng nghiêm trọng tín hiệu 10 Gbps nếu không được bù.

Phân tán chế độ phân cực (PMD)

Sự phân tán chế độ phân cực là kết quả của độ trễ nhóm vi sai (DGD) giữa hai trạng thái phân cực trực giao của chế độ cơ bản. Không giống như sự phân tán màu sắc có tính xác định và ổn định, PMD có tính chất ngẫu nhiên - nó thay đổi theo thời gian, nhiệt độ và ứng suất cơ học trên sợi.

PMD được chỉ định theo thống kê. Đối với các sợi hiện đại tuân thủ ITU-T G.652.D, giá trị thiết kế liên kết PMD thường dưới 0,1 ps/√km. Điều này có vẻ nhỏ, nhưng ở tốc độ 40 Gbps trở lên, trong đó chu kỳ bit giảm xuống còn 25 ps hoặc ít hơn, ngay cả việc tích lũy PMD khiêm tốn cũng trở nên phù hợp. Theo hướng dẫn thiết kế của ngành, DGD tối đa có thể chấp nhận được thường là khoảng 10% chu kỳ bit.

Đối với các hệ thống chạy ở tốc độ 10 Gbps trên khoảng cách vừa phải, PMD hiếm khi là yếu tố hạn chế với cáp quang hiện đại. Ở tốc độ 40 Gbps và 100 Gbps, thiết kế nhận biết PMD-- bao gồm lựa chọn sợi quang, kỹ thuật định tuyến và-cân bằng phía máy thu - trở thành một phần của thông lệ tiêu chuẩn.

So sánh sơ lược các loại phân tán

Những liên kết sợi nào bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi sự phân tán?

Liên kết sợi đa chế độ: Phân tán phương thức chiếm ưu thế

TRONGsợi đa modecác hệ thống - thường được sử dụng cho các ứng dụng có phạm vi tiếp cận ngắn-trong trung tâm dữ liệu, mạng LAN doanh nghiệp và phân tán phương thức - đường trục của tòa nhà là bộ giới hạn băng thông chính. Băng thông phương thức của sợi quang, được định mức theo MHz·km, xác định khoảng cách và tốc độ bạn có thể truyền trước khi tình trạng chồng chéo xung trở nên không thể chấp nhận được.

Ví dụ: sợi OM3 có băng thông phương thức hiệu quả là 2000 MHz·km ở bước sóng 850 nm với khả năng khởi động-được tối ưu hóa bằng laser, hỗ trợ 10 Gbps lên đến khoảng 300 mét. OM4 mở rộng khoảng cách đó lên khoảng 400 mét. Tán sắc màu cũng tồn tại trong sợi quang đa mode, nhưng các hiệu ứng phương thức hầu như luôn là hạn chế ràng buộc ở những khoảng cách này.

Liên kết sợi quang chế độ đơn-: Phân tán màu sắc và PMD

Sau khi loại bỏ hiện tượng phân tán phương thức bằng cách sử dụng sợi quang-chế độ đơn, hiện tượng phân tán màu sắc sẽ trở thành mối lo ngại tiếp theo. Trên các liên kết chế độ đơn-ngắn (vài km), độ phân tán màu tích lũy thường nằm trong dung sai hệ thống đối với 10G trở xuống. Khi khoảng cách tăng lên hàng chục hoặc hàng trăm km, đặc biệt ở tốc độ dữ liệu từ 10 Gbps trở lên, việc quản lý phân tán trở nên cần thiết.

Về lâu dài vàmạng truyền tải quang (OTN)hệ thống, hợp chất phân tán màu trên mỗi km. Một liên kết 400 km trên sợi G.652 ở bước sóng 1550 nm tích lũy khoảng 6.800 ps/nm độ phân tán màu. Nếu không được bù, mức độ phân tán đó sẽ khiến tín hiệu 2,5 Gbps không thể phục hồi được.

PMD trở thành yếu tố liên quan chủ yếu ở tốc độ 40 Gbps trở lên hoặc trên các nhà máy cáp quang cũ hơn nơi hệ số PMD có thể vượt quá 0,5 ps/√km. Sợi hiện đại có thông số kỹ thuật PMD chặt chẽ hơn nhiều và máy thu kết hợp với DSP có thể chịu được nhiều PMD hơn đáng kể so với các hệ thống phát hiện-trực tiếp truyền thống.

