قبل از انتخاب تقویت کننده نوری EDFA 1550 نانومتری چه چیزی باید بدانید؟

تقویت کننده نوری EDFA 1550 نانومتری چیست؟

تقویت کننده نوری EDFA 1550 نانومتری (تقویت کننده فیبر دوپ شده با اربیوم) دستگاهی است که در سیستم های ارتباطی فیبر نوری برای تقویت سیگنال های نوری فعال در باند طول موج 1550 نانومتر - باند C (1530-1565 نانومتر) و باند L (12565-1565) استفاده می شود. برخلاف تقویت‌کننده‌های الکترونیکی که نور را به سیگنال‌های الکتریکی برای تقویت و سپس به نور برمی‌گردانند، یک EDFA سیگنال نوری را مستقیماً در خود فیبر تقویت می‌کند. این امر با اتصال طول فیبر دوپ شده با اربیوم به خط انتقال و پمپاژ آن با دیود لیزری 980 نانومتری یا 1480 نانومتری به دست می آید. یون‌های اربیوم انرژی پمپ را جذب می‌کنند و فوتون‌ها را در 1550 نانومتر از طریق انتشار تحریک‌شده ساطع می‌کنند و سیگنال عبوری را با حداقل اعوجاج تقویت می‌کنند.

پنجره 1550 نانومتری از نظر استراتژیک مهم است زیرا فیبر استاندارد تک حالته (SMF-28) کمترین تضعیف خود را در این طول موج (تقریباً 0.2 دسی بل در کیلومتر) نشان می‌دهد و آن را به کارآمدترین منطقه طیفی برای انتقال در مسافت طولانی تبدیل می‌کند. همراه با توانایی EDFA برای تقویت چندین طول موج به طور همزمان از طریق تقسیم طول موج (WDM)، EDFA 1550 نانومتری به ستون فقرات زیرساخت های مخابراتی نوری مدرن در سراسر جهان تبدیل شده است.

چگونه یک EDFA 1550 نانومتری در داخل کار می کند؟

درک ساختار داخلی یک EDFA به مهندسان و متخصصان تدارکات کمک می کند تا ادعاهای عملکرد را با دقت بیشتری ارزیابی کنند. اجزای اصلی یک EDFA معمولی 1550 نانومتری شامل فیبر دوپ شده با اربیوم (EDF)، یک یا چند دیود لیزر پمپ، جفت‌کننده‌های انتخابی طول موج (WSC)، یک جداکننده نوری، و گاهی اوقات یک فیلتر صاف کننده افزایش (GFF) است.

سیگنال وارد تقویت کننده می شود و با نور پمپ پرقدرت (معمولاً 980 نانومتر) از طریق WSC ترکیب می شود. همانطور که نور ترکیبی از طریق EDF حرکت می کند - که ممکن است از چند متر تا ده ها متر طول داشته باشد - یون های اربیوم در حالت برانگیخته خود انرژی را از طریق انتشار تحریک شده به فوتون های سیگنال ورودی منتقل می کنند. جداساز نوری در خروجی از انتشار خودبه‌خودی تقویت‌شده (ASE) و بازتاب‌های برگشتی از بی‌ثبات کردن سیستم جلوگیری می‌کند. در طرح‌های چند مرحله‌ای، یک نقطه دسترسی میانی اجازه می‌دهد تا ماژول‌های جبران پراکندگی یا مالتی پلکسرهای نوری افزودن قطره (OADM) را بین مراحل افزایش وارد کنید.

طول موج پمپ: 980 نانومتر در مقابل 1480 نانومتر

انتخاب طول موج پمپ تاثیر مستقیمی بر عملکرد تقویت کننده دارد. یک پمپ 980 نانومتری میزان نویز کمتری را ارائه می‌کند، معمولاً در حدود 3-4 دسی‌بل، که آن را به گزینه ترجیحی برای مراحل پیش تقویت‌کننده که نسبت سیگنال به نویز حیاتی است تبدیل می‌کند. یک پمپ 1480 نانومتری بازده توان خروجی بالاتری را ارائه می دهد و معمولاً در تنظیمات تقویت کننده تقویت کننده استفاده می شود. بسیاری از EDFAهای با کارایی بالا از طرح پمپاژ هیبریدی برای دستیابی به نویز کم و بهره بالا به طور همزمان استفاده می کنند.

