نوافذ نقل الألياف الضوئية ودليل عرض النطاق الترددي للألياف

زجاج السيليكا ليس شفافًا بنفس القدر عند كل طول موجي. يختلف التوهين والتشتت اللوني عبر طيف الأشعة تحت الحمراء القريب-، وتسمى نطاقات الطول الموجي التي تصل فيها الخسائر إلى الحد الأدنى العملي بنوافذ النقل البصري.

الفيزياء وراء هذا مفهومة جيدا. وينخفض ​​تشتت رايلي إلى 1/π⁴، مما يعني أن الأطوال الموجية الأطول تكون متناثرة بشكل أقل. من ناحية أخرى، يرتفع الامتصاص الجزيئي للأشعة تحت الحمراء بشكل حاد إلى ما يزيد عن 1600 نانومتر تقريبًا. يقع الحد الأدنى للتوهين حيث تتقاطع هاتان الآليتان - بالقرب من 1550 نانومتر. نقطة العبور هذه هي السبب وراء احتلال النطاق C- للموضع الطيفي الذي يشغله. بشكل منفصل، فإن ذروة امتصاص أيون OH⁻ المتبقية بالقرب من 1383 نانومتر خلقت تاريخيًا منطقة ميتة في الطيف، وهذا هو السبب في أن النطاق O- والنطاق S- ليسا متجاورين.

النطاقات السبعة الموحدة للاتحاد الدولي للاتصالات-T

أربعة منها تحمل الجزء الأكبر من حركة المرور التجارية: 850 نانومتر، والنطاق O-، والنطاق C-، والنطاق L-. أما الثلاثة الباقون فيخدمون أدوارًا أضيق.

النطاق C-(1530–1565 نانومتر)

يعد النطاق C- العمود الفقري للشبكات الضوئية الحديثة. يقع في الجزء السفلي من منحنى التوهين السيليكا، حوالي 0.19–0.20 ديسيبل/كم، وتتوافق نافذة الكسب الخاصة به مع مضخمات الألياف المشابهة بالإربيوم -. هذه المحاذاة هي مصادفة فيزيائية - يتداخل طيف انبعاث أيونات الإربيوم في زجاج السيليكا مع الحد الأدنى لفقد الألياف - ولكن صناعة النقل لمسافات طويلة- بأكملها تعتمد عليه.

تشتمل عمليات النشر النموذجية على شبكات DWDM طويلة المدى- وشبكات أساسية-طويلة جدًا-، وأنظمة الكابلات البحرية، والنقل المتماسك 100G/200G/400G/800G، والاتصال البيني لمركز البيانات على مدى 80+ كيلومتر. يمكن لزوج واحد من الألياف في النطاق C- DWDM أن يحمل 40–96 قناة بسرعة 100 جيجا أو أعلى من - سعة إجمالية بعشرات التيرابت في الثانية.

تقترب الكفاءة الطيفية في العديد من مسارات النطاق C- الآن من حد شانون حيث يدفع DSP المتماسك نحو 800G و1.6T لكل طول موجي. عندما تتوقف الحسابات عن العمل لصالحك، فإن الاستجابة العملية هي تنشيط سعة النطاق L-على نفس الألياف بدلاً من محاولة ضغط المزيد من البتات من كل قناة.

النطاق -O (1260–1360 نانومتر)

كان النطاق O- هو أول نافذة يتم استخدامها تجاريًا للألياف ذات الوضع الفردي-، ويستمر في السيطرة على روابط المسافة المتوسطة-. الخاصية الرئيسية: التشتت اللوني يقترب من الصفر عند 1310 نانومتر في ألياف G.652 القياسية، وهي النقطة التي يتم فيها إلغاء تشتت المواد وتشتت الدليل الموجي. تحافظ النبضات الضوئية على شكلها عبر المسافة دون تعويض، مما يعني أن أجهزة الإرسال والاستقبال يمكن أن تعتمد على بنيات كشف مباشر أبسط - - أرخص وأقل طاقة من وحدات نطاق C- المتماسكة.

التطبيقات الشائعة: وحدات 10G LR، 25G LR، 100G LR4؛ إيثرنت المترو؛ شبكة WAN للمؤسسة ونقطة الألياف المظلمة-إلى-نقطة؛ PON المنبع (1310 نانومتر، مشترك في OLT)؛ أجهزة الإرسال والاستقبال BiDi وCWDM.

