Optikai csillapítóksajátos helyet foglalnak el az üvegszálas infrastruktúrában{0}}a kifejezetten a jelteljesítmény csökkentésére tervezett eszközökben. Az alapfeltevés ellentétesnek tűnik egy olyan iparágban, amely megszállottja a veszteség minimalizálásának: a beillesztési veszteség szándékos bevezetése az átviteli útvonalakon, ahol a mérnökök évtizedeket töltöttek a csillapítás minden töredék decibelének megszüntetésével. Ennek ellenére a vevő telítettsége továbbra is állandó működési valóság, különösen az egy-módusú telepítéseknél, ahol a nagy-teljesítményű lézerforrások rutinszerűen olyan margókkal lépik túl a fotodetektor bemeneti küszöbértékeit, ami az érzékeny APD-elemeket egyenesen tönkreteszi.
A telítettségi probléma, amelyről senki sem beszél
Az optikai adó-vevők specifikációs lapjai a maximális vételi teljesítményt a minimális érzékenység mellett sorolják fel. A minimumra jut minden figyelem a linkköltségvetés számítása során. A maximális vételi teljesítmény csendesen ott van, általában -3 dBm és -1 dBm között a tipikus 10G SFP+ moduloknál, és arra vár, hogy problémákat okozhasson, ha valaki 40 km-es optikát telepít 2 km-es fesztávra.
Pontosan ezt a forgatókönyvet háromszor láttam az elmúlt tizennyolc hónapban. Az adatközpont üzemeltetője hosszú{1}}távolságú adó-vevőket rendel, mert a beszerzés mennyiségi engedményt kapott. A technikusok az épületek közötti-kapcsokra telepítik őket, amelyek alig nyúlnak el 500 méteren. Az indítóerő +2dBm-nél éri a vevőegységet. A link nem hajlandó létrehozni. Mindenki azt feltételezi, hogy az adó-vevő hibás.
Nem hibás. A fotodióda vakítás alatt áll.
A hibakódok ritkán segítenek. A legtöbb kapcsoló firmware ugyanúgy jelzi a "nincs jel" vagy a "link down" üzenetet, ha a vevő túl kevés vagy túl sok fényt lát. A tapasztalt technikusok megtanulják mindkét feltétel ellenőrzését. Mindenki más adó-vevőket cserél, amíg valaki véletlenül meg nem ragad egy megfelelő elérési modult.
A csillapítók ezt megoldják. Egy 10 dB-es rögzített csillapító a vételi oldalon ezt a +2 dBm-et - 8 dBm-re csökkenti biztonságosan a működési tartományon belül. A link létrehozza. A probléma eltűnik. A megoldás talán tizenöt dollárba kerül.
A Multimode nem érdekel
Érdemes egyértelműen leszögezni: a többmódusú infrastruktúrához szinte soha nincs szükség csillapítókra.
A többmódusú adó-vevő VCSEL-forrásai -3 dBm és 0 dBm között indulhatnak. A többmódusú vevők kényelmesen kezelik az -1dBm maximális bemenetet. A matematika normál körülmények között nem hoz létre túltelítettségi forgatókönyveket. Még a szomszédos portok közötti közvetlen patch kapcsolatok is – abszolút minimális veszteség konfigurációk – az elfogadható határokon belül maradnak.
Az egy{0}}módban él a baj. A +3dBm-t nyomó DFB lézerek 80 km-es átviteli távolságra tervezett szálakba bocsátják ki az energiát. Telepítse ezt az optikát egy 50-méteres keresztkapcsolaton, és a vevőnek esélye sincs.
A viszonzási csapda
A rés{0}}veszteségcsillapítók olcsók. Problémásak abban is, hogy az árazásuk nem tükrözi.
A működési elv elegáns: hozzon létre légrést a szálvégek között, hagyja, hogy a nyaláb szétterüljön, a szétszórt fénynek csak egy részét gyűjtse be a fogadó szálba. Csillapítás elérve. Egyszerű fizika.
A fizika Fresnel-visszaverődéseket is létrehoz ezeken a lég{0}}üveg interfészeken. A fény visszaverődik a forrás felé. Egy analóg videót futtató CATV fejállomáson ezek a tükröződések szellemképként jelennek meg. A DFB lézerüregben módugrást és vonalszélesség-csökkenést okoznak. Az EDFA-ban parazita lézerezést válthatnak ki, ha a visszavert teljesítmény elegendő.
