Dušilniki v komunikaciji z optičnimi vlakni

Optični atenuatorjizavzemajo poseben položaj v optični infrastrukturi-naprave, zasnovane posebej za poslabšanje zmogljivosti signala. Temeljna premisa se zdi protislovna v industriji, ki je obsedena z zmanjševanjem izgub: namerno uvajanje vnesene izgube v prenosne poti, kjer so inženirji porabili desetletja za odpravo vsakega delčka decibela dušenja. Kljub temu nasičenost sprejemnika ostaja stalna operativna realnost, zlasti pri eno-razmestitvah, kjer visoko-laserski viri redno presegajo vhodne pragove fotodetektorja za meje, ki bi dokončno uničile občutljive elemente APD.

Listi s specifikacijami za optične oddajnike in sprejemnike navajajo največjo sprejemno moč poleg najmanjše občutljivosti. Med izračuni proračuna povezave je treba posvetiti najmanj pozornosti. Največja sprejemna moč je tam tiho, običajno okoli -3dBm do -1dBm za tipične 10G SFP+ module, čaka, da povzroči težave, ko nekdo namesti 40 km optiko na 2 km razpon.

Natančen scenarij sem videl trikrat v zadnjih osemnajstih mesecih. Operater podatkovnega centra naroča sprejemno-sprejemne-oddajnike z dolgim dosegom, ker je nabava dobila količinski popust. Tehniki jih namestijo na med-stavbne povezave, ki se raztezajo komaj 500 metrov. Izstrelitvena moč doseže sprejemnik pri +2dBm. Povezava se noče vzpostaviti. Vsi domnevajo, da je sprejemnik pokvarjen.

Ni pokvarjen. Fotodioda je zaslepljena.

Kode napak redkokdaj pomagajo. Večina vdelane programske opreme stikala enako poroča o "brez signala" ali "povezava je prekinjena", ne glede na to, ali sprejemnik vidi premalo ali preveč svetlobe. Izkušeni tehniki se naučijo preveriti oba pogoja. Vsi ostali zamenjajo sprejemnike, dokler nekdo pomotoma ne zgrabi ustreznega modula dosega.

Atenuatorji to rešujejo. 10 dB fiksni dušilnik na sprejemni strani pade +2dBm na -8dBm – varno znotraj območja delovanja. Povezava se vzpostavi. Težava izgine. Rešitev stane morda petnajst dolarjev.

Vredno je izrecno navesti: večmodna infrastruktura skoraj nikoli ne potrebuje dušilcev.

Viri VCSEL v večmodnih sprejemnikih in oddajnikih sprožijo morda -3dBm do 0dBm. Večmodni sprejemniki udobno prenašajo -1dBm največji vhod. Matematika v normalnih pogojih ne ustvari scenarijev prenasičenosti. Celo neposredne povezave med sosednjimi vrati - konfiguracije z absolutno najmanjšo izgubo - ostanejo znotraj sprejemljivih meja.

Enotni-način je tam, kjer živijo težave. Laserji DFB, ki potiskajo +3dBm, izstrelijo moč v vlakna, zasnovana za 80 km prenosne razdalje. Razporedite to optiko čez 50-metrsko navzkrižno povezavo in sprejemnik ne bo imel nobene možnosti.

Dušilnik-izgub vrzeli je poceni. Prav tako so problematični na načine, ki jih njihova cena ne odraža.

Načelo delovanja je elegantno: ustvarite zračno režo med konci vlaken, pustite žarku, da se razprši, zberite le del te razpršene svetlobe v sprejemno vlakno. Slabljenje doseženo. Preprosta fizika.

Fizika proizvaja tudi Fresnelove odboje na teh -steklenih vmesnikih. Svetloba se odbija nazaj proti viru. V glavni postaji CATV, ki poganja analogni video, se ti odsevi kažejo kot ponarejanje. V votlini laserja DFB povzročajo skakanje v načinu in degradacijo širine črte. V EDFA lahko sprožijo parazitsko sevanje, če je odbita moč zadostna.

