Jurij Petropavlovský

V júni 2017 sa v Rusku začala výroba ďalšieho typu high-tech produktov - spoločnosť Fiber Trade LLC spustila závod na výrobu optických transceiverov v Novosibirsku. Podľa samotnej spoločnosti a názoru ďalších odborníkov v tejto oblasti ide o prvý a zatiaľ jediný závod s úplným cyklom hromadnej výroby takýchto zariadení v Rusku. Treba si uvedomiť, že vývojom a výrobou optoelektronických komponentov, vrátane optických transceiverov, sa v Rusku zaoberajú aj ďalšie firmy, napríklad FTI-Optronik zo St. A. F. Ioffe Ruská akadémia vedy. Čitateľom treba pripomenúť, že nie všetky, dokonca ani popredné svetové elektronické spoločnosti, majú vlastnú výrobu mikroelektroniky a iných elektronických komponentov. Spoločnosti, ktoré nemajú vlastnú výrobu, sa nazývajú spoločnosti Fabless; mikroelektroniku pre nich vyrábajú špecializované podniky (zlievárne-spoločnosti) na zákazku.

Predtým, ako zvážime vlastnosti transceiverov z optických vlákien, povedzme niekoľko údajov o samotnej spoločnosti. súkromná firma Fiber Trade LLC založil v roku 2010 v Novosibirsku Aleksey Valentinovič Yunin, narodený v roku 1974 (obrázok 1), ktorý predtým pracoval pre spoločnosti Novotelecom a VimpelCom. Hlavnou činnosťou spoločnosti v tom čase boli dodávky telekomunikačných zariadení na ruský trh. V roku 2012 bol spoločnosti pridelený kód vývojovej organizácie FCRD v súlade s GOST 2.201-80 (zmenený v roku 2011), čo umožnilo začať vyvíjať a navrhovať produkty pod vlastnou ochrannou známkou FiberTrade (FT).

Praktické práce na vytvorení výroby transceiverov sa začali v roku 2015 a skončili v roku 2017 spustením závodu. Za túto dobu boli vyriešené náročné úlohy vytvorenia čistých priestorov 7. triedy a inštalácie vysoko presných testovacích zariadení od popredných svetových výrobcov. Financovanie projektu (asi 40 miliónov rubľov) sa uskutočnilo na náklady vlastných prostriedkov Alexeja Yunina a ďalších súkromných investorov, pričom do procesu vytvárania závodu neboli zapojené žiadne spoločnosti tretích strán. Očakávaný objem výroby bude 960 tisíc transceiverov ročne a výška príjmu - 3,8 - 4,2 miliardy rubľov ročne. Návratnosť je plánovaná na rok 2020.

Do konca roka 2018 sa plánuje zvýšenie počtu zamestnancov spoločnosti na 70 ľudí (teraz je to 22 vývojových inžinierov a 23 výrobných inžinierov a ďalších špecialistov). Pre nedostatok kvalifikovaných odborníkov s praxou v profile spoločnosti sa uvažuje o možnosti získania absolventov vysokých škôl ďalším vzdelávaním.

V súčasnosti spoločnosť trvalo spolupracuje s poprednými telekomunikačnými a IT spoločnosťami, vrátane PJSC VimpelCom, OJSC MegaFon, PJSC Rostelecom, PJSC MTS, Vkontakte LLC, Mail Ru LLC Group, CJSC "Comstar-Region" a mnohých ďalších. V budúcnosti môže podnik zabrať až 50 % trhu optických transceiverov v Rusku; hlavnými exportnými smermi sú krajiny SNŠ. S prihliadnutím na fakt, že spoločnosť už má projekty, ktoré nemajú vo svete obdobu, uvažuje sa o možnosti exportu produktov do európskych krajín.

Jedným z týchto projektov sú multivendor transceivery, ktoré umožňujú ich prevádzku v telekomunikačných zariadeniach rôznych výrobcov (až 5 súčasne). 19. októbra 2017 Federálna služba pre duševné vlastníctvo vydal Osvedčenie o štátnej registrácii počítačového programu „Vytvorenie jednotnej definície modulu SFR + v spínacích zariadeniach rôznych výrobcov". Multi-vendor transceivery Fiber Trade znižujú náklady pre spoločnosti, ktoré vo svojich systémoch používajú zariadenia od rôznych výrobcov, a zároveň sa vyhýbajú dodatočným nákladom na údržbu skladu modulov od rôznych predajcov (predajca – dodávateľ a majiteľ ochrannej známky).

Ďalším projektom sú optické moduly s podporou kryptoochrany dát.

Niektorí „odborní teoretici“ považujú výrobu mikroelektroniky v Rusku za náročnú a neperspektívnu. Takáto výroba si skutočne vyžaduje veľké finančné náklady, a to od samého začiatku. Na realizáciu projektov v tejto oblasti sú potrební špecialisti, ktorí majú nielen dobré špecializované vzdelanie a rozsiahle pracovné skúsenosti, ale podľa Alexeja Yunina aj veľkú túžbu rozvíjať túto oblasť v Rusku. Napriek tomu má výroba domácich optických transceiverov množstvo výhod.