Egy délutánt töltöttem az időszakos BER-csúcsok hibaelhárításával egy DWDM-tartományon, ahol valaki rés{0}}veszteségcsillapítót szerelt fel anélkül, hogy ellenőriztem volna a visszatérési veszteség specifikációit. Maga a csillapító finom -megfelelő beillesztési veszteséget mért, megfelelő csillapítási értéket, mechanikailag épséget. De a vesztesége 14 dB volt. Az adó lézere minden impulzusnál elégedetlen volt az erejének körülbelül 4%-a visszaverte az üregbe.
Lecserélték egy adalékolt{0}}szálcsillapítóra. A probléma megszűnt.
Egy-módusú alkalmazásoknál-különösen minden koherens modulációt vagy magas szimbólumsebességet futtató-visszatérési veszteség-specifikáció fontosabb, mint a házra nyomtatott csillapítási érték. Minimum 45 dB visszatérési veszteség komoly telepítések esetén. 55 dB, vagy még jobb, ha 100 G feletti teljesítményt használ.
Fix Versus Variable: Hamis gazdaságosság
A rögzített csillapítók a csatlakozó típusától és minőségétől függően öt-húsz dollárba kerülnek. A változtatható csillapítók 50 dollár körül kezdődnek a kézi beállítású típusoknál, és onnan gyorsan emelkednek.
Az ösztön az, hogy a kiszámított követelményeknek megfelelő fix értékeket vásároljon. Egy 7dB-es rögzített csillapító kevesebbe kerül, mint egy változó egység. Miért fizessen külön a beállíthatóságért, amelyre nincs szüksége?
Mert rosszul számoltál.
Vagy azért, mert az adó-vevő specifikációi optimisták voltak. Vagy azért, mert a javítópanel váratlan veszteséget okoz. Vagy azért, mert valaki száloptikai útvonalat cserélt egy karbantartási időszak alatt, és senki sem frissítette a dokumentációt. Vagy azért, mert az eredeti linkköltségvetés olyan csatlakozókat feltételezett, amelyek valójában nincsenek telepítve.
Láttam, ahogy a technikusok rögzített csillapítókat -egy 5 dB-es és egy 3 dB-es párosítva- próbálnak megközelíteni a csillapítást, amelyet a kapcsolatuk ténylegesen igényel. A több légrés eszközről származó lépcsőzetes visszaverődések fokozzák a fent leírt visszatérési veszteség problémáját. Két olcsó csillapító rosszabbul teljesít, mint egy megfelelő változó egység.
A változtatható csillapítóknak van értelme a teszteléshez és az üzembe helyezéshez. Pontosan a szükséges csillapítást tárcsázza, ellenőrizze a kapcsolat teljesítményét, majd opcionálisan cserélje ki a mért értéknek megfelelő rögzített egységgel. Állandó telepítésekhez, ahol az optikai teljesítmény költségvetése jól -karakterizált és stabil, a rögzített csillapítók megfelelőek. Minden más esetében a változó egységek a működési rugalmasság révén megkeresik költségprémiumukat.
Ahol a MEMS mindent megváltoztatott
A hagyományos változtatható csillapítók mechanikus mechanizmusokat használtak-forgó semleges sűrűségű szűrőket, állítható légréseket, a sugárútba mozgatott blokkoló elemeket. Ezek működtek. Ezek is sodródtak, elhasználódtak, újrakalibrálást igényeltek, és lassan reagáltak a beállítási parancsokra.
A MEMS{0}}alapú változó optikai csillapítók ezt a bonyolultságot egy mikrotükörrel helyettesítették. Elektrosztatikusan működtetett, szub-ezredmásodperces válaszidő, nincs mechanikus kopófelület, elhanyagolható a polarizációfüggés. A technológia gyorsan fejlődött a DWDM-építés korszaka során, amikor a berendezésgyártóknak csatornánkénti teljesítménykiegyenlítésre volt szükségük az optikai erősítőláncokban.
Az EDFA-n belüli MEMS VOA nem azért van, hogy megakadályozza a vevő telítettségét. Ez azért van, hogy simítsa az erősítés dőlésszögét,{1}}hogy az 1530 nm-es csatornák ne jöjjenek ki 3 dB-lel erősebben az erősítőből, mint az 1560 nm-es csatornák, egyszerűen azért, mert az erbium erősítési spektruma nem lapos. Negyven-nyolcvan ilyen eszköz, hullámhosszonként egy, a csatornaterhelés változásával folyamatosan beállítva.
Az alternatíva a nyereség{0}}kiegyenlítő szűrők volt. Passzív, hullámhosszon{2}}szelektív, rögzített csillapítási profilok, amelyek megegyeznek a várható erősítési alakzat inverzével. Ezek szépen működnek, ha a csatornabetöltés statikus. Amikor az ügyfelek dinamikusan adnak hozzá és dobnak hullámhosszokat, az erősítési alak megváltozik, és a rögzített szűrők nem tudják kompenzálni.
