Dispersi dan bandwidth

Redaman membuat pulsa melemah; dispersi membuatnya melebar. Bagian-bagian cahaya yang berbeda — mode berbeda, panjang gelombang berbeda, polarisasi berbeda — merambat dengan kecepatan yang sedikit berbeda dan tiba pada waktu yang sedikit berbeda, sehingga sebuah “1” yang tajam melebur ke tetangganya. Pada laju rendah dan jarak pendek hal ini tidak terlihat; pada 10 Gb/s sepanjang 80 km atau pada 25 Gb/s sepanjang 100 m multimode, hal ini menjadi pembatas. Halaman ini menjelaskan tiga jenis dispersi, produk bandwidth–jarak pada serat multimode, cara memperkirakan jangkauan yang dibatasi dispersi, dan cara modul serta sistem melakukan kompensasi.

Tiga jenis dispersi

Jenis	Penyebab	Di mana mendominasi	Ukuran tipikal
Modal (antarmode)	mode berbeda menempuh jalur berbeda	serat multimode	ns/km pada indeks tangga; ~0,1–0,5 ns/km pada indeks gradien; dinyatakan sebagai bandwidth dalam MHz·km
Kromatik	indeks bias kaca bergantung pada panjang gelombang (material), dan geometri pandu gelombang menambahkan kontribusinya sendiri (pandu gelombang); sumber memiliki lebar spektral bukan nol	single-mode pada 1550 nm; link panjang pada 10G ke atas	17 ps/(nm·km) pada 1550 di G.652; ≈ 0 pada 1310
Mode-polarisasi (PMD)	kedua kondisi polarisasi merambat dengan kecepatan yang sedikit berbeda akibat asimetri serat	NRZ 40G ke atas sepanjang serat panjang; serat lama	0,05–0,5 ps/√km

Serat multimode dinilai berdasarkan bandwidth modal efektif (EMB) dalam MHz·km: frekuensi saat respons serat telah turun 3 dB, dikalikan panjangnya. Bandwidth berbanding terbalik dengan panjang:

Kelas	EMB pada 850 nm	Bandwidth sepanjang 100 m	Bandwidth sepanjang 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

Aturan praktis: sebuah link membutuhkan bandwidth ≈ 0,7 × laju bit untuk NRZ. 10 Gb/s membutuhkan ~7 GHz → OM3 hingga ~285 m (standar menyebutkan 300 m); 25 Gb/s membutuhkan ~17,5 GHz → OM4 hingga ~270 m secara teori, tetapi toleransi dispersi penerima dan lebar spektral VCSEL membuat standar menjadi 100 m. Karena itu tabel jangkauan berikut:

Laju per lane	OM3	OM4	Pembatas
1 Gb/s	550–1 000 m	550–1 100 m	redaman sama besar pengaruhnya dengan bandwidth
10 Gb/s	300 m	400 m	bandwidth modal
25 Gb/s NRZ	70 m	100 m	modal + kromatik (lebar spektral VCSEL)
50 Gb/s PAM4	70 m	100 m	sama, ditambah penalti SNR PAM4
100 Gb/s PAM4 (802.3db)	—	50–100 m	dengan ekualisasi DSP

Tabel lengkap: Tabel jangkauan. Kondisi peluncuran (encircled flux) distandardisasi sehingga angka-angka ini berlaku dengan VCSEL sesungguhnya.

Dispersi kromatik pada serat single-mode

Koefisien dispersi D (ps per nm lebar sumber per km) melewati nol di dekat 1 310 nm pada serat G.652 standar dan bernilai ≈ +17 ps/(nm·km) pada 1 550 nm. Pelebaran pulsa:

Δt = D × Δλ × L

Sumber	Lebar spektral Δλ	D pada λ	L	Δt	Periode bit (10G ≈ 100 ps)
Laser DFB pada 1310 nm	0,1 nm (atau 1 nm −20 dB)	≈ 0–3 ps/(nm·km)	10 km	< 10 ps	baik-baik saja
DFB pada 1550 nm, 10G, DML	0,2 nm (chirp melebarkannya)	17	80 km	270 ps	terlalu besar — membutuhkan EML (chirp rendah) atau DCM
EML pada 1550 nm, 10G	~0,1 nm efektif	17	80 km	~140 ps → dapat ditoleransi dengan penalti	10GBASE-ZR
Laser Fabry-Pérot pada 1310	3–5 nm	3	2 km	20–30 ps	baik pada 1G, marjinal pada 10G
LED pada 1300 (legacy)	50–100 nm	3	2 km	300–600 ps	hanya 100 Mb/s
VCSEL 850 nm pada OM4	0,5 nm RMS	~ −100 ps/(nm·km) pada 850	0,1 km	5 ps	kromatik berpengaruh pada 25G ke atas

Toleransi dispersi muncul di datasheet sebagai ps/nm (misalnya 800 ps/nm untuk modul ER 40 km = 17 × 40 × ~1,2 nm): D × L dari link harus tetap di bawah nilai itu (Membaca datasheet).

