Podívali jsme se na to, jaké optické transceivery SFP a SFP+ jsou obecně. V tomto článku bychom se rádi podívali blíže na několik jemnějších bodů.

Zaměříme se také na klasifikaci transceiverů podle typu optického konektoru, standardů a technologie vlnového multiplexování.

Ukončení kabelu

Optický kabel pro připojení k SFP modulům musí být zakončen do konektoru LC (Lucent/Little/Local Connector) nebo SC (Subscriber/Square/Standard Connector).

V souladu s tím jsou moduly vyráběny se dvěma typy kabelových konektorů: SC a LC.

Zde je třeba poznamenat, že dvouvláknové optické transceivery formátů SFP a SFP+ jsou téměř vždy vybaveny LC konektorem, protože SC je větší a dva takové konektory se do duplexního modulu nevejdou. Použití SC je možné pouze v jednovláknovém provedení.

SC je jeden z prvních keramických konektorů navržených tak, aby usnadňoval připojení optických kabelů k různým zařízením a chránil řezaný kabel před znečištěním a mechanickému poškození. Vzhledem k mikroskopické tloušťce vláken optického kabelu může i jedno smítko prachu způsobit výrazné zhoršení kvality komunikace nebo přerušení spojení.

LC konektor byl vyvinut společností Lucent jako vylepšená verze SC. Má poloviční rozměry a uvolňovací mechanismus, který usnadňuje manipulaci s optickými kabely v podmínkách vysoké hustoty spojů/vláken.

Obecně ethernetové standardy umožňují použití jak jednoho, tak druhého konektoru, nicméně většina výrobců stále instaluje LC konektory na své moduly. Dokonce i jednovláknové moduly SFP WDM, které se vždy standardně vyráběly s konektorem SC, jsou nyní dostupné i s konektorem LC.

Více o optických konektorech si můžete přečíst v tomto článku.

Normy

Optické transceivery fungují v sítích Ethernet, a proto musí splňovat jednu z příslušných norem. Pro usnadnění jsme tyto parametry shrnuli do tabulky.

Průhledná okna jednovidového optického vlákna

Naprostá většina moderních optických kabelů je SMF G.652 různé verze. Nejnovější verze standard, G.652 (11/16) byl vydán v listopadu 2016. Norma popisuje to, co se nazývá standardní jednovidové vlákno.

Prostup světla optickým vláknem je založen na principu totálního vnitřního odrazu na rozhraní médií s různou optickou hustotou. Pro realizaci tento princip vlákno je vyrobeno dvou- nebo vícevrstvé. Světlovodivé jádro je obklopeno vrstvami průhledných obalů vyrobených z materiálů s nižšími indexy lomu, díky čemuž dochází k úplnému odrazu na hranici vrstev.

Optické vlákno se jako přenosové médium vyznačuje útlumem a rozptylem. Útlum je ztráta výkonu signálu během průchodu vlákna, vyjádřená v úrovni ztráty na kilometr vzdálenosti (dB/km). Útlum závisí na materiálu přenosového média a vlnové délce vysílače. Křivka absorpčního spektra versus vlnová délka obsahuje několik vrcholů s minimálním zeslabením. Právě tyto body na grafu, nazývané také průhledná okna nebo telekomunikační okna, byly vybrány jako základ pro výběr emitorů..

Jednovidové vlákno má šest průhledných oken:

• O-pásmo (původní): 1260-1360 nm;
• E-pásmo (rozšířené): 1360-1460 nm;
• S-pásmo ( Krátká vlnová délka): 1460-1530 nm;
• C-pásmo ( Konvenční): 1530-1565 nm;
• L-pásmo ( Dlouhá vlnová délka): 1565-1625 nm;
• U-band ( Ultra dlouhá vlnová délka): 1625-1675 nm.

Zblízka Vlastnosti vláken v každém rozmezí lze považovat za přibližně stejné. Dochází k maximální průhlednosti, obvykle , na konec dlouhé vlny E-pásmo . Specifický útlum v O-pásmo asi jedenapůlkrát vyšší než v pásmu S a C , specifická chromatická disperze je opačná, má nulové minimum při vlnové délce 1310 nm a nad nulou at C-pásmo.

Zpočátku byly k uspořádání duplexního spojení pomocí optického kabelu použity páry vláken, z nichž každé bylo zodpovědné za svůj vlastní směr přenosu. To je pohodlné, ale nehospodárné ve vztahu ke zdroji kladeného kabelu. Aby se tento problém vyrovnal, byla vyvinuta technologie spektrálního multiplexování, nebo jinými slovy vlnového multiplexování.

Technologie vlnového multiplexování, WDM/CWDM/DWDM

WDM

Technologie WDM, Wavelength Division Multiplexing, je založena na přenosu několika světelných toků s různou délkou světla přes jediné vlákno.

