Приложение Е (справочное). Система, коэффициент широкополосности и особенности передачи

Приложение Е
(справочное)

Система, коэффициент широкополосности и особенности передачи

Е.1 Общая информация

При использовании многомодового ОВ совместно с лазерными передатчиками ширина полосы пропускания данной комбинации может изменяться в широком диапазоне в зависимости от модовой структуры лазеров, структуры задержки мод ОВ, сопряжения лазера и мод ОВ. Коэффициент широкополосности - это ширина полосы пропускания импульсной характеристики по уровню -3 дБ, порождаемой задержками мод конкретного ОВ, скорректированных весовыми коэффициентами распределения мощности мод, возбуждаемых конкретным лазером. Для получения устойчивого оценочного значения ширины полосы пропускания в том случае, если импульсная характеристика не имеет Гауссового распределения, ширина полосы по уровню 3 дБ заменяется экстраполяцией ширины полосы по уровню 1,5 дБ.

Знание модовой структуры ОВ, как указано в МЭК 60793-1-49, позволяет нижний предел разместить в диапазоне значений ширины полосы пропускания, который будет задействован при использовании указанного ОВ с разными лазерными передатчиками. При использовании методики минимального ЕМВ_с, рассмотренной в Е.3, исследуется ОВ с 10 моделируемыми лазерами с применением распределения наблюдаемой модовой мощности. Комплект из 10 моделируемых лазеров считается консервативным по сравнению с лазерами, представленными на телекоммуникационном рынке, но имеющими более ограниченные возможности по сравнению с комплектом теоретических лазеров в исходной модели ассоциации TIA, показанной на рисунке Е.2 [11]. У выбранных лазеров наблюдается разнообразие характеристик распределения мощности связанных мод: одни с мощностью, более сконцентрированной в модах нижнего порядка, вторые с мощностью, более сконцентрированной в модах верхнего порядка, и третьи с концентрацией мощности как в модах нижнего, так и верхнего порядка.

При использовании лазеров, которые ассоциируются, главным образом, с модами, имеющими вполне определенные задержки, можно получить минимальное значение коэффициента широкополосности. Измерение условий возбуждения многомодового ОВ лазерными источниками излучения может быть выполнено в соответствии с МЭК 61280-1-4 [15]. Выбранные надлежащим образом технические требования к условиям возбуждения могут ограничить моды ОВ теми используемыми передатчиками модами, которые имеют ограниченные дифференциальные задержки.

Минимальное значение произведения коэффициента широкополосности на длину изделия может быть достигнуто путем совместного использования источника излучения, соответствующего техническим требованиям, приведенным в Е.4, и ОВ с диаметром сердцевины 50 мкм, соответствующего техническим требованиям приложения D.

Е.2 Требования к системе

Е.2.1 ОВ подкатегорий А1а.2 и А1а.3

Информация указана в разделе Е.3.

Е.2.2 ОВ подкатегории А1а.4

Технические требования к ОВ для систем высокоскоростной передачи данных разработаны с использованием моделей линий передачи [28]. Модели линий передачи со скоростью 10 и 25 Гбит/с построены на основе модели линии передачи со скоростью 1 Гбит/с [28], к которой предъявляются как требование штрафа при наличии положительного запаса мощности, так и требование, чтобы значение межсимвольной интерференции (ISI) было менее чем 3,6 дБ.

