الالمخفف البصرييوجد كنوع من التناقض المهني في البنية التحتية للاتصالات. يقضي المهندسون حياتهم المهنية في القضاء على الفقد الناتج عن امتدادات الألياف-في تحسين توصيلات الدمج، وتحديد -موصلات منخفضة الفقد- للغاية، واختيار الكابل المتميز-ثم إدخال جهاز غرضه بالكامل هو تدمير الإشارة. يصبح المنطق منطقيًا بمجرد قيامك بتفجير جهاز الاستقبال، لكن الأمر يتطلب الفشل الأول لمعظم الناس حتى يستوعبوا حقًا سبب أهمية هذه المكونات.
عندما تكون إشارتك هي المشكلة
تحظى حساسية جهاز الاستقبال بكل الاهتمام أثناء مناقشات ميزانية الارتباط. تعرض كل ورقة مواصفات بشكل بارز الحد الأدنى الذي يبلغ -28 ديسيبل ميلي واط أو -24 ديسيبل ميلي واط. الحد الأقصى لطاقة الإدخال موجود بهدوء في أسفل الصفحة، ربما -3dBm لـ SFP+ النموذجي، في انتظار أن يرتكب شخص ما خطأ.
يتضمن الخطأ عادةً شراء بصريات بعيدة المدى-لأن الخصم على الحجم بدا جذابًا. أو يمسك شخص ما بجهاز إرسال واستقبال بطول 40 كيلومترًا لمسافة 300-متر بين-المبنى لأن هذا هو ما كان موجودًا في الدرج. تصل قوة الإطلاق إلى الكاشف الضوئي في مكان ما بحوالي 0 ديسيبل أو أعلى. الرابط يرفض الخروج. تعرض السجلات "Rx LOS" أو ربما "ارتباط لأسفل" فقط - وهو نفس رمز الخطأ الذي قد تراه للألياف الداكنة.
لا أستطيع إحصاء عدد الساعات التي أهدرتها في مشاهدة الفنيين وهم يتبادلون أجهزة الإرسال والاستقبال في هذه الوظائف. تعرض وحدة الاستبدال سلوكًا متطابقًا لأنه لم يتم كسر أي شيء فعليًا. يتم غمر الصمام الثنائي APD أو PIN بالفوتونات. انها مشبعة. لا يمكن لدوائر التحكم التلقائي في الكسب التعويض. لا أحد يفكر في التحقق مما إذا كان هناك الكثير من الضوء لأننا جميعًا معتادون على القلق بشأن عدم كفاية الطاقة.
المخفف الثابت بقيمة 12 دولارًا يحلها. تثبيت 10 ديسيبل في نهاية الاستلام. تنخفض الطاقة من +1dBm إلى -9dBm. ينشئ الارتباط. استمر.
الوضع المتعدد: غير ذي صلة حقًا هنا
تنطبق هذه المناقشة بأكملها بشكل حصري تقريبًا على عمليات النشر ذات الوضع الفردي-.
قد تكون مصادر VCSEL في أجهزة الإرسال والاستقبال متعددة الأوضاع من -4dBm إلى 0dBm. تبلغ حدود التحميل الزائد لجهاز الاستقبال متعدد الأوضاع حوالي 0 ديسيبل ميلي واط إلى +2 ديسيبل ميلي واط. نادرًا ما تنتج العمليات الحسابية سيناريوهات تشبع حتى في تكوينات الخسارة الدنيا-. اتصالات التصحيح المباشرة بين المنافذ المتجاورة-تظل حرفيًا أقصر مدى ممكن ضمن الحدود.
الوضع الفردي- هو المكان الذي تعيش فيه المشاكل. تعمل أشعة الليزر DFB على دفع +5 ديسيبل مللي واط إلى ألياف مصممة لنقل مسافة 100 كيلومتر. قم بنشر تلك العدسة عبر العمود الفقري للحرم الجامعي الذي يمتد لمسافة 400 متر ولن يكون لدى جهاز الاستقبال فرصة.
جدير بالذكر لأنني رأيت أشخاصًا يقومون بتثبيت المخففات في الروابط متعددة الأوضاع "فقط لتكون آمنًا" ثم يقضون أيامًا في استكشاف أخطاء الطاقة غير الكافية التي قاموا بإنشائها وإصلاحها. لا.
