تشتت الألياف الضوئية: الأنواع والأسباب وكيفية التعويض

تشتت الألياف الضوئية هو توسيع نبضات الضوء أثناء انتقالها عبر الألياف، بسبب وصول مكونات الإشارة المختلفة إلى جهاز الاستقبال في أوقات مختلفة قليلاً. في اتصالات الألياف الضوئية، يؤدي هذا التوسيع إلى تقليل وضوح الإشارة، ويحد من المدى الذي يمكن أن تنتقل إليه البيانات، ويجعل من الصعب على أجهزة الاستقبال التمييز بين البت والتالي.

لكن فهم التشتت لا يتعلق بالفيزياء فقط. السؤال الهندسي الحقيقي هو: متى يصبح التشتت مشكلة تحتاج إلى حلها فعليًا؟ تعتمد الإجابة على نوع الألياف وطول الارتباط ومعدل البيانات وطول موجة التشغيل وتنسيق التعديل الذي يستخدمه نظامك. قد لا يحتاج الارتباط متعدد الأوضاع الذي يبلغ طوله 100 متر داخل مركز البيانات إلى إدارة التشتت أبدًا. 200 كمألياف ذات وضع واحد-الرابط الذي يحمل حركة مرور 100G سوف يكاد يكون من المؤكد.

ما هو تشتت الألياف الضوئية؟

يشير تشتت الألياف الضوئية إلى الطريقة التي تنتشر بها النبضة المرسلة أثناء انتشارها عبر قلب الألياف. يحدث الانتشار لأن المكونات المختلفة للإشارة الضوئية - سواء كانت أطوال موجية مختلفة أو أوضاع مكانية مختلفة أو حالات استقطاب مختلفة - لا تنتقل جميعها بنفس السرعة تمامًا.

وهذا مهم لأن الاتصال البصري الرقمي يعتمد على نبضات نظيفة{0}}منفصلة جيدًا. عندما تتسع النبضات بدرجة كافية لتتداخل مع جيرانها، لا يعود بإمكان المستقبل التمييز بين البتات الفردية بشكل موثوق. هذه الظاهرة، التي تسمى -تداخل الرموز (ISI)، تؤدي إلى انخفاض معدل خطأ البت (BER) وتقليل مسافة الإرسال القابلة للاستخدام. وفقا لتوصية ITU-T G.652، والتي تحدد معلمات الألياف القياسية ذات الوضع الفردي-، فإن تكييف التشتت اللوني يعد عاملاً رئيسيًا في تصميم النظام للتطبيقات ذات معدل -بت- العالي.

التشتت مقابل التوهين: تمييز حاسم

أحد الأخطاء الأكثر شيوعًا في تقييم وصلات الألياف هو الخلط بين التشتتالتوهين. وهي إعاقات مختلفة بشكل أساسي:

التوهينيقلل من الطاقة الضوئية. وهو فقدان قوة الإشارة عبر المسافة، ويقاس بالديسيبل/كم.تشتتيشوه توقيت الإشارة. قد تظل الإشارة المشتتة تحمل ما يكفي من الطاقة ليتم اكتشافها، ولكن يتم تشويه نبضاتها بمرور الوقت، مما يجعل المعلومات غير قابلة للقراءة.

يمكن لوصلة الألياف أن تتجاوز ميزانية الطاقة الضوئية بهامش مريح وتظل تفشل بسبب توسيع النبض المفرط. ولهذا السبب يقوم المهندسون ذوو الخبرة بتقييم كل من ميزانية الطاقة وميزانية التشتت عند تصميم الرابط. فهمفقدان الإدراج وخسارة العودةأمر مهم، ولكنه يغطي فقط جانب القوة من المعادلة.

ما الذي يسبب التشتت في الألياف الضوئية؟

ينشأ التشتت عندما تتعرض مكونات مختلفة للإشارة الضوئية لتأخيرات انتشار مختلفة. تعتمد الآلية المحددة على تصميم الألياف وخصائص الإشارة، لكن الأسباب الجذرية تنقسم إلى ثلاث فئات:

اختلافات المسار بين الأوضاع.في الألياف متعددة الأوضاع، ينتقل الضوء عبر مسارات (أنماط) مكانية متعددة عبر القلب. يتبع كل وضع مسارًا مختلفًا قليلًا، مما يعني وصوله إلى جهاز الاستقبال في أوقات مختلفة. هذه هي آلية التشتت السائدة فيأنظمة الألياف متعددة الأوضاع.

