Optilise mooduli tutvustus

Optilise side kiire arenguga on paljud meie töö ja elu stseenid mõistnud "valguse edenemist ja vase taandumist". Teisisõnu, metall-meedia side, mida esindavad koaksiaalkaablid ja võrgukaablid, asendatakse järk-järgult kiudoptilise meediaga.
Optiline moodul on kiudoptilise sidesüsteemi üks põhikomponente.

Optilise mooduli koostise struktuur

Optiline moodul, ingliskeelne nimi on Optical Module. Optiline tähendab "nägemine, nägemine, optika".

Täpsustuseks võib öelda, et optiline moodul on üldmõiste erinevatele moodulikategooriatele, sealhulgas: optiline vastuvõtumoodul, optiline edastusmoodul, optilise transiiveri integreeritud moodul ja optiline edastamismoodul jne.

Optiline moodul: saatja,Vastuvõtja,Transiiver,Transpomder

See, mida me tänapäeval tavaliselt optilisteks mooduliteks nimetame, viitab üldiselt integreeritud optilistele transiivermoodulitele (sama kehtib ka allpool).

Optilised moodulid töötavad füüsilisel kihil, mis on OSI mudeli madalaim kiht. Selle funktsioon on väga lihtne, st saavutada fotoelektriline muundamine. Muutke optilised signaalid elektrilisteks signaalideks ja elektrilised signaalid optilisteks signaalideks.

Kuigi see tundub lihtne, ei ole rakendusprotsessi tehniline sisu madal.

Optiline moodul koosneb tavaliselt optilisest edastusseadmest (TOSA, sealhulgas laser), optilisest vastuvõtuseadmest (ROSA, sealhulgas fotodetektor), funktsionaalsetest ahelatest ja optilistest (elektrilistest) liidestest.

Edastamise otsas töötleb draiveri kiip algset elektrisignaali ja juhib seejärel pooljuhtlaserit (LD) või valgusdioodi (LED), et väljastada moduleeritud optiline signaal.

Vastuvõtuotsas, pärast optilise signaali sisenemist, muundatakse see valgustuvastusdioodi abil elektriliseks signaaliks ja elektriline signaal väljastatakse pärast eelvõimendi läbimist.

Optiliste moodulite pakendamine

Algajate jaoks on optiliste moodulite juures kõige masendavam selle äärmiselt keeruline paketinimi ja silmipimestavad parameetrid.

Pakendeid võib mõista lihtsalt stiilistandardina. See on kõige olulisem viis optiliste moodulite eristamiseks.

Põhjus, miks optiliste moodulite jaoks on nii palju erinevaid pakendamisstandardeid, tuleneb peamiselt kiudoptilise sidetehnoloogia liiga kiirest arengukiirusest.

Optiliste moodulite kiirus kasvab jätkuvalt ja nende suurus kahaneb, nii et iga paari aasta tagant antakse välja uued pakendistandardid. Vanade ja uute pakendistandardite vahel on sageli raske ühilduda.

Lisaks on optiliste moodulite kasutusstsenaariumid mitmekesised, mis on ka pakendistandardite tõusu põhjuseks. Erinevat tüüpi optilistele kiududele ja optilistele moodulitele vastavad erinevad edastuskaugused, ribalaiuse nõuded ja kasutuskohad.

Enne pakendamise ja klassifitseerimise selgitamist tutvustame optilise side standardimiskorraldust. Kuna need paketid on kindlaks määratud standardiorganisatsioonide poolt.

Praegu on maailmas mitu optilist sidet standardiseerivat organisatsiooni, näiteks tuttav IEEE (Elektri- ja elektroonikainseneride Instituut), ITU-T (Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit), MSA (Mitme allikaga leping) ja OIF (Optical Interconnection) . Foorum), CCSA (China Communications Standards Association) jne.

Tööstuses enimkasutatud on IEEE ja MSA.

Te ei pruugi MSA-ga tuttav olla. Selle ingliskeelne nimi on Multi Source Agreement. See on mitme müüja spetsifikatsioon. Võrreldes IEEE-ga peetakse seda privaatseks ja mitteametlikuks organisatsiooniliseks vormiks. Seda võib mõista tööstusharu ettevõtete liiduna.

Esiteks ignoreerime neid standardeid, mis on liiga vanad või haruldased, ning keskendume levinud pakettidele.

