English 
简体中文 
繁體中文 
Русский 
Español 
Deutsch 
Français 
Português 
Italiano 
Türkçe 
Polski 
Nederlands 
日本語 
한국어 
Bahasa Indonesia 
Bahasa Melayu 
العربية 
हिन्दी 
Tiếng Việt 
ภาษาไทย 
বাংলা 
اردو 
Kiswahili 
Oʻzbekcha 
አማርኛ 
فارسی Dispersie en bandbreedte
Demping maakt een puls zwakker; dispersie maakt hem breder. Verschillende delen van het licht — verschillende modi, golflengten en polarisaties — bewegen met iets verschillende snelheden en komen op verschillende tijdstippen aan, zodat een scherpe ‘1’ in zijn buren uitsmeert. Bij lage snelheden en korte afstanden is dit onzichtbaar; bij 10 Gb/s over 80 km of bij 25 Gb/s over 100 m multimode is het de limiet. Deze pagina verklaart de drie soorten dispersie, het bandbreedte-afstandsproduct van multimodeglasvezel, hoe u een door dispersie beperkt bereik schat en hoe modules en systemen compenseren.
Drie soorten dispersie
| Soort | Oorzaak | Waar zij domineert | Typische grootte |
|---|---|---|---|
| Modaal (intermodaal) | verschillende modi volgen verschillende paden | multimodeglasvezel | ns/km in step-index; ~0,1–0,5 ns/km graded-index; beschreven als bandbreedte in MHz·km |
| Chromatisch | de index van glas hangt af van golflengte (materiaal) en de geometrie van de geleider voegt haar eigen bijdrage toe (golfgeleider); een bron heeft een niet-nul spectrale breedte | singlemode bij 1550 nm; lange links bij 10G+ | 17 ps/(nm·km) bij 1550 op G.652; ≈ 0 bij 1310 |
| Polarisatiemodus (PMD) | de twee polarisatietoestanden bewegen door asymmetrie van de glasvezel met iets verschillende snelheden | 40G+ NRZ over lange glasvezel; oude glasvezel | 0,05–0,5 ps/√km |
Modale dispersie en multimodebandbreedte
Multimodeglasvezel wordt gewaardeerd op effectieve modale bandbreedte (EMB) in MHz·km: de frequentie waarbij de respons van de glasvezel 3 dB is gedaald, maal de lengte. Bandbreedte deelt door lengte:
| Klasse | EMB bij 850 nm | Bandbreedte over 100 m | Bandbreedte over 300 m |
|---|---|---|---|
| OM1 | 200 MHz·km | 2 GHz | 0,67 GHz |
| OM2 | 500 | 5 GHz | 1,7 GHz |
| OM3 | 2 000 | 20 GHz | 6,7 GHz |
| OM4 | 4 700 | 47 GHz | 15,7 GHz |
Vuistregel: een link heeft bandbreedte ≈ 0,7 × bitsnelheid nodig voor NRZ. 10 Gb/s wil ~7 GHz → OM3 tot ~285 m (de norm zegt 300 m); 25 Gb/s wil ~17,5 GHz → OM4 theoretisch tot ~270 m, maar de dispersietolerantie van de ontvanger en de spectrale breedte van de VCSEL brengen de norm op 100 m. Daarom de bereikstabel:
| Snelheid per lane | OM3 | OM4 | Limiet |
|---|---|---|---|
| 1 Gb/s | 550–1 000 m | 550–1 100 m | demping evenzeer als bandbreedte |
| 10 Gb/s | 300 m | 400 m | modale bandbreedte |
| 25 Gb/s NRZ | 70 m | 100 m | modaal + chromatisch (spectrale breedte VCSEL) |
| 50 Gb/s PAM4 | 70 m | 100 m | hetzelfde, plus PAM4-SNR-penalty |
| 100 Gb/s PAM4 (802.3db) | — | 50–100 m | met DSP-egalisatie |
Volledige tabel: Bereikstabellen. De lanceringsconditie (encircled flux) is genormaliseerd, zodat deze waarden met echte VCSELs gelden.
Chromatische dispersie op singlemodeglasvezel
De dispersiecoëfficiënt D (ps per nm bronbreedte per km) kruist nul nabij 1 310 nm in standaard G.652-glasvezel en is ≈ +17 ps/(nm·km) bij 1 550 nm. Pulsverbreding:
Δt = D × Δλ × L
| Bron | Spectrale breedte Δλ | D bij λ | L | Δt | Bitperiode (10G ≈ 100 ps) |
|---|---|---|---|---|---|
| DFB-laser bij 1310 nm | 0,1 nm (of 1 nm −20 dB) | ≈ 0–3 ps/(nm·km) | 10 km | < 10 ps | goed |
| DFB bij 1550 nm, 10G, DML | 0,2 nm (chirp verbreedt dit) | 17 | 80 km | 270 ps | te veel — vereist EML (lage chirp) of DCM |
| EML bij 1550 nm, 10G | ~0,1 nm effectief | 17 | 80 km | ~140 ps → verdraagbaar met een vermogenspenalty | 10GBASE-ZR |
| Fabry-Pérot-laser bij 1310 | 3–5 nm | 3 | 2 km | 20–30 ps | goed bij 1G, marginaal bij 10G |
| LED bij 1300 (oud) | 50–100 nm | 3 | 2 km | 300–600 ps | alleen 100 Mb/s |
| VCSEL 850 nm op OM4 | 0,5 nm RMS | ~ −100 ps/(nm·km) bij 850 | 0,1 km | 5 ps | chromatisch is van belang bij 25G+ |
Dispersietolerantie staat in datasheets als ps/nm (bijvoorbeeld 800 ps/nm voor een 40 km ER-module = 17 × 40 × ~1,2 nm): de D × L van de link moet eronder blijven (Een datasheet lezen).