پارامترهای اصلی عملکرد توضیح داده شده است

هنگام ارزیابی الف تقویت کننده نوری 1550 نانومتری EDFA ، چندین مشخصات کلیدی مناسب بودن آن را برای یک برنامه معین تعیین می کند. درک نادرست این پارامترها می تواند منجر به عدم تطابق پرهزینه بین تقویت کننده و طراحی شبکه شود.

مسطح بودن افزایش در سیستم های WDM شایسته توجه ویژه است. طیف بهره اربیوم در سراسر باند C یکنواخت نیست. بدون فیلتر مسطح بهره، کانال‌های طول موج کوتاه‌تر نزدیک به 1530 نانومتر نسبت به کانال‌های نزدیک به 1560 نانومتر قوی‌تر تقویت می‌شوند. در طی چندین مرحله تقویت در یک پیوند طولانی مدت، این عدم تعادل جمع می شود و می تواند برخی از کانال ها را غیرقابل استفاده کند. EDFAهای با کیفیت بالا دارای GFFهای مهندسی شده دقیق هستند تا یکنواختی بهره را در ± 0.5 دسی بل یا بهتر حفظ کنند.

انواع تقویت کننده های EDFA 1550 نانومتری و نقش آنها

همه EDFAها عملکرد یکسانی را در یک شبکه انجام نمی دهند. سه نقش اصلی استقرار - تقویت کننده، درون خطی و پیش تقویت کننده - هر کدام به پروفایل های عملکرد متفاوتی نیاز دارند و انتخاب نوع اشتباه یک اشتباه رایج و پرهزینه است.

تقویت کننده تقویت کننده (پس از تقویت کننده)

تقویت کننده تقویت کننده که بلافاصله بعد از فرستنده نوری قرار می گیرد، قدرت پرتاب را به دهانه فیبر افزایش می دهد. با یک سیگنال ورودی نسبتا قوی کار می کند و برای توان خروجی بالا - اغلب 23 dBm تا 33 dBm - به جای نویز کم بهینه شده است. قدرت پرتاب بالا، قبل از اینکه سیگنال نیاز به تقویت بیشتر داشته باشد، دامنه انتقال را افزایش می دهد.

تقویت کننده خطی (تقویت کننده خط)

تقویت‌کننده‌های خطی که در سایت‌های تکرارکننده در طول مسیر فیبر، معمولاً هر 80 تا 120 کیلومتر، مستقر می‌شوند، تلفات فیبر تجمعی بین ایستگاه‌ها را جبران می‌کنند. آنها باید افزایش، نویز و توان خروجی را متعادل کنند، زیرا سیگنال هایی را پردازش می کنند که قبلاً توسط تضعیف و پراکندگی فیبر تخریب شده اند. طرح‌های چند مرحله‌ای با دسترسی میانی معمولاً در این نقش برای ادغام ماژول‌های جبران پراکندگی استفاده می‌شوند.

پیش تقویت کننده

پیش تقویت کننده که درست قبل از گیرنده نوری قرار دارد، سیگنال ورودی ضعیف را تا سطح قابل تشخیص توسط ردیاب نوری افزایش می دهد. رقم نویز پارامتر حیاتی در اینجا است - یک NF پایین 3-4 دسی بل تضمین می کند که نسبت سیگنال به نویز در گیرنده آستانه های نرخ خطای بیت مورد نیاز (BER) را برآورده می کند. نیازهای توان خروجی در این پیکربندی نسبتاً متوسط ​​است.

سناریوهای کاربردی کلیدی

تقویت‌کننده نوری 1550 نانومتری EDFA در طیف گسترده‌ای از کاربردهای فیبر نوری، از کابل‌های زیردریایی که هزاران کیلومتر را در بر می‌گیرند تا شبکه‌های شهری فشرده و سیستم‌های توزیع CATV، مستقر است.