Základní technologie WDM umožňuje vytvoření jednoho duplexního spojení, přičemž nejčastěji používaným párem vlnových délek je 1310/1550 nm, z O- a C-pásma, resp. Pro implementaci technologie je použita dvojice „zrcadlových“ modulů, jeden s vysílačem 1550 nm a přijímačem 1310 nm, druhý naopak s vysílačem 1310 nm a přijímačem 1550 nm.

Rozdíl ve vlnové délce obou kanálů je 240 nm, což umožňuje rozlišit oba signály bez použití speciální prostředky detekce. Hlavní použitý pár je 1310/1550, který umožňuje vytvářet stabilní spojení na vzdálenost až 60 km.

Ve vzácných případech se používají také páry 1490/1550, 1510/1570 a další možnosti z průhledných oken s nižším specifickým útlumem vzhledem k O-pásmu, což umožňuje organizovat více spojení „na dlouhé vzdálenosti“. Navíc existuje kombinace 1310/1490, kdy je paralelně s daty přenášen signál kabelové televize na vlnové délce 1550 nm.

CWDM

Další fází vývoje byla technologie hrubého spektrálního multiplexování Coarse WDM, CWDM. CWDM umožňuje vysílat až 18 datových toků ve vlnovém rozsahu od 1270 do 1610 nm v krocích po 20 nm.

CWDM moduly jsou v drtivé většině případů dvouvláknové. Existují BiDi, obousměrné SFP CWDM moduly, ve kterých probíhá příjem a přenos přes jedno vlákno, ale na Ukrajině jsou stále v prodeji poměrně vzácně.

Vysílače (moduly) SFP a SFP+ CWDM vysílají na jedné konkrétní vlnové délce.

Přijímač takových modulů je širokopásmový, to znamená, že přijímá signál na jakékoli vlnové délce, což vám umožňuje organizovat jeden duplexní kanál s libovolnými dvěma moduly certifikovanými pro shodu s CWDM. Pro současný průchod několika kanály se používají pasivní multiplexory-demultiplexery, které shromažďují datové toky z „barevných“ SFP modulů (každý z nich má vysílač s vlastní vlnovou délkou) do jednoho paprsku pro přenos přes vlákno a analyzují jej do jednotlivých toků. v koncovém bodě. Všestrannost přijímačů poskytuje větší flexibilitu při vytváření sítí.

DWDM

Nejnovějším vývojem je Dense WDM (DWDM), husté spektrální multiplexování, které umožňuje organizovat až 24 a v zakázkových systémech až 80 duplexních komunikačních kanálů v rozsahu vlnových délek 1528,77-1563,86 nm s krokem 0,79-0,80 nm.

Přirozeně, čím hustší je umístění kanálů, tím přísnější jsou tolerance při výrobě zářičů. Pokud je u konvenčních modulů přijatelná chyba vlnové délky do 40 nm, u WDM transceiverů je tato chyba snížena na 20-30 nm, u CWDM je to již 6-7 nm a u DWDM je pouze 0,1 nm. Čím těsnější jsou tolerance, tím dražší je výroba zářičů.

Navzdory mnohem vyšším nákladům na hardware má však DWDM oproti CWDM následující hlavní výhody:
1) převod je patrný více kanály na jednom vláknu;
2) přenos více kanálů na velké vzdálenosti, vzhledem k tomu, že DWDM pracuje v rozsahu největší transparentnosti (1525-1565 nm).

Nakonec je třeba zmínit, že na rozdíl od původního standardu WDM může v CWDM a DWDM každý jednotlivý kanál dodávat data rychlostí 1 Gbit/s i 10 Gbit/s. Standardy 40 Gbit a 100 Gbit Ethernet jsou implementovány kombinací propustnosti několika 10 Gbit kanálů.

Co jsou moduly OADM a filtry WDM (rozdělovače)?

Přes podobný název není modul OADM optický transceiver, ale spíše optický filtr, jeden z typů multiplexerů.

Na obrázku: modul OADM.

Uzly Optical Add Drop Multiplexor (OADM) se používají k oddělení datových toků v mezilehlých bodech. OADM, jinak Add-Drop Module, je optické zařízení, které se instaluje do přerušení optického kabelu a umožňuje filtrovat dva datové toky ze společného paprsku. OADM, stejně jako všechny multiplexory, na rozdíl od SFP a SFP+ transceiverů, jsou pasivní zařízení, což znamená, že nevyžadují napájení a mohou být instalovány za jakýchkoliv podmínek, dokonce i těch nejnáročnějších. Správně naplánovaná sada OADM vám umožňuje obejít se bez terminálového multiplexeru a „distribuovat“ datové toky do mezilehlých bodů.

Nevýhodou OADM je snížení výkonu separovaného i tranzitního signálu a tím i maximální stabilní přenosový dosah. Podle různých zdrojů se snížení výkonu pohybuje od 1,5 do 2 dB pro každý Add-Drop.