A MEMS VOA-k kereskedelmileg életképessé tették az újrakonfigurálható optikai hálózatokat. Ez nem túlzás. Dinamikus csatornánkénti teljesítményszabályozás nélkül a ROADM architektúrák kezelhetetlen optikai jel-/-zaj arány eltéréseket okoznának a hullámhossz-függő úthosszokon.
Liquid Crystal: The Road Not Taken
A folyadékkristályos változó csillapítók a MEMS versenytárs technológiájaként jelentek meg. Nincsenek mozgó alkatrészek,{1}}a feszültség által szabályozott csillapítás-indukálta a kettős törés változását az LC-anyagban. Gyorsabb reakció, mint a mechanikus megközelítések, nincs kopásmechanizmus, szilárdtest-megbízhatóság.
Réseket találtak. Laboratóriumi műszerek. Bizonyos speciális alkalmazások. Soha nem szorították ki a MEMS-t az általános távközlési telepítéseknél.
A hőmérséklet-érzékenység megölte őket a terepi alkalmazásokhoz. Az LC anyag tulajdonságai a hőmérséklettel változnak, ami kompenzációs áramkört és gyakori újrakalibrálást tesz szükségessé klímaszabályozás nélküli környezetben. Az adatközpont feltételei kezelhetők; a kültéri ültetvényeken, ahol -40 fokos tél és +50 fokos nyár nem.
A beillesztési veszteség is magasabb volt, mint a MEMS alternatíváké. Fél dB ide, három-negyed dB oda-felhalmozódik azokban a rendszerekben, ahol minden tized dB számít az OSNR szempontjából.
Az elhelyezés fontosabb, mint a specifikáció
A csillapítók a kapcsolat vevő végén találhatók. Nem az adó végén. Nem valahol a közepén.
Ez nem önkényes. A csillapítás elhelyezése a vevőn a nyilvánvaló telítettség-megelőzésen túlmenően két célt is szolgál: a csillapító saját interfészeiről érkező visszaverődések a forráshoz való visszatérésük során csillapodnak, és a vevőn a teljesítménymérés egyértelmű marad-a csillapító befejezése előtt, a csillapító után.
Helyezze a csillapítót a távadó végére, és semmit sem ért el a visszatérési veszteség kezelésében. Minden csatlakozó és toldás utáni visszaverődést biztosít, amely teljes amplitúdóval éri el a forrást. A csillapító blokkolja az előremenő áramot, de nem tesz semmit a visszafelé-terjedő fényért, amely soha nem volt csillapítva.
Találkoztam már olyan telepítésekkel, ahol valaki csillapítókat helyezett el közvetlenül az adó után, hogy "megvédje a szálat" a túlzott teljesítménytől. A rostnak nincs szüksége néhány milliwattos védelemre. A vevőknek védelemre van szükségük. Az elhelyezésnek nem volt optikai értelme, de több karbantartási cikluson keresztül is megmaradt, mivel dokumentálták, és senki sem kérdőjelezte meg a dokumentált gyakorlatot.
Kalibrálási valóság
A csillapító csomag 10dB-t ír. A tényleges csillapítás 9,7 dB lehet. Vagy 10,4 dB. Vagy 11,2 dB a hullámhossztól, hőmérséklettől és attól függően, hogy a gyártó mennyire törődött a specifikáció megfelelőségével.
A legtöbb alkalmazásnál ez a tűréssáv irreleváns. Körülbelül 10 dB csillapításra van szüksége ahhoz, hogy a vevő teljesítményét a tartományba helyezze. Az, hogy eléri a 9,5 dB vagy a 10,5 dB értéket, nem befolyásolja a link életképességét.
A precíziós alkalmazások -elfogadási tesztelése, OSNR mérése, erősítő jellemzése-csillapító pontossága jelentősen számít. A tesztberendezések szállítóitól származó csúcskategóriás-változócsillapítók több ezer kalibrációs pontot tartalmaznak, amelyek leképezik a tényleges csillapítást a tárcsázási beállításokhoz több hullámhosszon és teljesítményszinten. A műszerek ennek megfelelően kerülnek ára.
15 000 dolláros programozható csillapítót használtam a vevő érzékenységének jellemzésére. A csillapítási pontosság ±0,05 dB volt a C- sávban 0,01 dB felbontás mellett. Erre a pontosságra akkor van szükség, ha azt méri, hogy a vevő érzékenysége -28,0 dBm vagy -28,3 dBm. Abszurd túlzás, ha megakadályozzuk a telítettséget a termelési kapcsolatokban.