Технические требования к ОВ подкатегории А1а.4 разработаны с использованием моделей линии передачи согласно IEEE 100GBASE-SR4 (пример - линия передачи на многомодовом ОВ, файл MMF.xls [24]) и модель оптической линии передачи Fibre Channel 32GFS (файл T11-12-376v0.xlsx [25]). Модели линии передачи использованы для определения требований к ширине полосы пропускания в диапазоне длин волн от 840 до 953 нм. В этих моделях значения длин волн изменялись в данном диапазоне. В моделях линий передачи параметры дисперсии U₀ (длина волны нулевой дисперсии) и S₀ (коэффициент наклона при нулевой дисперсии) скорректированы на новые значения 1328 нм и 0,093477 пс/ на основании результатов межлабораторного сличения, в соответствии с которым требование к коэффициенту затухания ОВ в составе кабеля изменено с 3,5 на 3,0 дБ/км. Обе модели линии передачи ограничены по величине запаса в диапазоне длин волн от 840 до 953 нм (в отличие от модели 10GBASE-S [13] по IEEE Р802.3ае, используемой для ОВ типа ОМ3, в которой значение межсимвольной интерференции менее или равно 3,6 дБ), и коэффициент ЕМВ в модели линии передачи скорректирован для обеспечения запаса, равного 0,000 дБ. В процессе формирования технических требований к коэффициенту ЕМВ решено использовать модель линии передачи 32GFC с нулевым запасом, так как требования к коэффициенту ЕМВ для этой модели линии более строгие, чем предъявляемые для модели линии передачи 100GBASE-SR4 (т.е. требования к широкополосности выбраны таким образом, чтобы соответствовать требованиям, предъявленным к обеим моделям линий передачи). Нормативными техническими требованиями установлены следующие значения для коэффициента ЕМВ: 4700 на длине волны 850 нм и 2470 на длине волны 953 нм. Эти значения обозначены кругами на рисунке Е.1. При выполнении этих требований прогнозируемое значение коэффициента ЕМВ для наихудшего случая совпадает или превосходит системные требования, как указано в Е.3.

Е.3 Эффективный коэффициент широкополосности ЕМВ

Во время разработки ОВ конструктивного исполнения А1а.2 применен метод детального моделирования во временной области (метод Монте-Карло) для определения способности разных DMD-масок и предлагаемых весовых коэффициентов DMD растрирования характеристик источника излучения в соответствии с техническими требованиями Е.4 [1]-[12]. Предлагаемые весовые коэффициенты выбраны с учетом их способности соответствовать ОВ, не приводя к тому, чтобы межсимвольная интерференция ISI не превышала указанное значение более, чем на 0,5 % [11]. Конкретное значение ISI установлено посредством электронной таблицы расчета бюджета мощности по IEEE 802.3ае [13] с учетом эффектов времени нарастания импульса источника излучения, ширины полосы пропускания источника излучения и ОВ с коэффициентом широкополосности 2000 . Таким образом, посредством использования метода моделирования Монте-Карло ОВ конструктивного исполнения А1а.2 обеспечивают минимальное значение коэффициента ЕМВ, равное 2000 .

Минимальное значение коэффициента ЕМВ согласуется с электронной таблицей расчета бюджета линии передачи, приведенной в IEEE 802.3ае. Особую значимость имеет тот факт, что в электронной таблице искажение ISI моделируется Гауссовым распределением формы сигнала для источника излучения и выходов ОВ. В соответствии с результатами моделирования по методу Монте-Карло для ОВ, удовлетворяющими требованиям, соотношение в электронной таблице между ISI и минимальным коэффициентом широкополосности ОВ пессимистичное. Таким образом, при расчете коэффициента ЕМВ исходя из весовых коэффициентов DMD следует предусматривать коэффициент 1,13 для приведения в соответствие требованиям к ОВ, разработанным с использованием метода Монте-Карло во временной области, и данных электронной таблицы согласно уравнению

.

(Е.1)

Значение ЕМВ, полученное по уравнению (Е.1), также применимо к моделям линии передачи типа Fibre Channel. При использовании других моделей может потребоваться применение других значений ЕМВ.

ОВ, удовлетворяющие требованиям D.3 и D.4 (т.е. для ОВ подкатегории А1а.3), имеют минимальный коэффициент широкополосности на длине волны 850 нм, который в 2,35 раза более минимального коэффициента широкополосности ОВ, удовлетворяющих требованиям D.1 и D.2 (т.е. для ОВ подкатегории А1а.2). По существу, минимальное значение ЕМВ этих ОВ также в 2,35 раз более при том же бюджете линии передачи в электронной таблице как согласно уравнению

.

(Е.2)

Системные характеристики, полученные для реальных ОВ и лазерных источников, подтверждают это соотношение [17]-[19].