الطول الموجي-السرعة المعتمدة.حتى مصدر الليزر ذو العرض الخطي الضيق-ينبعث منه الضوء عبر نطاق صغير من الأطوال الموجية. نظرًا لأن معامل انكسار الزجاج يختلف مع الطول الموجي -، وهي خاصية موصوفة في معادلة سيلماير -، فإن المكونات الطيفية المختلفة تنتقل بسرعات مختلفة. هذه هي آلية التشتت الأساسية في الألياف أحادية النمط -في معظم الأطوال الموجية العاملة.

الاستقطاب-التأخير المعتمد.الألياف الضوئية الحقيقية ليست متماثلة تمامًا أبدًا. يتسبب الإجهاد والانحناء وعيوب التصنيع في حدوث انكسار مزدوج، مما يعني أن حالتي الاستقطاب المتعامدين للضوء الموجه تواجهان ثوابت انتشار مختلفة قليلاً وتصلان في أوقات مختلفة.

الأنواع الرئيسية لتشتت الألياف الضوئية

التشتت الوسائطي (التشتت المتعدد الوسائط)

يحدث التشتت المشروط عندما تنتشر أوضاع موجهة متعددة في ألياف متعددة الأوضاع بسرعات جماعية مختلفة. في خطوة-فهرسة الألياف متعددة الأوضاع، يمكن أن يكون الفرق في طول المسار بين وضع الترتيب الأدنى- (التحرك بالقرب من المحور) ووضع الترتيب الأعلى- (الارتداد عن حدود الكسوة بزوايا شديدة الانحدار) كبيرًا. بالنسبة إلى ألياف مؤشرة - ذات مؤشر انكسار أساسي يبلغ 1.48 وفتحة عددية تبلغ 0.3، يمكن أن يتجاوز التأخير متعدد الوسائط 50 ns/km.

تم تطوير الألياف متعددة الأوضاع ذات المؤشر المتدرج- خصيصًا لتقليل هذه المشكلة. من خلال تشكيل ملف تعريف مؤشر الانكسار بحيث-تنتقل أوضاع الترتيب الأعلى بشكل أسرع بالقرب من الكسوة، تعمل تصميمات مؤشر الانكسار المتدرجة- على تقليل التشتت النموذجي بمقدار أمر أو أمرين من حيث الحجم. هذا هو السبب وراء استخدام روابط مراكز البيانات الحديثة بأغلبية ساحقةألياف متعددة الأوضاع ذات مؤشر OM3 أو OM4 أو OM5-.بدلاً من تصميمات فهرس الخطوات-.

يتم التخلص من التشتت المشروط بشكل أساسي في ألياف الوضع الفردي-، والتي تدعم الوضع LP01 الأساسي فقط. وهذا هو السبب الرئيسي وراء استخدام الألياف ذات الوضع الفردي-لمسافة-أطول وسرعة نقل أعلى-.

التشتت اللوني

عادةً ما يكون التشتت اللوني هو أهم أنواع التشتت في أنظمة الألياف أحادية الوضع-. إنها نتيجة مشتركة لآليتين فيزيائيتين:

تشتت الموادينشأ بسبب تغير معامل انكسار زجاج السيليكا مع طول الموجة. تتميز هذه العلاقة بشكل جيد وتعني أن الأطوال الموجية الأقصر تنتقل عمومًا بشكل أبطأ من الأطوال الموجية الأطول في نظام التشتت الطبيعي (أقل من طول موجة التشتت صفر-)، والعكس في النظام الشاذ.

تشتت الدليل الموجيينشأ لأن هندسة الألياف تؤثر على كيفية حصر الضوء. يعتمد جزء الطاقة الضوئية التي تنتقل في القلب مقابل الكسوة على الطول الموجي، مما يقدم تأثير انتشار إضافي يعتمد على الطول الموجي-. يمكن للمهندسين تشكيل تشتت الدليل الموجي من خلال تصميم الألياف - بهذه الطريقةالتشتت-الألياف المزاحه وغير-التشتت الصفري-الألياف المزاحهتحقيق خصائص التشتت المعدلة.

بالنسبة للألياف القياسية ذات النمط الفردي - (ITU-T G.652)، يقع طول موجة التشتت الصفري - بالقرب من 1310 نانومتر. في نافذة الإرسال شائعة الاستخدام 1550 نانومتر، يبلغ معامل التشتت اللوني تقريبًا +17 ps/(nm·km)، كما هو موثق فيمواصفات ألياف كورنينج SMF-28. على مدى 100 كيلومتر، يتراكم ذلك إلى ما يقرب من 1700 ps/nm - بما يكفي لتشويه إشارة بسرعة 10 جيجابت في الثانية بشكل كبير إذا تركت بدون تعويض.

