Deoptische verzwakkerbestaat als een soort professionele tegenstrijdigheid in de telecommunicatie-infrastructuur. Ingenieurs besteden hun carrière aan het elimineren van verliezen uit vezeloverspanningen, -perfectioneren fusieverbindingen, specificeren connectoren met ultra-laag- verlies, selecteren hoogwaardige kabels- en voegen er vervolgens doelbewust een apparaat in dat alleen maar bedoeld is om het signaal te vernietigen. De logica is logisch als je eenmaal een ontvanger hebt opgeblazen, maar de meeste mensen hebben pas die eerste mislukking nodig om echt te internaliseren waarom deze componenten ertoe doen.
Wanneer uw signaal het probleem is
Ontvangergevoeligheid krijgt alle aandacht tijdens linkbudgetbesprekingen. Op elk specificatieblad wordt duidelijk de minimumdrempel van -28dBm of -24dBm weergegeven. Het maximale ingangsvermogen staat stil onderaan de pagina, misschien -3dBm voor een typische SFP+, wachtend tot iemand een fout maakt.
De fout houdt meestal in dat inkoop optiek met een groot-bereik koopt, omdat de volumekorting er aantrekkelijk uitziet. Of iemand pakt een zendontvanger van 40 km voor een bouwtraject van 300-meter tussen-, want dat lag in de la. Het lanceervermogen arriveert ergens rond de 0 dBm of hoger bij de fotodetector. De link weigert te verschijnen. Logboeken tonen "Rx LOS" of misschien gewoon "link down" - dezelfde foutcode die u zou zien voor een dark fiber.
Ik kan niet tellen hoeveel uur ik heb verspild met het kijken naar technici die zendontvangers verwisselden tijdens deze klussen. De vervangende module vertoont identiek gedrag omdat er feitelijk niets kapot is. De APD- of PIN-diode wordt overspoeld met fotonen. Het is verzadigd. De automatische versterkingsregelcircuits kunnen dit niet compenseren. Niemand denkt eraan om te controleren of er te veel licht is, omdat we allemaal geconditioneerd zijn om ons zorgen te maken over onvoldoende stroom.
Een vaste verzwakker van $ 12 lost het op. Installeer 10dB aan de ontvangstkant. Het vermogen daalt van +1dBm naar -9dBm. Link vestigt. Ga verder.
Multimode: hier niet echt relevant
Deze hele discussie is vrijwel uitsluitend van toepassing op implementaties met één modus-.
VCSEL-bronnen in multimode-transceivers produceren misschien -4dBm tot 0dBm. Overbelastingsdrempels voor multimode-ontvangers liggen rond de 0 dBm tot +2 dBm. De wiskunde levert zelden verzadigingsscenario's op, zelfs niet bij configuraties met minimaal-verlies. Directe patchverbindingen tussen aangrenzende poorten-letterlijk de kortst mogelijke spanwijdte blijven doorgaans binnen de perken.
Single-modus is waar de problemen leven. DFB-lasers duwen +5dBm in glasvezel, ontworpen voor transmissie over 100 km. Implementeer die optiek over een campusruggengraat van 400 meter en de ontvanger maakt geen schijn van kans.
Het vermelden waard omdat ik heb gezien dat mensen verzwakkers in multimode-koppelingen installeerden "voor de zekerheid" en vervolgens dagenlang bezig waren met het oplossen van het onvoldoende vermogen dat ze creëerden. Niet doen.
De kloof-Verliesprobleem waar niemand me voor heeft gewaarschuwd
Luchtspleetdempers zijn goedkoop. Ze werken. Ze veroorzaken ook problemen waarvoor hun prijskaartje van $ 8 niet adverteert.
De fysica is eenvoudig: scheid twee vezeleindvlakken over een gecontroleerde afstand, laat de bundel divergeren en vang slechts een deel op in de ontvangende vezel. Eenvoudige demping bereikt door geometrische spreiding
Deze lucht{0}}glasinterfaces produceren ook Fresnel-reflecties. Misschien stuitert 4% op elk oppervlak terug naar de bron. In een gap-verliesverzwakker heb je twee van zulke interfaces. Dat is een potentieel rendement van 8% als je pech hebt met hoe alles op één lijn ligt.
Bij een CATV-headend met analoge video manifesteren terug-reflecties zich als zichtbare nevenbeelden. Voor een DFB-laser destabiliseren ze de holte en produceren ze mode-hopping. Voor een EDFA kan voldoende gereflecteerd vermogen parasitaire laserwerking veroorzaken, waardoor de versterker onbruikbaar wordt.