Zásadnými nevýhodami cudzích zariadení je nemožnosť zmeny softvéru podľa požiadaviek operátorov a pravdepodobnosť neprihlásenia funkčnosť dodávané zariadenia. Lacnejšie čínske transceivery sa tiež vyznačujú vyšším percentom defektov, čo si od spotrebiteľov vyžaduje dodatočné náklady na vrátenie/výmenu chybných modulov. Jedným z hlavných cieľov výroby optických transceiverov je podľa Alexeja Yunina zabezpečiť bezpečnosť krajiny. Pri vývoji produktov a softvéru pre ne v Rusku vie výrobca o svojich produktoch doslova všetko a vie ich ovládať. V tomto prípade sa vlastne môžeme baviť o súlade informačná bezpečnosť v ére kybernetickej vojny a hackerské útoky. Ďalšou dôležitou výhodou výroby rádioelektronických produktov v krajine je oveľa väčšia flexibilita vo vzťahoch s domácimi zákazníkmi vo všetkých vznikajúcich problémoch.

Hlavnými spotrebiteľmi produktov závodu sú poprední telekomunikační operátori a dátové centrá v krajine. Do budúcnosti má spoločnosť veľké plány, napríklad pokryť až 50 % potrieb ruského trhu s optickými transceivermi a vstup na zahraničné trhy. Existuje túžba stať sa členom projektu náhrady dovozu (IMVEI), ktorý pomôže výrazne zvýšiť predaj na domácom trhu. Potreba transceiverov sa bude len zvyšovať, napríklad v Rusku sa do roku 2024 plánuje nasadenie 5G sietí v tej či onej forme v mestách s populáciou nad 300 tisíc obyvateľov, čo si vyžiada výmenu zariadení základňových staníc a výrazné zvýšenie ich počtu.

Testy zariadení Fiber Trade, vrátane tých, ktoré vykonali poprední telekomunikační operátori v krajine, ukázali konkurencieschopnosť optických transceiverov spoločnosti s európskymi náprotivkami z hľadiska spoľahlivosti a funkčnosti.

Katalógy spoločnosti v roku 2017 okrem samotných transceiverov obsahujú aj ďalšie typy produktov: media konvertory, zariadenia na tesnenie kanálov, zariadenia pre dlhé linky, pasívne zariadenia.

Transceivery z optických vlákien

Optické transceivery (FOTS) alebo optoelektronické transceivery sú určené na konverziu optických signálov prenášaných cez optické komunikačné linky (FOCL) na elektrické signály a naopak - elektrické signály na optické. Potreba VOT vznikla už v 90. rokoch 20. storočia, keď sa aktívne zavádzali optické siete pre širokopásmový prístup sieťou resp. mobilných operátorov spojenia. V tom čase sa WOT vykonávali na dosky plošných spojov aktívne telekomunikačné zariadenia. Vzhľadom na rast sortimentu takýchto zariadení (prepínače, multiplexery, smerovače, media konvertory) je však potrebné oddeliť zariadenia na spracovanie informácií a prenos dát. Navyše zariadenia na prenos signálov cez FOCL s cieľom zjednotenia musia byť tak či onak štandardizované.

BOTy rôznych výrobcov sú už pomerne dlho unifikované kompaktné zásuvné moduly inštalované v štandardizovaných elektrických portoch aktívnych telekomunikačných zariadení. Tento prístup k vytvoreniu sieťovej infraštruktúry umožňuje optimalizovať náklady pri návrhu a hlavne pri rekonštrukcii optických sietí, napríklad zvýšiť rýchlosť prenosu dát, množstvo prenášaných informácií a dosah signálu. prenos cez FOCL.

Moduly BOT sa vyrábajú v rôznych prevedeniach - form factoroch. V súčasnosti sú najpoužívanejšie moduly SFP (Small Form-factor Pluggable), znázornené na obrázku 2. Moduly SFP sú kompaktné jednotky v kovové puzdrá, poskytujúce ochranu elektronických komponentov modulov pred elektromagnetickým žiarením a mechanickému poškodeniu. Moduly majú zvyčajne dva optické porty - laserový žiarič (TX - vysielač) a fotodetektor (RX - prijímač), ktoré zabezpečujú chod modulu v dvojvlnnom režime (obrázok 3). Moduly SFP s jednou vlnovou dĺžkou majú iba jeden port, pričom na zmenu smeru prenosu sa používa multiplexovanie.

Na doskách plošných spojov modulov sú okrem žiaričov a fotodetektorov osadené ďalšie elektronické súčiastky a súčiastky - riadiace obvody laserových diód, prevodníky signálu na lineárny kód, obvody predpätia fotodiód, rôzne zosilňovače a filtre, digitálnych obvodov monitorovanie. Dosky modulov obsahujú aj EEPROM (Electrally Erasable Reprogrammable Memory) s ovládaním softvér(variant blokovej schémy modulu SFP je znázornený na obrázku 4).

Rôzne mechanické a elektrické charakteristiky BOT nie je definovaný medzinárodnými normami, ale špecifikáciami MSA (Multi-source Agreement), vyvinutými na základe dohôd medzi rôznymi výrobcami zariadení. Tento „charakter“ procesu vývoja viacerých špecifikácií je charakterizovaný „neurčitým rozsahom“ spoločností, ktoré sa zúčastňujú na dohodách MSA. S cieľom efektívne rozvíjať špecifikácie MSA bola v roku 1990 v USA vytvorená skupina (výbor) Small Form Factor Committee (SFF Committee), aby určila formové faktory v priemysle ukladania informácií. Medzi desiatkami členov výboru sú najväčších výrobcov elektronika a počítačová technológia- Dell, Foxconn, Fujitsu, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel, Pioneer, Samsung, Seagate, Sun Microsystem, Texas Instruments, Toshiba. V roku 2016 organizácia zmenila svoj názov na SNIA SFF Technology Affiliate. K dnešnému dňu sú partnermi výboru SFF okrem vyššie uvedených ďalšie popredné spoločnosti - Microsoft, Broadcom, Cisco, Huawei, Lenivo, Micron, Microsemi, GiGNET a množstvo ďalších (spolu viac ako 50 spoločností) .

