Optik modulga kirish

Optik aloqalarning jadal rivojlanishi bilan bizning ishimiz va hayotimizdagi ko'plab sahnalar endi "yorug'likning rivojlanishi va misning chekinishini" amalga oshirdi. Boshqacha qilib aytganda, koaksial kabellar va tarmoq kabellari bilan ifodalangan metall media aloqalari asta-sekin optik tolali vositalar bilan almashtiriladi.
Optik modul optik tolali aloqa tizimining asosiy komponentlaridan biridir.

Optik modulning tarkibiy tuzilishi

Optik modul, inglizcha nomi Optical Module . Optika "ko'rish, ko'rish, optika" degan ma'noni anglatadi.

Aniqroq qilib aytadigan bo'lsak, optik modul turli modul toifalari uchun umumiy atamadir, jumladan: optik qabul qiluvchi modul, optik uzatish moduli, optik qabul qiluvchi modul va optik uzatish moduli va boshqalar.

Optik modul: Transmitter,Qabul qiluvchi,Transceiver,Transpomder

Biz odatda optik modullar deb ataydigan narsa odatda o'rnatilgan optik qabul qiluvchi modullarga tegishli (quyida ham xuddi shunday).

Optik modullar jismoniy qatlamda ishlaydi, bu OSI modelidagi eng past qatlamdir. Uning vazifasi juda oddiy, ya'ni erishish uchun fotoelektrik konvertatsiya . Optik signallarni elektr signallariga va elektr signallarini optik signallarga aylantiring.

Oddiy ko'rinsa-da, amalga oshirish jarayonining texnik mazmuni past emas.

Optik modul odatda optik uzatuvchi qurilma (TOSA, shu jumladan lazer), optik qabul qiluvchi qurilma (ROSA, shu jumladan fotodetektor), funktsional sxemalar va optik (elektr) interfeyslardan iborat.

Uzatuvchi uchida haydovchi chipi asl elektr signalini qayta ishlaydi va keyin modulyatsiyalangan optik signalni chiqarish uchun yarimo'tkazgich lazerini (LD) yoki yorug'lik chiqaradigan diyotni (LED) boshqaradi.

Qabul qiluvchi uchida, optik signal kirgandan so'ng, yorug'likni aniqlash diodi tomonidan elektr signaliga aylanadi va elektr signali oldindan kuchaytirgichdan o'tgandan keyin chiqariladi.

Optik modullarni qadoqlash

Yangi boshlanuvchilar uchun optik modullar haqida eng asabiylashuvchi narsa uning o'ta murakkab paket nomi va ko'zni qamashtiruvchi parametrlaridir.

Qadoqlash oddiygina uslub standarti sifatida tushunilishi mumkin. Bu optik modullarni farqlashning eng muhim usuli.

Optik modullar uchun juda ko'p turli xil qadoqlash standartlari mavjudligining sababi, asosan, optik tolali aloqa texnologiyasining rivojlanish tezligi juda tezdir.

Optik modullarning tezligi o'sishda davom etmoqda va ularning hajmi qisqarishda davom etmoqda, shuning uchun har bir necha yilda yangi qadoqlash standartlari chiqariladi. Eski va yangi qadoqlash standartlari o'rtasida mos bo'lish ko'pincha qiyin.

Bundan tashqari, optik modullarni qo'llash stsenariylari xilma-xildir, bu ham qadoqlash standartlarini oshirish uchun sababdir. Turli xil uzatish masofalari, tarmoqli kengligi talablari va foydalanish joylari har xil turdagi optik tolalar va optik modullarga mos keladi.

Qadoqlash va tasnifni tushuntirishdan oldin, keling, optik aloqani standartlashtirishni tashkil qilish bilan tanishamiz. Chunki bu paketlar standartlashtirish tashkilotlari tomonidan belgilanadi.