إن المقايضة-مباشرة. يعمل توهين النطاق O- عند 0.35 ديسيبل/كم بحوالي 75% أعلى من النطاق C-، ولا تعمل EDFA عند هذه الأطوال الموجية. أبعد من 40 إلى 80 كيلومترًا، تحتاج إلى النطاق C-. ضمن مسافات المترو، يفوز النطاق O-ببساطة التشتت وتكلفة جهاز الإرسال والاستقبال. مكبرات الصوت الضوئية لأشباه الموصلات وأجهزة الإرسال والاستقبال المتماسكة ذات النطاق O{13}} قيد التطوير ويمكن أن تدفع المدى القابل للاستخدام إلى أبعد من ذلك، ولكن نشر الحجم ليس وشيكًا.

نطاق 850 نانومتر

داخل المباني ومراكز البيانات، يتعامل النطاق 850 نانومتر المقترن بمصادر VCSEL والألياف متعددة الأوضاع مع الغالبية العظمى من الروابط -قصيرة المدى. التوهين مرتفع - حوالي 2.5–3.5 ديسيبل/كم - ولكن عندما يكون أطول تشغيل للكابل 300 متر، يكون هذا الرقم غير ذي صلة.

تكلف البصريات المعتمدة على VCSEL-أقل بكثير من تكلفة وحدات الليزر DFB-، وهذا هو بيت القصيد. الخادم-إلى-المحول، أعلى-الحامل، العمود الفقري للحرم الجامعي، 10G/25G/40G/100G SR - جميع منطقة 850 نانومتر.

الاتجاه الذي يستحق التتبع: تحدد مراكز البيانات ذات الحجم الكبير بشكل متزايد أليافًا أحادية الوضع-في الإصدارات الجديدة لدعم معدلات 200 جيجا و400 جيجا لكل-مسار. وهذا يلتهم تدريجياً حصة 850 نانومتر في النهاية العليا. ولكن بالنسبة للقاعدة الهائلة المثبتة من الألياف متعددة الأوضاع وشبكات المؤسسات الحساسة من حيث التكلفة-، فإن النطاق 850 نانومتر لن يذهب إلى أي مكان قريبًا.

L-النطاق (1565–1625 نانومتر)

يعمل النطاق L- كتجاوز للنطاق C-. وهو يوفر ثاني-أدنى توهين في الألياف القياسية ذات الوضع الفردي-بقدر 0.22 ديسيبل/كم تقريبًا ويمكن تضخيمه باستخدام نطاق L-المتاح تجاريًا.

تؤدي إضافة نطاق L- من EDFAs وC+L mux/demux في مواقع مكبر الصوت الحالية إلى مضاعفة الإمكانات القابلة للاستخدام تقريبًاعرض النطاق الترددي للأليافعلى البنية التحتية الموجودة بالفعل على الأرض، بجزء صغير من تكلفة البناء الجديد. هذا هو أول ذراع يسحبه المشغلون عند امتلاء النطاق C-.

أصبحت عمليات نشر C+L الآن قياسية في أنظمة الغواصات الرئيسية وأصبحت شائعة بشكل متزايد على الطرق الأرضية ذات حركة المرور العالية. لقد تحول طيف C+L المدمج من-لطيف إلى-ضرورة أساسية لتخطيط السعة للبنية الأساسية الجديدة للمسافات الطويلة-، خاصة مع ارتفاع معدلات الطول الموجي-إلى 800 جيجا.

العصابات الثانوية

النطاق -S (1460–1530 نانومتر)

اليوم، الاستخدام التجاري الرئيسي للنطاق S- هو PON: يستخدم GPON وXG-PON 1490 نانومتر لحركة المرور من OLT إلى المشتركين. علاوة على ذلك، يعد النطاق S- هدفًا بحثيًا للجيل القادم من -النطاق العريض S+C+L DWDM. تعتبر مضخمات الألياف المدعمة بالثوليوم- وتضخيم رامان من الحلول المرشحة للكسب، ولكن لا يقترب أي منهما من مطابقة تكلفة EDFA لنطاق C/L- أو الموثوقية على نطاق الإنتاج. المظاهرات المعملية موجودة؛ لا يوجد نطاق تجاري كبير-S-DWDM.

النطاق -E (1360–1460 نانومتر)

تاريخياً، جعلت ذروة المياه OH⁻ بالقرب من 1383 نانومتر هذا النطاق غير قابل للاستخدام. تعمل ألياف الذروة المائية الصفرية G.652.D على التخلص من الامتصاص، كما ينخفض ​​توهين النطاق E- على ألياف ZWP فعليًا إلى ما دون مستويات النطاق O-. تكمن المشكلة في القاعدة المثبتة: معظم الألياف الموجودة في الأرض في جميع أنحاء العالم هي G.652.A أو G.652.B القديمة مع سلامة ذروة المياه. لا تزال أجهزة الإرسال والاستقبال ومكبرات الصوت ذات النطاق E التجارية نادرة. من الناحية الواقعية، لا يهم النطاق E- إلا في المجالات الجديدة التي تعتمد على ألياف ZWP حيث يلزم وجود كل فتحة CWDM متاحة.

