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광섬유 송신기 및 수신기(트랜시버)
광섬유 전송 시스템(데이터링크)은 모두 위 그림과 유사하게 작동합니다. 광섬유의 한쪽 끝에는 송신기가, 다른 쪽 끝에는 수신기가 있습니다. 대부분의 시스템은 한 광섬유에서는 한 방향으로, 다른 광섬유에서는 반대 방향으로 전송하여 전이중 통신을 수행합니다.
대부분의 시스템은 단일 모듈에 송수신기를 모두 포함하는 "송수신기"를 사용합니다 . 송신기는 전기 입력을 받아 레이저 다이오드 또는 LED에서 광 출력으로 변환합니다. 송신기에서 나온 빛은 커넥터를 통해 광섬유에 연결되어 광섬유 케이블을 통해 전송됩니다. 광섬유 끝에서 나온 빛은 수신기에 연결되어 감지기가 빛을 전기 신호로 변환하고, 이 전기 신호는 수신 장비에서 사용할 수 있도록 적절히 조절됩니다.
광섬유 송신기에 사용되는 소스는 여러 가지 기준을 충족해야 합니다. 올바른 파장이어야 하고, 데이터를 전송할 수 있을 만큼 빠르게 변조할 수 있어야 하며, 광섬유에 효율적으로 결합되어야 합니다.
일반적으로 사용되는 광원으로는 LED, 패브리-페로(FP) 레이저, 분산 궤환(DFB) 레이저, 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL)의 네 가지 유형이 있습니다. 이 세 가지 레이저는 모두 전기 신호를 광 신호로 변환하지만, 그 외에는 완전히 다른 소자입니다. 세 가지 모두 초소형 반도체 소자(칩)입니다. LED와 VCSEL은 반도체 웨이퍼에 제작되어 칩 표면에서 빛을 방출하는 반면, FP 레이저는 칩 중앙에 형성된 레이저 공진기에서 칩 측면으로 빛을 방출합니다.
LED는 레이저보다 출력 전력이 훨씬 낮고, 광 출력 패턴이 더 크고 발산하기 때문에 광섬유에 결합하기 어려워 멀티모드 광섬유 에만 사용할 수 있습니다 . 레이저는 광 출력이 더 작고 조밀하며 싱글모드 광섬유에 쉽게 결합할 수 있어 장거리 고속 링크에 이상적입니다. LED는 레이저보다 대역폭이 훨씬 좁아 최대 약 250MHz 또는 약 200Mb/s의 속도로 작동하는 시스템에만 사용할 수 있습니다. 레이저는 매우 높은 대역폭 성능을 제공하며, 대부분 10GHz 또는 10Gb/s 이상의 속도에서 유용합니다.
LED와 VCSEL은 제조 방식 덕분에 제작 비용이 저렴합니다. 레이저는 장치 내부에 레이저 공동을 만드는 것이 더 어렵기 때문에 비용이 더 많이 듭니다. 레이저의 품질 검사를 위해서는 칩을 반도체 웨이퍼에서 분리하고 양쪽 끝을 코팅해야 합니다.
LED는 대역폭이 제한적인 반면, 모든 유형의 레이저는 매우 빠릅니다. LED와 두 유형의 레이저의 또 다른 큰 차이점은 스펙트럼 출력입니다. LED는 매우 넓은 스펙트럼 출력을 가지고 있어 광섬유에서 색 분산이 발생하는 반면, 레이저는 좁은 스펙트럼 출력을 가지고 있어 색 분산이 거의 없습니다. 장거리 및 DWDM 시스템에 사용되는 DFB 레이저는 스펙트럼 폭이 가장 좁아 가장 긴 링크에서 색 분산이 최소화됩니다. 또한 DFB 레이저는 선형성이 매우 높아(즉, 광 출력이 전기 입력을 따라가기 때문에) AM CATV 시스템의 광원으로 사용할 수 있습니다.
이러한 장치의 선택은 주로 속도와 광섬유 호환성 문제에 따라 결정됩니다. 다중 모드 광섬유를 사용하는 많은 구내 시스템이 1Gb/s의 비트 전송률을 초과함에 따라 레이저(주로 VCSEL)가 LED를 대체했습니다. LED의 출력은 매우 넓지만 레이저는 매우 집중되어 있으며, 광원은 광섬유에서 매우 다른 모달 필(modal fill)을 갖습니다. VCSEL(또는 다른 레이저)의 제한된 출력은 광섬유의 유효 대역폭을 높이지만, 레이저 최적화 광섬유(일반적으로 OM3)가 레이저용으로 선택됩니다.
송신기의 전자 장치는 간단합니다. 입력 펄스(전압)를 정밀한 전류 펄스로 변환하여 소스를 구동합니다. 레이저는 일반적으로 낮은 DC 전류로 바이어스되고, 그 바이어스 전류 이상으로 변조되어 속도를 극대화합니다.
광섬유 수신기 용 검출기
수신기는 반도체 검출기(포토다이오드 또는 광검출기)를 사용하여 광 신호를 전기 신호로 변환합니다. 실리콘 포토다이오드는 단파장 링크(POF의 경우 650Ω, 유리 MM 광섬유의 경우 850Ω)에 사용됩니다. 장파장 시스템은 일반적으로 게르마늄보다 잡음이 낮아 수신기 감도가 더 높은 InGaAs(인듐 갈륨 비소) 검출기를 사용합니다.
포장
트랜시버는 일반적으로 기가비트 데이터링크용 XFP 모듈(L)과 Xenpak(R)과 같은 산업 표준 패키지로 제공됩니다. XFP 모듈은 광단의 듀플렉스 LC 커넥터와 반대쪽의 표준 전기 인터페이스에 연결됩니다. Xenpak은 10기가비트 네트워크용이지만 SC 듀플렉스 연결을 사용합니다. 두 모듈 모두 미디어 컨버터와 유사하지만, 내장된 장비에서 전원을 공급받습니다.
성능
구리선이나 무선 전송과 마찬가지로, 광섬유 데이터 링크의 성능은 수신기에서 재변환된 전기 신호가 송신기의 입력 신호와 얼마나 잘 일치하는지에 따라 결정됩니다. 데이터 링크 성능에 대한 논의는 광-전기 변환을 제공하는 송수신기에도 직접적으로 적용됩니다.
모든 트랜시버 제조업체는 수신기 감도(필요한 최소 전력)와 소스에서 광섬유로 연결되는 최소 전력을 제품에 명시합니다. 이러한 사양은 결국 현장에서 사용되는 최종 제품의 데이터 링크 사양이 됩니다.
모든 데이터 링크는 링크의 전력 예산(power budget)에 의해 제한됩니다. 전력 예산은 송신기의 출력 전력과 수신기의 입력 전력 요구량의 차이입니다. 수신기의 작동 범위는 수신기의 신호 대 잡음비(S/N)에 의해 결정됩니다. 일반적으로 아날로그 링크에서는 신호 대 잡음비가, 디지털 링크에서는 비트 오류율(BER)이 사용됩니다. BER은 사실상 신호 대 잡음비의 역함수입니다.
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