Preskúmali sme, aké optické transceivery SFP a SFP + sú vo všeobecnosti. V tomto by sme sa chceli bližšie pozrieť na niekoľko jemnejších bodov.

Predovšetkým sa zameriame na klasifikáciu transceiverov podľa typu optického konektora, štandardov a technológie spektrálneho delenia multiplexovania.

Orezávanie káblov

Optický kábel na pripojenie k modulom SFP musí byť ukončený do konektora LC (Lucent/Little/Local Connector) alebo SC (Subscriber/Square/Standard Connector).

V súlade s tým sú moduly dostupné s dvoma typmi káblových konektorov: SC a LC.

Tu treba poznamenať, že dvojvláknové optické transceivery formátov SFP, SFP+ sa takmer vždy dodávajú s LC konektorom, keďže SC je väčší a dva takéto konektory sa do duplexného modulu nezmestia. Použitie SC je možné len v jednovláknovom.

SC je jedným z prvých keramických konektorov navrhnutých na uľahčenie pripojenia optických káblov k rôznym zariadeniam a ochranu prerezaného kábla pred znečistením a mechanickým poškodením. Vzhľadom na mikroskopickú hrúbku vlákien optického kábla môže aj jedno zrnko prachu spôsobiť výrazné zhoršenie kvality komunikácie alebo prerušenie spojenia.

LC konektor vyvinul Lucent ako vylepšenie SC. Má polovičnú veľkosť a má zaklapávaciu časť, ktorá uľahčuje manipuláciu s optickými káblami vo vysokohustotných spojoch/vláknách.

Vo všeobecnosti štandardy Ethernet umožňujú použitie jedného aj druhého konektora, väčšina výrobcov však na svoje moduly stále inštaluje LC konektory. Dokonca aj jednovláknové moduly SFP WDM, ktoré boli vždy štandardne vybavené konektorom SC, sú teraz dostupné aj s konektorom LC.

Viac o optických konektoroch si môžete prečítať v tomto článku.

Normy

Optické transceivery fungujú v Ethernetové siete a preto musí spĺňať jednu z príslušných noriem. Pre prehľadnosť sme zhrnuli parametre tých v tabuľke.

Rýchlosť príjmu-prenosu	Štandardné		Štandardné	Počet vlákien	typ vlákna	Vlnová dĺžka žiariča, nm
					multimódový, plne duplexný
					multimódový, polovičný duplex s garantovanou detekciou kolízie
	TIA/EIA-785-1-2002				multimódový
					jeden režim
					jeden režim
					multimódový
					jeden režim
					multimódový
					jeden režim
					jeden režim
					jeden režim
					jeden režim
					multimódový
					multimódový	1275, 1300, 1325, 1350
					jeden režim	1275, 1300, 1325, 1350
					jeden režim
					jeden režim
					multimódový
					multimódový
					jeden režim
					jeden režim
					multimódový
					jeden režim	1295, 1300, 1305, 1310
					jeden režim	1295, 1300, 1305, 1310

Priehľadné okná optického jednovidového vlákna

Prevažná väčšina moderných optických káblov patrí do štandardu SMF G.652 rôzne verzie. Najnovšia verziaštandard, G.652 (11/16) bol vydaný v novembri 2016. Norma popisuje takzvané štandardné jednovidové vlákno.

Prenos svetla cez optické vlákno je založený na princípe úplného vnútorného odrazu na rozhraní medzi médiami s rôznou optickou hustotou. Na realizáciu tento princíp, vlákno sa vyrába dvoj- alebo viacvrstvové. Svetlovodivé jadro je obklopené vrstvami priehľadných obalov vyrobených z materiálov s nižším indexom lomu, vďaka čomu dochádza k úplnému odrazu na hranici vrstvy.

Optické vlákno ako prenosové médium sa vyznačuje útlmom a rozptylom. Útlm je strata výkonu signálu počas prechodu vlákna, vyjadrená ako úroveň straty na kilometer vzdialenosti (dB / km). Útlm závisí od materiálu prenosového média a vlnovej dĺžky vysielača. Závislosť absorpčného spektra na vlnovej dĺžke obsahuje niekoľko píkov s minimálnym útlmom. Práve tieto body na grafe, nazývané aj priehľadné okná alebo telekomunikačné okná, boli zvolené ako základ pre výber žiaričov..

Existuje šesť okien priehľadnosti jednovidového vlákna:

• O-pásmo (Pôvodné): 1260-1360 nm;
• E-pásmo (rozšírené): 1360-1460 nm;
• S-pásmo ( Krátka vlnová dĺžka: 1460-1530 nm;
• C-pásmo ( Konvenčné): 1530-1565 nm;
• L-pásmo ( Dlhá vlnová dĺžka): 1565-1625 nm;
• U-pásmo ( Ultra dlhá vlnová dĺžka): 1625-1675 nm.

Blíži sa vlastnosti vlákna v rámci každého rozsahu možno považovať za približne rovnaké. Vrcholom transparentnosti je, zvyčajne , na koniec dlhej vlny E-pásmo . Špecifický útlm v O-pásmo asi jeden a pol krát vyššia ako v S- a C-pásme , špecifická chromatická disperzia - naopak, má nulové minimum pri vlnovej dĺžke 1310 nm a nad nulou pri C-pásmo.