Hệ thống DWDM: Mọi hợp chất suy giảm

Trong ghép kênh phân chia-bước sóng dày đặc (DWDM) các hệ thống mang 40, 80 hoặc nhiều kênh hơn trên băng tần C{2}}, việc quản lý phân tán không phải là tùy chọn. Mỗi kênh nằm ở một bước sóng khác nhau và tích lũy lượng phân tán màu hơi khác nhau do độ dốc phân tán. Điều này có nghĩa là có thể cần phải bù cho mỗi kênh chứ không chỉ một lần chỉnh sửa hàng loạt cho toàn bộ băng tần.

Hơn nữa, trong các hệ thống DWDM, sự tương tác giữa tán sắc màu và tính phi tuyến của sợi quang (tự điều chế pha, điều chế chéo pha, trộn bốn sóng) tạo ra vấn đề tối ưu hóa phức tạp hơn. Các nhà thiết kế hệ thống thường cố tình duy trì độ phân tán dư nhỏ trên mỗi nhịp để triệt tiêu nhiễu xuyên âm phi tuyến -, đó là lý do tại sao "độ phân tán bằng 0 ở mọi nơi" thực tế không phải là mục tiêu thiết kế.

Phương pháp bù tán sắc sợi quang

Lựa chọn sợi và lập kế hoạch bước sóng

Cách cơ bản nhất để quản lý sự phân tán là đưa ra những lựa chọn đúng đắn trước khi thêm bất kỳ phần cứng bù nào. Điều này bao gồm việc chọn loại sợi thích hợp và bước sóng hoạt động cho ứng dụng.

Đối với các hoạt động triển khai mới, cáp quang đơn chế độ G.652.D tiêu chuẩn vẫn là lựa chọn phổ biến nhất cho mạng đô thị và mạng đường dài. Đối với các liên kết trên mặt đất hoặc tàu ngầm đường dài-đường dài{5}}, sợi quang suy hao thấp G.654.E-có thể được chỉ định. Trong các mạng cũ hơn đã cài đặt sợi quang dịch chuyển{10}}phân tán G.653, độ phân tán gần như{11}}bằng 0 ở 1550 nm là một lợi thế cho các hệ thống{{13} kênh đơn nhưng đã trở thành một trở ngại đối với DWDM do việc trộn bốn sóng-tăng cường -, một bài học củng cố tầm quan trọng của việc duy trì một số độ phân tán dư.

Quy hoạch bước sóng cũng có vấn đề. Hoạt động gần bước sóng tán sắc-0 sẽ giảm thiểu độ tán sắc màu nhưng có thể làm tăng hiệu ứng phi tuyến. Hoạt động xa hơn với độ phân tán bằng 0 cho phép triệt tiêu phi tuyến nhưng cần phải bù. Không có bước sóng "tốt nhất" nào -, sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào kiến ​​trúc hệ thống.

Sợi bù tán sắc (DCF) và Mô-đun bù tán sắc (DCM)

Sợi bù tán sắc là sợi đặc biệt được thiết kế để có hệ số tán sắc màu âm lớn, thường nằm trong khoảng từ −80 đến −120 ps/(nm·km) ở bước sóng 1550 nm. Bằng cách chèn chiều dài DCF được tính toán vào liên kết, độ phân tán dương tích lũy từ sợi truyền có thể được bù đắp. Ở dạng đóng gói, đây được gọi là mô-đun bù phân tán (DCM).

Như một tài liệu tham khảo thực tế: để bù cho 80 km sợi G.652 tiêu chuẩn (tích lũy khoảng +1,360 ps/nm độ phân tán ở 1550 nm), cần có khoảng 14 km DCF với hệ số phân tán −95 ps/(nm·km), như đã lưu ý trongMục nhập bách khoa toàn thư ScienceDirect về DCF.

DCF hiệu quả và đã được chứng minh rõ ràng, nhưng nó mang lại sự đánh đổi. Sợi bổ sung làm tăng thêm tổn thất chèn (thường là 0,5–0,7 dB/km đối với DCF, so với 0,2 dB/km đối với sợi truyền dẫn), điều này có thể yêu cầu khuếch đại bổ sung và làm suy giảm tỷ lệ tín hiệu quang-trên-nhiễu. DCF cũng có diện tích hiệu dụng nhỏ hơn sợi tiêu chuẩn, khiến nó dễ bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng phi tuyến hơn. Những sự cân bằng{10}}này được đánh giá bằng cách sử dụng hệ số giá trị (FOM), được định nghĩa là tỷ lệ giữa hệ số phân tán và mức suy giảm.