GBIC

GBIC tähistab Giga Bitrate Interface Converter.

Enne 2000. aastat oli GBIC kõige populaarsem optilise mooduli pakett ja kõige laialdasemalt kasutatav Gigabiti moodulivorm.

SFP

Kuna GBIC on suhteliselt suur, ilmus hiljem SFP ja hakkas GBIC-i asendama.

SFP, täisnimi on Small Form-factor Pluggable, mis on väike kuumvahetusetav optiline moodul. Selle väiksus on võrreldes GBIC-paketiga.

SFP maht on GBIC mooduliga võrreldes poole võrra väiksem ja samal paneelil saab seadistada rohkem kui kahekordselt rohkem porte. Funktsionaalsuse osas pole neil kahel suurt vahet ja mõlemad toetavad kuumvahetust. SFP toetab maksimaalset ribalaiust 4Gbps.

XFP

XFP on 10-gigabitine väikese vormiga ühendatav. Saate kohe aru, et tegemist on 10-gigabitise SFP-ga.
XFP kasutab täiskiirusega ühe kanaliga jadamoodulit, mis on ühendatud XFI-ga (10 Gb jadaliides) ja võib asendada Xenpaki ja selle derivaate.

SFP+

SFP+, see on 10G optiline moodul nagu XFP.
SFP+ suurus on sama, mis SFP-l ja see on kompaktsem kui XFP (umbes 30% väiksem) ja tarbib vähem energiat (vähendab mõningaid signaali juhtimise funktsioone).

SFP28

25Gbps kiirusega SFP tulenes peamiselt sellest, et 40G ja 100G optilised moodulid olid tol ajal liiga kallid, mistõttu tegime sellise kompromissilise üleminekuplaani.

QSFP/QSFP+/QSFP28/QSFP28-DD

Quad Small Form Factor Ühendatav nelja kanaliga SFP liides. Sellele disainile on rakendatud palju XFP küpseid võtmetehnoloogiaid.
Kiiruse järgi saab QSFP jagada 4×10G QSFP+, 4×25G QSFP28, 8×25G QSFP28-DD optilisteks mooduliteks jne.
Võtke näiteks QSFP28, see sobib 4x25GE juurdepääsuportide jaoks. QSFP28 abil saate 25G-lt 100G-le otse uuendada, ilma 40G-ni läbimata, mis lihtsustab oluliselt juhtmestiku ühendamist ja vähendab kulusid.

QSFP-DD asutati märtsis 2016. DD viitab "topelttihedusele". QSFP 4 kanalit suurendatakse ühe kanalite rea võrra ja neist saab 8 kanalit.
See ühildub QSFP lahendusega. Algset QSFP28 moodulit saab endiselt kasutada, ühendage lihtsalt mõni muu moodul. QSFP-DD elektriliste kuldsõrmede arv on kaks korda suurem kui QSFP28.

Iga QSFP-DD kanal kasutab 25 Gbps NRZ või 50 Gbps PAM4 signaalivormingut. Kasutades PAM4, toetab see kiirust kuni 400 Gbps.
NRZ ja PAM4 PAM4 (4 impulsi amplituudi modulatsioon) on "kahekordistav" tehnoloogia.

Optiliste moodulite puhul, kui soovite kiirust suurendada, peate kas suurendama kanalite arvu või suurendama üksiku kanali kiirust.

Traditsioonilised digitaalsignaalid kasutavad enamasti NRZ-signaale (nulli tagasipöördumine), st kõrgeid ja madalaid signaalitasemeid kasutatakse edastatava digitaalse loogikasignaali ja iga signaali 1 ja 0 teabe esitamiseks. sümboliperioodi saab edastada 1 biti loogilist teavet.

PAM-signaal kasutab signaali edastamiseks 4 erinevat signaalitaset ja iga sümboliperiood võib esindada 2 bitti loogilist teavet (0, 1, 2, 3). Sama kanali füüsilise ribalaiusega edastab PAM4 kaks korda rohkem teavet, mis on samaväärne NRZ signaaliga, kahekordistades sellega kiirust.

ÜKP/CFP2/CFP4/CFP8

Centum Gigabits Form Ühendatav, tiheda lainepikkusjaotusega optiline sidemoodul. Edastuskiirus võib ulatuda 100-400Gbps-ni.