Spočiatku sa na organizovanie duplexného pripojenia pomocou optického kábla používali páry vlákien, z ktorých každé bolo zodpovedné za svoj vlastný smer prenosu. Je to pohodlné, ale nehospodárne vo vzťahu k zdroju kladeného kábla. Na vyrovnanie tohto problému bola vyvinutá technológia spektrálneho delenia multiplexovania alebo inými slovami vlnového multiplexovania.

Technológie vlnového multiplexovania, WDM/CWDM/DWDM

WDM

Srdcom technológie WDM, Wavelength Division Multiplexing, je prenos niekoľkých svetelných tokov s rôznymi dĺžkami svetla cez jedno vlákno.

Základná technológia WDM umožňuje vytvorenie jediného duplexného spojenia, s najčastejšie používaným vlnovým párom 1310/1550 nm, z O- a C-pásma, resp. Na implementáciu technológie je použitá dvojica „zrkadlových“ modulov, jeden s 1550 nm vysielačom a 1310 nm prijímačom, druhý naopak s 1310 nm vysielačom a 1550 nm prijímačom.

Rozdiel vo vlnovej dĺžke oboch kanálov je 240 nm, čo umožňuje rozlíšiť oba signály bez použitia špeciálnych detekčných nástrojov. Hlavná použitá dvojica 1310/1550 umožňuje vytvárať stabilné spojenia na vzdialenosti až 60 km.

V zriedkavých prípadoch sa používajú aj páry 1490/1550, 1510/1570 a ďalšie možnosti z priehľadných okien s nižším špecifickým útlmom v porovnaní s O-pásmom, čo umožňuje organizovať viac „ďalekých“ spojení. Okrem toho sa kombinácia 1310/1490 vyskytuje, keď sa signál káblovej televízie prenáša paralelne s dátami na vlnovej dĺžke 1550 nm.

CWDM

Ďalším stupňom vývoja bolo hrubé WDM, CWDM, hrubé spektrálne multiplexovanie. CWDM vám umožňuje vysielať až 18 dátových tokov v rozsahu vlnových dĺžok od 1270 do 1610 nm s krokom 20 nm.

CWDM moduly sú v drvivej väčšine prípadov dvojvláknové. Existujú BiDi, obojsmerné moduly SFP CWDM, v ktorých príjem a prenos prebieha cez jedno vlákno, ale na Ukrajine sú stále dosť zriedkavé na predaj.

Vysielače (moduly) SFP a SFP+ CWDM vysielajú na jednej konkrétnej vlnovej dĺžke.

Prijímač takýchto modulov je širokopásmový, to znamená, že prijíma signál na akejkoľvek vlnovej dĺžke, čo vám umožňuje organizovať jeden duplexný kanál s akýmikoľvek dvoma modulmi certifikovanými na zhodu s CWDM. Na súčasný prenos viacerých kanálov sa používajú pasívne multiplexory-demultiplexory, ktoré zhromažďujú dátové toky z „farebných“ SFP modulov (každý z nich má vysielač s vlastnou vlnovou dĺžkou) do jedného lúča na prenos cez vlákno a analyzujú ho do jednotlivých tokov. v koncovom bode. Všestrannosť prijímačov poskytuje väčšiu flexibilitu pri vytváraní sietí.

DWDM

Doterajší najnovší vývoj - Dense WDM (DWDM), husté spektrálne multiplexovanie, umožňuje organizovať až 24 a v systémoch vyrobených na mieru - až 80 duplexných komunikačných kanálov, v rozsahu vlnových dĺžok 1528,77-1563,86 nm s krokom 0,79-0,80 nm.

Prirodzene, čím je umiestnenie kanálov hustejšie, tým sú tolerancie pri výrobe žiaričov užšie. Kým pre konvenčné moduly je prípustná chyba vlnovej dĺžky do 40 nm, pre WDM transceivery je táto chyba znížená na 20-30 nm, pre CWDM je to už 6-7 nm a pre DWDM je to len 0,1 nm. Čím sú tolerancie menšie, tým je výroba žiaričov drahšia.

Napriek oveľa vyšším nákladom na vybavenie má DWDM oproti CWDM tieto významné výhody:
1) výrazne preniesť viac kanály na jednom vlákne;
2) prenos viac kanálov na veľké vzdialenosti, pretože DWDM pracuje v najtransparentnejšom rozsahu (1525-1565 nm).

Na záver treba spomenúť, že na rozdiel od pôvodného štandardu WDM, v CWDM a DWDM môže každý jednotlivý kanál dodávať dáta rýchlosťou 1 Gb/sa 10 Gb/s. Na druhej strane, štandardy 40 Gb a 100 Gb Ethernet sú implementované kombináciou šírky pásma niekoľkých 10 Gb kanálov.

Čo sú moduly OADM a filtre WDM (deliče)?

Napriek súhlasnému názvu modul OADM nie je optický transceiver, ale skôr optický filter, jeden z typov multiplexerov.

Na obrázku: modul OADM.

Uzly Optical Add Drop Multiplexor (OADM) sa používajú na oddelenie dátových tokov v medziľahlých bodoch. OADM, inak Add-Drop modul, je optické zariadenie, ktoré sa inštaluje do medzery optického kábla a umožňuje filtrovanie dvoch dátových tokov zo spoločného lúča. OADM, ako všetky multiplexory, na rozdiel od SFP a SFP + transceiverov, sú pasívne zariadenia, takže nevyžadujú napájanie a môžu byť inštalované v akýchkoľvek podmienkach, až po tie najnáročnejšie. Správne naplánovaný balík OADM vám umožňuje zaobísť sa bez koncového multiplexora a „distribuovať“ dátové toky do medziľahlých bodov.