Lưới Bragg sợi Chirped (FBG)

Cách tử Bragg sợi chirped bù lại sự phân tán bằng cách phản xạ các bước sóng khác nhau từ các vị trí khác nhau dọc theo cách tử, tạo ra độ trễ phụ thuộc vào bước sóng. Các bước sóng ngắn hơn có thể bị phản xạ ở gần mặt trước của cách tử trong khi các bước sóng dài hơn sẽ truyền đi sâu hơn trước khi bị phản xạ hoặc ngược lại. Kết quả là độ trễ nhóm có thể kiểm soát được có thể bù đắp sự phân tán màu sắc.

So với DCF, bộ bù dựa trên FBG{0}}rất nhỏ gọn, có tổn thất chèn thấp hơn và tạo ra độ méo phi tuyến không đáng kể, như được mô tả trongBách khoa toàn thư RP Photonics về bù tán sắc. Tuy nhiên, chúng có thể bị gợn sóng độ trễ nhóm - những biến đổi nhỏ định kỳ trong đặc tính độ trễ - có thể gây ra méo tín hiệu. Hoạt động sản xuất hiện đại đã giảm thiểu phần lớn vấn đề này nhưng nó vẫn là một vấn đề cần cân nhắc khi thiết kế cho các hệ thống có hiệu suất cao-.

Bù tán sắc điện tử (EDC) và xử lý tín hiệu số (DSP)

Không phải tất cả sự bù tán sắc đều xảy ra trong miền quang. Bù tán sắc điện tử và xử lý tín hiệu số tại máy thu có thể cân bằng nhiều biến dạng do tán sắc sợi quang gây ra.

Trong các hệ thống quang kết hợp hiện đại, bù dựa trên - 100G, 200G, 400G và hơn thế nữa là - DSP-là một phần cơ bản của kiến ​​trúc máy thu. Các máy thu kết hợp phục hồi cả biên độ và pha của tín hiệu quang, cung cấp cho công cụ DSP đủ thông tin để đảo ngược sự phân tán màu sắc, PMD và các suy giảm tuyến tính khác về mặt kỹ thuật số. Đây là một lý do tại sao các hệ thống 100G mạch lạc thường có thể hoạt động trên hàng nghìn km sợi G.652 mà không cần bất kỳ mô-đun bù tán sắc quang nội tuyến nào.

Đối với các hệ thống phát hiện-trực tiếp ở 10G, việc cân bằng điện tử (cân bằng-chuyển tiếp nguồn cấp dữ liệu, ước tính chuỗi khả năng xảy ra-tối đa) có thể mở rộng phạm vi tiếp cận-phân tán có giới hạn, nhưng với những cải tiến khiêm tốn hơn so với DSP mạch lạc. Khi nâng cấp các liên kết cũ hơn, lựa chọn giữa việc thêm bù quang (DCM) và nâng cấp lênmáy thu phát mạch lạcvới-DSP tích hợp tùy thuộc vào chi phí, mức tăng trưởng lưu lượng truy cập dự kiến ​​và cơ sở hạ tầng bộ khuếch đại hiện có.

Tại sao "Không phân tán" không phải lúc nào cũng là mục tiêu

Các kỹ sư mới làm quen với cáp quang đôi khi cho rằng liên kết lý tưởng sẽ có độ phân tán mạng bằng 0 ở mọi nơi. Trong thực tế, đó thường không phải là mục tiêu thiết kế tốt nhất. Có hai lý do:

Đầu tiên, trong các hệ thống WDM, việc vận hành độ phân tán gần bằng 0 sẽ làm tăng một số suy giảm phi tuyến nhất định - đặc biệt là bốn-sự trộn sóng - có thể gây ra nhiễu xuyên âm giữa các kênh. Việc duy trì mức độ phân tán cục bộ vừa phải trong mỗi nhịp thực sự sẽ ngăn chặn những tác động này. Tổng tán sắc tích lũy sau đó được bù ở cuối liên kết hoặc tại các vị trí bù định kỳ.