Ještě zjednodušené zařízení, filtr WDM, umožňuje oddělit od obecného proudu pouze jeden kanál s určitou vlnovou délkou. Je tak možné sestavit analogy OADM na základě libovolných párů, což zvyšuje flexibilitu výstavby sítě na maximum.

Na obrázku: WDM filtr (rozdělovač).

WDM filtr lze použít jak v sítích s WDM multiplexováním, tak s CWDM, DWDM multiplexováním.
Stejně jako CWDM zahrnuje specifikace DWDM použití OADM a filtrů.

Smlouvy o více zdrojích (MSA)

Informace o podpoře MSA můžete často vidět v doprovodné dokumentaci pro transceivery SFP a SFP+. co to je?

MSA jsou průmyslové dohody mezi výrobci modulů, které poskytují end-to-end kompatibilitu mezi transceivery a síťová zařízení různé společnosti a soulad všech vyrobených transceiverů s obecně uznávanými standardy. Instalace portů SFP kompatibilních s MSA do zařízení rozšiřuje řadu kompatibilních modulů a zajišťuje existenci konkurenčního trhu pro zaměnitelné produkty.

MSA pro SFP/SFP+ nastavuje následující parametry:

1. Mechanické rozhraní:

• rozměry modulu;
• parametry mechanického připojení konektorů k desce;
• umístění prvků na desce s plošnými spoji;
• úsilí, nutné pro instalaci modulu do/vyjmutí z konektoru;
• normy označování.

2. Elektrické rozhraní:

• pinout;
• nastavení výkonu;
• časování a vstupní/výstupní signály.

3. Softwarové rozhraní:

• typ čipu PROM;
• datové formáty a přednastavená pole firmwaru;
• parametry ovládacího rozhraní I2C;
• Funkce DDM ( Monitorování digitální diagnostiky).

Dnes moduly ve formátu SFP/SFP+ zahrnují tři specifikace MSA vydané výborem SNIA SFF, s jejichž dodržováním souhlasila většina účastníků trhu:
SFP - Stáhnout ve formátu pdf
SFP+ - Stáhnout ve formátu pdf
DDM - ke stažení ve formátu pdf

Moduly SFP, SFP+, XFP technický popis(ruština) Stáhnout ve formátu pdf

Komunikační linky z optických vláken jsou typem komunikace, ve které jsou informace přenášeny podél optických dielektrických vlnovodů, známých jako optické vlákno. Optické vlákno je v současnosti považováno za nejpokročilejší fyzické médium pro přenos informací a také za nejslibnější médium pro přenos velkých toků informací na velké vzdálenosti.

Široká šířka pásma optických signálů je způsobena extrémně vysokou nosnou frekvencí. To znamená, že informace lze přenášet přes optickou komunikační linku rychlostí asi 1,1 terabit/s. Tito. Jedno vlákno může přenášet 10 milionů současně telefonické rozhovory a milion video signálů. Rychlost přenosu dat lze zvýšit přenosem informací ve dvou směrech najednou, protože světelné vlny se mohou v jednom vláknu šířit nezávisle na sobě. V optickém vláknu se navíc mohou šířit světelné signály dvou různých polarizací, což umožňuje zdvojení propustnost optický komunikační kanál. Dosud nebylo dosaženo limitu hustoty přenášené informace přes optické vlákno.

Nejdůležitější součástí je optický kabel. Na světě existuje několik desítek společností, které vyrábějí optické kabely pro různé účely. Nejznámější z nich: AT&T, General Cable Company (USA); Siecor (Německo); kabel BICC (UK); Les cables de Lion (Francie); Nokia (Finsko); NTT, Sumitomo (Japonsko), Pirelli (Itálie). Náklady na optické kabely jsou srovnatelné s náklady na standardní „měděné“ kabely. Využití přenosu signálu optickými vlákny v současnosti brání relativně vysoká cena zařízení a složitost instalačních prací.

Pro přenos dat přes optické kanály musí být signály převedeny z elektrických na optické, přeneseny přes komunikační linku a poté převedeny zpět na elektrické v přijímači. Tyto transformace se vyskytují v transceiverech, které obsahují elektronické součástky spolu s optickými součástkami.

Obecně je organizace optického kanálu podobná IrDA. Podstatnými rozdíly jsou dosah optických vln a rychlost přenášených dat. V tomto ohledu se jako zářiče používají polovodičové lasery a jako přijímače vysokofrekvenční fotodiody. Blokové schéma přijímače optoelektronických dat je na Obr. 5.19 a na Obr. 5.20 – vysílač dat.

Rýže. 5.19. Optoelektronický přijímač dat

Rýže. 5.20. Optoelektronický datový vysílač

Pro přenos informací přes optický kanál se používají dva rozsahy vlnových délek: 1000 ^ 1300 nm (druhé optické okno) a 1500 ^ 1800 nm (třetí optické okno). V těchto rozsazích je nejnižší ztráta signálu ve vedení na jednotku délky kabelu.