ОВ, удовлетворяющие требованиям D.5 (т.е. ОВ подкатегории А1а.4), имеют ЕМВ, определяемый по уравнениям (Е.3), (Е.4) и (Е.5), которые описывают три прямых сегмента кривой: а) от 840 до 850 нм, b) от 850 до 930 нм, с) от 930 до 953 нм. Единица измерения ЕМВ в трех уравнениях - :

;

(Е.3)

;

(Е.4)

.

(Е.5)

Уравнения (Е.3), (Е.4) и (Е.5) описывают три прямых сегмента между минимальным значением ЕМВ, указанным для модели линии передачи 32GFC на длине волны 840 нм, и двумя минимальными значениями ЕМВ при измерении на номинальных значениях длин волн 850 и 953 нм. Уравнения (Е.3), (Е.4) и (Е.5) представлены на рисунке Е.1 вместе со значениями ЕМВ, близкими к модели линии передачи 32GFC. Прямые сегменты в диапазоне длин волн от 840 до 953 нм строго определены в качестве рекомендуемого минимального значения коэффициента ЕМВ в указанном диапазоне длин волн, не требуя без необходимости использования для исследования ОВ особой конструкции.

Рисунок Е.1 - График зависимости расчетного минимального значения ЕМВ от длины волны

Е.4 Требования к радиальному распределению мощности EF источника излучения и к центральной длине волны

Е.4.1 Радиальное распределение мощности

Радиальные границы внутренней, внешней и интервальной масок DMD, указанные в D.1 и D.3, и весовые коэффициенты DMD, указанные в разделах D.2, D.4 и D.5, установлены в соответствии с конкретным ограниченным диапазоном условий возбуждения лазера, указанным в уравнениях (Е.6) и (Е.7). Минимальное значение коэффициента широкополосности для условий возбуждения вне данного диапазона не определено, но оно будет ниже значения для условий возбуждения в пределах данного диапазона.

Распределение мощности для условий возбуждения источника излучения должно соответствовать требованиям уравнений (Е.6) и (Е.7) при измерении по МЭК 61280-1-4 [15], при сопряжении источника излучения с ОВ, имеющим диаметр сердцевины 50 мкм, в соответствии с техническими требованиями МЭК 61280-1-4:

;

(Е.6)

.

(Е.7)

Приблизительные положения весовых коэффициентов DMD, указанных в таблице D.3, изображены на рисунке Е.2 относительно границ, определенных в уравнениях (Е.6) и (Е.7) [27].

Рисунок Е.2 - Приблизительное положение весовых коэффициентов относительно границ EF в соответствии с уравнениями (Е.6) и (Е.7)

Прикладные стандарты [20]-[23] соответствуют требованиям Е.4.1 и Е.4.2.

Е.4.2 Центральная длина волны для ОВ подкатегории А1а.2 и А1а.3

Ввиду того что задержки мод в ОВ изменяются с длиной волны, центральная длина волны источника излучения должна быть близкой к номинальной длине волны 850 нм, при которой проводят измерение DMD, для достижения наилучших характеристик коэффициента широкополосности в совокупности ОВ, через которые распространяется сигнал. Если источник излучения работает на длине волны, отличной от 850 нм [6], то может потребоваться уменьшение коэффициента широкополосности. В рекомендациях [12] указаны рабочие характеристики широкополосности для ОВ с шириной полосы пропускания, схожей с ОВ конструктивного исполнения подкатегории А1а.3.

Центральная длина волны лазерного источника излучения должна соответствовать требованиям уравнения (Е.8) при проведении испытания по МЭК 61280-1-3 [16]:

.

(Е.8)

Е.4.3 Центральная длина волны для ОВ подкатегории А1а.4

Так как задержки мод в ОВ изменяются вместе с длиной волны, наилучшее значение коэффициента широкополосности получают, когда центральная длина волны лазерного источника излучения находится между значениями длин волны при измерении DMD. Когда центральная длина волны лазерного источника излучения находится за пределами этого диапазона, значения коэффициента широкополосности ухудшаются. Рекомендуемые значения коэффициента широкополосности, находящиеся между значениями длины волны при измерении DMD, можно определить по уравнениям (Е.3), (Е.4) и (Е.5).

Центральная длина волны лазерного источника излучения должна соответствовать требованиям уравнения (Е.9) при проведении испытания по МЭК 61280-1-3 [16]:

.

(Е.9)