Thứ hai, việc điều chỉnh quá mức độ phân tán có thể gây ra các vấn đề riêng. Nếu mức bù không khớp chính xác với độ phân tán tích lũy thực tế (có tính đến sự thay đổi nhiệt độ, độ lão hóa của sợi và độ dốc phân tán phụ thuộc vào bước sóng-), thì sự không khớp còn lại có thể làm giảm hiệu suất. Đây là lý do tại sao ngành sử dụng thuật ngữ "quản lý phân tán" thay vì "loại bỏ phân tán". Mục tiêu là giữ cho độ phân tán ròng trong một khoảng có thể chấp nhận được, không buộc nó về chính xác bằng 0 tại mọi điểm.

Cách quyết định xem liên kết của bạn có cần bù phân tán hay không

Thay vì coi việc bù tán sắc là yêu cầu mặc định, hãy giải quyết các câu hỏi chẩn đoán sau:

Loại chất xơ của bạn là gì?Nếu bạn đang sử dụngsợi đa mode, sự phân tán phương thức là mối quan tâm hàng đầu của bạn và bạn giải quyết vấn đề này thông qua việc lựa chọn cấp sợi quang và các điều kiện khởi động - chứ không phải thông qua DCM hoặc FBG. Nếu bạn đang sử dụng cáp quang chế độ đơn-, hãy tiếp tục với câu hỏi tiếp theo.

Khoảng cách liên kết và tốc độ dữ liệu là gì?Theo hướng dẫn sơ bộ, độ phân tán màu trở nên quan trọng đối với tín hiệu NRZ 10 Gbps ở khoảng cách khoảng 60–80 km trên sợi G.652 ở bước sóng 1550 nm. Ở tốc độ 2,5 Gbps, dung sai có thể kéo dài tới vài trăm km. Ở tốc độ 40 Gbps, giới hạn phân tán giảm xuống khoảng 4–6 km mà không cần bù. Các định dạng điều chế bậc cao hơn{12}}(được sử dụng trong các hệ thống kết hợp trên 100G) có đặc điểm dung sai phân tán riêng.

Đây là liên kết cũ hay liên kết mới?Trên nhà máy cáp quang truyền thống, việc bổ sung DCM tại các vị trí khuếch đại là một phương pháp phổ biến và đã được chứng minh. Đối với các hoạt động triển khai mới, việc chọn loại sợi phù hợp và lập kế hoạch cho các bộ thu phát kết hợp với DSP có thể tiết kiệm chi phí hơn- so với việc xây dựng hệ thống bù quang ngay từ đầu.

Bạn đang sử dụng công nghệ thu nào?Một máy thu kết hợp với DSP có thể bù lại độ phân tán màu hàng chục nghìn ps/nm bằng kỹ thuật số. Bộ thu phát hiện-trực tiếp có dung sai thấp hơn nhiều. cácmô-đun thu phátđặc điểm kỹ thuật là đầu vào quan trọng để tính toán ngân sách phân tán.

PMD có phải là một yếu tố không?Kiểm tra đặc tính PMD của nhà máy sợi của bạn. Trên sợi G.652.D hiện đại, PMD dường như không phải là vấn đề đáng lo ngại dưới 40 Gbps. Trên sợi cũ hơn không rõ lịch sử PMD, nên kiểm tra trước khi triển khai.

Tình huống thực tế: Áp dụng kiến ​​thức về phân tán vào các liên kết thực

Kịch bản 1: Liên kết đa chế độ của Trung tâm dữ liệu doanh nghiệp

Trung tâm dữ liệu trong khuôn viên trường kết nối hai tòa nhà cách nhau 150 mét bằng cáp quang đa mode OM4 ở tốc độ 10 Gbps (850 nm). Ở khoảng cách này, băng thông phương thức nằm trong thông số kỹ thuật OM4 (băng thông phương thức hiệu quả 4700 MHz·km). Có hiện tượng phân tán màu ở bước sóng 850 nm nhưng không đáng kể ở độ dài này. Không cần bù phân tán chuyên dụng. Việc xem xét thiết kế cơ bản là đảm bảo phù hợplắp đặt cápchất lượng và độ sạch của đầu nối để giữmất chèntrong ngân sách.