Hozirgi vaqtda dunyo bo'ylab optik aloqalarni standartlashtirgan bir nechta tashkilotlar mavjud, masalan, taniqli IEEE (Elektrotexnika va elektronika muhandislari instituti), ITU-T (Xalqaro elektr aloqa ittifoqi), MSA (Ko'p manbali kelishuv) va OIF (Optik aloqa) . Forum), CCSA (Xitoy Aloqa Standartlari Assotsiatsiyasi) va boshqalar.

Sanoatda eng ko'p qo'llaniladigan IEEE va MSA.

Siz MSA bilan tanish bo'lmasligingiz mumkin. Uning inglizcha nomi Multi Source Agreement. Bu ko'p sotuvchining spetsifikatsiyasi. IEEE bilan solishtirganda, u xususiy va norasmiy tashkiliy shakl sifatida qaraladi. Buni sanoat doirasidagi korxonalar ittifoqi deb tushunish mumkin.

Birinchidan, biz juda eski yoki kam uchraydigan standartlarga e'tibor bermaymiz va umumiy paketlarga e'tibor qaratamiz.

GBIC

GBIC Giga Bitrate Interface Converter degan ma'noni anglatadi.

2000 yilgacha GBIC eng mashhur optik modul to'plami va eng ko'p ishlatiladigan Gigabit modul shakli edi.

SFP

GBIC nisbatan katta bo'lgani uchun SFP keyinchalik paydo bo'ldi va GBIC o'rnini bosa boshladi.

SFP, to'liq nomi - Small Form-factor Pluggable, ya'ni issiq almashtiriladigan kichik optik modul. Uning kichik hajmi GBIC paketiga nisbatan.

GBIC moduliga nisbatan SFP hajmi ikki baravar kamayadi va bir xil panelda portlar soni ikki baravar ko'p sozlanishi mumkin. Funktsionallik nuqtai nazaridan, ikkalasi o'rtasida unchalik katta farq yo'q va ikkalasi ham issiq almashtirishni qo'llab-quvvatlaydi. SFP maksimal 4Gbps tarmoqli kengligini qo'llab-quvvatlaydi.

XFP

XFP 10-Gigabit kichik format-faktorli ulanadigan qurilmadir. Bir qarashda bu 10-Gigabit SFP ekanligini tushunishingiz mumkin.
XFP XFI (10 Gb ketma-ket interfeys) orqali ulangan to'liq tezlikda ishlaydigan bitta kanalli ketma-ket moduldan foydalanadi va Xenpak va uning hosilalari o'rnini bosishi mumkin.

SFP+

SFP+, bu XFP kabi 10G optik modul.
SFP+ ning oʻlchami SFP bilan bir xil va u XFPga qaraganda ixchamroq (taxminan 30% kichikroq) va kamroq quvvat sarflaydi (baʼzi signallarni boshqarish funksiyalarini kamaytiradi).

SFP28

25Gbps tezlikka ega SFP, asosan, 40G va 100G optik modullari o'sha paytda juda qimmat bo'lganligi sababli edi, shuning uchun biz bunday murosaga o'tish rejasini tuzdik.

QSFP/QSFP+/QSFP28/QSFP28-DD

Quad Small Form-factor Pluggable, to'rt kanalli SFP interfeysi. Ushbu dizaynga XFPdagi ko'plab etuk asosiy texnologiyalar qo'llanilgan.
Tezlikka ko'ra, QSFP 4×10G QSFP+, 4×25G QSFP28, 8×25G QSFP28-DD optik modullariga va boshqalarga bo'linishi mumkin.
Misol sifatida QSFP28 ni oling, u 4x25GE kirish portlari uchun javob beradi. QSFP28-dan foydalanib, siz 40G-dan o'tmasdan to'g'ridan-to'g'ri 25G dan 100 G gacha yangilashingiz mumkin, bu esa simlarni ulash qiyinligini sezilarli darajada soddalashtiradi va xarajatlarni kamaytiradi.