U-النطاق (1625–1675 نانومتر)

لا يحمل النطاق U- أي حركة مرور للبيانات. وتتمثل وظيفتها الوحيدة في مراقبة ألياف النطاق-خارج-. تقوم أجهزة OTDR عند أطوال موجات النطاق U- بحقن نبضات اختبار في الألياف الحية، وقياس الانعكاسات، وفقدان الوصلات، وجودة الموصل، والفواصل دون مقاطعة الخدمات النشطة على النطاقات الأخرى.

اختيار نافذة الإرسال الصحيحة

قيود القرار الرئيسية

نوع الألياف المثبتة

تحصر الألياف متعددة الأوضاع (OM3/OM4) الارتباطات عالية السرعة-بـ 850 نانومتر. يستبعد الوضع الفردي Legacy G.652.A/B-النطاق E- بسبب ذروة المياه. الألياف الموجودة بالفعل في الأرض هي القيد الأول - كل شيء آخر يتبعها.

متطلبات التضخيم

تعمل EDFAs في النطاقين C وL فقط. الروابط التي تتطلب التضخيم البصري - بشكل عام بعد 80 كم - يجب أن تستخدم أحد هذين النطاقين. إن تمديد النطاق O- إلى ما هو أبعد من 40 كم يعني إما تجديد الكهرباء أو أجهزة إرسال واستقبال متماسكة عالية الطاقة- وغير مضخمة، وكلاهما يزيد التكلفة.

عدد القنوات واستراتيجية تعدد الإرسال

يدعم CWDM ما يصل إلى 18 قناة بمسافة 20 نانومتر، بدون تضخيم، وتكلفة أقل لكل -قناة. يقوم DWDM بتعبئة 40–96+ قناة في النطاق C- وحده (أكثر مع النطاق L-)، ويتطلب EDFAs، ويوفر سعة إجمالية أكبر بكثير. يتم خدمة معظم روابط المترو والمؤسسات بشكل جيد بواسطة CWDM. تتطلب البنية الأساسية والغواصة وDCI{10}}النطاق الكبير DWDM. تبلغ نقطة التقاطع حوالي 8-10 قنوات أو امتدادات مضخمة تتجاوز 80 كم.

تكلفة جهاز الإرسال والاستقبال وميزانية الطاقة

تعتبر بصريات VCSEL ذات 850 نانومتر هي الأرخص. تقع الوحدات المستندة إلى النطاق O- DFB- (LR، LR4) في المنتصف. تحمل الوحدات المتماسكة للنطاق C- أعلى سعر وسحب للطاقة. ليست هناك فائدة فنية من نشر بصريات متماسكة على رابط مترو بطول 10 كيلومترات والذي تتعامل معه وحدة O{9}}band LR دون صعوبة.

كيف يستخدم WDM نظام نقل الحركة Windows

مضاعفة تقسيم الطول الموجييعين أطوال موجية مختلفة لتدفقات البيانات المستقلة وينقلها في وقت واحد عبر ليف واحد. تحدد نوافذ النقل المجموععرض النطاق الترددي من الأليافمتاح لهذا تعدد الإرسال.

CWDM

تباعد القنوات بمقدار 20 نانومتر عبر النطاقات O وE وS وC وL. ما يصل إلى 18 قناة. لا يلزم التضخيم عبر مسافات المترو العادية. تعمل أجهزة الليزر غير المبردة على إبقاء التكاليف منخفضة. يُستخدم في شبكات المترو والربط البيني لمراكز البيانات التي يقل طولها عن 80 كيلومترًا وروابط الألياف المظلمة للمؤسسات.

دي دبليو دي إم

تباعد القنوات 100 جيجا هرتز أو 50 جيجا هرتز داخل النطاق C-، ممتد اختياريًا إلى قنوات L-النطاق. 40 عند 100 جيجا هرتز أو 96 عند 50 جيجا هرتز، تحمل كل منها 100 جيجا أو أكثر. EDFAs المطلوبة لفترات طويلة. يتم نشرها على-الشبكات الأساسية للمسافات الطويلة والكابلات البحرية والشبكات العالية-ألياف عرض النطاق الترددييربط.

يعود الاختيار بين CWDM وDWDM إلى السعة مقابل التكلفة. يعد CWDM أرخص لكل قناة ولكنه يصل إلى 18 قناة بدون مسار تضخيم. تكلف DWDM أكثر ولكنها تصل إلى عشرات التيرابتات على زوج واحد من الألياف.