ماژول نوری چیست؟ همه چیز درباره قلب تپنده ارتباطات فیبر نوری

 انقلابی به نام "فیبر جایگزین مس"

در دنیای امروز که سرعت و پهنای باند به ضرورتی اجتناب ناپذیر تبدیل شده، شاهد تحولی عظیم در زیرساختهای ارتباطی هستیم. پدیده ای که به "جایگزینی فیبر به جای مس" معروف است، در حال دگرگونی صنعت ارتباطات است. در این میان، ماژول‌های نوری به عنوان یکی از اجزای حیاتی سیستمهای ارتباطی مبتنی بر فیبر نوری نقش کلیدی ایفا میکنند.

 

ماژول نوری چگونه کار میکند؟

ماژول‌های نوری که به انگلیسی Optical Transceiver نامیده میشوند، در لایه فیزیکی مدل OSI فعالیت دارند. عملکرد اصلی این دستگاه‌ها تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به نوری و بالعکس است. این فرآیند به ظاهر ساده، در واقع فناوری پیشرفتهای را در خود جای داده است.

 

اجزای تشکیل دهنده ماژول نوری

هر ماژول نوری از بخشهای اصلی زیر تشکیل شده است:

 فرستنده نوری (TOSA): شامل دیود لیزری برای ارسال سیگنالهای نوری

 گیرنده نوری (ROSA): شامل آشکارساز نوری برای دریافت سیگنالها

 مدارهای عملکردی

 رابطهای نوری و الکتریکی

 

در طرف فرستنده، تراشه درایور ابتدا سیگنال الکتریکی را پردازش کرده و سپس دیود لیزری (LD) یا دیود نورگسیل (LED) را برای تولید سیگنال نوری مدوله شده تحریک میکند. در طرف گیرنده، سیگنال نوری پس از ورود به آشکارساز نوری به سیگنال الکتریکی تبدیل شده و پس از تقویت توسط پیش تقویت کننده، آماده خروج می شود.

 

استانداردهای بسته بندی ماژول های نوری

یکی از چالشهای اصلی در زمینه ماژولهای نوری، تنوع بالای استانداردهای بستهبندی است. این استانداردها در واقع شکل فیزیکی و ابعاد ماژولها را تعیین میکنند.

 

مهمترین استانداردهای بسته بندی

GBIC: نخستین نسل ماژولهای گیگابیتی که امروزه منسوخ شدهاند

 SFP: ماژولهای کوچک و قابل تعویض داغ که جایگزین GBIC شدند

 XFP: استاندارد 10 گیگابیتی با ابعاد نسبتاً بزرگ

 SFP+: نسخه بهینهشده XFP با ابعاد کوچکتر و مصرف انرژی کمتر

 QSFP/QSFP+/QSFP28: ماژولهای چهار کاناله با پشتیبانی از سرعتهای 40G تا 100G

 CFP/CFP2/CFP4: استانداردهای ماژولهای 100G تا 400G با ابعاد مختلف

 

فناوری های پیشرفته در ماژول های نوری:

با افزایش نیاز به پهنای باند بالاتر، فناوریهای جدیدی در ماژولهای نوری به کار گرفته شدهاند:

 PAM4: دوبرابر کردن سرعت بدون افزایش کانالها

فناوری PAM4 (مدولاسیون دامنه پالس 4 سطحی) امکان انتقال دو بیت اطلاعات در هر سیکل سیگنال را فراهم میکند. این فناوری نسبت به روش سنتی NRZ که در هر سیکل تنها یک بیت منتقل میکرد، کارایی بهتری دارد.

 فوتونیک سیلیکونی: آینده ارتباطات نوری

فوتونیک سیلیکونی با استفاده از خواص نوری سیلیکون، راهکاری امیدوارکننده برای تولید ماژولهای نوری با کارایی بالا و هزینه کمتر ارائه میدهد. این فناوری به ویژه در ماژولهای 400G اهمیت ویژهای پیدا کرده است.

 ماژولهای 400G: نسل جدید ارتباطات پرسرعت

ماژولهای 400G جدیدترین تحول در صنعت ارتباطات نوری محسوب میشوند. این ماژولها در سه استاندارد اصلی عرضه میشوند:

 QSFP-DD: مناسب برای مراکز داده با ابعاد کوچک

 OSFP: مناسب برای کاربردهای مخابراتی با قابلیتهای حرارتی بهتر

 CFP8: استاندارد قدیمیتر با ابعاد بزرگتر

 

پارامترهای فنی مهم در ماژولهای نوری

برای انتخاب ماژول نوری مناسب، توجه به پارامترهای زیر ضروری است:

 توان خروجی نوری

این پارامتر نشاندهنده قدرت سیگنال نوری ارسالی توسط ماژول است که معمولاً بر حسب dBm بیان میشود. کاهش 3dB در توان نوری به معنای نصف شدن قدرت سیگنال است.

 حساسیت دریافت

حداقل توان نوری مورد نیاز برای دریافت صحیح سیگنال در نرخ خطای مشخص است. هرچه سرعت ماژول بالاتر باشد، حساسیت دریافت معمولاً کاهش مییابد.

 نسبت انقراض

این پارامتر کیفیت تمایز بین سیگنالهای 0 و 1 را نشان میدهد. نسبت انقراض بهینه برای هر ماژول باید مطابق با استانداردهای IEEE 802.3 باشد.

 اشباع نوری

حداکثر توان نوری ورودی که ماژول میتواند بدون افت عملکرد دریافت کند. عبور از این حد میتواند به قطعات گیرنده آسیب برساند.

 کاربردهای ماژول های نوری

ماژول های نوری در حوزه های مختلفی به کار می روند:

 شبکه های ارتباطی شهری و بینشهری

 مراکز داده و زیرساختهای ابری

 شبکه های دسترسی (FTTx)

 شبکه های موبایل (به ویژه در زیرساخت 5G)

 سیستم های مخابراتی و تلویزیون کابلی

 

آینده صنعت ماژول های نوری

با رشد فزاینده تقاضا برای پهنای باند بیشتر، صنعت ماژولهای نوری به سمت سرعتهای بالاتر در حال حرکت است. پیشبینی میشود در سالهای آینده شاهد ظهور ماژولهای 800G و حتی 1.6T باشیم. در این مسیر، فناوریهایی مانند PAM4 پیشرفته و فوتونیک سیلیکونی نقش کلیدی خواهند داشت.

 

ماژولهای نوری به عنوان قلب تپنده سیستمهای ارتباطی مبتنی بر فیبر نوری، نقش حیاتی در دنیای دیجیتال امروز ایفا میکنند. با پیشرفت فناوری و افزایش نیاز به پهنای باند، این محصولات به طور مداوم در حال توسعه و بهبود هستند. آشنایی با مفاهیم پایه، استانداردها و پارامترهای فنی ماژول‌های نوری برای متخصصان شبکه و ارتباطات ضروری به نظر می‌رسد.