الفجوة-مشكلة الخسارة لم يحذرني منها أحد
تعتبر مخففات فجوة الهواء- رخيصة الثمن. إنهم يعملون. كما أنها تسبب مشاكل لا يُعلن عنها بسعر 8 دولارات.
إن الفيزياء واضحة ومباشرة: افصل بين واجهتين من الألياف عن طريق مسافة يمكن التحكم فيها، واترك الشعاع يتباعد، والتقط جزءًا فقط من الألياف المستقبلة. التوهين البسيط الذي يتم تحقيقه من خلال الانتشار الهندسي
تنتج هذه الواجهات الزجاجية-الهواء أيضًا انعكاسات فريسنل. ربما يرتد 4% نحو المصدر على كل سطح. في مخفف الخسارة-الفجوة، لديك اثنتين من هذه الواجهات. من المحتمل أن يكون هذا عائدًا بنسبة 8٪ إذا لم تكن محظوظًا بكيفية توافق كل شيء.
بالنسبة إلى رأس CATV الذي يقوم بتشغيل فيديو تمثيلي، تظهر الانعكاسات الخلفية كظلال مرئية. بالنسبة إلى ليزر DFB، فإنهم يزعزعون استقرار التجويف وينتجون قفزًا في الوضع. بالنسبة إلى EDFA، يمكن أن تؤدي الطاقة المنعكسة الكافية إلى إطلاق ليزر طفيلي يجعل مكبر الصوت عديم الفائدة.
لقد أمضيت معظم يوم السبت في استكشاف أخطاء ارتفاعات BER العشوائية وإصلاحها على حلقة DWDM للمترو. قام شخص ما بتركيب مخفف فقدان الفجوة- في لوحة التصحيح دون التحقق من مواصفات فقدان الإرجاع. قام المخفف بقياس خسارة الإرجاع بمقدار 15 ديسيبل، وهو ما يبدو جيدًا حتى تدرك أن 3% من الإشارة ترتد مرة أخرى إلى الليزر الذي يفضل الاستقرار حقًا. تم استبداله بمخفف ألياف مخدر- مع خسارة إرجاع تبلغ 55 ديسيبل. اختفت المشكلة.
بالنسبة لأي شيء يستخدم تعديلًا متماسكًا أو معدلات ترميز عالية-100 جيجا وما فوق بشكل خاص - تحتاج إلى خسارة ارتجاع تبلغ 45 ديسيبل كحد أدنى. ويفضل 55 ديسيبل أو أفضل. هذا مهم أكثر من الحصول على قيمة التوهين الدقيقة بشكل صحيح.
الثابت مقابل المتغير: الاقتصاد لا يعمل كما تعتقد
تكلفة المخففات الثابتة هي 5-20 دولارًا. تبدأ المخففات المتغيرة بحوالي 40 دولارًا للأنواع اليدوية وتتصاعد من هناك. إن الحدس واضح: احسب التوهين المطلوب، واشترِ وحدة ثابتة تطابق تلك القيمة، ووفر المال.
إلا أنك أخطأت في الحساب. أو كانت مواصفات جهاز الإرسال والاستقبال متفائلة. أو قام شخص ما بإعادة توجيه الألياف أثناء فترة الصيانة ولم يتم تحديث الوثائق مطلقًا. أو تساهم لوحة التصحيح بخسارة مختلفة عما هو مفترض.
ثم أشاهد الفنيين وهم يقومون بتتالي المخففات الثابتة-التي تجمع بين 5 ديسيبل و3 ديسيبل معًا في محاولة لتقريب ما يحتاجه الرابط فعليًا. تعمل أجهزة فجوة الهواء المتعددة- على تفاقم مشكلة فقدان الإرجاع الموضحة أعلاه. مكونان رخيصان يؤديان أداءً أسوأ من وحدة متغيرة مناسبة.
للتشغيل والاختبار، تكسب المخففات المتغيرة تكلفتها. اطلب بالضبط ما يتطلبه الارتباط، وتحقق من الأداء عبر نطاق التشغيل، ثم استبدله اختياريًا بوحدة ثابتة تطابق تلك القيمة المقاسة إذا كنت تريد ذلك. بالنسبة لعمليات التثبيت الإنتاجية التي تكون فيها ميزانية الطاقة محددة جيدًا ومستقرة-، تعمل المخففات الثابتة بشكل جيد. لكل شيء آخر، أنفق الثلاثين دولارًا الإضافية.