Pro optické přenosové systémy lze použít různé optické zdroje. Například světlo emitující diody (LED) se často používají v nízkonákladových místních sítích pro komunikaci na krátké vzdálenosti. Široké spektrální pásmo záření a nemožnost pracovat ve vlnových délkách druhého a třetího optického okna však neumožňují použití LED v telekomunikačních systémech.

Na rozdíl od LED může opticky modulovaný laserový vysílač pracovat ve třetím optickém okně. Proto se pro přenosové systémy na ultra dlouhé vzdálenosti a WDM, kde cena není hlavním hlediskem a vysoká účinnost je nutností, používá laserový optický zdroj. Pro optické komunikační kanály Různé typy Přímo modulované polovodičové laserové diody mají optimální poměr cena/efektivita. Zařízení mohou pracovat ve druhém i třetím optickém okně.

Všechny polovodičové laserové diody používané pro přímou modulaci obvykle potřebují DC offset pro nastavení pracovního bodu a modulačního proudu pro přenos signálu. Velikost předpětí a modulačního proudu závisí na vlastnostech laserové diody a může se lišit typ od typu a jeden od druhého v rámci stejného typu. Při návrhu jednotky vysílače je třeba vzít v úvahu rozsah změn těchto charakteristik v závislosti na čase a teplotě. To platí zejména pro ekonomicky výhodnější nechlazené typy polovodičových laserů. Z toho vyplývá, že ovladač laseru musí produkovat předpětí a modulační proud v rozsahu dostatečném k tomu, aby různé optické vysílače se širokým rozsahem laserových diod mohly pracovat po dlouhou dobu a při různých teplotách.

Pro kompenzaci zhoršujícího se výkonu laserové diody se používá zařízení automatického řízení výkonu (APC). Využívá fotodiodu, která přeměňuje světelnou energii laseru na proporcionální proud a dodává ji ovladači laseru. Na základě tohoto signálu budič vytváří předpětí do laserové diody tak, aby výkon světla zůstal konstantní a odpovídal původně nastavenému. Tím je zachována „amplituda“ optického signálu. Fotodiodu nacházející se v obvodu APC lze také použít v automatickém řízení modulace (AMC).

Obnova synchronizace a převod do sériového formátu vyžadují hodinové impulsy, které je nutné syntetizovat. Tento syntezátor může být také integrován do paralelně-sériového převodníku a obvykle obsahuje obvod smyčky fázového závěsu. Syntezátor hraje důležitou roli ve vysílači optického komunikačního systému.

Optické přijímače detekují signály přenášené po optickém kabelu a převádějí je na elektrické signály, které následně zesílí a obnoví svůj tvar a synchronizační signály. V závislosti na přenosové rychlosti a systémových specifikách zařízení může být datový tok převeden ze sériového na paralelní formát. Klíčovou součástí, která následuje zesilovač do přijímacího zařízení, je obvod hodin a obnovy dat (CDR). CDR provádí taktování, rozhoduje o úrovni amplitudy příchozího signálu a vytváří rekonstruovaný datový tok.

Existuje několik způsobů, jak zachovat synchronizaci (externí SAW filtr, externí řídicí hodinový signál atd.), ale pouze integrovaný přístup může tento problém efektivně vyřešit. Použití smyčky fázového závěsu (PLL) je nedílnou součástí synchronizace hodinových impulsů s datovým tokem, což zajišťuje, že hodinový signál je zarovnán se středem datového slova.

Laserové moduly řady LFO-1 (tab. 5.15) jsou vyráběny na bázi vysoce účinných laserových diod MQW InGaAsP/InP a AlGaInP/GaAs a jsou dostupné ve standardních nechlazených koaxiálních pouzdrech s jednovidovým nebo vícevidovým optickým vláknem. Některé modely lze spolu s nechlazenou verzí vyrobit v pouzdrech typu DIL-14 s vestavěnou mikrochladničkou a termistorem. Všechny moduly mají široký rozsah provozních teplot, vysokou stabilitu radiačního výkonu, životnost více než 500 tisíc hodin a jsou nejlepšími zdroji záření pro digitální (až 622 Mbit/s) optické komunikační linky, optické testery a optické telefony .

Fotodetektorové moduly řady PD-1375 (tabulka 5.16) pro spektrální rozsah 1100-1650 nm jsou vyrobeny na bázi InGaAs PIN fotodiod a jsou dostupné v nechlazených verzích s singlemode (model PD-1375s-ip) nebo multimode ( PD-1375m-ip), optickém vláknu a také v pouzdře typu „optical socket“ pro spojení s SM a MM vlákny zakončenými konektorem „FC/PC“ (model PD-1375-ir). Moduly mají široký rozsah provozních teplot, vysokou spektrální citlivost, nízké temné proudy a jsou navrženy pro provoz v analogových a digitálních optických komunikačních linkách s rychlostí přenosu informací až 622 Mbit/s.