تشتت وضع الاستقطاب (PMD)

ينتج تشتت وضع الاستقطاب عن تأخير المجموعة التفاضلية (DGD) بين حالتي الاستقطاب المتعامدين للوضع الأساسي. على عكس التشتت اللوني، وهو حتمي ومستقر، فإن PMD هو عشوائي - ويختلف مع الوقت ودرجة الحرارة والضغط الميكانيكي على الألياف.

يتم تحديد PMD إحصائيا. بالنسبة للألياف الحديثة المتوافقة مع ITU-T G.652.D، تكون قيمة تصميم وصلة PMD عادةً أقل من 0.1 ps/√km. قد يبدو هذا صغيرًا، ولكن عند 40 جيجابت في الثانية وما فوق، حيث تتقلص فترات البت إلى 25 ps أو أقل، حتى تراكم PMD المتواضع يصبح ذا صلة. ووفقاً لإرشادات تصميم الصناعة، يبلغ الحد الأقصى المسموح به لتوزيع البيانات (DGD) عادةً حوالي 10% من فترة البت.

بالنسبة للأنظمة التي تعمل بسرعة 10 جيجابت في الثانية على مسافات متوسطة، نادرًا ما يكون PMD عاملاً مقيدًا مع الألياف الحديثة. عند 40 جيجابت في الثانية و100 جيجابت في الثانية، يصبح التصميم المدرك لـ PMD - بما في ذلك اختيار الألياف وهندسة المسار وموازنة جانب جهاز الاستقبال -- جزءًا من الممارسة القياسية.

مقارنة أنواع التشتت في لمحة

ما هي وصلات الألياف الأكثر تأثراً بالتشتت؟

وصلات الألياف متعددة الأوضاع: يهيمن التشتت المشروط

فيالألياف المتعددة الوسائطالأنظمة - المستخدمة عادةً لتطبيقات الوصول القصير-في مراكز البيانات، والشبكات المحلية للمؤسسات، والبنية الأساسية -، يعد التشتت المشروط هو المحدد الأساسي لعرض النطاق الترددي. يحدد عرض النطاق الترددي المشروط للألياف، والمقدر بـ MHz·km، مدى وسرعة الإرسال قبل أن يصبح تداخل النبض غير مقبول.

على سبيل المثال، تتمتع ألياف OM3 بعرض نطاق مشروط فعال يبلغ 2000 ميجاهرتز·كم عند 850 نانومتر مع إطلاق محسّن بالليزر-، يدعم 10 جيجابت في الثانية حتى 300 متر تقريبًا. يمتد OM4 إلى ما يقرب من 400 متر. يوجد التشتت اللوني أيضًا في الألياف متعددة الأوضاع، ولكن التأثيرات المشروطة تكون دائمًا تقريبًا هي القيد الملزم عند هذه المسافات.

وصلات الألياف ذات الوضع الفردي-: التشتيت اللوني وPMD

بمجرد إزالة التشتت المشروط باستخدام ألياف ذات وضع واحد-، يصبح التشتت اللوني هو الاهتمام التالي. في روابط الوضع الفردي -القصيرة (بضعة كيلومترات)، يكون التشتت اللوني المتراكم عادةً ضمن حدود تسامح النظام لـ 10G أو أقل. ومع زيادة المسافة إلى عشرات أو مئات الكيلومترات، خاصة بمعدلات بيانات تبلغ 10 جيجابت في الثانية وما فوق، تصبح إدارة التشتت ضرورية.

على المدى الطويل-وشبكة النقل الضوئية (OTN)أنظمة ومركبات التشتت اللوني على كل كيلومتر. وصلة بطول 400 كيلومتر على ألياف G.652 عند 1550 نانومتر تتراكم تقريبًا 6800 ps/nm من التشتت اللوني. وبدون التعويض، فإن هذا المستوى من التشتت سيجعل حتى إشارة 2.5 جيجابت في الثانية غير قابلة للاسترداد.

يصبح PMD عاملاً ذا صلة بشكل أساسي عند 40 جيجابت في الثانية وما فوق، أو في مصانع الألياف الأقدم حيث قد يتجاوز معامل PMD 0.5 ps/√km. تتمتع الألياف الحديثة بمواصفات PMD أكثر صرامة، ويمكن لأجهزة الاستقبال المتماسكة مع DSP أن تتحمل قدرًا أكبر بكثير من PMD مقارنة بأنظمة الكشف المباشر- التقليدية.