Ik heb het grootste deel van de zaterdag besteed aan het oplossen van willekeurige BER-pieken op een metro-DWDM-ring. Iemand had een gap-loss-demper op een patchpaneel geïnstalleerd zonder de retourverliesspecificaties te controleren. De verzwakker mat een retourverlies van 15 dB, wat goed klinkt totdat je beseft dat 3% van het signaal terugkaatst in een laser die echt de voorkeur geeft aan stabiliteit. Ik heb hem vervangen door een gedoteerde-vezelverzwakker met een retourverlies van 55 dB. Probleem verdwenen.
Voor alles met coherente modulatie of hoge symboolsnelheden-100G en hoger, heb je minimaal 45 dB retourverlies nodig. Bij voorkeur 55dB of beter. Dit is belangrijker dan het verkrijgen van de exacte verzwakkingswaarde.
Vast versus variabel: de economie werkt niet zoals u denkt
Vaste verzwakkers kosten $ 5-20. Variabele verzwakkers beginnen rond de $ 40 voor handmatige typen en escaleren van daaruit. Het instinct ligt voor de hand: bereken de vereiste demping, koop een vaste eenheid die overeenkomt met die waarde, bespaar geld.
Alleen heb je het verkeerd berekend. Of de specificaties van de transceiver waren optimistisch. Of iemand heeft glasvezel omgeleid tijdens een onderhoudsperiode en de documentatie is nooit bijgewerkt. Of het patchpaneel draagt andere verliezen bij dan werd aangenomen.
Vervolgens kijk ik hoe technici vaste verzwakkers in cascade plaatsen-waarbij ze 5 dB en 3 dB op elkaar stapelen, in een poging te benaderen wat de verbinding werkelijk nodig heeft. Meerdere lucht-apparaten die het hierboven beschreven retourverliesprobleem verergeren. Twee goedkope componenten die slechter presteren dan één echte variabele eenheid zou hebben gedaan.
Voor inbedrijfstelling en testen verdienen variabele verzwakkers hun kosten. Kies precies wat de link nodig heeft, controleer de prestaties over het hele werkingsbereik en vervang desgewenst vervolgens door een vaste eenheid die overeenkomt met die gemeten waarde. Voor productie-installaties waar het energiebudget goed-gekarakteriseerd en stabiel is, werken vaste verzwakkers prima. Geef voor al het andere de extra dertig dollar uit.
Wat MEMS feitelijk heeft veranderd
Traditionele variabele verzwakkers waren gebaseerd op mechanische beweging-roterende filters met neutrale dichtheid, instelbare luchtspleten en blokkerende elementen die door het straalpad verschoven. Ze werkten. Ze dreven ook in de loop van de tijd af, raakten versleten, vereisten periodieke herkalibratie en reageerden traag op stuurinputs.
MEMS variabele optische verzwakkers vervingen het grootste deel van die complexiteit door een elektrostatisch aangedreven microspiegel. Reactietijd van minder dan- milliseconden. Geen mechanische slijtageoppervlakken. Verwaarloosbare polarisatieafhankelijkheid. De technologie werd snel volwassen tijdens de DWDM-uitbreiding aan het eind van de jaren negentig, toen leveranciers van apparatuur energiebeheer per kanaal nodig hadden in versterkerketens.
De toepassing binnen een EDFA is geen ontvangerbescherming. Het is gain-tiltcompensatie. Het Erbium-versterkingsspectrum is niet vlak over de C-band--kanalen bij 1530 nm komen uiteraard sterker naar voren dan kanalen bij 1560 nm. Zonder correctie accumuleren kanalen SNR-verschillen terwijl ze meerdere versterkertrappen doorlopen. Veertig of tachtig MEMS VOA's, één per golflengte, voortdurend aangepast naarmate de kanaalbelasting verandert.
Het alternatief was vaste versterking-afvlakkende filters-passieve apparaten met verzwakkingsprofielen die overeenkomen met het omgekeerde van de verwachte versterkingsvorm. Werkt prachtig wanneer het laden van kanalen statisch is. Wanneer klanten dynamisch golflengten toevoegen of laten vallen, ontstaan er vormveranderingen en kunnen vaste filters dit niet compenseren.