Nevýhodou OADM je zníženie výkonu oddelených aj tranzitných signálov a tým aj maximálny dosah stabilného prenosu. Podľa rôznych zdrojov je zníženie výkonu od 1,5 do 2 dB na každom Add-Drop.

Ešte jednoduchšie zariadenie, filter WDM, vám umožňuje oddeliť iba jeden kanál s určitou vlnovou dĺžkou od celkového prúdu. Takto je možné zostaviť analógy OADM na základe ľubovoľných párov, čo zvyšuje flexibilitu budovania siete na maximum.

Na obrázku: WDM filter (delič).

WDM filter je možné použiť ako v sieťach s WDM multiplexovaním, tak aj s CWDM, DWDM multiplexovaním.
Rovnako ako CWDM, špecifikácia DWDM je založená na použití OADM a filtrov.

Dohody z viacerých zdrojov (MSA)

Často v sprievodnej dokumentácii pre SFP a SFP + transceivery môžete vidieť informácie o podpore MSA. Čo to je?

MSA sú odvetvové dohody medzi výrobcami modulov, ktoré zaisťujú komplexnú kompatibilitu medzi transceiverom a sieťovým zariadením od rôznych spoločností a že všetky vyrábané transceivery spĺňajú všeobecne uznávané normy. Inštalácia portov SFP v súlade s MSA do zariadení rozširuje rozsah kompatibilných modulov a zabezpečuje konkurenčný trh pre vymeniteľné produkty.

MSA pre SFP/SFP+ nastavuje nasledujúce parametre:

1. Mechanické rozhranie:

• rozmery modulu;
• parametre mechanického spojenia konektorov s doskou;
• umiestnenie prvkov na doske s plošnými spojmi;
• námaha, potrebné vložiť modul do/vybrať zo slotu;
• normy označovania.

2. Elektrické rozhranie:

• pinout;
• možnosti napájania;
• časovanie a I/O signály.

3. Softvérové ​​rozhranie:

• typ čipu PROM;
• dátové formáty a prednastavené polia firmvéru;
• parametre ovládacieho rozhrania I2C;
• Funkcie DDM ( Monitorovanie digitálnej diagnostiky).

K dnešnému dňu moduly formátu SFP/SFP+ obsahujú tri špecifikácie MSA vydané výborom SNIA SFF, ktoré sa väčšina účastníkov trhu zaviazala dodržiavať:
SFP - Stiahnite si ako pdf
SFP+ - Stiahnite si ako pdf
DDM - stiahnuť ako pdf

Moduly SFP, SFP+, XFP technický popis(rus.) Stiahnuť vo formáte pdf

stránky

Komunikačné linky z optických vlákien sú typom komunikácie, pri ktorej sa informácie prenášajú cez optické dielektrické vlnovody, známe ako "optické vlákno". Optické vlákno sa v súčasnosti považuje za najpokročilejšie fyzické médium na prenos informácií, ako aj za najsľubnejšie médium na prenos veľkých tokov informácií na veľké vzdialenosti.

Širokopásmové optické signály sú spôsobené extrémne vysokou nosnou frekvenciou. To znamená, že informácie možno prenášať cez optickú komunikačnú linku rýchlosťou približne 1,1 terabit/s. Tie. Jedno vlákno dokáže preniesť 10 miliónov súčasne. telefonické rozhovory a milión video signálov. Rýchlosť prenosu dát je možné zvýšiť prenosom informácií v dvoch smeroch naraz, keďže svetelné vlny sa môžu v jednom vlákne šíriť nezávisle od seba. Okrem toho sa v optickom vlákne môžu šíriť dva svetelné signály. rôzne polarizácie, ktorá sa zdvojnásobí priepustnosť optický komunikačný kanál. Do dnešného dňa nebol dosiahnutý limit pre hustotu informácií prenášaných cez optické vlákno.

Najdôležitejším komponentom je optický kábel. Vo svete je niekoľko desiatok firiem, ktoré vyrábajú optické káble na rôzne účely. Najznámejšie z nich sú: AT&T, General Cable Company (USA); Siecor (Nemecko); BICC kábel (UK); Les cables de Lion (Francúzsko); Nokia (Fínsko); NTT, Sumitomo (Japonsko), Pirelli (Taliansko). Cena optických káblov je úmerná nákladom na štandardné „medené“ káble. Použitie prostriedkov na prenos signálu z optických vlákien je stále obmedzené relatívne vysokými nákladmi na vybavenie a zložitosťou inštalačných prác.

Na prenos údajov cez optické kanály musia byť signály prevedené z elektrického na optické, prenesené cez komunikačnú linku a potom prevedené späť na elektrické v prijímači. Tieto konverzie prebiehajú v transceiveroch, ktoré obsahujú elektronické zostavy spolu s optickými komponentmi.

Vo všeobecnosti je organizácia optického kanála podobná IrDA. Podstatnými rozdielmi sú dosah optických vĺn a rýchlosť prenášaných dát. V tomto ohľade sa ako žiariče používajú polovodičové lasery a ako prijímače sa používajú vysokofrekvenčné fotodiódy. Bloková schéma prijímača optoelektronických dát je znázornená na obr. 5.19 a na obr. 5.20 - vysielač dát.

Ryža. 5.19. Optoelektronický prijímač dát

Ryža. 5.20. Optoelektronický dátový vysielač

Na prenos informácií cez kanál z optických vlákien sa používajú dva rozsahy vlnových dĺžok: 1000 ^ 1300 nm (druhé optické okno) a 1500 ^ 1800 nm (tretie optické okno). V týchto rozsahoch - najmenšia strata signálu vo vedení na jednotku dĺžky kábla.

