Moduli ottiċi jnaqqsu l-iżbalji tat-trasmissjoni

 

Moduli ottiċisaru komponenti essenzjali fl-infrastruttura moderna tat-telekomunikazzjoni, primarjament minħabba l-kapaċità tagħhom li jnaqqsu b'mod sinifikanti l-iżbalji tat-trażmissjoni meta mqabbla mas-sistemi tradizzjonali bbażati fuq ir-ram-. L-iżvilupp ta 'dawn il-moduli beda bis-serjetà matul l-aħħar tad-disgħinijiet, meta kumpaniji bħal Cisco u Lucent Technologies bdew jesperjenzaw kwistjonijiet ta' integrità tad-dejta b'interkonnessjonijiet tar-ram b'veloċitajiet li jaqbżu 1 Gbit/s.

 

 

Żvilupp storiku u korrezzjoni ta' żbalji

 

L-ewwel ġenerazzjoni ta 'moduli tal-fibra ottikaintrodotti madwar 1998-2000 wrew madwar 60% inqas żbalji tal-bit mill-kontropartijiet tar-ram tagħhom f'distanzi ekwivalenti. Dan it-titjib ħareġ mill-immunità tal-fibra ottika għall-interferenza elettromanjetika (EMI) u l-interferenza tal-frekwenza tar-radju (RFI), li ikkawżaw sistemi tar-ram f'ambjenti taċ-ċentru tad-dejta fejn mijiet ta 'servers operaw fil-viċin.

Implimentazzjonijiet bikrija użati relattivament sempliċimodulatur ottikudisinji bbażati fuq modulazzjoni diretta tal-lasers Fabry-Pérot. Dawn il-moduli kisbu rati ta' żball tal-bit (BER) ta' madwar 10^-12, li dak iż-żmien kien ikkunsidrat eċċellenti iżda insuffiċjenti għar-rekwiżiti moderni. L-introduzzjoni ta 'lejżers ta' feedback distribwit (DFB) fl-2003 tejbet dan għal 10 ^ -15, u għamel it-trasmissjoni fuq distanza twila aktar prattika.

 

Familja SFP u mekkaniżmi għat-tnaqqis tal-iżbalji

 

L-ispeċifikazzjoni tal-Forma Żgħira-Plaggable, li pproduċiet l--adottata b'mod wiesa'transceiver ottiku sfp, irrappreżenta avvanz kbir meta rilaxxat pubblikament fl-2001. Inizjalment żviluppat minn konsorzju li kien jinkludi Finisar, Agilent, u AMP, l-istandard SFP ipprovda interface standardizzat hot-pluggable li ppermetta integrità aħjar tas-sinjal permezz ta 'disinn elettriku mtejjeb.

Implimentazzjonijiet Gigabit

Il-transceiver gigabit sfpsar partikolarment importanti għan-netwerking tal-intrapriżi. Testijiet imwettqa minn laboratorji indipendenti fl-2004 urew li moduli SFP implimentati kif suppost jistgħu jżommu trasmissjoni ta' żball-ħielsa (żero żbalji fuq perjodi ta' test ta' 24-siegħa) f'distanzi sa 10 kilometri bl-użu ta' fibra b'mod wieħed. Dan kien rivoluzzjonarju meta mqabbel ma 'Gigabit Ethernet tar-ram, li kien limitat għal 100 metru u xorta esperjenzat żbalji okkażjonali minħabba crosstalk.

Il-modulu sfp tal-fibra ottikaid-disinn inkorpora diversi karatteristiċi ta'-tnaqqis ta' żball:

It-temperatura-sewwieqa tal-lejżers ikkumpensati li żammew qawwa tal-ħruġ konsistenti

Ċirkwiti riċevituri avvanzati b'ekwalizzazzjoni adattiva

Mibnija-monitoraġġ dijanjostiku (spiss imsejjaħ Monitoraġġ Dijanjostiku Diġitali jew DDM)

Akkomodazzjoni mtejba li pprovdiet ilqugħ aħjar tal-EMI

 

Transceiverevoluzzjoni u korrezzjoni tal-iżbalji

 

L-iżvilupp tal-transceiver tal-modulu ottikugħadda minn diversi fażijiet distinti. Madwar l-2007-2008, il-manifatturi bdew jinkorporaw il-korrezzjoni tal-iżbalji bil-quddiem (FEC) direttament fil-moduli. Dan kien inizjalment kontroversjali minħabba li żied l-ispiża u l-konsum tal-enerġija, iżda skjeramenti fuq il-post urew tnaqqis drammatiku fl-iżbalji mhux korretti-xi operaturi rrappurtaw 90% inqas fallimenti tal-link wara li adottaw moduli ppermettiet FEC.