Illessze a hangszert az alkalmazáshoz. Ne helyezzen el laboratóriumi-minőségű csillapítókat a javítópanelekbe. Ne végezzen hibaelhárítást a DWDM-rendszerek csillapítóival az alkuból.
A ceruzafólia
A Wikipédia átmeneti csillapítási módszerként említi a szál ceruza köré tekercselését. Ez időnként megjelenik a helyszíni hibaelhárítás során, amikor nem állnak rendelkezésre megfelelő csillapítók.
Működik, valahogy. A hajlítás-indukált csillapítás valódi fizika. A szűk hajlítások a fényt a burkolatba kényszerítik, csökkentve az átvitt teljesítményt.
Ne csináld ezt.
A csillapítás megjósolhatatlan,{0}}a hajlítási sugártól, a tekercsek számától, a szál típusától és a hullámhossztól függ. Instabil,-a rost ellazul, a csillapítás megváltozik. Pusztító hatású,{4}}az ismétlődő feszültség eltöri az üveget. Bevezeti az üzemmód-csatolást a többmódusú szálban, amely a mérési pontosságot befolyásoló módon megzavarja az indítási feltételeket.
Ha valaki egy ceruza köré csavarja a szálat, hogy a link működjön, az azt jelzi, hogy álljon meg és szerezzen megfelelő felszerelést. Ez nem megoldás. Ez a kétségbeesés, mint technika.
Mi változik a 400G és azon túl
A magasabb szimbólumsebesség növeli a visszatérési veszteség érzékenységét. A visszaverődő teljesítmény-fáziszaj 64-QAM-nál többet számít, mint az OOK-nál. A 10G-hoz elfogadható csillapító-visszatérési veszteség-specifikációk 400G-nál problémássá válnak.
A koherens DSP vevők dinamikus tartománya szélesebb, mint a közvetlen{0}}detektáló vevőké, ami csökkenti a telítési problémákat. A koherens detektálást lehetővé tevő optikai jelfeldolgozás nagyobb toleranciát biztosít a teljesítményváltozásokkal szemben is. Ez nem szünteti meg a csillapítók szükségességét,{3}}eltolódik az alkalmazás profilja.
A szilícium fotonika integrációja a VOA-funkciókat az adó-vevők{0}}chipére helyezi. Ha az adó integrált változó csillapítót tartalmaz, a külső csillapítás szükségtelenné válik bizonyos telepítési forgatókönyveknél. Az adó-vevő maga állítja be az indítási teljesítményt a kapcsolati követelményeknek megfelelően.
Ez az integráció nem fogja megszüntetni a külső csillapítók piacát. A régebbi berendezésekből hiányzik az integrált teljesítményszabályozás. A tesztalkalmazások kalibrált külső csillapítást igényelnek. Az utólagos telepítésekhez olyan megoldásokra van szükség, amelyek nem igényelnek adó-vevő cserét.
De az egyensúly megváltozik. A célirányos-csillapító modulokra továbbra is szükség van; piaci penetrációjuk az adó-vevő intelligenciájának növekedésével változik.
Őszinte értékelés
A csillapítók nem bonyolult eszközök. Csökkentik az optikai teljesítményt. A fizika egyértelmű. A megvalósítási lehetőségek jól-értettek.
A bonyodalmak a telepítési kontextusból adódnak: megfelelő csillapítási értékek kiválasztása megfelelő teljesítménymérés nélkül, az alkalmazási követelményekhez nem illeszkedő csillapítótechnológiák kiválasztása, az eszközök olyan pozíciókba helyezése, amelyek nem oldják meg a tényleges problémákat, olyan megtérülési veszteség-specifikációk elfogadása, amelyek új problémákat okoznak, miközben a régieket megoldják.
Minden csillapító telepítés annak beismerése, hogy valami más a kapcsolat kialakításában nem felel meg a működési valóságnak. A vevő túl érzékeny az adó teljesítményére. A fesztáv túl rövid az optikai specifikációhoz képest. A csatornaterhelés eltér az eredeti tervezési feltételezésektől.
A csillapítók javítják ezeket az eltéréseket. Hatékonyan, olcsón és megbízhatóan csinálják, ha megfelelően vannak kiválasztva. Nem elegánsak. Pragmatikusak.
A gyártó optikai hálózatokban a működő pragmatikus megoldások felülmúlják az elegáns megoldásokat, amelyek nem. A csillapítók működnek.