ما الذي تغير في MEMS فعليًا؟
تعتمد المخففات التقليدية المتغيرة على حركة ميكانيكية-تدوير المرشحات ذات الكثافة المحايدة، وفجوات الهواء القابلة للتعديل، ومنع العناصر من التحول عبر مسار الشعاع. لقد عملوا. كما أنها انجرفت مع مرور الوقت، واهترأت، وتطلبت إعادة معايرة دورية، واستجابت ببطء للتحكم في المدخلات.
استبدلت المخففات الضوئية المتغيرة MEMS معظم هذا التعقيد بمرآة دقيقة تعمل بالكهرباء الساكنة. وقت الاستجابة الفرعي-ميلي ثانية. لا توجد أسطح تآكل ميكانيكية. الاعتماد على الاستقطاب ضئيل. نضجت التكنولوجيا سريعًا خلال أواخر-التسعينيات من القرن الماضي عندما كان بائعو الأجهزة بحاجة إلى إدارة الطاقة لكل قناة في سلاسل مكبرات الصوت.
التطبيق الموجود داخل EDFA ليس حماية لجهاز الاستقبال. إنه تعويض الميل. طيف كسب الإربيوم ليس مسطحًا عبر قنوات النطاق -C-عند 1530 نانومتر، مما يظهر بشكل طبيعي أقوى من القنوات عند 1560 نانومتر. بدون تصحيح، تتراكم القنوات تباينات نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) أثناء مرورها بمراحل مكبر الصوت المتعددة. أربعون أو ثمانين MEMS VOAs، واحد لكل طول موجي، يتم ضبطه بشكل مستمر مع تغير تحميل القناة.
وكان البديل هو الكسب الثابت-مرشحات التسوية-الأجهزة السلبية ذات ملفات تعريف التوهين المطابقة لعكس شكل الكسب المتوقع. يعمل بشكل جميل عندما يكون تحميل القناة ثابتًا. عندما يقوم العملاء بإضافة الأطوال الموجية وإسقاطها ديناميكيًا، فإنهم يحصلون على تغييرات في الشكل، ولا يمكن للمرشحات الثابتة التعويض.
جعلت MEMS VOAs الشبكات الضوئية القابلة لإعادة التشكيل قابلة للتطبيق تجاريًا. هذا ليس مبالغة. بدون التحكم الديناميكي في طاقة كل -قناة، ستنتج بنيات ROADM اختلافات OSNR لا يمكن التحكم فيها عبر أطوال المسار المعتمدة على الطول الموجي-. وكانت التكنولوجيا ضرورية، وليست تدريجية.
الكريستال السائل: تقريبًا ولكن ليس تمامًا
ظهرت المخففات المتغيرة من الكريستال السائل كتقنية منافسة. لا يتم التحكم في توهين الأجزاء المتحركة - بشكل كامل من خلال تغيرات الانكسار المزدوج الناتجة عن الجهد - في مادة LC. استجابة أسرع من الأساليب الميكانيكية. لا توجد آليات ارتداء. موثوقية الحالة الصلبة-.
لم يحلوا محل MEMS أبدًا في مجال الاتصالات السائد.
أدت حساسية درجة الحرارة إلى القضاء على جدوى النشر الميداني. تتغير خصائص المواد LC مع درجة الحرارة، مما يتطلب دوائر تعويض وإعادة معايرة متكررة في البيئات التي لا يوجد بها تحكم في المناخ. يمكن التحكم في مركز البيانات الذي يحمل 22 درجة. خزانة النباتات الخارجية التي تعاني من -30 درجة شتاء وصيف +45 درجة ليست كذلك.
وكان فقدان الإدراج أعلى أيضا. نصف ديسيبل هنا، و0.7 ديسيبل هناك. يتراكم في الأنظمة التي يؤثر فيها كل عُشر ديسيبل على هوامش OSNR.
