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光纤使高速数据链路更快更远的梦想成为现实

发布时间:2021-12-29作者来源:金航标浏览:742

新的光缆、先进的调制技术和升级版高密度多光纤连接器意味着我们可能比以往任何时候都更接近香农极限(Shannon Limit)。

光纤使高速数据链路更快更远的梦想成为现实

在高速数据传输上,科研人员继续寻找覆铜PCB和电缆上减少信号衰减、失真和对外部干扰灵敏度敏感性的方法。长期来看光纤将取代铜缆,先进信号调节、多级调制和纠错技术使工程师能够设计在双轴铜电缆运行112Gb/s,这远远超出了几年前的预期。

每一种技术都有其局限性,高速铜通道可能正在接近物理定律所规定的极限。随着带宽需求增加,衰减减少了信道的有效长度。除了极低的衰减,光纤链路提供了更高的带宽容量,使光纤成为一个有吸引力的替代方案。

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从铜缆切换到光纤使系统范围发生巨大飞跃

长距离通信线路多年来一直利用光纤的优势。所需的光电转换过程的成本和功耗,特别是内部光纤互连等是主要问题。硅光子学的研究进展和光纤特性正在改变这一状况。

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光纤的基本结构

光纤通常分为多模和单模。多模光纤可以使用低成本LED光源传输多种模式的光。单模光纤通常需要使用调制激光器,但其特点是大大增加了覆盖范围和带宽。低成本的塑料光纤正被应用于相对较短、低数据率的应用中。

国际标准化组织(ISO)通过一系列OM 1-5名称对光缆的性能进行了标准化。

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光纤在带宽、强度、减少衰减、易于安装、减少成本方面都经历了一个不断改进的过程。早期的光缆非常容易发生信号衰减,以及由于粗糙或急弯而断裂。新的单模和多模光纤扩大了弯曲半径范围。

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Axon电缆提供混合电缆和多芯解决方案

用于形成光导体的玻璃继续得到优化,从而减少了散射损失、色散、偏振模式色散和微弯曲衰减。目前生产的光缆1550m长度衰减仅为0.15dB/km。

园区和地铁数据中心的激增是一种新兴趋势。高达100公里的高容量光通信链路已经成为网络大型系统运行至关重要的条件。提高成本效益的光链路容量是支持网络流量指数级增长的必要条件。

一种解决方案是使用多芯光纤。多芯光纤允许同一光纤内沿不同芯同时传输不同的信号,从而增加单个光纤上的数据传输密度。

先进的、极高光纤密度光缆正在进入市场,支持不断增加的流量。Furukawa最近在两个北美数据中心之间一条直径为1.25英寸的管道内安装了6912根光纤。

空心芯光纤是另一种正在引起人们感兴趣的变体。光不是通过玻璃或塑料传输,而是通过空气中心核传输。生产制造的改进减少了损耗和延迟特性,使中空光纤在需要以极短脉冲或最小延迟传输光或数据的应用中具有吸引力。

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AirBorn的RAOC有源光纤适用于恶劣的军事和商业航空航天环境。

有源光缆(AOCs)因其扩展传统铜电缆组件的能力而变得非常受欢迎。利用标准的铜接口,信号被转换为连接器应变缓解内的光脉冲,并耦合到光纤。相反的过程发生在接收端。从安装人员的角度来看,光缆达到范围增加,光缆体积减少。

坚固光纤特点是内部强度和坚固外部夹套,可以应用在恶劣军事、航空电子和工业领域。

光纤的包装选择继续扩大,包括平带配置,简化布线和减少对冷却气流的阻力。高密度、多光纤MPO和MXC连接器可终止多达72根光纤。

光纤使高速数据链路更快更远的梦想成为现实

光纤可做成标准和定制的平面组件。多根纤维被粘接在一个柔性基板上,形成光学背板。

工程师可以通过铺设更多的光纤使现有光纤基础设施更高效来满足日益增长的网络容量需求。

并行光学提供了一种替代传统的单光纤或对光纤的方案。

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光纤网络

一端的发射器与另一端的接收器通信,在多个光纤上传播单个数据流。通过这种配置,一个并行光学链路可以使用4个2.5Gb/s的发射机来发送一个10Gb/s的信号。

通过使用略微不同颜色的光,可以通过同一光纤同时发送多个数据流,而不是使用单一颜色的光。

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WDM光纤方案

发射侧的多路复用器编码具有不同频率的多个数据流,这些数据流嵌入一个光束并耦合到单个光纤中。相反的过程发生在信道的接收端。双向光信号可以通过一根光纤进行传输。通过密集的波长划分多路复用,多达80个数据信道可以多路复用成一根光纤。

先进的调制技术使设计者能够进一步改进光传输链路。正交振幅调制(QAM)结合了多个层次的振幅和相位变化,增加光数据通信链路的容量。

利用振幅、相位和偏振的组合,相干技术是优化光数据传输的最具鲁棒性和最有效的调制方式。相干传输结合了四种水平的幅度调制和相位调制和垂直和水平的光偏振,最大限度地提高单个光纤的数据容量。使用这种技术的下一代800Gb链路已经进入了市场。

这些技术都将光纤的能力推到了更高水平。行业目前正面临着接近单一通信信道的理论极限。香农极限可以追溯到1948年,是计算出的最大无错误数据率。直到几年前,考虑到现有光通道的容量,才没有特别值得关注。

对高速数据链路的需求正受到多种趋势的驱动,包括超大型数据中心的增长,将计算资源移动到边缘,5G的持续采用,以及将光纤扩展到家庭。光纤性能的进步和先进的调制技术,加上改进的高密度多光纤连接器,为未来的高速计算和通信提供了实现目标的路线图。


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