Żvilupp wieħed interessanti kien il-modulu riċevitur tal-fibra ottikab'detezzjoni koerenti, li bdiet tidher fi prodotti kummerċjali madwar l-2010. B'differenza mis-sistemi ta' sejbien dirett-tradizzjonali, riċevituri koerenti jistgħu jirkupraw kemm informazzjoni tal-amplitudni kif ukoll tal-fażi, u effettivament jirduppjaw l-ammont ta' dejta trażmessa filwaqt li jżommu rati ta' żball simili. L-aktar skjeramenti kummerċjali bikrija kienu f'sistemi ta 'kejbil taħt il-baħar, fejn anke titjib żgħir fir-rati ta' żball jista 'jelimina l-ħtieġa għal tagħmir ta' riġenerazzjoni għali.

 

Implimentazzjonijiet moderni ta'-veloċità għolja

 

Teknoloġija tal-modulu ottiku diġitali

Il-ħolqien tal-modulu ottiku diġitalimadwar l-2015 immarka pass ieħor sinifikanti 'l quddiem. Dawn il-moduli inkorporaw proċessuri tas-sinjali diġitali (DSPs) li setgħu jwettqu analiżi tal-iżbalji fil--ħin reali u ekwalizzazzjoni adattiva. Verżjonijiet bikrija minn kumpaniji bħal Acacia Communications u NeoPhotonics urew li l-moduli DSP-attivati ​​jistgħu joperaw b'rati ta' 100G b'BER aħjar minn 10^-15 anke fuq distanzi li jaqbżu l-1000 kilometru, li kien ikun impossibbli b'disinji analogi biss.

Il-modulu sfp ottikuit-teknoloġija evolviet ukoll biex tinkludi fatturi iżgħar tal-forma. L-ispeċifikazzjoni SFP28, ratifikata fl-2014, appoġġat 25 Gbit/s għal kull korsija filwaqt li żammet l-istess kapaċitajiet ta 'korrezzjoni ta' żbalji bħal moduli akbar. Dan inkiseb permezz ta’ diversi innovazzjonijiet:

Ġestjoni mtejba tal-chirp tal-laser

Kumpens aħjar tad-dispersjoni kromatika

Ċirkwiti aktar sofistikati ta 'rkupru ta' arloġġi

Id-dejta fuq il-post minn fornituri ewlenin tal-cloud (għalkemm mhux tipikament ippubblikata) ssuġġeriet li l-iskjeramenti tal-SFP28 fl-2016-2017 laħqu ħin medju bejn il-fallimenti (MTBF) li jaqbeż l-10 snin, bi żbalji ta’ trażmissjoni bħala l-kawża tal-fallimenti f’inqas minn 2 % tal-każijiet.

400G u lil hinn

Il-400g modulu ottikujirrappreżenta l-istat attwali-tal--aktar avvanzata-fit-tnaqqis tal-iżbalji. Dawn il-moduli, li bdew iskjerament kummerċjali madwar l-2019, tipikament jużaw jew 8 korsiji f'50G kull wieħed jew 4 korsiji f'100G. It-tranżizzjoni għall-modulazzjoni PAM-4 (minflok NRZ tradizzjonali) inizjalment qajmet tħassib dwar ir-rati ta 'żball, peress li PAM-4 għandu inqas marġni bejn il-livelli tas-sinjali. Madankollu, avvanzi fit-teknoloġija DSP u l-implimentazzjoni ta 'kodiċi FEC aktar b'saħħithom (partikolarment RS(544,514) FEC) fil-fatt irriżultaw f'prestazzjoni ta' żball simili jew aħjar meta mqabbla mas-sistemi NRZ.

Inphi Corporation (issa parti minn Marvell) ippubblikat dejta fl-2020 li turi l-moduli 400G tagħhom kisbu pre-FEC BER ta' madwar 10^-5, li l-magna FEC tagħhom ikkoreġiet biex post-FEC BER aħjar minn 10^-15. Dan kien ifisser li għal skopijiet prattiċi, l-iżbalji tat-trażmissjoni kienu saru kważi ineżistenti f'sistemi mfassla sew.

 

 

Konsiderazzjonijiet ta' infrastruttura

 

Disinn ta 'sistema ottika modulari

Il-kunċett ta' asistema ottika modularikisbet trazzjoni b'mod partikolari fiċ-ċentri tad-dejta fuq skala kbira. Kumpaniji bħal Microsoft u Facebook (Meta) ippubblikaw white papers li jiddeskrivu kif disinji modulari jippermettulhom jottimizzaw partijiet differenti tal-mogħdija ottika separatament. Pereżempju, ċentru tad-dejta jista' juża moduli b'modalità qasira-reach għal konnessjonijiet intra-rack (fejn l-ispiża hija aktar importanti mill-prestazzjoni assoluta) u moduli-modalità waħda għal konnessjonijiet inter{-rack jew inter-(fejn il-prestazzjoni hija ta' importanza kbira).

Dan l-approċċ modulari għen biex jitnaqqsu r-rati ġenerali ta 'żball tas-sistema minħabba li kull tip ta' konnessjoni jista 'jiġi ottimizzat għall-każ ta' użu speċifiku tiegħu. Iċ-ċentru tad-dejta ta 'Microsoft f'Quincy, Washington allegatament ra tnaqqis ta' 40% fl-iżbalji tal-link wara t-tranżizzjoni għal infrastruttura ottika kompletament modulari fl-2018.