Čipset vyráběný společností MAXIM pro transceivery umožňuje konverze v optických přenosových systémech SDH/SONET. SDH je evropský standard pro přenos dat optickými vlákny. SONET je standard, který definuje rychlosti, signály a rozhraní pro synchronní přenos dat rychlostí vyšší než jeden gigabit/s přes síť z optických vláken.

Zesilovače MAX3664 a MAX3665 (obr. 5.21) převádějí proud z fotodiodového snímače na napětí, které je zesíleno a posíláno na výstup jako diferenciální signál. Kromě fotoproudového zesilovače obsahují mikroobvody Zpětná vazba pro kompenzaci konstantní složky, která závisí na velikosti temného proudu fotodetektoru a má velmi nízkou teplotní a časovou stabilitu. Typické schéma zapnutí MAX3665 je znázorněno na Obr. 5.22. Hlavním účelem těchto zesilovačů je obnovit amplitudu elektrického signálu a přenést obnovený signál k dalšímu zpracování.

Čip MAX3675 (MAX3676) obnovuje hodinové signály z přijatého datového toku a taktuje je. Funkční schéma MAX3676 je na Obr. 5.23. Algoritmy zpracování signálu v těchto zařízeních jsou mnohem složitější. V důsledku převodu signálu je spolu s obnovením digitálního datového toku extrahován synchronizační signál nezbytný pro další správné zpracování. Typické schéma zapojení MAX3676 je znázorněno na Obr. 5.24. MAX3676 přijímá signál z fotoproudového zesilovače a jako výsledek konverze tohoto signálu vydává diferenciální datové signály a hodinové signály se standardními logické úrovně. Je třeba vzít v úvahu, že všechny tyto převody se provádějí se signály přicházejícími v sériovém formátu velmi vysokou rychlostí.

Rýže. 5.21. Funkční schéma fotoproudového zesilovače MAX3665

Rýže. 5.22. Typické schéma zapojení pro MAX3665

Rýže. 5.23. Funkční schéma MAX3676

Rýže. 5.24. Typické schéma zapojení pro MAX3676

Pro přenos signálů generovaných jako výsledek příjmu přes standardní rozhraní nabízí MAXIM MAX3680 a MAX3681, jedná se o převodníky sériového na paralelní kód. MAX3680 převádí 622 Mbps sériový datový tok na 78 Mbps osmibitový tok slov. Výstup dat a hodin jsou kompatibilní s úrovněmi TTL. Příkon - 165 mW při napájení 3,3V. MAX 3681 převádí sériový datový tok (622 Mbps) na 155 Mbps čtyřbitový tok slov. Jeho diferenciální data a hodiny podporují nízkonapěťový diferenciální signál rozhraní LVDS (obrázek 5.25).

Čip MAX3693 (obr. 5.26) převádí čtyři datové toky LVDS přenášené rychlostí 155 Mbit/s na sériový tok 622 Mbit/s. Hodinové impulsy potřebné pro přenos jsou syntetizovány pomocí vestavěné smyčky fázového závěsu, která obsahuje napěťově řízený oscilátor, zesilovač smyčkového filtru a detektor fázového kmitočtu, který vyžaduje pouze externí hodinovou referenci. Při napájení 3,3V je spotřeba 215 mW. Výstupní signály sériových dat jsou standardní logické diferenciální signály s kladným emitorem.

Hlavním úkolem ovladače laseru MAX3669 (obrázek 5.27) je dodávat předpětí a modulační proud pro přímou modulaci výstupu laserové diody. Pro větší flexibilitu přijímají diferenciální vstupy datové toky PECL i rozdílové kolísání napětí až do 320 mV špička-špička při Vcc=0,75 V. Změnou externího odporu mezi kolíkem BIASSET a zemí lze upravit předpětí od 5 do 90 mA a rezistor mezi pinem MODSET a zemí může upravit modulační proud od 5 do 60 mA. Typické schéma připojení MAX3669 k laserovému modulu je znázorněno na Obr. 5.28. Data přicházejí v paralelním 4bitovém kódu a jsou převedena na sériová data převodníkem MAX3693 pomocí hodinových signálů. Z tohoto převodníku jsou signály v sériovém formátu přenášeny do ovladače laseru MAX3669, který generuje modulační signál s požadovanými parametry pro řízení záření laserové diody.

Poměrně podrobný výběr materiálů o použití těchto komponent lze nalézt na webových stránkách www.rtcs.ru, Rainbow Technologies, oficiálního distributora MAXIM v zemích SNS.

Rýže. 5.25. Připojení optického přijímače k ​​datové sběrnici pomocí rozhraní LVDS

Rýže. 5.26. Funkční schéma MAX3693

Rýže. 5.27. Funkční schéma MAX3669

MAXIM také vyrábí sadu IC řady MAX38xx pro vybudování optického rozhraní s výkonem 2,5 Gbit/s. Například ovladač laseru s automatickým řízením modulace MAX3865 (obr. 5.29) má následující charakteristické rysy:

Unipolární napájecí napětí 3,3 nebo 5 V;

Spotřeba 68 mA

Práce s výkonem až 2,5 Gbps (NRZ);

Řízená zpětná vazba;

Programovatelné předpětí a modulační proudy;

Trvání klesající/náběžné hrany 84 ps;

Monitorování modulačních a posuvných proudů;

Detektor poruch;

ESD ochrana.