أنظمة DWDM: كل مركبات الإعاقة

في الطول الموجي الكثيف-تعدد الإرسال بالتقسيم (دي دبليو دي إم) الأنظمة التي تحمل 40 أو 80 قناة أو أكثر عبر النطاق C-، فإن إدارة التشتت ليست اختيارية. تقع كل قناة عند طول موجي مختلف وتراكم كمية مختلفة قليلاً من التشتت اللوني بسبب منحدر التشتت. وهذا يعني أنه قد تكون هناك حاجة إلى تعويض لكل-قناة، وليس مجرد تصحيح مجمع واحد للنطاق بأكمله.

علاوة على ذلك، في أنظمة DWDM، فإن التفاعل بين التشتت اللوني وعدم خطية الألياف (تعديل الطور الذاتي-، تعديل الطور المتقاطع -، خلط الموجات- الأربعة) يخلق مشكلة تحسين أكثر تعقيدًا. غالبًا ما يحافظ مصممو النظام عمدًا على تشتت متبقي صغير لكل فترة لقمع الحديث المتبادل غير الخطي - وهذا هو السبب في أن "التشتت الصفري في كل مكان" ليس في الواقع هدف التصميم.

طرق تعويض تشتت الألياف الضوئية

اختيار الألياف وتخطيط الطول الموجي

الطريقة الأساسية لإدارة التشتت هي اتخاذ الاختيارات الصحيحة قبل إضافة أي أجهزة تعويضية. يتضمن ذلك اختيار نوع الألياف المناسب وطول موجة التشغيل للتطبيق.

بالنسبة لعمليات النشر الجديدة، تظل الألياف القياسية ذات الوضع الفردي-G.652.D هي الاختيار الأكثر شيوعًا لشبكات النقل العام وشبكات النقل-الطويلة. بالنسبة للوصلات البحرية أو الأرضية-الطويلة جدًا-، يمكن تحديد ألياف G.654.E منخفضة الخسارة-. في الشبكات القديمة التي تم فيها تركيب الألياف المتحركة-تشتت G.653، كان التشتت القريب من الصفر عند 1550 نانومتر ميزة لأنظمة القنوات الفردية-لكنه أصبح مسئولاً عن DWDM بسبب تحسين خلط الموجات-الأربعة - وهو درس عزز أهمية الحفاظ على بعض التشتت المتبقي.

تخطيط الطول الموجي مهم أيضًا. يعمل التشغيل بالقرب من طول موجة التشتت - الصفري على تقليل التشتت اللوني ولكنه قد يزيد من التأثيرات غير الخطية. التشغيل بعيدًا عن التشتت الصفري يسمح بالقمع غير الخطي ولكنه يتطلب التعويض. لا يوجد طول موجي "أفضل" واحد - فالاختيار الصحيح يعتمد على بنية النظام.

ألياف تعويض التشتت (DCF) ووحدات تعويض التشتت (DCM)

الألياف التعويضية للتشتت عبارة عن ألياف متخصصة تم تصميمها بحيث تحتوي على معامل تشتت لوني سلبي كبير، عادةً في نطاق −80 إلى −120 ps/(nm·km) عند 1550 نانومتر. ومن خلال إدخال طول محسوب لـ DCF في الوصلة، يمكن تعويض التشتت الإيجابي المتراكم من ألياف النقل. في شكل حزم، وهذا ما يسمى وحدة تعويض التشتت (DCM).

كمرجع عملي: للتعويض عن 80 كيلومترًا من ألياف G.652 القياسية (التي تتراكم تقريبًا +1،360 ps/nm من التشتت عند 1550 نانومتر)، مطلوب ما يقرب من 14 كيلومترًا من DCF مع معامل تشتت قدره −95 ps/(nm·km)، كما هو مذكور فيدخول موسوعة ScienceDirect على DCF.

يعتبر DCF فعالاً ومثبتًا-جيدًا، ولكنه يقدم-مقايضات. تضيف الألياف الإضافية خسارة الإدخال (عادةً 0.5–0.7 ديسيبل/كم لـ DCF، مقابل 0.2 ديسيبل/كم لألياف النقل)، الأمر الذي قد يتطلب تضخيمًا إضافيًا ويقلل نسبة الإشارة الضوئية - إلى - نسبة الضوضاء. يحتوي DCF أيضًا على مساحة فعالة أصغر من الألياف القياسية، مما يجعله أكثر عرضة للتأثيرات غير الخطية. يتم تقييم هذه المفاضلات-باستخدام رقم الجدارة (FOM)، الذي يتم تعريفه على أنه نسبة معامل التشتت إلى التوهين.