وجدت مخففات LC منافذ مختبرية. تطبيقات الأجهزة المتخصصة حيث يتم التحكم في درجة الحرارة وتكون الخسارة الأعلى مقبولة. لكن السوق السائدة انتقلت إلى MEMS وبقيت هناك.
التنسيب مهم في الواقع
تنتمي المخففات إلى نهاية جهاز الاستقبال. وليس عند الارسال ليس بشكل عشوائي في مكان ما في الوسط.
هذا ليس تفضيلا تعسفيا. يخدم الموضع الجانبي لجهاز الاستقبال- غرضين يتجاوزان منع التشبع الواضح: يتم تخفيف الانعكاسات من واجهات المخفف عند مسار العودة إلى المصدر، ويظل قياس الطاقة عند جهاز الاستقبال بسيطًا- قبل المخفف، ثم يتم القياس بعد ذلك.
قم بتثبيت المخفف في نهاية جهاز الإرسال ولن تنجز شيئًا لإدارة خسارة الإرجاع. يساهم كل موصل ووصلة في اتجاه مجرى النهر بانعكاسات تنتشر مرة أخرى إلى المصدر بكامل طاقتها. يحجب المخفف الطاقة الأمامية لكنه لا يفعل شيئًا بشأن الضوء المتحرك للخلف- والذي لم يتم تخفيفه مطلقًا.
لقد واجهت عمليات تثبيت حيث قام شخص ما بوضع المخففات مباشرة بعد جهاز الإرسال "لحماية الألياف" من الطاقة الزائدة. لا تحتاج الألياف الزجاجية إلى حماية من بضعة ملي واط. يحتاج المتلقي إلى الحماية. لم يكن الموضع منطقيًا من الناحية البصرية ولكنه استمر خلال دورات صيانة متعددة لأن شخصًا ما قام بتوثيقه ولم يشكك أحد في التوثيق.
التسامح والمعايرة
الحزمة تقول 10 ديسيبل. قد يكون التوهين الفعلي 9.6 ديسيبل أو 10.5 ديسيبل أو 11.1 ديسيبل اعتمادًا على الطول الموجي ودرجة الحرارة ومراقبة جودة التصنيع.
بالنسبة لمعظم التركيبات، يكون نطاق التسامح هذا غير ذي صلة. أنت بحاجة إلى ما يقرب من 10 ديسيبل من التوهين لجلب طاقة جهاز الاستقبال إلى النطاق المقبول. سواء حققت 9.5 ديسيبل أو 10.5 ديسيبل لا يؤثر على تشغيل الارتباط.
بالنسبة للتطبيقات الدقيقة،-تتميز حساسية جهاز الاستقبال، وقياسات OSNR، وتأهيل مكبر الصوت-بأهمية كبيرة. تشتمل المخففات القابلة للبرمجة في المختبر- من موردي معدات الاختبار على آلاف نقاط المعايرة التي تحدد التوهين الفعلي لإعدادات الاتصال عبر أطوال موجية ومستويات طاقة متعددة. تكلفة الأدوات وفقا لذلك. لقد استخدمت وحدة بقيمة 12000 دولار حددت دقة ±0.05 ديسيبل عبر النطاق C- بدقة 0.01 ديسيبل. يعد ذلك ضروريًا عند قياس ما إذا كانت حساسية جهاز الاستقبال هي -27.8 ديسيبل ميلي واط مقابل -28.1 ديسيبل ميلي واط. مبالغة سخيفة لإدارة الطاقة رابط الإنتاج.
مطابقة الأداة مع التطبيق.
هاك التفاف مغزل
يظهر التفاف الألياف حول قلم أو شياق للحث على تخفيف الانحناء في أدلة استكشاف الأخطاء وإصلاحها كتقنية ميدانية مؤقتة عند عدم توفر المخففات المناسبة.
إنه يعمل نوعًا ما. إن الخسارة الناجمة عن الانحناء- هي فيزياء حقيقية. يفرض نصف القطر الضيق الضوء على الكسوة، مما يقلل من الطاقة المرسلة.
لا تفعل هذا في الواقع.
