Y10T46 【通信基础】脉冲展宽、色散、时延与误码

更新时间:2024-02-19 10:02:45 阅读量:1091

T10T43 【通信基础】比特率、波特率、带宽

Y10T45 【通信基础】光模块与眼图

对于一个理想的信息,我们希望它的每一个时隙都能干净利索的达到我们所需要的调制点。前几篇写过的。


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现在的比特转换越来越快,1G光模块,是一秒一百亿个比特,一个UI 1000ps,而800G光模块的八个通道每个通道的每符号UI是18-20ps(码型插入比例不同)


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实际上脉冲并不是完美的,由于各种原因导致时间上的展宽,前后比特重叠在一起,导致了码间干扰,导致接收端信号无法识别,成为误码


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通常我们控制脉冲展宽小于四分之一UI,这个特性在眼图的抖动会体现出来。

脉冲展宽的因素有两大类,一个是信号本身,一个是光纤传输导致的时延


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因为我们的激光器、探测器、DRV、CDR、TIA、PD、APD等器件的带宽都不是理想的无限带宽的器件,那么带宽受限会导致时域的展宽。

如我们捏一个橡皮泥,在时域放不大,就会摊开到频域,频率被迫捏扁,时域就会展宽。

带宽是频域的说法,带宽小,导致时域展宽。可现在的脉冲本身时间就很短,1.25Gbps NRZ 符号宽度800ps,咱展宽个几十ps不碍事,不影响啥。

可800G光模块的112Gbps PAM4,只有18ps的宽度,展一下就崩了,就误码了,就ISI码间干扰了。


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光纤色散是另一个导致脉冲展宽的环节,看下802.3的某一个表格


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我把几个数字提出来,这里边有个啥呀,ps,这是时间的标注


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先说色度色散,这是材料色散非常重要的一个值,是由于玻璃本身的材料引起的。不同波长的光在玻璃中的传输速度不一样,导致时延。

这就引出另一个话题,为什么天天要研究空芯光纤,这是为了抛弃玻璃


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因为玻璃的特性,导致一个信号脉冲不同的频率分量在光纤传输的速度不一样,传输一段时间导致脉冲两侧出现的时延,在时域脉冲看起来就是“展宽”了。


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比如相干模块说的激光器相位漂移导致的延时


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相干模块习惯用线宽来表示,而以太网模块的DFB啊、VCSEL啊,习惯用谱宽来表示,这仅仅为了叙述方便。

咱说100kHz激光器线宽,或者说0.0000008nm激光器-3dB谱宽,都可以,是一个事儿。


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啁啾是DML或EML激光器在调制信号时的频率漂移,由于频率漂移导致线宽展宽,导致传输后的时域脉冲展宽,导致干扰。

啁啾也叫作展宽因子


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横模的波导,单横模的波导色散主要是光长一部分分布在芯层,一部分在包层,包层的传输速度快,芯层的传输速度慢,这会导致时延。


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多模的色散是高阶模和低阶模的横模传输路径不一样,导致的时延,多模VCSEL传输距离很短很短,时延很大。

25G的VCSEL和100G的VCSEL能容忍的脉冲展宽是不一样的,所以高速VCSEL,要么降低传输距离,要么减小模式,这都是为了控制展宽程度。

这两样都不满足的话,就需要补偿,一会儿聊。

这里还有一个偏振模色散,光的两个偏振态在传输过程中,由于光纤受力、弯曲、结构缺陷等等,会导致俩偏振态出现几-几十ps的偏离。

相干模块非常看重,是因为有偏振复用的需求。

以太网模块以前不看重,是因为UI很宽,几百个ps的UI,可以忍受十来个ps的偏振时延。但是,现在不行了,112G的脉冲宽度18ps,224G的脉冲宽度9ps,必须要考虑偏振态的时延问题。或者控制或者补偿。


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再接一段802.3的叙述,和最前边的DGD的时延数据,差异很大吧。

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不管是啥样的展宽,在接收端的补偿,以前写过FFE、MLSE、DFE、CTLE等等,也叫均衡,比如DFE,把bit延时后的每一个时间的具体幅度找到,然后均衡,多了就减,少了就补,这就是均衡器的基本思路。设计不同的均衡,是时域可以做,在频域也可以做,取决于设计成本和厂家的能力。


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