شبكات براج المصنوعة من الألياف المغردّة (FBG)

تعمل شبكة Bragg المصنوعة من الألياف المغطاة على تعويض التشتت من خلال عكس أطوال موجية مختلفة من مواضع مختلفة على طول الشبكة، مما يؤدي إلى تأخير يعتمد على طول الموجة. قد تنعكس الأطوال الموجية الأقصر بالقرب من مقدمة الشبكة بينما تنتقل الأطوال الموجية الأطول إلى عمق أكبر قبل أن تنعكس، أو العكس. والنتيجة هي تأخير مجموعة يمكن التحكم فيه ويمكنه تعويض التشتت اللوني.

مقارنةً بـ DCF، فإن المعوضات المعتمدة على FBG- تكون مضغوطة، ولها خسارة إدخال أقل، وتقدم تشوهًا غير خطي لا يذكر، كما هو موضح فيموسوعة RP الضوئيات حول تعويض التشتت. ومع ذلك، فإنها يمكن أن تعاني من تموج تأخير المجموعة - تغيرات دورية صغيرة في خاصية التأخير - والتي يمكن أن تسبب تشويه الإشارة. لقد أدى التصنيع الحديث إلى تقليل هذه المشكلة إلى حد كبير، ولكنها تظل أحد الاعتبارات التصميمية للأنظمة-عالية الأداء.

تعويض التشتت الإلكتروني (EDC) ومعالجة الإشارات الرقمية (DSP)

لا يحدث كل تعويض التشتت في المجال البصري. يمكن لتعويض التشتت الإلكتروني ومعالجة الإشارات الرقمية في جهاز الاستقبال معادلة العديد من التشوهات التي يسببها تشتت الألياف.

في الأنظمة البصرية المتماسكة الحديثة - 100G، 200G، 400G، وما بعده - DSP-، يعد التعويض المستند إلى جزء أساسي من بنية جهاز الاستقبال. تستعيد أجهزة الاستقبال المتماسكة سعة ومرحلة الإشارة الضوئية، مما يمنح محرك DSP معلومات كافية لعكس التشتت اللوني وPMD والإعاقات الخطية الأخرى رقميًا. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل أنظمة 100G المتماسكة تعمل في كثير من الأحيان على مدى آلاف الكيلومترات من ألياف G.652 دون أي وحدات تعويض التشتت البصري المضمنة.

بالنسبة لأنظمة الاكتشاف- المباشرة عند 10G، يمكن للمعادلة الإلكترونية (معادلة التغذية-المعادلة الأمامية، والحد الأقصى-تقدير تسلسل الاحتمال) توسيع نطاق التشتت-المحدود، ولكن مع تحسينات أكثر تواضعًا من معالج الإشارة الرقمية المتماسك. عند ترقية الروابط القديمة، يكون الاختيار بين إضافة التعويض البصري (DCM) والترقية إلىجهاز إرسال واستقبال متماسكمع -DSP المدمج يعتمد على التكلفة، ونمو حركة المرور المتوقع، والبنية الأساسية الحالية لمكبر الصوت.

لماذا "التشتت الصفري" ليس هو الهدف دائمًا

يفترض المهندسون الجدد في مجال الألياف الضوئية أحيانًا أن الوصلة المثالية لن يكون لها صافي تشتت في كل مكان. ومن الناحية العملية، لا يكون هذا في كثير من الأحيان أفضل هدف للتصميم. هناك سببان:

أولاً، في أنظمة WDM، يعمل التشغيل بالقرب من التشتت الصفري على تحسين بعض حالات الضعف غير الخطية - وخاصة أربعة-خلط الموجات - والتي يمكن أن تسبب تداخلًا بين القنوات. إن الحفاظ على مستوى معتدل من التشتت المحلي في كل فترة يؤدي في الواقع إلى قمع هذه التأثيرات. ومن ثم يتم تعويض إجمالي التشتت المتراكم في نهاية الارتباط أو في مواقع التعويض الدورية.

ثانيًا، يمكن أن يؤدي الإفراط في تصحيح التشتت إلى حدوث مشاكل خاصة به. إذا لم تتم مطابقة التعويض بدقة مع التشتت المتراكم الفعلي (مع الأخذ في الاعتبار التغيرات في درجات الحرارة، وشيخوخة الألياف، ومنحدر التشتت المعتمد على الطول الموجي-)، فإن عدم التطابق المتبقي يمكن أن يؤدي إلى انخفاض الأداء. ولهذا السبب تستخدم الصناعة مصطلح "إدارة التشتت" بدلاً من "القضاء على التشتت". الهدف هو الحفاظ على صافي التشتت ضمن نافذة مقبولة، وليس إجباره على الصفر تمامًا عند كل نقطة.