Popoldne sem preživel pri odpravljanju težav s prekinitvami BER na razponu DWDM, kjer je nekdo namestil dušilnik-izgub, ne da bi preveril specifikacije povratnih izgub. Sam dušilnik je dobro izmeril-pravilno vneseno izgubo, pravilno vrednost slabljenja, mehansko brezhibno. Toda povratna izguba je bila 14 dB. Laser oddajnika je bil nezadovoljen, saj se je približno 4 % svoje moči ob vsakem impulzu odbilo nazaj v votlino.

Zamenjal sem ga z dopiranim -dušilnikom vlaken. Težava je izginila.

Za aplikacije z enim{0}}načinom-še posebej vse, kar izvaja koherentno modulacijo ali visoke hitrosti simbolov-, so specifikacije povratne izgube pomembnejše od vrednosti dušenja, natisnjene na ohišju. Najmanjša povratna izguba 45 dB za resne uvedbe. 55dB ali več, če uporabljate karkoli nad 100G.

Fiksni atenuatorji stanejo od pet do dvajset dolarjev, odvisno od vrste in kakovosti priključka. Spremenljivi atenuatorji se začnejo okoli petdeset dolarjev za vrste ročne nastavitve in se od tam hitro vzpenjajo.

Instinkt je kupiti fiksne vrednosti, ki ustrezajo izračunanim zahtevam. 7dB fiksni dušilnik stane manj kot variabilna enota. Zakaj bi plačevali dodatno za prilagodljivost, ki je ne potrebujete?

Ker si narobe izračunal.

Ali pa zato, ker so bile specifikacije oddajnika optimistične. Ali pa zato, ker patch panel doda nepričakovano izgubo. Ali pa zato, ker je nekdo med vzdrževalnim obdobjem zamenjal optične poti in nihče ni posodobil dokumentacije. Ali pa zato, ker je prvotni proračun za povezave predvideval priključke, ki dejansko niso bili nameščeni.

Gledal sem tehnike, ki so zlagali fiksne dušilce-5dB in 3dB skupaj-skušajo približati dušenje, ki ga njihova povezava dejansko zahteva. Kaskadni odboji iz več naprav z zračno-režo zaostrujejo zgoraj opisan problem povratne izgube. Dva poceni dušilnika, ki delujeta slabše kot ena ustrezna spremenljiva enota.

Spremenljivi atenuatorji so smiselni za testiranje in zagon. Izberete natanko zahtevano dušenje, preverite delovanje povezave in nato po želji zamenjate s fiksno enoto, ki ustreza tej izmerjeni vrednosti. Za stalne namestitve, kjer je proračun optične moči dobro-okarakteriziran in stabilen, so fiksni dušilniki v redu. Za vse ostalo si variabilne enote zaslužijo svojo stroškovno premijo z operativno prilagodljivostjo.

attenuators

Tradicionalni spremenljivi dušilniki so uporabljali mehanske mehanizme-vrtljive filtre nevtralne gostote, nastavljive zračne reže, blokirne elemente, premaknjene na pot žarka. Te so delovale. Prav tako so zanašali, obrabljali, zahtevali ponovno kalibracijo in se počasi odzivali na nastavitvene ukaze.

Spremenljivi optični dušilci- na osnovi MEMS so vso to kompleksnost nadomestili z mikrozrcalom. Elektrostatično aktiviran, pod-milisekundni odzivni čas, brez mehanskih obrabnih površin, zanemarljiva odvisnost od polarizacije. Tehnologija je hitro dozorela v dobi gradnje DWDM, ko so prodajalci opreme potrebovali izenačevanje moči na-kanal v verigah optičnih ojačevalnikov.

MEMS VOA znotraj EDFA ni tam, da bi preprečil nasičenost sprejemnika. Tam je, da izravna nagib ojačenja-in zagotavlja, da kanali pri 1530 nm ne izhajajo iz ojačevalnika 3 dB močnejši od kanalov pri 1560 nm preprosto zato, ker spekter ojačenja erbija ni raven. Štirideset ali osemdeset teh naprav, ena na valovno dolžino, ki se nenehno prilagajajo, ko se spreminja obremenitev kanala.

Alternativa so bili filtri-za izravnavo ojačanja. Pasivni, za-valovno dolžino selektivni, fiksni profili dušenja, ki se ujemajo z inverzno obliko pričakovanega ojačanja. Ti delujejo čudovito, ko je nalaganje kanala statično. Ko stranke dinamično dodajajo in znižujejo valovne dolžine, se oblika ojačanja spremeni in fiksni filtri tega ne morejo nadomestiti.