Rýže. 5.28. Typické schéma připojení pro MAX3669 k laserovému modulu

Rýže. 5.29. Typické schéma připojení pro MAX3865 k laserovému modulu

"SKEO" dodává transceivery všech dostupných typů běžné moduly skladem na skladě společnosti. Řada optických modulů SKEO je určena pro instalaci v kritických oblastech komunikační sítě, moduly mají garantované stabilní vlastnosti, záruka na tuto řadu je 5 let. Tyto transceivery mohou nahradit drahé moduly, které nabízejí prodejci.

Volba optických modulů SKEO je optimální pro použití ve standardních nosných sítích, kde je vysoce ceněna nákladová efektivita zařízení.

Optické transceivery (vysílač, vysílač a přijímač) jsou vyměnitelné moduly pro telekomunikační zařízení. Úkolem optického transceiveru je převést elektrický signál na optický.

Použití optických transceiverů

Optické transceivery nahradily transceivery zabudované do zařízení. Nevýhodou vestavěných vysílačů byla nemožnost změny média pro přenos dat a složitost údržby v síťové zařízení v případě neúspěchu.

Zařízení s vyměnitelnými optickými transceivery podporuje více přenosových médií (jednovidové nebo vícevidové vlákno, měď kroucený pár atd.) a lze je v případě poruchy snadno vyměnit. V případě přenosu dat po jednovidových optických vláknech může délka vedení dosáhnout 200 km bez regenerace a zesílení (pro 155 Mbit).

Různé tvarové faktory transceiveru

Optické transceivery mají několik tvarových faktorů, které určuje výbor SFF (Small Form Factor Committee), jehož pracovní skupiny zahrnují přední výrobce telekomunikačních zařízení. Nejběžnější tvarové faktory optických transceiverů jsou GBIC, SFP, SFP+, X2, XENPAK, XFP, CFP, qSFP. Tyto transceivery podporují různé protokoly a rychlosti přenosu dat od 100 Mbit/s do 100 Gbit/s.

Parametry transceiverů se mohou značně lišit, ale pro nejběžnější typy modulů platí následující klasifikace:

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

Maximální přenosová vzdálenost je určena optickým rozpočtem a tolerancí chromatické disperze. Zde se optický rozpočet vztahuje k rozdílu mezi vyzařovacím výkonem vysílače a citlivostí přijímače. Analogicky se seznamem shody mezi tvarovým faktorem a rychlostí/protokolem můžete vytvořit seznam vzdáleností, opět pro běžné transceivery:

• 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 nebo 40 km

Standardní označení vzdálenosti pro transceivery do 500 metrů jsou SR, do 20 km - LR, do 60 km - ER, po 60 km - ZR.

Optické transceivery CWDM a DWDM

Pro podporu technologií xWDM vlnového multiplexování jsou k dispozici transceivery s vysílači s provozními vlnovými délkami ze sítě CWDM/DWDM. Pro systémy CWDM jsou transceivery vyráběny s 18 různými vlnovými délkami, pro DWDM 44 vlnovými délkami (100 GHz mřížka) nebo 80 vlnovými délkami (50 GHz mřížka).

Optické transceivery umožňují ovládat vlastní parametry stavu pomocí funkce monitorování. Tato funkce nazývané DDM (Digital Diagnostics Monitoring) nebo DOM ( Digitální optika monitorování). Pomocí této funkce můžete sledovat standardní parametry provoz transceiveru, jako jsou elektrické charakteristiky, teplota, vyzařovaný výkon a úroveň signálu na detektoru. Tyto informace pomáhají předcházet selhání přenosu dat tím, že rychle identifikují negativní změny na lince.

„Firmware“ optických transceiverů je krátký záznam v energeticky nezávislé paměti optického modulu, který obsahuje klasifikační informace o modulu, které mohou zahrnovat sériové číslo, název výrobce, tvarový faktor, rozsah přenosu dat a mnoho dalšího. Někteří výrobci používají firmware k blokování jejich vlastního zařízení v práci s transceivery třetích stran. K tomu zařízení monitoruje přítomnost správného záznamu a obecně kontrolní součet v paměti nainstalovaného transceiveru.