CFP on loodud SFP liidese baasil, mis on suurema suurusega ja toetab 100Gbps andmeedastust. CFP võib toetada ühte 100G signaali, ühte või mitut 40G signaali.

Erinevus CFP, CFP2 ja CFP4 vahel seisneb mahus. CFP2 maht on pool CFP mahust ja CFP4 neljandik CFP mahust.

CFP8 on spetsiaalselt 400G jaoks mõeldud pakendivorm ja selle suurus on samaväärne CFP2-ga. Toetab 25 Gbps ja 50 Gbps kanalikiirusi ning saavutab 400 Gbps mooduli kiiruse 16x25G või 8x50 elektriliideste kaudu.

OSFP

OSFP, Octal Small Form Factor Pluggable, "O" tähendab "oktaali", võeti ametlikult turule 2016. aasta novembris.

See on loodud kasutama 8 elektrikanalit, et saavutada 400GbE (8*56GbE, kuid 56GbE signaali moodustab 25G DML laser PAM4 modulatsiooni all), mille suurus on veidi suurem kui QSFP-DD, suurema võimsusega optiline mootor ja transiiver Soojuse hajutamise jõudlus on veidi parem.

Ülaltoodud on mõned levinumad optiliste moodulite pakendamise standardid.

400G optiline moodul

Selles artiklis mainitakse kolme tüüpi optilisi mooduleid, mis toetavad kiirust 400 Gbps, nimelt QSFP-DD, CFP8 ja OSFP.
400G on praegu optilise side tööstuse peamine konkurentsisuund. Nüüd on 400G ka suuremahulise kommertskasutuse algstaadiumis.

Nagu me kõik teame, on seoses 5G võrgu ehitamise laiaulatusliku käivitamisega koos pilvandmetöötluse kiire arengu ja suuremahuliste andmekeskuste pakettehitusega IKT-tööstuse nõudlus 400G järele muutunud üha pakilisemaks.
Varased 400G optilised moodulid kasutasid 16-kanaliga 25 Gbps NRZ-rakendust ja olid pakitud CDFP-sse või CFP8-sse.

Selle rakenduse eeliseks on see, et see saab laenata küpset 25G NRZ-tehnoloogiat 100G optilistel moodulitel. Kuid puuduseks on see, et paralleelseks edastamiseks on vaja 16 signaalikanalit ning voolutarve ja helitugevus on suhteliselt suured, mis ei sobi andmekeskuse rakenduste jaoks.
Hiljem hakati NRZ asendamiseks kasutama PAM4.

Optilise pordi poolel kasutatakse 400G signaali edastamiseks 8 kanalit 53Gbps PAM4 või 4 kanalit 106Gbps PAM4, elektrilise pordi poolel aga 8 kanalit 53Gbps PAM4 elektrisignaale ning OSFP või QSFP pakettvormi. -DD ​​on vastu võetud.

Võrdluseks, QSFP-DD paketi suurus on väiksem (sarnaselt traditsioonilise 100G optilise mooduli QSFP28 paketiga), mis sobib paremini andmekeskuse rakendustele. OSFP paketi suurus on veidi suurem, kuna see võib pakkuda rohkem energiat, seega sobib see paremini telekommunikatsioonirakenduste jaoks.

Praegused 400G optilised transiiverid, olenemata sellest, millises pakendis need on, on väga kallid ja kasutaja ootustest on veel suur vahe. Seetõttu ei ole veel võimalik kõikehõlmavat populariseerimist kiiresti läbi viia.

Mainimist väärib veel ränipõhine valgus, mida sageli nimetatakse ränivalguseks.

Ränifotoontehnoloogial peetakse 400G ajastul laialdasi rakendusvõimalusi ja konkurentsivõimet ning see tõmbab praegu paljude ettevõtete ja teadusasutuste tähelepanu.

Optiliste moodulite põhimõisted

Paketi põhjal koos mõne parameetriga tuleb optilisele moodulile nimi.
Lisaks kaugusele ja kanalite arvule on olemas ka keskmine lainepikkus.

Valguse lainepikkus määrab otseselt selle füüsikalised omadused. Praegu on valguskiududes kasutatava valguse keskne lainepikkus 850 nm, 1310 nm ja 1550 nm (nm on nanomeeter). Nende hulgas kasutatakse 850 nm peamiselt multirežiimi jaoks ning 1310 nm ja 1550 nm peamiselt ühe režiimi jaoks.