Door dispersie beperkt bereik (NRZ, ongecompenseerd)
| Snelheid | 1310 nm op G.652 | 1550 nm op G.652 | Opmerking |
|---|---|---|---|
| 2,5 Gb/s | > 100 km | ~600–1 000 km | demping beperkt eerst |
| 10 Gb/s | ~40–60 km (bronbeperkt) | ~60–80 km (EML), ~10–20 km (DML) | waarom 10G ER/ZR EML gebruikt |
| 25 Gb/s | 10 km (25GBASE-LR) | ~10–15 km | 25GBASE-ER bij 1550 vereist zorgvuldig ontwerp |
| 40 Gb/s serieel | ~4 km | ~4 km | reden dat 40G/100G naar 4 × 10G/25G WDM ging |
| 100 Gb/s enkele λ PAM4 (DR/FR/LR1) | 2–10 km bij 1310 | — | 1310 nm gekozen voor ≈ 0 dispersie; DSP verwerkt de rest |
Vuistregel: bereik schaalt met 1/(bitsnelheid)² bij vaste bronbreedte — verdubbeling van de snelheid deelt de door dispersie beperkte afstand door vier.
Compensatie en beperking
| Methode | Waar | Hoe |
|---|---|---|
| Kies 1310 nm | DR/FR/LR bij 100G+ | nuldispersievenster; kost 0,35 dB/km in plaats van 0,2 |
| Bron met lage chirp (EML, externe modulator) | 10G ER/ZR, DWDM 10G | smaller effectief spectrum (Lasers) |
| Dispersiecompensatiemodule (DCM) | 10G DWDM-spans | spoel van glasvezel met negatieve dispersie of vezel-Bragg-rooster compenseert D × L |
| Dispersieverschuivende / NZ-DSF-glasvezel (G.653/G.655) | oude infrastructuur voor lange afstand | nul of kleine D bij 1550 |
| Elektronische dispersiecompensatie | 10GBASE-LRM (EDC in host), PAM4 DSP (FFE/DFE/MLSE) | equalizer maakt de uitsmering digitaal ongedaan (DSP) |
| Coherente detectie + DSP | 100G–800G ZR/ZR+ | dispersie volledig in het digitale domein gecompenseerd, duizenden ps/nm (Coherente transmissie over lange afstand) |
| FEC | 25G+ | corrigeert de fouten die dispersie veroorzaakt in plaats van deze te voorkomen (FEC en AN) |
Polarisatiemodusdispersie
Glasvezel is nooit perfect rond; de twee polarisatieassen zien iets verschillende indices en de puls splitst door een differentiële groepsvertraging die groeit met de vierkantswortel van de lengte (willekeurige modekoppeling). Moderne glasvezel: ≤ 0,1 ps/√km → 1 ps over 100 km, onschadelijk tot 40 Gb/s NRZ. Oude (vóór 1995) glasvezel: 0,5–2 ps/√km, een probleem bij 10G over 100 km+ en een reden waarom coherente DSP polarisatie continu volgt.
Hoe dispersie zichtbaar wordt
| Observatie | Betekenis |
|---|---|
| Rx-vermogen ruim boven gevoeligheid, maar toch fouten of geen link | dispersie (of reflecties) — vermogen is niet het probleem (Rx-vermogen en budget) |
| Link werkt bij 1G, faalt bij 10G op dezelfde glasvezel | modale bandbreedte (MMF) of DML-chirp bij 1550 (SMF) |
| LR-module van 10 km goed, ER van 40 km goed, ZR marginaal | ophopende chromatische dispersie |
| Veel FEC-gecorrigeerde fouten, weinig niet-corrigeerbare | oogsluiting door deels gecorrigeerde dispersie (VDM- en FEC-metrieken) |
| Bereiktekort op OM3 met een ‘300 m’-module | niet-conforme encircled flux of OM3 verkeerd gelabeld als OM2 |
In CodingBox
Dispersietolerantie wordt niet in de EEPROM opgeslagen, maar de velden die haar voorspellen wel: golflengte (1310 versus 1550), lasertype uit de conformiteitscodes (SR VCSEL, LR DFB, ER EML) en de lengtevelden voor OM3/OM4/SMF waarvoor de fabrikant de module heeft gewaardeerd. CodingBox toont deze gegevens, zodat een vraag als ‘waarom haalt deze 1550 nm-module geen 80 km’ op gegevens rust (Check transceiver).
De andere limiet bij hoog zendvermogen — zelf- en kruisfasemodulatie, viergolvenmenging, Brillouin- en Ramanverstrooiing, en waarom dispersie tegen sommige daarvan helpt: Niet-lineaire effecten.