Pre optické prenosové systémy možno použiť rôzne optické zdroje. Napríklad svetlo emitujúce diódy (LED) sa často používajú s nízkymi nákladmi lokálnych sietí pre komunikáciu na krátku vzdialenosť. Široké spektrálne emisné pásmo a nemožnosť pracovať vo vlnových dĺžkach druhého a tretieho optického okna však neumožňujú použitie LED diód v telekomunikačných systémoch.

Na rozdiel od LED môže opticky modulovaný laserový vysielač pracovať v treťom optickom okne. Preto sa pre prenosové systémy s ultra dlhým dosahom a WDM, kde cena nie je hlavným hľadiskom, ale je nevyhnutná vysoká účinnosť, používa laserový optický zdroj. Pre optické komunikačné kanály odlišné typy Priamo modulované polovodičové laserové diódy majú optimálny pomer cena/výkon. Zariadenia môžu pracovať v druhom aj treťom optickom okne.

Všetky polovodičové laserové diódy používané na priamu moduláciu majú zvyčajne požiadavku na jednosmerný predpätý prúd na nastavenie pracovného bodu a modulačného prúdu na prenos signálu. Veľkosť predpätia a modulačného prúdu závisí od charakteristík laserovej diódy a môže sa líšiť od typu k typu a od seba navzájom v rámci rovnakého typu. Rozsah týchto charakteristík s časom a teplotou je potrebné vziať do úvahy pri návrhu jednotky vysielača. Platí to najmä pre ekonomicky výhodnejšie nechladené typy polovodičových laserov. Z toho vyplýva, že ovládač lasera musí poskytovať predpätie a modulačný prúd v rozsahu postačujúcom na to, aby umožnili rôznym optickým vysielačom so širokým výberom laserových diód pracovať dlhú dobu a pri rôznych teplotách.

Na kompenzáciu zhoršujúceho sa výkonu laserovej diódy sa používa zariadenie automatického riadenia výkonu (APC). Využíva fotodiódu, ktorá premieňa svetelnú energiu lasera na proporcionálny prúd a dodáva ho ovládaču lasera. Na základe tohto signálu budič vysiela predpätý prúd do laserovej diódy, takže svetelný výkon zostáva konštantný a zodpovedá pôvodnému nastaveniu. Tým sa zachová "amplitúda" optického signálu. Fotodióda nachádzajúca sa v obvode APC môže byť tiež použitá v automatickom riadení modulácie (AMC).

Obnova hodín a serializácia vyžadujú syntetizovanie hodinových impulzov. Tento syntetizátor môže byť tiež integrovaný do paralelného-sériového prevodníka a zvyčajne obsahuje obvod fázového závesu. Syntetizátor hrá dôležitú úlohu vo vysielači optického komunikačného systému.

Optické prijímače detegujú signály prenášané cez optický kábel a premieňajú ich na elektrické signály, ktoré potom zosilňujú, obnovujú svoj tvar a hodinové signály. V závislosti od prenosovej rýchlosti a systémových špecifík zariadenia je možné dátový tok konvertovať zo sériového na paralelný formát. Kľúčovým komponentom, ktorý nasleduje po zosilňovači v prijímači, je obvod hodín a obnovy dát (CDR). CDR vykonáva taktovanie, rozhoduje o úrovni amplitúdy prichádzajúceho signálu a vydáva obnovený dátový tok.

Existuje niekoľko spôsobov, ako zachovať synchronizáciu (externý filter SAW, externý riadiaci hodinový signál atď.), ale iba integrovaný prístup môže tento problém efektívne vyriešiť. Použitie systému fázovej slučky (PLL) je neoddeliteľnou súčasťou synchronizácie hodinových impulzov s dátovým tokom, čo zabezpečuje, že hodinový signál je zarovnaný so stredom informačného slova.

Laserové moduly radu LFO-1 (tabuľka 5.15) sú vyrábané na báze vysokovýkonných laserových diód MQW InGaAsP/InP a AlGaInP/GaAs a sú dostupné v štandardných nechladených koaxiálnych puzdrách s jednovidovým alebo viacvidovým optickým vláknom. Jednotlivé modely spolu s nechladenými verziami je možné vyrobiť v puzdre DIL-14 so zabudovaným mikrochladičom a termistorom. Všetky moduly majú široký rozsah prevádzkových teplôt, vysokú stabilitu radiačného výkonu, životnosť viac ako 500 tisíc hodín a sú najlepšími zdrojmi žiarenia pre digitálne (až 622 Mbps) optické komunikačné linky, optické testery a optické telefóny.

	Výkon žiarenia, (mW)	Vlnová dĺžka, (nm)	tych. vlákna	mikrochladnička	Typ škrupiny

Fotodetektorové moduly radu PD-1375 (tabuľka 5.16) pre spektrálny rozsah 1100-1650 nm sú vyrobené na báze InGaAs PIN fotodiód a sú dostupné v nechladenej verzii s single-mode (model PD-1375s-ip) alebo multimode (PD-1375m-ip), optickom vlákne, ako aj v puzdre typu "optical socket" pre dokovanie s vláknami SM a MM zakončenými konektorom "FC / PC" (model PD-1375-ir). Moduly majú široký rozsah prevádzkových teplôt, vysokú spektrálnu citlivosť, nízke temné prúdy a sú navrhnuté tak, aby fungovali v analógových a digitálnych optických komunikačných linkách s rýchlosťou prenosu dát až 622 Mbps.

