Kalkulator dyspersji chromatycznej światłowodu

Jak dyspersja chromatyczna ogranicza zasięg światłowodu?

Dyspersja chromatyczna powoduje, że składowe sygnału o różnych długościach fali propagują się z nieco inną prędkością. Nadajnik nie emituje idealnie jednej długości fali, dlatego impuls optyczny rozszerza się podczas przejścia przez włókno. Przy odpowiednio dużym poszerzeniu kolejne impulsy mogą zacząć na siebie nachodzić, co utrudnia poprawne rozróżnianie bitów przez odbiornik.

W tym wzorze D jest współczynnikiem dyspersji chromatycznej w ps/(nm·km), Δλ oznacza szerokość widmową nadajnika w nm, a L - długość włókna w km. Wynik Δt określa poszerzenie impulsu w pikosekundach.

Kalkulator wyznacza również dopuszczalne poszerzenie jako określony procent okresu bitu, a następnie oblicza długość graniczną wynikającą z przyjętego kryterium.

Co oznaczają D, Δλ i okres bitu?

Współczynnik D opisuje, jak silnie dane włókno rozdziela w czasie składowe o różnych długościach fali. Im większa wartość bezwzględna D, tym szybciej narasta poszerzenie impulsu wraz z długością toru.

Szerokość widmowa Δλ jest cechą źródła optycznego. Im szersze widmo nadajnika, tym większy zakres długości fal bierze udział w transmisji i tym większy może być efekt dyspersji chromatycznej.

Okres bitu maleje wraz ze wzrostem przepływności. Dla 1 Gb/s wynosi około 1000 ps, dla 10 Gb/s 100 ps, a dla 25 Gb/s około 40 ps. To dlatego ten sam poziom poszerzenia impulsu staje się bardziej istotny przy szybszej transmisji.

Dlaczego wzrost szybkości transmisji zmniejsza dopuszczalny zasięg?

W kalkulatorze szerokość pojedynczego przedziału bitowego jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości transmisji. Jeżeli pozostałe parametry nie zmieniają się, zwiększenie przepływności zmniejsza czas dostępny na pojedynczy bit, a więc również dopuszczalne poszerzenie impulsu.

Przykładowo 20 ps poszerzenia stanowi tylko 2% okresu bitu przy 1 Gb/s, ale aż 20% przy 10 Gb/s i 50% przy 25 Gb/s. Nie oznacza to, że każda transmisja 25 Gb/s przestaje działać przy takim wyniku - nowoczesne moduły mogą wykorzystywać inne formaty modulacji, FEC lub kompensację - ale pokazuje, dlaczego dyspersja nabiera znaczenia przy szybkich łączach.

Dyspersja to nie tłumienie

Tłumienie i dyspersja ograniczają transmisję na dwa różne sposoby. Tłumienie zmniejsza moc sygnału i jest rozliczane w budżecie optycznym w dB. Dyspersja zmienia kształt sygnału w czasie - poszerza impulsy, nawet jeśli do odbiornika nadal dociera wystarczająca moc.

Dlatego tor może mieć poprawny budżet mocy, a mimo to przekraczać limit dyspersji. Możliwa jest również sytuacja odwrotna: dyspersja jest niewielka, ale sygnał jest zbyt słaby z powodu dużych strat optycznych.

Jak interpretować wynik maksymalnej długości?

Wynik jest zasięgiem ograniczonym wyłącznie przyjętym modelem dyspersji chromatycznej. Nie jest to automatycznie maksymalna długość całego łącza. Rzeczywisty limit powinien być najmniejszą z wartości wynikających m.in. z budżetu mocy, wymagań transceivera, dyspersji, standardu transmisyjnego i dopuszczalnej długości toru.

Jeżeli kalkulator dla dyspersji wskazuje 40 km, ale dokumentacja modułu określa maksymalny zasięg 20 km, w projekcie obowiązuje 20 km. Z kolei gdy moduł jest opisany jako 40-kilometrowy, ale obliczenia dla rzeczywistego D i szerokości widmowej dają mniejszy limit, trzeba zweryfikować założenia i specyfikację producenta.

Ograniczenia obliczenia

Model jest liniowy i dotyczy wyłącznie dyspersji chromatycznej. Nie uwzględnia m.in. dyspersji polaryzacyjnej PMD, dyspersji modalnej w światłowodach wielomodowych, kształtu widma źródła, chirpu nadajnika, charakterystyki odbiornika, FEC, formatu modulacji ani kompensacji dyspersji. W projektach operatorskich i transmisjach wysokiej przepływności należy opierać się na pełnej specyfikacji systemu.