كيفية تحديد ما إذا كان الرابط الخاص بك يحتاج إلى تعويض التشتت

بدلاً من التعامل مع تعويض التشتت باعتباره متطلبًا افتراضيًا، قم بالعمل من خلال الأسئلة التشخيصية التالية:

ما هو نوع الألياف لديك؟إذا كنت تستخدمالألياف المتعددة الوسائط، يعد التشتت المشروط هو اهتمامك الأساسي، ويمكنك معالجته من خلال اختيار درجة الألياف وشروط التشغيل - وليس من خلال DCMs أو FBGs. إذا كنت تستخدم أليافًا أحادية الوضع-، فانتقل إلى السؤال التالي.

ما هي مسافة الارتباط ومعدل البيانات؟كمبدأ توجيهي تقريبي، يصبح التشتت اللوني مهمًا لإشارات NRZ بسرعة 10 جيجابت في الثانية عند حوالي 60-80 كم على ألياف G.652 عند 1550 نانومتر. عند سرعة 2.5 جيجابت في الثانية، يمتد التسامح إلى عدة مئات من الكيلومترات. عند سرعة 40 جيجابت في الثانية، ينخفض ​​حد التشتت إلى ما يقرب من 4 إلى 6 كيلومترات دون تعويض. تتميز تنسيقات التعديل ذات الترتيب الأعلى- (المستخدمة في الأنظمة المتماسكة 100G+) بخصائص تحمل التشتت الخاصة بها.

هل هذا رابط قديم أم بناء جديد؟في مصانع الألياف القديمة، تعد إضافة وحدات DCM في مواقع مكبرات الصوت أسلوبًا شائعًا ومثبتًا. بالنسبة لعمليات النشر الجديدة، قد يكون اختيار نوع الألياف المناسب والتخطيط لأجهزة إرسال واستقبال متماسكة مع DSP أكثر فعالية من حيث التكلفة-من الاعتماد على التعويض البصري من البداية.

ما هي تقنية الاستقبال التي تستخدمها؟يمكن لجهاز الاستقبال المتماسك المزود بمعالج الإشارة الرقمية (DSP) تعويض عشرات الآلاف من ps/nm من التشتت اللوني رقميًا. يتمتع جهاز استقبال الاكتشاف المباشر-بنسبة تسامح أقل بكثير. الوحدة الإرسال والاستقبالتعتبر المواصفات أحد المدخلات الرئيسية لحساب ميزانية التشتت.

هل PMD عامل؟تحقق من توصيف PMD الخاص بمصنع الألياف لديك. في ألياف G.652.D الحديثة، من غير المرجح أن يكون PMD مصدر قلق أقل من 40 جيجابت في الثانية. بالنسبة للألياف القديمة التي لها تاريخ PMD غير معروف، يُنصح بإجراء الاختبار قبل النشر.

السيناريوهات العملية: تطبيق معرفة التشتت على الروابط الحقيقية

السيناريو 1: الارتباط المتعدد الأوضاع لمركز بيانات المؤسسة

مركز بيانات في الحرم الجامعي يربط مبنيين يفصل بينهما مسافة 150 مترًا باستخدام ألياف OM4 متعددة الأوضاع بسرعة 10 جيجابت في الثانية (850 نانومتر). عند هذه المسافة، يكون عرض النطاق الترددي المشروط ضمن مواصفات OM4 (4700 ميجاهرتز · كم عرض النطاق الترددي المشروط الفعال). يوجد تشتت لوني عند 850 نانومتر ولكنه لا يكاد يذكر عند هذا الطول. ليس هناك حاجة إلى تعويض التشتت المخصص. الاعتبار الأساسي للتصميم هو ضمان السليمتركيب الكابليجب الحفاظ على الجودة ونظافة الموصلفقدان الإدراجفي حدود الميزانية.