لا يمكن التنبؤ بالتوهين-يعتمد على نصف قطر الانحناء وعدد اللفات ونوع الألياف والطول الموجي وربما نسبة الرطوبة في ذلك اليوم. إنها غير مستقرة-ترتخي الألياف، ويتغير التوهين. من المحتمل أن يكون ذلك مدمرًا-ويمكن أن يؤدي الإجهاد والإجهاد المتكرر إلى كسر الزجاج. فهو يقدم تأثيرات اقتران الوضع في الألياف متعددة الأوضاع التي تعبث بظروف الإطلاق بطرق تؤثر على دقة القياس.
إذا قام شخص ما بلف الألياف حول قلم رصاص لتشغيل الرابط، فهذه إشارة للتوقف والحصول على المعدات المناسبة. إنه اليأس الذي تم الخلط بينه وبين التقنية.
أين يذهب هذا عند 400 جيجا وما بعدها
تؤدي معدلات الرموز الأعلى إلى زيادة الحساسية لخسارة الإرجاع. ضوضاء الطور من الطاقة المنعكسة- الخلفية مهمة بدرجة أكبر عند 64-QAM مقارنةً بالمفتاح البسيط للتشغيل والإيقاف. تصبح مواصفات فقدان إرجاع المخفف المقبولة لـ 10G مشكلة عند 400G.
تتمتع أجهزة استقبال DSP المتماسكة بنطاق ديناميكي أوسع من أجهزة استقبال الاكتشاف المباشر-، مما يقلل من بعض المخاوف بشأن التشبع. توفر معالجة الإشارات الضوئية التي تتيح الكشف المتماسك مزيدًا من التسامح مع اختلاف الطاقة. وهذا لا يلغي متطلبات المخفف-بل يغير ملف تعريف التطبيق.
والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن تكامل الضوئيات السيليكون يضع وظيفة VOA على-الشريحة في تصميمات أجهزة الإرسال والاستقبال. تشتمل وحدات 400G ZR+ الحديثة على مخففات متغيرة متكاملة وقوة إرسال قابلة للضبط. يتم الآن شحن بعض أجهزة الإرسال والاستقبال مزودة بوحدات EDFA صغيرة مدمجة لتعزيز طاقة الخرج إلى +3 ديسيبل مللي واط أو أعلى. إذا قام جهاز الإرسال والاستقبال نفسه بضبط قوة الإطلاق لتتناسب مع متطلبات الارتباط، يصبح التوهين الخارجي غير ضروري لسيناريوهات نشر معينة.
لن يقتل هذا التكامل سوق المخففات الخارجية. تفتقر المعدات القديمة إلى التحكم المتكامل في الطاقة. تتطلب تطبيقات الاختبار توهينًا خارجيًا مُعايرًا. تحتاج التركيبات التحديثية إلى حلول لا تتطلب استبدال جهاز الإرسال والاستقبال. لكن توازن السوق يتغير مع زيادة ذكاء أجهزة الإرسال والاستقبال.
تقييم صادق
المخففات ليست أجهزة معقدة. أنها تقلل من الطاقة الضوئية. الفيزياء واضحة ومباشرة. أصبحت خيارات التنفيذ ناضجة ومفهومة-.
تنشأ التعقيدات من سياق النشر: اختيار قيم التوهين دون قياسات كافية للطاقة، واختيار تقنيات غير متطابقة مع متطلبات التطبيق، ووضع الأجهزة في مواضع لا تعالج المشكلات الفعلية، وقبول مواصفات خسارة الإرجاع التي تخلق مشكلات جديدة أثناء حل المشكلات القديمة.
يعد كل تثبيت للمخفف في الأساس بمثابة اعتراف بأن هناك شيئًا آخر في تصميم الارتباط لا يتطابق مع الواقع التشغيلي. جهاز الاستقبال حساس للغاية بالنسبة لطاقة جهاز الإرسال. النطاق قصير جدًا بالنسبة للمواصفات البصرية. يختلف تحميل القناة عن الافتراضات الأصلية. المشتريات اشترت ما هو أرخص.
تقوم المخففات بتصحيح حالات عدم التطابق هذه. إنهم يفعلون ذلك بشكل موثوق، ورخيص، وفعال عندما يتم اختيارهم ووضعهم بشكل صحيح. إنها ليست حلولاً أنيقة. إنهم براغماتيون.
في شبكات الإنتاج، تتفوق الحلول العملية الناجحة على الحلول الأنيقة التي لا تنجح.