Implimentazzjonijiet tal-patch panel

Patch panels modulari tal-fibra ottikaikkontribwew ukoll għat-tnaqqis tal-iżbalji, għalkemm l-impatt tagħhom ħafna drabi jiġi injorat. Konnessjonijiet fiżiċi ħżiena fil-pannelli tal-garża storikament ammontaw għal 15-20% tal-iżbalji tal-konnessjoni ottika skont studju tal-2012 minn Corning. Patch panels modulari moderni b'disinji ta 'konnetturi mtejba (partikolarment konnetturi LC u MPO/MTP) naqqsu dan b'mod sinifikanti.

L-introduzzjoni ta' konnetturi push-pull tab LC madwar l-2005 kienet partikolarment importanti-dawn il-konnetturi pprovdew telf ta' inserzjoni aktar konsistenti u telf ta' ritorn meta mqabbla ma' disinji preċedenti bbażati fuq lukkett-, li setgħu jinħallu maż-żmien minħabba vibrazzjoni f'ambjenti taċ-ċentru tad-dejta.

 

Speċifikazzjonijiet tekniċi u standards

 

Diversi korpi tal-istandards stabbilixxew speċifikazzjonijiet li jindirizzaw direttament it-tnaqqis tal-iżbalji. Il-grupp ta' ħidma IEEE 802.3, pereżempju, jispeċifika rekwiżiti massimi BER għal veloċitajiet Ethernet differenti. Għal 100GBASE-SR4 (implimentazzjoni komuni multimode), l-istandard jeħtieġ BER mhux agħar minn 10^-12 fl-output tad-decoder FEC, li jissarraf f'żero żbalji waqt it-tħaddim normali.

Il-Forum tal-Internetworking Ottiku (OIF) kien partikolarment attiv fid-definizzjoni ta' interfaces li jimminimizzaw l-iżbalji. Il-Ftehimiet ta' Implimentazzjoni tagħhom għal CEI-28G u CEI-56G jispeċifikaw karatteristiċi elettriċi dettaljati inklużi jitter, crosstalk, u telf ta' ritorn-li kollha għandhom impatt fuq ir-rati ta' żball meta ma jkunux ikkontrollati sew.

Ta 'min jinnota li filwaqt li l-istandards jispeċifikaw il-prestazzjoni minima, il-moduli kummerċjali ħafna drabi jaqbżu dawn ir-rekwiżiti. Stħarriġ tal-2019 tal-moduli minn manifatturi ewlenin (Finisar, Lumentum, II-VI) sab li moduli kummerċjali tipiċi operaw 2-3 dB aħjar mill-baġit ottiku minimu meħtieġ, u pprovdew marġni sinifikanti kontra l-iżbalji.

 

Esperjenza ta 'skjerament prattika

 

Skjeramenti fid--dinja reali wrew li filwaqt li l-moduli ottiċi jipprovdu tnaqqis eċċellenti ta' żbalji fit-teorija, l-installazzjoni u l-manutenzjoni xierqa jibqgħu kritiċi. Studju tal-2017 ta’ fornitur ewlieni tat-telekomunikazzjoni tal-Amerika ta’ Fuq sab li madwar 80% tal-iżbalji tal-konnessjoni ottika kienu finalment rintraċċati għal:

Konnetturi maħmuġin (31%)

Ħsara fil-fibra (23%)

Installazzjoni mhux korretta tal-modulu (14%)

Kombinazzjonijiet ta' moduli/fibra inkompatibbli (12%)

Dan jenfasizza li l-modulu ottiku innifsu huwa biss parti mill-ekwazzjoni tat-tnaqqis tal-iżbalji. L-istess studju sab li wara li implimentat protokoll ta 'tindif rigoruż u programm ta' taħriġ ta 'tekniku, ir-rata ta' żball tan-netwerk niżlet b'67% mingħajr ma nbidlet l-ebda moduli.

 

Żviluppi futuri

 

Tkompli r-riċerka f'rati ta' żball saħansitra aktar baxxi. L-iffurmar tal-kostellazzjoni probabilistika, li jottimizza d-distribuzzjoni tas-sinjal għall-karatteristiċi tal-kanal, wera wegħda fit-testijiet tal-laboratorju. Riżultati ppubblikati minn Nokia Bell Labs fl-2021 wrew titjib fil-BER ta '1-2 dB bl-użu ta' din it-teknika, li tissarraf fi trażmissjoni saħansitra aktar affidabbli.

L-integrazzjoni ta 'algoritmi ta' tagħlim tal-magni għall-manutenzjoni ta 'tbassir turi wkoll potenzjal. Billi janalizzaw il-mudelli fir-rati ta' żball pre-FEC u d-dejta dijanjostika disponibbli minn moduli moderni, dawn is-sistemi jistgħu jbassru fallimenti imminenti sigħat jew jiem qabel, li jippermettu sostituzzjoni proattiva qabel ma jseħħu l-iżbalji li jaffettwaw is-servizz-.