Muide, CWDM ja DWDM . WDM tähistab lainepikkusjaotusega multipleksimist. Lihtsamalt öeldes on see erinevate lainepikkustega optiliste signaalide multipleksimine samasse optiliseks kiuduks edastamiseks. Lainepikkusjaotusega multipleksimine ja sagedusjaotusega multipleksimine Tegelikult on lainepikkusjaotusega multipleksimine omamoodi sagedusjaotusega multipleksimine. Lainepikkus × sagedus=valguse kiirus (fikseeritud väärtus), seega on lainepikkusega jagamine tegelikult sagedusega jagamine. Optilises sides on inimesed harjunud nimetama lainepikkuse järgi.
DWDM on tihe WDM, tihe WDM. CWDM on hõre WDM, jäme WDM. Nimest peaksite aru saama, et D-WDM-i lainepikkuse intervall on väiksem. WDM-i eeliseks on see, et sellel on suur võimsus ja seda saab edastada pikkade vahemaade taha.

Muide, BiDi, seda mõistet mainitakse praegu ka sageli. BiDi (BiDirectional) on ühe kiu kahesuunaline, üks optiline kiud, kahesuunaline saatmine ja vastuvõtmine. Tööpõhimõte on näidatud alloleval joonisel. Tegelikult lisatakse filter. Saatmise ja vastuvõtmise lainepikkused on erinevad, seega on võimalik saavutada samaaegne saatmine ja vastuvõtmine.

Optiliste moodulite põhinäitajad
Optiliste moodulite põhinäitajad hõlmavad peamiselt järgmist:

Väljund optiline võimsus

Väljundoptiline võimsus viitab valgusallika optilisele väljundvõimsusele optilise mooduli edastavas otsas. Seda võib mõista valguse intensiivsusena W või mW või dBm. Kus W või mW on lineaarne ühik ja dBm on logaritmiline ühik. Kommunikatsioonis kasutame optilise võimsuse tähistamiseks tavaliselt dBm.

Optiline võimsus nõrgeneb poole võrra ja väheneb 3 dB võrra. Optiline võimsus 0dBm vastab 1 mW-le.

Maksimaalne vastuvõtutundlikkus

Vastuvõtutundlikkus viitab optilise mooduli minimaalsele vastuvõetud optilisele võimsusele teatud kiiruse ja bitivea määra juures, ühik: dBm .

Üldiselt võib öelda, et mida kõrgem on kiirus, seda halvem on vastuvõtutundlikkus, st seda suurem on minimaalne vastuvõetud optiline võimsus ja seda kõrgemad on nõuded optilise mooduli vastuvõtvatele lõppseadmetele.

Väljasuremissuhe

Ekstinktsioonisuhe on üks olulisi parameetreid, mida kasutatakse optiliste moodulite kvaliteedi mõõtmiseks.

See viitab signaali keskmise optilise võimsuse ja nullsignaali keskmise optilise võimsuse suhte minimaalsele väärtusele täismodulatsiooni tingimustes, mis näitab võimet eristada signaale 0 ja 1. Optilise mooduli väljasuremissuhet mõjutavad kaks tegurit: eelpingevool (nihkevool) ja modulatsioonivool (Mod). Vaatame seda kui ER=Bias/Mod.

Ekstinktsioonisuhte väärtus ei seisne selles, et mida suurem on optiline moodul, seda parem see on, vaid see, et optiline moodul, mille ekstinktsioonisuhe vastab standardile 802.3, on parem.

Lhele küllastus

Tuntud ka kui küllastunud optiline võimsus, viitab maksimaalsele optilisele sisendvõimsusele teatud bitiveamäära (10-10 ~ 10-12) säilitamisel teatud edastuskiirusel, ühik: dBm.

Tuleb märkida, et fotodetektor kogeb tugeva valgusega kokkupuutel fotovoolu küllastumist. Selle nähtuse ilmnemisel vajab detektor teatud aja taastumiseks. Sel ajal vastuvõtu tundlikkus väheneb ja vastuvõetud signaali võidakse valesti hinnata. See põhjustab bitivigu ja ka vastuvõtuotsa detektorit on väga lihtne kahjustada. Töötamise ajal peaksite püüdma vältida selle küllastunud optilise võimsuse ületamist.