MEMS VOA's maakten herconfigureerbare optische netwerken commercieel levensvatbaar. Dat is geen hyperbool. Zonder dynamische vermogensregeling per-kanaal zouden ROADM-architecturen onbeheersbare OSNR-variaties produceren over golflengte-afhankelijke padlengtes. De technologie was essentieel, niet incrementeel.
Vloeibaar kristal: bijna maar niet helemaal
Variabele verzwakkers met vloeibare kristallen kwamen naar voren als concurrerende technologie. Geen bewegende delen-demping die volledig wordt geregeld door spanning-geïnduceerde dubbele brekingsveranderingen in het LC-materiaal. Snellere respons dan mechanische benaderingen. Geen slijtagemechanismen. Solide-betrouwbaarheid.
Ze hebben MEMS in de reguliere telecom nooit verdrongen.
Temperatuurgevoeligheid heeft de levensvatbaarheid van de veldinzet gedood. De eigenschappen van LC-materiaal veranderen met de temperatuur, waardoor compensatiecircuits en frequente herkalibratie nodig zijn in omgevingen zonder klimaatbeheersing. Een datacenter met 22 graden is beheersbaar. Een buitenplantenkast die winters van -30 graden en zomers van +45 graden ervaart, is dat niet.
Het insertieverlies was ook hoger. Een halve dB hier, 0,7 dB daar. Accumuleert in systemen waar elke tiende van een dB de OSNR-marges beïnvloedt.
LC-verzwakkers vonden laboratoriumniches. Gespecialiseerde instrumentatietoepassingen waarbij de temperatuur wordt gecontroleerd en het hogere verlies acceptabel is. Maar de reguliere markt werd MEMS en bleef daar.
Plaatsing doet er echt toe
Verzwakkers horen aan de ontvangerzijde. Niet bij de zender. Niet willekeurig ergens in het midden.
Dit is geen willekeurige voorkeur. Plaatsing aan de zijkant van de ontvanger- heeft twee doelen die verder gaan dan het voor de hand liggende voorkomen van verzadiging: reflecties van de eigen interfaces van de verzwakker worden gedempt op hun retourpad naar de bron, en vermogensmeting bij de ontvanger blijft eenvoudig-meten vóór de verzwakker, meten erna, klaar.
Installeer de verzwakker aan de zenderkant en je hebt niets bereikt op het gebied van retourverliesbeheer. Elke connector en splitsing stroomafwaarts draagt bij aan reflecties die zich met volledige amplitude terug naar de bron voortplanten. De verzwakker blokkeert de voorwaartse kracht, maar doet niets tegen achterwaarts-reizend licht dat nooit is verzwakt.
Ik ben installaties tegengekomen waarbij iemand verzwakkers onmiddellijk na de zender plaatste "om de vezel te beschermen" tegen overmatig vermogen. Glasvezel heeft geen bescherming nodig vanaf een paar milliwatt. Ontvangers hebben bescherming nodig. De plaatsing had optisch geen zin, maar bleef bestaan tijdens meerdere onderhoudscycli omdat iemand het documenteerde en niemand de documentatie in twijfel trok.
Toleranties en kalibratie
Op de verpakking staat 10dB. De werkelijke verzwakking kan 9,6 dB, 10,5 dB of 11,1 dB bedragen, afhankelijk van de golflengte, de temperatuur en de kwaliteitscontrole van de productie.
Voor de meeste installaties is deze tolerantieband niet relevant. U hebt ongeveer 10 dB demping nodig om het ontvangervermogen binnen een acceptabel bereik te brengen. Of u nu 9,5 dB of 10,5 dB bereikt, heeft geen invloed op de werking van de verbinding.
Voor precisietoepassingen-karakterisering van de gevoeligheid van de ontvanger, OSNR-metingen en kwalificatie van de versterker-is de nauwkeurigheid van groot belang. Programmeerbare verzwakkers van laboratorium-kwaliteit van leveranciers van testapparatuur omvatten duizenden kalibratiepunten die de werkelijke verzwakking in kaart brengen voor instellingen over meerdere golflengten en vermogensniveaus. De instrumenten kosten dienovereenkomstig. Ik heb een apparaat van $ 12.000 gebruikt dat een nauwkeurigheid van ±0,05 dB specificeerde over de C--band met een resolutie van 0,01 dB. Noodzakelijk als je meet of de gevoeligheid van de ontvanger -27,8dBm versus -28,1dBm is. Absurde overkill voor het energiebeheer van de productielink.