QSFP-DD 2016-yilning mart oyida tashkil etilgan. DD “Ikki zichlik”ga ishora qiladi. QSFP ning 4 ta kanali bir qator kanalga ko'paytirilib, 8 ta kanalga aylanadi.
QSFP yechimi bilan mos keladi. Asl QSFP28 modulidan hali ham foydalanish mumkin, shunchaki boshqa modulni ulang. QSFP-DD ning elektr oltin barmoqlari soni QSFP28 dan ikki baravar ko'p.

QSFP-DD ning har bir kanali 25Gbps NRZ yoki 50Gbps PAM4 signal formatidan foydalanadi. PAM4 dan foydalanib, u 400 Gbit / s gacha tezlikni qo'llab-quvvatlaydi.
NRZ va PAM4 PAM4 (4 impuls amplitudali modulyatsiya) - bu "ikki barobar" texnologiya.

Optik modullar uchun, agar siz tezlikni oshirmoqchi bo'lsangiz, siz kanallar sonini ko'paytirishingiz yoki bitta kanal tezligini oshirishingiz kerak.

An'anaviy raqamli signallar asosan NRZ (Non-Return-to-Nol) signallaridan foydalanadi, ya'ni yuqori va past signal darajalari uzatiladigan raqamli mantiqiy signalning 1 va 0 ma'lumotlarini va har bir signalni ifodalash uchun ishlatiladi. belgi davri bo'lishi mumkin 1 bit mantiqiy ma'lumotni uzatish.

PAM signali signal uzatish uchun 4 xil signal darajasidan foydalanadi va har bir belgi davri 2 bit mantiqiy axborotni (0, 1, 2, 3) ifodalashi mumkin. Xuddi shu kanalning jismoniy o'tkazish qobiliyati ostida PAM4 NRZ signaliga ekvivalent bo'lgan ma'lumotlarning ikki baravar miqdorini uzatadi va shu bilan tezlikni ikki baravar oshiradi.

CFP/CFP2/CFP4/CFP8

Centum gigabits Form Pluggable, zich to'lqin uzunligi bo'linadigan optik aloqa moduli. Uzatish tezligi 100-400Gbps ga yetishi mumkin.

CFP SFP interfeysi asosida ishlab chiqilgan bo'lib, u kattaroq hajmga ega va 100 Gbit / s ma'lumotlarni uzatishni qo'llab-quvvatlaydi. CFP bitta 100G signalini, bir yoki bir nechta 40G signallarini qo'llab-quvvatlashi mumkin.

CFP, CFP2 va CFP4 o'rtasidagi farq hajmda yotadi. CFP2 hajmi CFPning yarmini, CFP4 esa CFPning to'rtdan bir qismini tashkil qiladi.

CFP8 400G uchun maxsus taklif qilingan qadoqlash shakli bo'lib, uning o'lchami CFP2 ga teng. 25Gbps va 50Gbps kanal tezligini qo'llab-quvvatlaydi va 16x25G yoki 8x50 elektr interfeyslari orqali 400Gbps modul tezligiga erishadi.

OSFP

OSFP, Octal Small Form Factor Pluggable, "O" "oktal" degan ma'noni anglatadi, rasman 2016 yil noyabr oyida ishga tushirilgan.

U 400 GbE (8 * 56 GbE, lekin 56 GbE signali PAM4 modulyatsiyasi ostida 25G DML lazer tomonidan shakllantiriladi), QSFP-DD dan biroz kattaroq hajmga ega, yuqori vattli optik dvigatel va transceiver Issiqlik tarqalishining ishlashi biroz yaxshiroq.

Yuqorida keltirilgan ba'zi umumiy optik modul qadoqlash standartlari.

400G optik modul

Ushbu maqolada 400Gbps ni qo'llab-quvvatlaydigan uch turdagi optik modullar, ya'ni QSFP-DD, CFP8 va OSFP haqida so'z boradi.
400G hozirda optik aloqa sanoatining asosiy raqobatbardosh yo'nalishi hisoblanadi. Endi 400G keng ko'lamli tijorat maqsadlarida foydalanishning dastlabki bosqichida.