MEMS VOA so rekonfigurabilna optična omrežja naredila komercialno uspešna. To ni pretiravanje. Brez dinamičnega-nadzora moči na kanal bi arhitekture ROADM ustvarile neobvladljive razlike v razmerju med-optičnim signalom in-šumom po dolžinah poti,-odvisnih od valovne dolžine.

Spremenljivi atenuatorji s tekočimi kristali so se pojavili kot konkurenčna tehnologija MEMS. Brez kakršnih koli gibljivih delov-zmanjšanje, ki ga nadzirajo napetost{2}}dvolomne spremembe v LC materialu. Hitrejši odziv kot mehanski pristopi, brez obrabnih mehanizmov, zanesljivost v-prevodniškem stanju.

Našli so niše. Laboratorijska oprema. Določene specializirane aplikacije. Nikoli niso izpodrinili MEMS v običajnih telekomunikacijskih uvedbah.

Temperaturna občutljivost jih je uničila za uporabo na terenu. Lastnosti materiala LC se spreminjajo s temperaturo, kar zahteva kompenzacijske tokokroge in pogosto ponovno kalibracijo v okoljih brez nadzora klime. Pogoji v podatkovnem centru so obvladljivi; zunaj ograjenih prostorov rastlin, ki doživljajo -40 stopinj pozimi in +50 stopinj poleti.

Vstavljena izguba je bila tudi višja kot pri alternativah MEMS. Pol dB tukaj, tri-četrtine dB tam-se nabere v sistemih, kjer je vsaka desetinka dB pomembna za OSNR.

Dušilniki sodijo na sprejemni konec povezave. Ne konec oddajnika. Ne nekje na sredini.

To ni poljubno. Namestitev dušenja na sprejemniku služi dvema namenoma poleg očitnega preprečevanja nasičenosti: kakršni koli odboji lastnih vmesnikov dušilnika so oslabljeni na njihovi povratni poti do vira, meritve moči na sprejemniku pa ostanejo enostavne-izmerite pred dušilnikom in po dušilniku.

Če postavite atenuator na konec oddajnika, ne boste dosegli ničesar za upravljanje povratnih izgub. Vsak konektor in spoj v smeri toka prispeva odboje, ki dosežejo vir pri polni amplitudi. Dušilnik blokira moč naprej, vendar ne naredi ničesar za-svetlobo, ki se širi nazaj in ni bila nikoli oslabljena.

Srečal sem se z inštalacijami, kjer je nekdo takoj za oddajnikom postavil dušilnike, "da zaščiti vlakno" pred preveliko močjo. Vlakna ne potrebujejo zaščite pred nekaj milivati. Sprejemniki potrebujejo zaščito. Umestitev ni imela optičnega smisla, vendar je vztrajala skozi več ciklov vzdrževanja, ker je bila dokumentirana in nihče ni dvomil v dokumentirano prakso.

V paketu dušilnika piše 10 dB. Dejansko slabljenje je lahko 9,7 dB. Ali 10,4 dB. Ali 11,2 dB, odvisno od valovne dolžine, temperature in tega, koliko je proizvajalec skrbel za skladnost s specifikacijami.

Za večino aplikacij ta tolerančni pas ni pomemben. Potrebujete približno 10 dB dušenja, da spravite moč sprejemnika v doseg. Ne glede na to, ali dosežete 9,5 dB ali 10,5 dB, to ne vpliva na sposobnost preživetja povezave.

Za natančne aplikacije-testiranje sprejemljivosti, meritve OSNR, karakterizacijo ojačevalnika-natančnost dušilnika je zelo pomembna. Vrhunski spremenljivi atenuatorji proizvajalcev testne opreme vključujejo na tisoče kalibracijskih točk, ki preslikajo dejansko dušenje v nastavitve številčnice za več valovnih dolžin in ravni moči. Temu primerno stanejo instrumenti.

Za karakterizacijo občutljivosti sprejemnika sem uporabil 15.000 $ vreden programabilni dušilnik. Natančnost slabljenja je bila ±0,05 dB v pasu C- z ločljivostjo 0,01 dB. Ta natančnost je potrebna, ko merite, ali je občutljivost sprejemnika -28,0 dBm ali -28,3 dBm. Preprečevanje zasičenosti v proizvodni povezavi je absurdno pretirano.