Jurij Petropavlovský

V červnu 2017 byla v Rusku zahájena výroba dalšího typu high-tech produktu - společnost Fiber Trade LLC spustila závod na výrobu optických transceiverů v Novosibirsku. Podle samotné společnosti a názoru dalších odborníků v této oblasti jde o první a zatím jediný závod s úplným cyklem hromadné výroby takových zařízení v Rusku. Nutno podotknout, že vývojem a výrobou optoelektronických součástek včetně optických transceiverů se v Rusku zabývají i další firmy, např. FTI-Optronik z Petrohradu, založená již v roce 1994 na základě Fyzikálně-technického institutu pojmenoval podle. A.F. Ioffe z Ruské akademie věd. Měli bychom také čtenářům připomenout, že ne každý, dokonce ani přední elektronické společnosti na světě, má vlastní výrobu produktů mikroelektroniky a dalších elektronických součástek. Společnosti, které nemají vlastní výrobu, se nazývají společnosti Fabless; mikroelektroniku pro ně vyrábějí specializované podniky (slévárenské společnosti) podle objednávek.

Než zvážíme vlastnosti optických transceiverů, poskytneme několik informací o společnosti samotné. Soukromou společnost Fiber Trade LLC založil v roce 2010 v Novosibirsku Alexey Valentinovich Yunin, narozený v roce 1974 (obrázek 1), který dříve pracoval ve společnostech Novotelecom a VimpelCom. Hlavní oblastí činnosti společnosti v té době byly dodávky telekomunikačních zařízení na ruský trh. V roce 2012 byl společnosti přidělen kód vývojářské organizace FKRD podle GOST 2.201-80 (novelizován v roce 2011), což jí umožnilo začít vyvíjet a navrhovat produkty pod vlastní značkou FiberTrade (FT).

Praktické práce na vytvoření výroby transceiverů začaly v roce 2015 a skončily v roce 2017 spuštěním závodu. Během této doby byly vyřešeny obtížné úkoly vytvoření čistých prostor třídy 7 a instalace vysoce přesných testovacích zařízení od předních světových výrobců. Projekt byl financován (asi 40 milionů rublů) z vlastních prostředků Alexeje Yunina a dalších soukromých investorů, přičemž do procesu vytváření závodu nebyly zapojeny žádné společnosti třetích stran. Očekávaný objem výroby bude 960 tisíc transceiverů ročně a objem příjmů bude 3,8-4,2 miliardy rublů ročně. Plánuje se dosáhnout návratnosti do roku 2020.

Do konce roku 2018 je plánováno navýšení počtu zaměstnanců společnosti na 70 lidí (v současné době je to 22 vývojových inženýrů a 23 výrobních inženýrů a dalších specialistů). Vzhledem k nedostatku kvalifikovaných odborníků s praxí v profilu společnosti se zvažuje možnost získání absolventů vysokých škol s následným školením.

V současné době společnost průběžně spolupracuje s předními telekomunikačními a IT společnostmi, včetně PJSC VimpelCom, OJSC Megafon, PJSC Rostelecom, PJSC MTS, VKontakte LLC, Mail Ru LLC Group“, CJSC Comstar-Region a řadou dalších. V budoucnu může společnost obsadit až 50 % trhu s optickými transceivery v Rusku; Hlavními exportními destinacemi jsou země SNS. S ohledem na skutečnost, že společnost již má projekty, které nemají ve světě obdoby, zvažuje se možnost exportu výrobků do evropských zemí.

Jedním z těchto projektů jsou multivendor transceivery, umožňující jejich provoz v telekomunikačních zařízeních různých výrobců (až 5 současně). Dne 19. října 2017 vydala Federální služba pro duševní vlastnictví osvědčení o státní registraci počítačového programu „Vytvoření jednotné definice modulu SFR+ ve spínacích zařízeních od různých výrobců“. Multivendor transceivery od Fiber Trade umožňují společnostem snížit náklady pomocí zařízení od různých výrobců ve svých systémech a také se vyhnout dodatečným nákladům na údržbu skladu modulů od různých výrobců (prodejce je dodavatel a vlastník značky).

Dalším projektem jsou optické moduly s podporou funkcí šifrování dat.

Někteří „teoretickí experti“ považují výrobu mikroelektroniky v Rusku za obtížnou a neperspektivní. Taková výroba totiž vyžaduje velké finanční náklady, a to hned od začátku. K realizaci projektů v této oblasti potřebujeme specialisty, kteří mají nejen dobré specializované vzdělání a rozsáhlé pracovní zkušenosti, ale podle Alexey Yunina také velkou chuť se rozvíjet tímto směrem v Rusku. Výroba domácích optických transceiverů má však řadu výhod.

Zásadní nevýhodou zahraničních zařízení je nemožnost změnit software tak, aby vyhovoval požadavkům operátorů a pravděpodobnost nedeklarovaného funkčnost dodávaná zařízení. Levnější čínské transceivery se také vyznačují vyšším procentem závad, což vyžaduje, aby spotřebitelé platili dodatečné náklady za vrácení/výměnu vadných modulů. Podle Alexey Yunina je jedním z hlavních cílů výroby optických transceiverů zajištění bezpečnosti země. Při vývoji produktů a softwaru pro ně v Rusku ví výrobce o svých produktech doslova vše a umí je ovládat. V tomto případě se vlastně můžeme bavit o dodržování informační bezpečnost v éře „kybernetických válek“ a hackerské útoky. Další významnou výhodou výroby radioelektronických produktů v tuzemsku je výrazně větší flexibilita ve vztazích s tuzemskými zákazníky ve všech nově vznikajících otázkách.