Barchamizga ma’lumki, 5G tarmog‘i qurilishining keng miqyosda ishga tushirilishi, bulutli hisoblashning jadal rivojlanishi va yirik ma’lumotlar markazlarining paketli qurilishi tufayli AKT sanoatining 400Gga bo‘lgan talabi tobora dolzarb bo‘lib bormoqda.
Dastlabki 400G optik modullar 16-kanal 25 Gbps NRZ ilovasidan foydalangan va CDFP yoki CFP8 formatida paketlangan edi.

Ushbu dasturning afzalligi shundaki, u 100G optik modullarda etuk 25G NRZ texnologiyasini olishi mumkin. Ammo ahvolga tushib qolgani shundaki, parallel uzatish uchun 16 ta kanal signallari talab qilinadi va quvvat iste'moli va hajmi nisbatan katta, bu ma'lumotlar markazi ilovalari uchun mos kelmaydi.
Keyinchalik NRZ o'rniga PAM4 ishlatila boshlandi.

Optik port tomonida 400G signal uzatishni amalga oshirish uchun 53Gbps PAM4 ning 8 ta kanali yoki 106 Gbps PAM4 ning 4 kanali, elektr port tomonida esa 53 Gbps PAM4 elektr signallarining 8 ta kanali va OSFP yoki QSFP paket shakli ishlatiladi. -DD ​​qabul qilingan.

Taqqoslash uchun, QSFP-DD to'plami hajmi kichikroq (an'anaviy 100G optik modulining QSFP28 paketiga o'xshash), bu ma'lumotlar markazi ilovalari uchun ko'proq mos keladi. OSFP paketi hajmi biroz kattaroq, chunki u ko'proq quvvat sarfini ta'minlashi mumkin, shuning uchun u telekommunikatsiya ilovalari uchun ko'proq mos keladi.

Hozirgi 400G optik uzatgichlar, ular qanday paketda bo'lishidan qat'i nazar, juda qimmat va foydalanuvchi kutganidan hali ham katta bo'shliq mavjud. Shu sababli, har tomonlama ommalashtirishni tezda amalga oshirishning imkoni yo'q.

Yana bir eslatib o'tish kerak bo'lgan narsa - kremniy asosidagi yorug'lik, ko'pincha kremniy nuri sifatida tilga olinadi.

Silikon fotonik texnologiyasi 400G davrida keng qo'llash istiqbollari va raqobatbardoshligiga ega deb hisoblanadi va hozirda ko'plab kompaniyalar va tadqiqot institutlarining e'tiborini tortmoqda.

Optik modullarning asosiy tushunchalari

Paket asosida, ba'zi parametrlar bilan, optik modul uchun nom bo'ladi.
Masofa va kanallar sonidan tashqari, markaziy to'lqin uzunligi ham mavjud.

Yorug'likning to'lqin uzunligi bevosita uning fizik xususiyatlarini aniqlaydi. Hozirgi vaqtda biz optik tolalarda ishlatadigan yorug'lik markaziy to'lqin uzunligi 850 nm, 1310 nm va 1550 nm (nm nanometr) ga ega. Ular orasida 850nm asosan multimod uchun ishlatiladi va 1310nm va 1550nm asosan bitta rejim uchun ishlatiladi.

Aytgancha, CWDM va DWDM . WDM to'lqin uzunligi bo'yicha multiplekslash degan ma'noni anglatadi. Oddiy qilib aytganda, bu uzatish uchun turli xil to'lqin uzunlikdagi optik signallarni bir xil optik tolaga ko'paytirishdir. To'lqin uzunligi bo'yicha multiplekslash va chastota bo'linish multipleksatsiyasi Aslida, to'lqin uzunligi bo'yicha multiplekslash chastota bo'linishining bir turidir. To'lqin uzunligi × chastotasi=yorug'lik tezligi (qat'iy qiymat), shuning uchun to'lqin uzunligiga bo'lish haqiqatda chastotaga bo'linadi. Optik aloqada odamlar to'lqin uzunligi bo'yicha nom berishga odatlangan.
DWDM - zich WDM, zich WDM. CWDM siyrak WDM, qo'pol WDM. Nomidan D-WDM-dagi to'lqin uzunligi oralig'i kichikroq ekanligini tushunishingiz kerak. WDM ning afzalligi shundaki, u katta sig'imga ega va uzoq masofalarga uzatilishi mumkin.

