Таким образом, в соединителе всегда происходят потери оптического излучения. Эту разновидность потерь принято называть потерями в соединении (Insertion Loss). До последнего времени проблема обеспечения нормального функционирования сетевых интерфейсов решалась проверкой соблюдения бюджета мощности.
В августе 2007 г. в не-мецком представительстве компании Panduit прошел семинар, на котором доктор Рик Пимпинелла сделал доклад на тему «Параметры оптических кабельных трактов 10 Gigabit Ethernet»; в нем были представлены результаты научных исследований, проведенных в июне 2007 г. в американских лабораториях этой компании. Пимпинелла является руководителем направления волоконной оптики научных лабораторий компании Panduit и действительным членом комитета IEEE 802.3 по волоконной оптике. В процессе выполнения рассматриваемой в докладе работы задавались и рассчитывались потери определенных видов. Согласно такому подходу затухание оптического сигнала не оказывает значимого влияния на качественные параметры тракта передачи до тех пор, пока потери в тракте не превышают допустимого значения.
ВЛИЯНИЕ ПОТЕРЬ НА КАЧЕСТВО ПЕРЕДАЧИ
По мнению Пимпинеллы, использовавшийся ранее подход уже не отвечает реальным потребностям. Полученные им результаты указывают на необходимость серьезной модернизации действующих норм и методик расчета оптических линий. Проведенные исследования наглядно свидетельствуют о том, что общее затухание тракта, рассчитанное как сумма затуханий образующих его отдельных компонентов, не дает полной гарантии соответствия параметров тракта требованиям обеспечения качественных показателей передаваемой информации. Пимпинелла предлагает сделать следующий шаг и исходить из того, что затухание оказывает непосредственное влияние на передаваемый сигнал в смысле изменения вероятности его ошибки.
Даже при высококачественном кабеле разъемный соединитель может иметь очень высокое затухание, которое приведет к резкому увеличению вероятности ошибки. Как подчеркнул Пимпинелла, потери в соединении — чрезвычайно важный параметр, поэтому добавление одного разъемного соединителя многократно увеличивает вероятность ошибки. Исследователь представил результаты очень сложных и дорогостоящих экспериментов, доказывающих справедливость этого феномена. Он использовал съемки ближнего поля, анализ вероятности ошибки с помощью глаз-диаграммы и измерения дифференциальной модовой задержки. Последняя является мерой разности задержек отдельных мод при прохождении ими многомодового тракта.
Проведенные исследования продемонстрировали, что не только разъемные соединители, но и сами волокна, которые формально отвечают всем действующим нормам, могут оказаться непригодны для формирования тракта передачи 10-гигабитных сигналов из-за высокой вероятности ошибки. Таким образом, исследования подтвердили необходимость изменения действующих норм.
Пимпинелла подчеркнул, что для полного описания многомодового тракта передачи необходимо учитывать в общей сложности восемь параметров. В их перечень входят: затухание в соединении, межсимвольная интерференция, а также шумы разделения мод, шумы относительной интенсивности, шумы поляризации, модовые шумы, шумы от отражений и так называемый коррекционный штраф.
Для оптического тракта общий бюджет мощности для передачи 10-гигабитного сигнала в соответствии с моделью IEEE составляет, по расчетам Пимпинеллы, 7,3 дБ. Общая протяженность тракта равна 300 м, причем для построения тракта используется всего одна строительная длина оптического кабеля, а коэффициент широкополосности его многомодовых световодов составляет 2000 МГцхкм. Информация передается на длине волны 850 нм с использованием одной оптической несущей. Затухание оптического сигнала равно 2,6 дБ (вклад разъемных соединителей — 1,5 дБ, а волоконных световодов — 1,1 дБ). Величина дисперсионного штрафа из-за межсимвольной интерференции, которая появляется вследствие конечного быстродействия приемника и передатчика, а также ограниченной полосы пропускания многомодового волокна, достигает 3,02 дБ. Остальные составляющие затухания дают общие суммарные потери в 0,9 дБ. К этому следует добавить нераспределенный резерв в 0,8 дБ (см. Рисунок 1).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Измерения вероятности ошибки при передаче сигналов 10 Gigabit Ethernet по волокнам расширенной категории ОМ3 на расстояние 550 м позволяют констатировать, что при мощности передачи -10,5 дБм начинает проявляться влияние фундаментального дополнительного шума, который до сих пор не учитывался в различных расчетных моделях. Пимпинелла объяснил его появление распределением мощности принимаемого оптического сигнала, приводящего к дополнительным потерям за счет верхних и нижних выбросов импульсного сигнала (соответственно, P0 и P1). Пусковым механизмом таких потерь могут быть разъемные соединители. Причина их возникновения заключается в том, что лучи направляемых мод в точке сращивания волокон попадают в оболочку и не передаются дальше. Этот эффект получил специальное название — избирательные потери мод (Mode Selective Loss). Их наличие приводит к флуктуациям параметра вероятности ошибки. Кроме того, они способствуют появлению в приемнике более сильных шумов, что сопровождается уменьшением отношения сигнала к шуму. Очевидно, при небольших значения такого отношения влияние избирательных потерь мод на параметры тракта передачи становится очень заметным.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для минимизации потерь при построении оптических трактов передачи необходимо применять высококачественные компоненты с низким затуханием, а также разъемные соединители, затухание которых должно быть существенно ниже значения 1,5 дБ, предусмотренного IEEE. Процедуру официальной сертификации волоконных световодов и трактов передачи целесообразно дополнить проверкой выполнения норм по трем или четырем параметрам. Кроме того, наряду с основными шумами следует учитывать отрицательное влияние избирательных потерь мод. При этом из-за высокой сложности измерений крайне проблематично проконтролировать состояние уже проложенного кабеля на соответствие нормам по всем значимым параметрам.
Компания Panduit предупреждает появление этих проблем, применяя в своей кабельной системе только высококачественные компоненты, которые отвечают требованиям по дополнительным критериям и позволяют строить тракты передачи с более низкой вероятностью ошибки, чем это предусматривается действующими нормами. Кроме того, Panduit направила в соответствующие комитеты по стандартизации предложение об ужесточении целого ряда норм.
Сабина Кюкенманнс — независимый эксперт.