Jangkauan yang dibatasi dispersi (NRZ, tanpa kompensasi)

Laju	1310 nm pada G.652	1550 nm pada G.652	Catatan
2,5 Gb/s	> 100 km	~600–1 000 km	redaman membatasi lebih dulu
10 Gb/s	~40–60 km (dibatasi sumber)	~60–80 km (EML), ~10–20 km (DML)	alasan 10G ER/ZR memakai EML
25 Gb/s	10 km (25GBASE-LR)	~10–15 km	25GBASE-ER pada 1550 membutuhkan desain yang cermat
40 Gb/s serial	~4 km	~4 km	alasan 40G/100G beralih ke WDM 4 × 10G/25G
100 Gb/s λ tunggal PAM4 (DR/FR/LR1)	2–10 km pada 1310	—	1310 nm dipilih karena dispersi ≈ 0; DSP menangani sisanya

Aturan praktis: jangkauan berskala dengan 1/(laju bit)² untuk lebar sumber yang tetap — menggandakan laju memotong jarak yang dibatasi dispersi menjadi seperempatnya.

Kompensasi dan mitigasi

Metode	Di mana	Caranya
Memilih 1310 nm	DR/FR/LR pada 100G ke atas	jendela dispersi nol; mengorbankan 0,35 dB/km alih-alih 0,2
Sumber chirp rendah (EML, modulator eksternal)	10G ER/ZR, DWDM 10G	spektrum efektif lebih sempit (Laser)
Modul kompensasi dispersi (DCM)	span DWDM 10G	gulungan serat berdispersi negatif atau fibre Bragg grating meniadakan D × L
Serat dispersi tergeser / NZ-DSF (G.653/G.655)	jaringan jarak jauh legacy	D nol atau kecil pada 1550
Kompensasi dispersi elektronik	10GBASE-LRM (EDC di host), DSP PAM4 (FFE/DFE/MLSE)	ekualiser membalikkan pelumeran secara digital (DSP)
Deteksi koheren + DSP	ZR/ZR+ 100G–800G	dispersi dikompensasi seluruhnya di ranah digital, hingga ribuan ps/nm (Koheren)
FEC	25G ke atas	mengoreksi kesalahan yang disebabkan dispersi alih-alih mencegahnya (FEC & AN)

Dispersi mode-polarisasi

Serat tidak pernah benar-benar bulat sempurna; kedua sumbu polarisasi melihat indeks yang sedikit berbeda dan pulsa terpecah oleh tundaan grup diferensial yang membesar seiring akar kuadrat panjang (penggandengan mode acak). Serat modern: ≤ 0,1 ps/√km → 1 ps sepanjang 100 km, tidak berbahaya hingga 40 Gb/s NRZ. Serat lama (sebelum 1995): 0,5–2 ps/√km, menjadi masalah pada 10G sepanjang 100 km ke atas dan menjadi alasan DSP koheren melacak polarisasi secara terus-menerus.

Bagaimana dispersi terlihat

Pengamatan	Arti
Daya Rx jauh di atas sensitivitas, tetapi tetap ada kesalahan atau link tidak terbentuk	dispersi (atau refleksi) — daya bukan masalahnya (Daya Rx & link budget)
Link berfungsi pada 1G, gagal pada 10G di serat yang sama	bandwidth modal (MMF) atau chirp DML pada 1550 (SMF)
Modul LR 10 km baik, ER 40 km baik, ZR marjinal	akumulasi dispersi kromatik
Kesalahan yang dikoreksi FEC tinggi, yang tidak dapat dikoreksi jarang	penutupan eye akibat dispersi terkoreksi sebagian (Metrik VDM & FEC)
Jangkauan kurang pada OM3 dengan modul “300 m”	ketidaksesuaian encircled flux atau OM3 yang salah label sebagai OM2

Di CodingBox

Toleransi dispersi tidak disimpan di EEPROM, tetapi bidang yang memperkirakannya ada: panjang gelombang (1310 vs 1550), jenis laser dari kode kepatuhan (SR VCSEL, LR DFB, ER EML), dan bidang panjang OM3/OM4/SMF yang dinilai vendor untuk modul tersebut. CodingBox menampilkannya sehingga pertanyaan “mengapa modul 1550 nm ini tidak mencapai 80 km” punya data pendukung (Check transceiver).

Batas lain pada daya luncur tinggi — modulasi fase-sendiri dan fase-silang, pencampuran empat gelombang, hamburan Brillouin dan Raman, serta alasan dispersi justru membantu melawan sebagian darinya: Efek nonlinier.

Jika Anda menemukan ketidakakuratan atau kesalahan dalam artikel ini, pilih bagian teks yang bersangkutan lalu tekan Ctrl+Enter untuk .