Aytgancha, BiDi, bu tushuncha hozir ham tez-tez tilga olinadi. BiDi (BiDirectional) - bu bitta tolali ikki tomonlama, bitta optik tolali, ikki tomonlama yuborish va qabul qilish. Ish printsipi quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Aslida, filtr qo'shilgan. Yuborish va qabul qilishning to'lqin uzunliklari har xil, shuning uchun bir vaqtning o'zida jo'natish va qabul qilishga erishish mumkin.

Optik modullarning asosiy ko'rsatkichlari
Optik modullarning asosiy ko'rsatkichlari asosan quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Chiqish optik quvvati

Chiqish optik quvvati optik modulning uzatuvchi uchidagi yorug'lik manbasining chiqish optik quvvatiga ishora qiladi. Bu yorug'likning intensivligi, Vt yoki mVt yoki dBm sifatida tushunilishi mumkin. Bu erda W yoki mW chiziqli birlik va dBm - logarifmik birlik. Aloqada biz odatda optik quvvatni ifodalash uchun dBm dan foydalanamiz.

Optik quvvat yarmiga zaiflashadi va 3dB ga kamayadi. 0dBm optik quvvati 1mVt ga to'g'ri keladi.

Maksimal qabul qilish sezuvchanligi

Qabul qilish sezgirligi ma'lum bir tezlik va bit xato tezligi ostida optik modulning minimal qabul qilingan optik quvvatiga ishora qiladi, birlik: dBm .

Umuman olganda, tezlik qanchalik yuqori bo'lsa, qabul qilish sezgirligi shunchalik yomon bo'ladi, ya'ni minimal qabul qilingan optik quvvat qanchalik katta bo'lsa va optik modulning qabul qiluvchi so'nggi qurilmalariga talablar shunchalik yuqori bo'ladi.

Yo'q bo'lib ketish nisbati

Yo'qolib ketish nisbati optik modullarning sifatini o'lchash uchun ishlatiladigan muhim parametrlardan biridir.

U to'liq modulyatsiya sharoitida signalning o'rtacha optik kuchining nol signalning o'rtacha optik kuchiga nisbatining minimal qiymatiga ishora qiladi, bu 0 va 1 signallarni farqlash qobiliyatini ko'rsatadi. Optik modulda yo'q bo'lib ketish nisbatiga ta'sir qiluvchi ikkita omil mavjud: oqim oqimi (bias) va modulyatsiya oqimi (Mod). Keling, buni ER=Bias/Mod deb hisoblaylik.

Yo'qolib ketish nisbati qiymati optik modul qanchalik katta bo'lsa, shuncha yaxshi bo'ladi, balki so'nish darajasi 802.3 standartiga javob beradigan optik modul yaxshiroq bo'ladi.

Lto'yinganlik

To'yingan optik quvvat sifatida ham tanilgan, u ma'lum bir uzatish tezligida ma'lum bir bit xato tezligini (10-10 ~ 10-12) saqlab turganda maksimal kirish optik quvvatiga ishora qiladi, birlik: dBm.

Shuni ta'kidlash kerakki, fotodetektor kuchli yorug'lik ta'sirida fototokning to'yinganligini boshdan kechiradi. Ushbu hodisa sodir bo'lganda, detektorni tiklash uchun ma'lum vaqt kerak bo'ladi. Bu vaqtda qabul qiluvchining sezgirligi pasayadi va qabul qilingan signal noto'g'ri baholanishi mumkin. Bu bit xatolariga olib keladi, shuningdek, qabul qiluvchi so'nggi detektorga zarar etkazish juda oson. Ish paytida siz uning to'yingan optik quvvatidan oshib ketmaslikka harakat qilishingiz kerak.