Stem het instrument af op de toepassing.
De doornwikkelhack
Het wikkelen van vezels rond een pen of doorn om buigverzwakking te veroorzaken, wordt in probleemoplossingsgidsen weergegeven als een tijdelijke veldtechniek wanneer de juiste verzwakkers niet beschikbaar zijn.
Het werkt, soort van. Door buig-geïnduceerd verlies is echte natuurkunde. Een kleine straal dwingt licht in de bekleding, waardoor het overgedragen vermogen wordt verminderd.
Doe dit eigenlijk niet.
De demping is onvoorspelbaar-afhankelijk van de buigradius, het aantal windingen, het vezeltype, de golflengte en waarschijnlijk de luchtvochtigheid die dag. Het is onstabiel.-vezels ontspannen, verzwakking verschuift. Het is potentieel destructief.-Herhaalde stressvermoeidheid kan het glas doen breken. Het introduceert moduskoppelingseffecten in multimode glasvezel die de lanceeromstandigheden verstoren op een manier die de meetnauwkeurigheid beïnvloedt.
Als iemand vezels om een potlood wikkelt om een verbinding te laten werken, is dat een signaal om te stoppen en de juiste apparatuur te kopen. Het is wanhoop die wordt aangezien voor techniek.
Waar dit naartoe gaat bij 400G en verder
Hogere symboolsnelheden verhogen de gevoeligheid voor retourverlies. Faseruis van terug-gereflecteerd vermogen is belangrijker bij 64-QAM dan bij eenvoudige aan-uit-sleuteling. Specificaties voor retourverlies van verzwakkers die acceptabel zijn voor 10G worden problematisch bij 400G.
Coherente DSP-ontvangers hebben een groter dynamisch bereik dan ontvangers met directe-detectie, waardoor sommige zorgen over verzadiging worden verminderd. De optische signaalverwerking die coherente detectie mogelijk maakt, biedt meer tolerantie voor vermogensvariatie. Dit elimineert de verzwakkervereisten niet-het verschuift het toepassingsprofiel.
Interessanter is dat de integratie van siliciumfotonica ervoor zorgt dat VOA-functionaliteit op-chips in transceiverontwerpen wordt geplaatst. Moderne 400G ZR+ modules bevatten geïntegreerde variabele verzwakkers en afstembaar zendvermogen. Sommige zendontvangers worden nu geleverd met ingebouwde mini-EDFA's voor een verhoging van het uitgangsvermogen tot +3dBm of hoger. Als de zendontvanger zelf het lanceervermogen aanpast om aan de verbindingsvereisten te voldoen, wordt externe verzwakking voor bepaalde inzetscenario's niet nodig.
Die integratie zal de markt voor externe verzwakkers niet doden. Oudere apparatuur mist geïntegreerde stroomregeling. Testtoepassingen vereisen gekalibreerde externe demping. Retrofit-installaties hebben oplossingen nodig waarbij geen vervanging van de transceiver nodig is. Maar het marktevenwicht verschuift naarmate de intelligentie van de zendontvangers toeneemt.
Eerlijke beoordeling
Verzwakkers zijn geen ingewikkelde apparaten. Ze verminderen het optische vermogen. Natuurkunde is eenvoudig. Implementatieopties zijn volwassen en goed-begrepen.
Complicaties komen voort uit de implementatiecontext: het selecteren van verzwakkingswaarden zonder adequate vermogensmetingen, het kiezen van technologieën die niet passen bij de applicatievereisten, het plaatsen van apparaten in posities die geen daadwerkelijke problemen oplossen, het accepteren van specificaties voor retourverlies die nieuwe problemen creëren en tegelijkertijd oude problemen oplossen.
Elke verzwakkerinstallatie is in wezen een erkenning dat iets anders in het linkontwerp niet overeenkwam met de operationele realiteit. Ontvanger is te gevoelig voor zendvermogen. De spanwijdte is te kort voor optische specificatie. Het laden van kanalen verschilt van de oorspronkelijke aannames. Inkoop kocht wat het goedkoopst was.
Verzwakkers verhelpen deze mismatches. Ze doen dit betrouwbaar, goedkoop en effectief als ze op de juiste manier worden geselecteerd en gepositioneerd. Het zijn geen elegante oplossingen. Het zijn pragmatische mensen.
In productienetwerken verslaan pragmatische oplossingen die werken de elegante oplossingen die dat niet doen.