• سیستم‌های انتقال DWDM در مسافت‌های طولانی و بسیار طولانی که هر 80 تا 100 کیلومتر نیاز به تقویت دارند.
• سیستم های کابل فیبر نوری زیردریایی که در آن ایستگاه های تکرار کننده باید به مدت 25 سال به طور قابل اعتماد و بدون دسترسی به تعمیر و نگهداری کار کنند.
• شبکه های فیبر کواکس هیبریدی CATV (تلوزیون کابلی) (HFC) که سیگنال های ویدئویی آنالوگ یا دیجیتال 1550 نانومتری را به پایگاه های مشترکین بزرگ توزیع می کند.
• شبکه های PON فیبر به خانه (FTTH) با استفاده از تقویت کننده های قدرت نوری برای افزایش دسترسی یا افزایش نسبت تقسیم
• سیستم‌های حسگر نوری و LIDAR که در آن نور 1550 نانومتری تقویت‌شده، قابلیت سنجش دوربرد و ایمن برای چشم را فراهم می‌کند.
• محیط‌های تحقیقاتی و آزمایشی که به منابع 1550 نانومتری قابل تنظیم و پرقدرت برای تعیین مشخصات اجزا نیاز دارند.

برنامه‌های CATV تقاضاهای منحصر به فردی را برای EDFA ایجاد می‌کنند و به ویژگی‌های نویز نوری و اعوجاج بسیار کم - به ویژه اعوجاج مرتبه دوم کامپوزیت کم (CSO) و اعوجاج سه ضربی مرکب (CTB) - برای حفظ کیفیت ویدیوی آنالوگ نیاز دارند. EDFAهای استاندارد درجه مخابرات همیشه برای استفاده از CATV بدون تکنیک های خطی سازی خاص مناسب نیستند.

نحوه انتخاب EDFA 1550 نانومتری مناسب برای سیستم

انتخاب صحیح EDFA مستلزم ارزیابی سیستماتیک بودجه پیوند، طرح کانال و محیط عملیاتی شبکه شما است. تسریع در این فرآیند اغلب منجر به تقویت‌کننده‌های نامشخصی می‌شود که عملکرد تنگنا را ایجاد می‌کنند یا واحدهای بیش از حد مشخص شده که هزینه‌ها را بی‌رویه افزایش می‌دهند.

با تجزیه و تحلیل بودجه لینک نوری کامل شروع کنید. مجموع تلفات دهانه - از جمله تضعیف فیبر، تلفات اتصال، تلفات اتصال، و تلفات درج از اجزای غیرفعال - را برای تعیین بهره مورد نیاز از هر مرحله تقویت‌کننده محاسبه کنید. اطمینان حاصل کنید که توان خروجی EDFA برای غلبه بر افت دهانه و رساندن حداقل توان مورد نیاز به مرحله یا گیرنده بعدی کافی است.

در مرحله بعد، تعداد کانال های WDM را که سیستم شما حمل می کند در نظر بگیرید. در سیستم های DWDM با 40، 80 یا 96 کانال، کل توان ورودی به EDFA مجموع تمام توان های کانال است. با افزایش تعداد کانال، توان هر کانال به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد، و تقویت‌کننده باید بهره‌ی ثابتی را در محدوده دینامیکی توان ورودی وسیعی حفظ کند. بررسی کنید که عملکردهای کنترل بهره خودکار (AGC) یا کنترل سطح خودکار (ALC) EDFA می‌توانند رویدادهای اضافه/افت کانال را بدون ایجاد نوسانات گذرا برق که کانال‌های باقیمانده را مختل می‌کنند، مدیریت کند.

ملاحظات محیطی و عوامل شکل

برای استقرار در فضای باز یا محیط خشن، بررسی کنید که EDFA با درجه‌بندی دمای صنعتی - معمولاً -40 درجه سانتی‌گراد تا 75 درجه سانتی‌گراد - مطابقت دارد و دارای گواهی‌های مربوطه مانند Telcordia GR-468-CORE برای قابلیت اطمینان است. واحدهای 19 اینچی قفسه‌بندی شده با فاکتورهای فرم 1U یا 2U برای نصب دفتر مرکزی استاندارد هستند، در حالی که نسخه‌های فشرده یا دیواری مناسب کلبه‌های صحرایی و گره‌های راه دور هستند. مصرف برق یکی دیگر از نگرانی های عملی است، به ویژه برای استقرار در مقیاس بزرگ که در آن صدها تقویت کننده به طور مداوم کار می کنند.