Povežite instrument z aplikacijo. Ne nameščajte laboratorijskih-dušilnikov v povezovalne plošče. Ne odpravljajte težav s sistemi DWDM z atenuatorji iz zabojnika za ugodno ponudbo.

Wikipedia omenja ovijanje vlaken okoli svinčnika kot začasno metodo dušenja. To se občasno pojavi pri odpravljanju težav na terenu, ko ustrezni dušilniki niso na voljo.

Nekako deluje. Zmanjšanje-povzročeno z upogibom je prava fizika. Tesni zavoji silijo svetlobo v oblogo, kar zmanjšuje oddano moč.

Ne delaj tega.

Slabljenje je nepredvidljivo-odvisno od polmera upogiba, števila ovojev, vrste vlakna in valovne dolžine. Je nestabilno-vlakno se sprosti, oslabitev se spremeni. Uničujoče je-ponavljajoče se obremenitve zlomijo steklo. Uvaja sklopitev načinov v večmodnih vlaknih, kar vpliva na pogoje zagona na načine, ki vplivajo na natančnost merjenja.

Če nekdo ovije vlakna okoli svinčnika, da bi povezava delovala, je to znak, da se ustavite in nabavite ustrezno opremo. To ni rešitev. To je obup, dokumentiran kot tehnika.

Višje hitrosti simbolov povečajo občutljivost na povratne izgube. Fazni šum povratne-odbite moči je bolj pomemben pri 64-QAM kot pri OOK. Specifikacije povratne izgube atenuatorja, ki so bile sprejemljive za 10G, postanejo problematične pri 400G.

Koherentni sprejemniki DSP imajo širši dinamični razpon kot sprejemniki z neposrednim{0}}zaznavanjem, kar zmanjšuje nekatere pomisleke glede nasičenosti. Optična obdelava signalov, ki omogoča koherentno zaznavanje, zagotavlja tudi večjo toleranco za variacije moči. To ne odpravlja potrebe po dušilnikih-premakne profil aplikacije.

Integracija silicijeve fotonike postavlja funkcionalnost VOA na-čip v zasnovah oddajnikov. Če oddajnik vključuje vgrajen spremenljiv dušilnik, zunanje dušenje postane nepotrebno za nekatere scenarije uvajanja. Oddajnik-sprejemnik sam prilagodi izstrelitveno moč, da ustreza zahtevam povezave.

Ta integracija ne bo odpravila trga zunanjih dušilnikov. Starejši opremi manjka integriran nadzor moči. Testne aplikacije zahtevajo kalibrirano zunanje dušenje. Za naknadno vgradnjo so potrebne rešitve, ki ne zahtevajo zamenjave oddajnika-sprejemnika.

Toda ravnovesje se premakne. Namensko{1}}zgrajeni atenuatorski moduli ostajajo potrebni; njihov prodor na trg se spreminja z večanjem inteligence oddajnikov.

Atenuatorji niso zapletene naprave. Zmanjšajo optično moč. Fizika je enostavna. Možnosti izvedbe so dobro-razumljene.

Zapleti izhajajo iz konteksta uvajanja: izbira ustreznih vrednosti dušenja brez ustreznih meritev moči, izbira tehnologij dušilnika, ki se ne ujemajo z zahtevami aplikacije, namestitev naprav na položaje, ki ne obravnavajo dejanskih težav, sprejemanje specifikacij povratnih izgub, ki ustvarjajo nove težave, medtem ko rešujejo stare.

Vsaka namestitev dušilnika je priznanje, da nekaj drugega v zasnovi povezave ni ustrezalo operativni realnosti. Sprejemnik je preobčutljiv za moč oddajnika. Razpon je prekratek za optično specifikacijo. Obremenitev kanala se razlikuje od prvotnih projektnih predpostavk.

Atenuatorji popravijo ta neskladja. To storijo učinkovito, poceni in zanesljivo, če so pravilno izbrani. Niso elegantni. So pragmatični.

V proizvodnih optičnih omrežjih pragmatične rešitve, ki delujejo, premagajo elegantne rešitve, ki ne delujejo. Atenuatorji delujejo.