السيناريو 2: رابط وضع Metro Single-بسرعة 10 جيجابت في الثانية

مشغل شبكة حضرية يقوم بتشغيل 10G DWDM على مسافة 120 كيلومترًا من ألياف G.652.D عند 1550 نانومتر. يبلغ التشتت اللوني المتراكم حوالي 2040 ملاحظة/ نانومتر. يتجاوز هذا نافذة التسامح النموذجية لمستقبل الاكتشاف المباشر 10G NRZ -(حوالي 1000–1200 ps/nm). ينشر المشغل DCM في موقع مكبر الصوت الأوسط-لجعل صافي التشتت ضمن حدود التسامح. يبلغ معدل PMD على هذه الألياف الحديثة أقل بكثير من 0.1 ps/√km ولا يتطلب معالجة منفصلة بسرعة 10 جيجابت في الثانية.

السيناريو 3: النقل الطويل- بمسافة 100 جيجا متماسكة

رابط مسافات طويلة-يبلغ طوله 800 كيلومتر باستخدام ألياف G.652.D مع تضخيم EDFA كل 80 كيلومتر، ويحمل حركة مرور 100G DP-QPSK. يتجاوز إجمالي التشتت اللوني المتراكم 13000 ملاحظة/ نانومتر. ومع ذلك، فإن معالج الإشارة الرقمي (DSP) الخاص بجهاز الاستقبال المتماسك يعوض التشتت اللوني رقميًا، مما يلغي الحاجة إلى وحدات DCM المضمنة. يركز تصميم موقع مكبر الصوت على إدارة شكل الضوضاء وتحسين OSNR بدلاً من تعويض التشتت البصري. عادةً ما يكون تحمل PMD للمستقبل المتماسك 20-30 ps من DGD، وهو أعلى بكثير مما ينتجه مصنع الألياف هذا. والنتيجة الصافية هي سلسلة مضخمات أبسط-وتكلفة أقل مقارنةً بنظام الكشف المباشر- القديم القديم عبر نفس المسار.

الأخطاء الشائعة عند تقييم تشتت الألياف

الخلط بين التشتت والتوهين.كما نوقش أعلاه، هذه هي إعاقات مختلفة. قد يظل الارتباط الذي يتجاوز ميزانية الطاقة الضوئية الخاصة به يفشل بسبب التشتت المفرط. قم دائمًا بحساب الميزانيتين.

التعامل مع جميع أنواع التشتت على أنها قابلة للتبديل.يحدث التشتت النموذجي في الألياف متعددة الأوضاع، والتشتت اللوني في الألياف ذات الوضع الواحد-، وPMD بسبب آليات مختلفة، ويؤثر على أنواع الأنظمة المختلفة، ويتطلب إستراتيجيات تخفيف مختلفة. إن استخدام DCM على رابط متعدد الأوضاع، أو محاولة إصلاح مشكلات عرض النطاق الترددي المشروط باستخدام جهاز استقبال متماسك، سيكون بمثابة تطبيق خاطئ للتكنولوجيا.

على افتراض أن التعويض مطلوب دائمًا.كثيرسلك تصحيح الألياف الضوئيةتعمل الاتصالات والارتباطات قصيرة المدى-بشكل جيد في حدود تفاوت التشتت الخاص بها. تؤدي إضافة أجهزة تعويض غير ضرورية إلى زيادة التكلفة وخسارة الإدخال وتعقيد النظام. ابدأ دائمًا من ميزانية الارتباط، وليس من الافتراض الافتراضي.

تجاهل منحدر التشتت.في أنظمة DWDM، يختلف معامل التشتت اللوني عبر نطاق الطول الموجي. إن DCM الذي يعوض القناة المركزية بشكل مثالي قد يترك قنوات الحافة ذات تشتت متبقي كبير. قد تكون هناك حاجة إلى وحدات تعويض متطابقة مع الميل- أو معوضات قابلة للضبط لكل-قناة لأنظمة النطاق العريض.

تطل على سجلات مصنع الألياف.تعد المعرفة الدقيقة بنوع الألياف المثبتة وطولها وتشتتها المقاس أمرًا ضروريًا لتصميم التعويض. يعد افتراض القيم العامة عند توفر بيانات المصنع الفعلية مصدرًا شائعًا لإهدار هامش التصميم أو، الأسوأ من ذلك، تحت -التعويض.

الأسئلة المتداولة

ما هو تشتت الألياف الضوئية بعبارات بسيطة؟

هو انتشار نبضات الضوء أثناء انتقالها عبر الألياف، ويحدث ذلك بسبب وصول أجزاء مختلفة من الإشارة في أوقات مختلفة. والنتيجة هي نبضات غير واضحة تقلل من قدرة جهاز الاستقبال على استعادة البيانات المرسلة.