	Vlnová dĺžka, (nm)	tych. vlákna	Citlivosť, (A/W)	Rýchlosť príjmu, (Mbps)	Typ škrupiny
					"elektrická zásuvka"

Čipset vyrábaný spoločnosťou MAXIM pre transceivery umožňuje konverzie v optických prenosových systémoch SDH/SONET. SDH je európsky štandard pre optické vlákna na prenos dát. SONET je štandard, ktorý definuje rýchlosti, signály a rozhrania pre synchrónny prenos dát rýchlosťou vyššou ako jeden gigabit/s cez optickú sieť.

Zosilňovače MAX3664 a MAX3665 (obrázok 5.21) premieňajú prúd z fotodiódového snímača na napätie, ktoré sa zosilňuje a vydáva ako diferenciálny signál. Okrem zosilňovača fotoprúdu majú mikroobvody Spätná väzba na kompenzáciu konštantnej zložky, ktorá závisí od veľkosti tmavého prúdu fotodetektora a má veľmi nízku teplotnú a časovú stabilitu. Typická schéma zapojenia MAX3665 je znázornená na obr. 5.22. Hlavným účelom týchto zosilňovačov je obnoviť amplitúdu elektrického signálu a odovzdať obnovený signál na ďalšie spracovanie.

Čip MAX3675 (MAX3676) vykonáva obnovu hodín a taktovanie z prijatého dátového toku. Bloková schéma MAX3676 je znázornená na obrázku 1. 5.23. Algoritmy spracovania signálu v týchto zariadeniach sú oveľa zložitejšie. Výsledkom konverzie signálu je spolu s obnovením digitálneho dátového toku extrahovaný hodinový signál, ktorý je potrebný pre ďalšie správne spracovanie. Typická schéma zapojenia MAX3676 je znázornená na obr. 5.24. MAX3676 berie signál z fotoprúdového zosilňovača a konvertuje tento signál na výstupné diferenciálne dáta a hodinové signály na štandardných logických úrovniach. Je potrebné vziať do úvahy, že všetky tieto prevody sa vykonávajú so signálmi, ktoré prichádzajú v sériovom formáte veľmi vysokou rýchlosťou.

Ryža. 5.21. Bloková schéma fotoprúdového zosilňovača MAX3665

Ryža. 5.22. Typický spínací obvod MAX3665

Ryža. 5.23. Funkčná schéma MAX3676

Ryža. 5.24. Typický spínací obvod MAX3676

Na prenos signálov generovaných v dôsledku príjmu cez štandardné rozhrania MAXIM ponúka MAX3680 a MAX3681, to sú sériovo-paralelné prevodníky. MAX3680 konvertuje sériový dátový tok s rýchlosťou 622 Mbps na osembitový tok slov s rýchlosťou 78 Mbps. Dátový a hodinový výstup je kompatibilný s úrovňami TTL. Príkon - 165 mW pri napájaní 3,3V. MAX 3681 konvertuje sériový dátový tok s rýchlosťou 622 Mbps na štvorbitový tok slov s rýchlosťou 155 Mbps. Jeho diferenciálne dáta a hodiny podporujú nízkonapäťový diferenciálny signál rozhrania LVDS (obrázok 5.25).

Čip MAX3693 (obrázok 5.26) konvertuje štyri dátové toky LVDS s rýchlosťou 155 Mbps na sériový tok s rýchlosťou 622 Mbps. Hodiny potrebné na prenos sú syntetizované pomocou vstavanej slučky fázového závesu, ktorá obsahuje napäťovo riadený oscilátor, zosilňovač slučkového filtra a fázovo-frekvenčný detektor, ktorý vyžaduje iba externé referencie hodín. Pri napájaní 3,3 V je spotreba energie 215 mW. Výstupné signály sériových dát sú štandardné logické diferenciálne signály s kladným emitorom.

Hlavným účelom laserového ovládača MAX3669 (obrázok 5.27) je dodávať predpätý prúd a modulačný prúd na priamu moduláciu výstupu laserovej diódy. Pre väčšiu flexibilitu, diferenciálne vstupy akceptujú dátové toky PECL, ako aj rozdielne kolísanie napätia až do 320 mV (pp) pri Vcc=0,75 V. Zmenou externého odporu medzi kolíkom BIASSET a zemou je možné nastaviť predpätie od 5 do 90 mA a odpor medzi kolíkom MODSET a zemou môže nastaviť modulačný prúd od 5 do 60 mA. Typická schéma pripojenia MAX3669 k laserovému modulu je znázornená na obr. 5.28. Dáta sú prijímané v paralelnom 4-bitovom kóde a sú taktované do sériového dátového toku pomocou prevodníka MAX3693. Z tohto prevodníka sú signály v sériovom formáte prenášané do laserového ovládača MAX3669, ktorý generuje modulačný signál s požadovanými parametrami na riadenie emisie laserovej diódy.

Pomerne podrobný výber materiálov o použití týchto komponentov nájdete na webovej stránke www.rtcs.ru, Rainbow Technologies, oficiálny distribútor MAXIM v krajinách SNŠ.

Ryža. 5.25. Pripojenie optického prijímača k dátovej zbernici pomocou rozhrania LVDS

Ryža. 5.26. Bloková schéma MAX3693

Ryža. 5.27. Bloková schéma MAX3669

MAXIM tiež uvádza súpravu IC radu MAX38xx na vybudovanie optického rozhrania 2,5 Gb/s. Napríklad laserový ovládač MAX3865 s automatickým riadením modulácie (obr. 5.29) má nasledujúce charakteristické vlastnosti:

Unipolárne napájacie napätie 3,3 alebo 5 V;

Spotreba 68 mA

Pracujte s výkonom až 2,5 Gbps (NRZ);

Riadená spätná väzba;

Programovateľné predpätie a modulačné prúdy;

Trvanie zostupnej/nábežnej hrany 84 ps;

Monitorovanie modulačných a predpätých prúdov;

Detektor porúch;

ESD ochrana.