Kịch bản 2: Liên kết chế độ đơn-Metro ở tốc độ 10 Gbps

Một nhà điều hành mạng đô thị chạy 10G DWDM trên 120 km sợi G.652.D ở bước sóng 1550 nm. Sự phân tán màu tích lũy là khoảng 2.040 ps/nm. Giá trị này vượt quá khoảng dung sai thông thường dành cho máy thu phát hiện trực tiếp 10G NRZ-(khoảng 1.000–1.200 ps/nm). Nhà điều hành triển khai DCM tại vị trí bộ khuếch đại nhịp{15}giữa để mang lại độ phân tán mạng trong phạm vi dung sai. PMD trên sợi quang hiện đại này có tốc độ dưới 0,1 ps/√km và không cần xử lý riêng ở tốc độ 10 Gbps.

Kịch bản 3: Vận chuyển đường dài-100G mạch lạc

Một tuyến đường dài-dài 800 km sử dụng sợi G.652.D có khả năng khuếch đại EDFA cứ sau 80 km, mang theo lưu lượng 100G DP-QPSK. Tổng độ phân tán màu tích lũy vượt quá 13.000 ps/nm. Tuy nhiên, DSP của máy thu mạch lạc sẽ bù lại sự phân tán màu sắc bằng kỹ thuật số, loại bỏ sự cần thiết của DCM nội tuyến. Thiết kế vị trí bộ khuếch đại tập trung vào việc quản lý hệ số nhiễu và tối ưu hóa OSNR thay vì bù tán sắc quang học. Dung sai PMD của máy thu kết hợp thường là 20–30 ps của DGD, cao hơn nhiều so với những gì nhà máy sợi này tạo ra. Kết quả cuối cùng là một chuỗi bộ khuếch đại{15}}chi phí thấp hơn, đơn giản hơn so với hệ thống phát hiện{17}trực tiếp 10G cũ trên cùng một tuyến đường.

Những sai lầm thường gặp khi đánh giá độ phân tán sợi

Sự phân tán khó hiểu với sự suy giảm.Như đã thảo luận ở trên, đây là những khiếm khuyết khác nhau. Một liên kết vượt qua giới hạn công suất quang của nó vẫn có thể bị lỗi do bị phân tán quá mức. Luôn tính toán cả hai ngân sách.

Coi tất cả các loại phân tán là có thể hoán đổi cho nhau.Phân tán phương thức trong sợi quang đa mode, phân tán màu sắc trong sợi quang đơn mode-và PMD là do các cơ chế khác nhau gây ra, ảnh hưởng đến các loại hệ thống khác nhau và yêu cầu các chiến lược giảm thiểu khác nhau. Việc sử dụng DCM trên liên kết đa chế độ hoặc cố gắng khắc phục các vấn đề về băng thông phương thức bằng bộ thu mạch lạc sẽ là một ứng dụng công nghệ sai lầm.

Giả sử bồi thường luôn luôn được yêu cầu.Nhiềudây vá sợi quangcác kết nối và liên kết phạm vi tiếp cận ngắn hoạt động tốt trong phạm vi cho phép phân tán của chúng. Việc thêm phần cứng bù không cần thiết sẽ làm tăng chi phí, tổn thất chèn và độ phức tạp của hệ thống. Luôn bắt đầu từ ngân sách liên kết, không phải từ giả định mặc định.

Bỏ qua độ dốc phân tán.Trong hệ thống DWDM, hệ số tán sắc màu thay đổi trên dải bước sóng. Một DCM bù hoàn hảo cho kênh trung tâm có thể để lại các kênh biên có độ phân tán dư đáng kể. Có thể cần các mô-đun bù phù hợp với độ dốc-hoặc bộ bù điều chỉnh theo-kênh cho các hệ thống băng thông rộng.

Nhìn ra hồ sơ nhà máy sợi.Kiến thức chính xác về loại sợi được lắp đặt, chiều dài và độ phân tán đo được là điều cần thiết để thiết kế mức bù. Giả sử các giá trị chung khi có sẵn dữ liệu thực tế của nhà máy là nguồn phổ biến gây lãng phí biên thiết kế hoặc tệ hơn là đền bù không đủ.

Câu hỏi thường gặp

Nói một cách đơn giản thì sự phân tán sợi quang là gì?

Đó là sự lan truyền của các xung ánh sáng khi chúng truyền qua sợi quang, gây ra bởi các phần khác nhau của tín hiệu đến vào những thời điểm khác nhau. Kết quả là các xung bị mờ làm giảm khả năng khôi phục dữ liệu được truyền của máy thu.

Các loại phân tán sợi quang chính là gì?