Hlavními spotřebiteli produktů závodu jsou přední telekomunikační operátoři a datová centra v zemi. Do budoucna má společnost velké plány, například pokrytí až 50 % potřeb ruský trh v optických transceiverech a vstupu na zahraniční trhy. Existuje touha stát se účastníkem projektu náhrady dovozu (ISUI), který pomůže výrazně zvýšit prodej na domácím trhu. Potřeba transceiverů bude jen narůstat, například v Rusku se do roku 2024 plánuje nasazení 5G sítí v té či oné podobě ve městech s populací nad 300 tisíc obyvatel, což si vyžádá výměnu zařízení. základnové stanice a výrazný nárůst jejich počtu.

Testy zařízení Fiber Trade, včetně těch, které provedli přední telekomunikační operátoři v zemi, prokázaly konkurenceschopnost optických transceiverů společnosti s evropskými analogy z hlediska spolehlivosti a funkčnosti.

Kromě samotných transceiverů představují katalogy společnosti pro rok 2017 také další typy produktů: media konvertory, zařízení pro zhutňování kanálů, zařízení pro dlouhé linky, pasivní zařízení.

Optické transceivery

Optické transceivery (FOT) nebo optoelektronické transceivery jsou navrženy tak, aby převáděly optické signály přenášené přes optické komunikační linky (FOCL) na elektrické signály a zpětné elektrické signály na optické signály. Potřeba VOT vznikla již v 90. letech 20. století, kdy došlo k aktivnímu zavádění širokopásmových přístupových sítí z optických vláken prostřednictvím sítě a mobilních operátorů komunikace. VOT se tehdy provádělo na deskách plošných spojů aktivních telekomunikačních zařízení. Vzhledem k nárůstu nabídky takových zařízení (switche, multiplexery, routery, media konvertory) však vyvstala potřeba oddělit zařízení pro zpracování informací a přenos dat. Navíc samotná zařízení pro přenos signálů prostřednictvím optických spojů musí být za účelem sjednocení tak či onak standardizována.

VOT od různých výrobců jsou již poměrně dlouho jednotné, kompaktní, vyměnitelné moduly instalované do standardizovaných elektrických portů aktivních telekomunikačních zařízení. Tento přístup k vytváření síťové infrastruktury umožňuje optimalizovat náklady při návrhu a hlavně při rekonstrukci optických sítí, například zvýšit rychlost přenosu dat, objem přenášených informací a rozsah přenosu signálu po optických linkách. .

Moduly VOT jsou dostupné v různých provedeních – form factorech. V současnosti jsou nejpoužívanější moduly SFP (Small Form-factor Pluggable), znázorněné na obrázku 2. SFP moduly jsou kompaktní bloky v kovových pouzdrech, které chrání elektronické součástky modulů před elektromagnetická radiace a mechanickému poškození. Moduly mají obvykle dva optické porty - laserový emitor (TX - vysílač) a fotodetektor (RX - přijímač), což zajišťuje, že modul pracuje v dvouvlnném režimu (obrázek 3). Jednovlnné moduly SFP mají pouze jeden port a pro změnu směru přenosu se používá režim multiplexování.

Na deskách plošných spojů modulů jsou kromě zářičů a fotodetektorů instalovány další elektronické jednotky a komponenty - řídicí obvody laserových diod, převodníky signálů na lineární kód, předpětí fotodiod, různé zesilovače a filtry, digitální obvody sledování. Desky modulů dále obsahují EEPROM (elektricky vymazatelná přeprogramovatelná paměť) s ovládáním software(volba blokové schéma SFP modul je znázorněn na obrázku 4).

Různé mechanické a elektrické charakteristiky VOT nejsou určeny mezinárodními normami, ale specifikacemi MSA (Multi-source Agreement), vyvinutými na základě dohod mezi různými výrobci zařízení. Tato „povaha“ procesu vytváření více specifikací je charakterizována „neurčeným okruhem“ společností účastnících se MSA. Za účelem efektivního rozvoje specifikací MSA byla v roce 1990 v USA vytvořena skupina (výbor) Small Form Factor Committee (SFF Committee), která určovala tvarové faktory v průmyslu ukládání informací. Mezi desítkami členů výboru jsou největší producenti elektronika a výpočetní technika - Dell, Foxconn, Fujitsu, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel, Pioneer, Samsung, Seagate, Sun Microsystem, Texas Instruments, Toshiba. V roce 2016 organizace změnila svůj název na SNIA SFF Technology Affiliate. K dnešnímu dni jsou partnery výboru SFF kromě výše uvedených další přední společnosti - Microsoft, Broadcom, Cisco, Huawei, Lenivo, Micron, Microsemi, GiGNET a řada dalších (celkem více než 50 společností) .