Ryža. 5.28. Typická schéma pripojenia MAX3669 k laserovému modulu

Ryža. 5.29. Typická schéma pripojenia MAX3865 k laserovému modulu

SKEO dodáva transceivery všetkých dostupných typov, bežné moduly sú držané skladom na sklade spoločnosti. Rad optických modulov SKEO je určený pre inštaláciu v kritických oblastiach komunikačnej siete, moduly majú garantované stabilné vlastnosti, záruka na túto sériu je 5 rokov. Tieto transceivery môžu nahradiť drahé moduly ponúkané predajcami.

Voľba optických modulov SKEO je optimálna pre použitie v štandardných nosných sieťach, kde je cenová efektívnosť zariadenia vysoko hodnotená.

Optické transceivery (vysielač, vysielač - vysielač a prijímač - prijímač) sú vymeniteľné moduly pre telekomunikačné zariadenia. Úlohou optického transceivera je previesť elektrický signál na optický signál.

Používanie optických transceiverov

Optické transceivery nahradili transceivery zabudované do zariadení. Nevýhodou vstavaných vysielačov bola nemožnosť výmeny média na prenos dát a náročnosť údržby v sieťovom zariadení v prípade poruchy.

Zariadenia s vymeniteľnými optickými vysielačmi/prijímačmi podporujú viacero prenosových médií (jednomódové alebo viacvidové vlákno, medená krútená dvojlinka atď.) a v prípade poruchy sa dajú ľahko vymeniť. V prípade prenosu dát po jednovidových optických vláknach môže dĺžka linky dosiahnuť 200 km bez regenerácie a zosilnenia (pre 155 Mbps).

Rôzne faktory tvaru transceivera

Optické transceivery majú niekoľko tvarových faktorov, ktoré určuje výbor SFF (Small Form Factor Committee), ktorého pracovné skupiny zahŕňajú popredných výrobcov telekomunikačných zariadení. Najbežnejšie tvarové faktory optického transceivera sú GBIC, SFP, SFP+, X2, XENPAK, XFP, CFP, qSFP. Tieto transceivery podporujú rôzne protokoly a prenosové rýchlosti od 100 Mbps do 100 Gbps.

Parametre transceiverov sa môžu značne líšiť, ale pre najbežnejšie typy modulov platí nasledujúca klasifikácia:

• GBIC a SFP 155 Mbps, 622 Mbps, 1,25 Gbps, 2,5 Gbps, 4 Gbps (protokoly STM-1, STM-4, Gigabit Ethernet (Fibre Channel), STM-16)
• XENPAK, X2, XFP, SFP+ 10Gb/s (protokoly 10GE, 10G Fibre Channel, OC-192, STM-64, 10G OTU-2)
• QSFP+, CFP 40 Gb/s, 100 Gb/s (protokoly 40GE, 100G OTU-4)

Limit prenosovej vzdialenosti je určený optickým rozpočtom a toleranciou chromatickej disperzie. Tu sa optický rozpočet vzťahuje na rozdiel medzi výkonom žiarenia vysielača a citlivosťou prijímača. Analogicky so zoznamom zhody medzi tvarovým faktorom a rýchlosťou / protokolom môžete vytvoriť zoznam vzdialeností, opäť pre bežné vysielače a prijímače:

• GBIC a SFP 0,1, 0,3, 3, 20, 40, 80, 120, 160 km
• XENPAK, X2, XFP, SFP+ 0,3, 10, 40, 80 km
• QFSP28 - 10 alebo 40 km

Štandardné označenie vzdialenosti pre transceivery do 500 metrov - SR, do 20 km - LR, do 60 km - ER, po 60 km - ZR.

Optické transceivery CWDM a DWDM

Pre podporu xWDM technológií sa transceivery vyrábajú s vysielačmi s prevádzkovou vlnovou dĺžkou zo siete CWDM / DWDM. Pre systémy CWDM sa transceivery vyrábajú s 18 rôznymi vlnovými dĺžkami, pre DWDM 44 vlnových dĺžok (mriežka 100 GHz) alebo 80 vlnových dĺžok (mriežka 50 GHz).

Optické transceivery vám umožňujú ovládať vlastné parametre stavu pomocou funkcie monitorovania. Táto funkcia sa nazýva DDM (Digital Diagnostics Monitoring) alebo DOM (Digital Optical Monitoring). Pomocou tejto funkcie môžete sledovať štandardné parametre prevádzka transceivera, ako sú elektrické charakteristiky, teplota, vyžarovaný výkon a sila signálu na detektore. Tieto informácie pomáhajú predchádzať zlyhaniam prenosu údajov včasným zisťovaním negatívnych zmien riadkov.

„Firmvér“ optických transceiverov je krátky záznam v energeticky nezávislej pamäti optického modulu, ktorý obsahuje klasifikačné informácie o module, ktoré môžu zahŕňať sériové číslo, názov výrobcu, tvarový faktor, rozsah prenosu a ďalšie. Niektorí výrobcovia používajú firmvér na blokovanie prevádzky vlastného zariadenia pomocou vysielačov a prijímačov tretích strán. Za týmto účelom zariadenie kontroluje prítomnosť správneho záznamu a súčtu kontrolný súčet v pamäti nainštalovaného transceivera.