مشکلات رایج و نکات عیب یابی

حتی EDFAهایی که به خوبی مشخص شده اند، اگر به درستی نصب، نظارت یا نگهداری نشوند، می توانند با مشکلات عملیاتی مواجه شوند. آگاهی از حالت های رایج خرابی به مهندسان شبکه کمک می کند تا سریعتر پاسخ دهند و زمان خرابی را به حداقل برسانند.

• نویز بیش از حد ASE - معمولاً ناشی از قدرت سیگنال ورودی کم است که تقویت کننده را به سمت عملکرد غیراشباع با بهره بالا می برد. راه حل بررسی سطح توان ورودی و بررسی اتصالات فیبر بالادست است
• افزایش شیب در کانال‌های WDM - ممکن است نشان‌دهنده خرابی یا ناهمترازی فیلتر صاف‌کننده افزایش یا پیری لیزر پمپ باشد. ممکن است نیاز به کالیبراسیون مجدد یا تعویض پمپ باشد
• خرابی لیزر پمپ - رایج ترین خطای سخت افزاری در EDFA ها. اکثر واحدهای مدرن نظارت بر توان پمپ را از طریق رابط های SNMP یا I2C برای فعال کردن تعمیر و نگهداری پیش بینی شده قبل از خرابی کامل ارائه می دهند.
• گشتاورهای بهره گذرا در حین افزودن/افت کانال - با فعال کردن ویژگی‌های کنترل بهره خودکار سریع که در عرض میکروثانیه به تغییرات برق ورودی پاسخ می‌دهند، کاهش می‌یابد.
• ناپایداری توان خروجی - اغلب با نوسانات دما مرتبط است. از تهویه کافی اطمینان حاصل کنید و بررسی کنید که خنک کننده ترموالکتریک (TEC) کنترل کننده لیزر پمپ به درستی کار می کند.

نظارت پیشگیرانه از طریق رابط مدیریت EDFA - چه از طریق RS-232، اترنت یا SNMP - تنها موثرترین استراتژی برای حفظ سلامت بلندمدت تقویت کننده است. ایجاد معیارهای عملکرد پایه در راه اندازی و تنظیم آستانه های هشدار برای انحرافات به مراکز عملیات شبکه اجازه می دهد تا روند تخریب را قبل از تشدید آنها به خرابی های مؤثر بر خدمات شناسایی کنند.

روندهای آینده در فناوری EDFA

EDFA 1550 نانومتری در پاسخ به افزایش تقاضای پهنای باند ناشی از backhaul 5G، رایانش ابری، و اتصالات مرکز داده های فوق مقیاس به تکامل خود ادامه می دهد. چندین پیشرفت در حال شکل دادن به نسل بعدی محصولات EDFA هستند. EDFAهای باند پهن که هر دو باند C و L را به طور همزمان پوشش می دهند - که ظرفیت انتقال بیش از 20 ترابیت بر ثانیه را در هر جفت فیبر امکان پذیر می کند - از آزمایشگاه های تحقیقاتی به سمت استقرار تجاری حرکت می کنند. EDFAهای فوتونیک یکپارچه، که در آن موجبرهای دوپ شده با اربیوم بر روی یک تراشه فوتونیک سیلیکونی ساخته می‌شود، نوید کاهش چشمگیر اندازه و مصرف انرژی مناسب برای اپتیک‌های همبسته در تجهیزات شبکه نسل بعدی را می‌دهد. علاوه بر این، الگوریتم‌های کنترل بهره مبتنی بر یادگیری ماشینی در سیستم‌های مدیریت EDFA ادغام می‌شوند و امکان بهینه‌سازی بی‌درنگ توان پمپ را در پاسخ به الگوهای ترافیکی پویا و اثرات پیری فیبر فراهم می‌کنند. این پیشرفت ها تضمین می کند که EDFA در دهه آینده تقویت کننده منتخب برای شبکه های نوری 1550 نانومتری خواهد بود.