Ba loại chính là phân tán phương thức (chiếm ưu thế trong sợi quang đa mode), phân tán màu sắc (chiếm ưu thế trong sợi quang-chế độ đơn) và phân tán chế độ phân cực (có liên quan ở tốc độ bit cao trong hệ thống-chế độ đơn). Tán sắc màu còn bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.

Loại phân tán nào quan trọng nhất trong sợi quang-chế độ đơn?

Phân tán màu sắc là mối quan tâm hàng đầu đối với hầu hết các liên kết sợi quang chế độ đơn. PMD còn trở nên phù hợp hơn ở tốc độ 40 Gbps trở lên, đặc biệt trên sợi cũ có hệ số PMD cao hơn. Phân tán phương thức không xảy ra trong sợi quang-chế độ đơn vì chỉ truyền một chế độ.

Sự phân tán màu sắc được bù đắp như thế nào?

Ba phương pháp chính là: bù quang bằng cách sử dụng cách tử DCF/DCM hoặc sợi quang Bragg; bù điện tử sử dụng DSP tại máy thu (đặc biệt là trong các hệ thống mạch lạc); và phòng ngừa thông qua việc lựa chọn loại sợi thích hợp và lập kế hoạch bước sóng. Trong các mạng hiện đại, việc bù đắp dựa trên DSP-theo cách mạch lạcmáy thu phát quangngày càng trở thành phương pháp mặc định cho các liên kết tốc độ cao.

Có phải mọi liên kết sợi đều cần bù tán sắc?

Không. Các đường liên kết ngắn và hệ thống-tốc độ thấp hơn thường hoạt động tốt trong phạm vi dung sai phân tán mà không có bất kỳ sự bù trừ chuyên dụng nào. Nhu cầu phụ thuộc vào tác động kết hợp của loại sợi, khoảng cách, tốc độ dữ liệu, bước sóng và độ nhạy của máy thu. Việc tính toán ngân sách liên kết phù hợp phải luôn đi trước bất kỳ quyết định đền bù nào.

Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc trong sợi quang là gì?

Sự tán sắc xảy ra do sự khác biệt về tốc độ truyền giữa các thành phần của tín hiệu quang. Trong sợi quang đa mode, các chế độ không gian khác nhau sẽ truyền đi những đường khác nhau. Trong sợi quang đơn mode, các bước sóng khác nhau truyền đi ở tốc độ khác nhau do đặc tính vật liệu và ống dẫn sóng của sợi. Sự lưỡng chiết trong sợi quang làm cho hai trạng thái phân cực có độ trễ khác nhau.

Độ phân tán bằng 0 có phải luôn là mục tiêu lý tưởng không?

Không có trong thực tế. Trong hệ thống WDM, một lượng nhỏ phân tán cục bộ trong mỗi nhịp sợi quang sẽ giúp triệt tiêu các suy giảm phi tuyến như trộn bốn sóng. Mục tiêu kỹ thuật là quản lý sự phân tán mạng trong một cửa sổ có thể chấp nhận được ở bộ thu chứ không phải loại bỏ nó ở mọi điểm trong liên kết.

Phần kết luận

Phân tán sợi quang là một trong những suy giảm truyền dẫn cơ bản trong mạng cáp quang, bên cạnh các hiệu ứng suy giảm và phi tuyến. Hiểu loại phân tán nào ảnh hưởng đến hệ thống cụ thể của bạn - phương thức, sắc độ hoặc PMD - là bước đầu tiên hướng tới quản lý hiệu quả. Bước tiếp theo là kết hợp chiến lược giảm thiểu phù hợp với liên kết: lựa chọn sợi quang, bù quang, bù điện tử hoặc đơn giản là xác nhận rằng không cần bù.

Đối với các kỹ sư làm việc vớisợi đơn chế độtrong mạng đô thị và mạng đường dài,{0}}quản lý phân tán màu sắc vẫn là nguyên tắc thiết kế cốt lõi. Đối với những người triển khaisợi đa modetrong các ứng dụng có phạm vi tiếp cận ngắn hơn, việc hiểu các giới hạn băng thông phương thức cũng quan trọng không kém. Và khi DSP mạch lạc tiếp tục phát triển, ranh giới giữa "sự phân tán-có giới hạn" và "DSP-có thể quản lý được" tiếp tục thay đổi - khiến việc tiếp cận sự phân tán như một vấn đề kỹ thuật ở cấp độ-hệ thống thay vì một bản sửa lỗi-thành phần đơn lẻ trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.