ما هي الأنواع الرئيسية لتشتت الألياف الضوئية؟

الفئات الثلاث الرئيسية هي التشتت المشروط (السائد في الألياف متعددة الأوضاع)، والتشتت اللوني (السائد في الألياف ذات الوضع الفردي-)، والتشتت في وضع الاستقطاب (ذو الصلة بمعدلات البت العالية في أنظمة الوضع الفردي-). يتكون التشتت اللوني أيضًا من تشتت المواد وتشتت الدليل الموجي.

ما هو نوع التشتت الأكثر أهمية في الألياف ذات الوضع الواحد-؟

يعد التشتت اللوني هو الشاغل الرئيسي لمعظم وصلات الألياف ذات الوضع الواحد-. تصبح PMD ذات صلة أيضًا بسرعة 40 جيجابت في الثانية وما فوق، خاصة على الألياف الأقدم ذات معاملات PMD الأعلى. لا يحدث التشتت المشروط في الألياف ذات الوضع الفردي-حيث يتم نشر وضع واحد فقط.

كيف يتم تعويض التشتت اللوني؟

الأساليب الرئيسية الثلاثة هي: التعويض البصري باستخدام DCF/DCM أو شبكات الألياف Bragg؛ التعويض الإلكتروني باستخدام DSP في جهاز الاستقبال (خاصة في الأنظمة المتماسكة)؛ والوقاية من خلال اختيار نوع الألياف المناسب وتخطيط الطول الموجي. في الشبكات الحديثة، يعتمد DSP-على التعويض بشكل متماسكأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئيةأصبح بشكل متزايد هو النهج الافتراضي للروابط-عالية السرعة.

هل يحتاج كل رابط ليفي إلى تعويض التشتت؟

لا. غالبًا ما تعمل الروابط القصيرة وأنظمة السرعة-المنخفضة بشكل جيد ضمن حدود التشتت المسموح بها دون أي تعويض مخصص. تعتمد الحاجة على التأثير المشترك لنوع الألياف والمسافة ومعدل البيانات والطول الموجي وحساسية جهاز الاستقبال. يجب دائمًا أن يسبق الحساب الصحيح لميزانية الارتباط أي قرارات تعويض.

ما الذي يسبب التشتت في الألياف الضوئية؟

يحدث التشتت بسبب الاختلافات في سرعة الانتشار بين مكونات الإشارة الضوئية. في الألياف متعددة الأوضاع، تسير الأوضاع المكانية المختلفة في مسارات مختلفة. في الألياف ذات الوضع الواحد-، تنتقل أطوال موجية مختلفة بسرعات مختلفة بسبب خصائص المادة ودليل الموجة للألياف. يؤدي الانكسار المزدوج في الألياف إلى تعرض حالتي الاستقطاب لتأخيرات مختلفة.

هل التشتت الصفري هو دائمًا الهدف المثالي؟

ليس في الممارسة العملية. في أنظمة WDM، تساعد كمية صغيرة من التشتت المحلي في كل امتداد ليف على منع حالات الضعف غير الخطية مثل خلط الموجات-الأربعة. الهدف الهندسي هو إدارة التشتت الصافي ضمن نافذة مقبولة عند جهاز الاستقبال، وليس إزالته عند كل نقطة في الارتباط.

خاتمة

يعد تشتت الألياف الضوئية أحد عيوب الإرسال الأساسية في شبكات الألياف الضوئية، إلى جانب التوهين والتأثيرات غير الخطية. يعد فهم نوع التشتت الذي يؤثر على نظامك المحدد - مشروطًا أو لونيًا أو PMD - هو الخطوة الأولى نحو الإدارة الفعالة. والخطوة التالية هي مطابقة استراتيجية التخفيف الصحيحة مع الرابط: اختيار الألياف، أو التعويض البصري، أو التعويض الإلكتروني، أو ببساطة التأكيد على عدم الحاجة إلى تعويض.

للمهندسين العاملين معألياف ذات وضع واحد-في شبكات النقل العام والشبكات{0}الطويلة، تظل إدارة التشتت اللوني أحد أنظمة التصميم الأساسية. لأولئك الذين ينشرونالألياف المتعددة الوسائطوفي التطبيقات ذات المدى الأقصر-، يعد فهم قيود النطاق الترددي المشروط أمرًا بنفس القدر من الأهمية. ومع استمرار تقدم DSP المتماسك، يستمر الحد بين "التشتت-المحدود" و"DSP-القابل للإدارة" في التحرك - مما يجعل من المهم أكثر من أي وقت مضى التعامل مع التشتت كمشكلة هندسية على مستوى النظام-بدلاً من إصلاح مكون واحد-.