مُضخِّم الألياف EYDFA مقابل EDFA: أيُّ مُضخِّم يناسب شبكات FTTH عاليَة القدرة؟

مع تطوُّر شبكات الألياف إلى المنزل (FTTH) لتوفير تطبيقاتٍ شديدة الاستهلاك للعرض الترددي مثل بث فيديو الدقة الفائقة 8K، وألعاب السحابة، وربط المؤسسات، زاد الطلب على التضخيم الضوئي عالي القدرة أكثر من أي وقت مضى. وعند تصميم الشبكة أو دمج الأنظمة، غالبًا ما يضطر مهندسو الشبكات ومُدمِّجو الأنظمة إلى الاختيار بين نوعين من مُضخِّمات الألياف: مُضخِّم الألياف المشبَّع بالإربيوم (EDFA) ونظيره الأقوى، ألا وهو مُضخِّم الألياف المشبَّع بالإربيوم والإيتريوم (EYDFA). وتقدِّم هذه المقالة مقارنة فنية معمَّقة لتسهيل اتخاذ قرارك واختيار التقنية الأنسب لتطبيقك الخاص من شبكات FTTH عاليَة القدرة.

الأساس التقني: ما الذي يميِّز مُضخِّم EYDFA عن مُضخِّم EDFA؟

يستخدم كلٌّ من EDFA و EYDFA تبدو متشابهةً وتكمن فكرتها في استخدام أيونات الإربيوم كوسيط تكثيف لتعزيز الإشارات الضوئية في نطاق الموجة C (١٥٣٠–١٥٦٥ نانومتر). لكن الفيزياء هنا تختلف تمامًا. ففي مضخم الألياف المُشَبَّع بالإربيوم التقليدي (EDFA)، يُستخدم ضخ النمط الأحادي في اللب، حيث يتركَّز ضوء الضخ (عادةً عند طول موجي ٩٨٠ نانومتر أو ١٤٨٠ نانومتر) داخل لب الألياف. ويؤدي هذا التصميم طبيعيًّا إلى امتصاص منخفض لطاقة الضخ، كما أن القدرة الخارجة من الخلايا تكون محدودة بحوالي ٢٣ ديسيبل ميلي واط (٢٠٠ مللي واط/قناة) لكل قناة بسبب السلوك غير الخطي للخلايا والقيود المفروضة على قدرة ثنائيات الليزر المستخدمة في الضخ.

من ناحية أخرى، يقدّم مُضخِّم الألياف المزدوجة الطبقة المُدوَّب بعنصر الإربيوم والإيتريوم (EYDFA) بنية ألياف مزدوجة الطبقة. وتُحقن أيونات الإيتريوم (Yb³+) في هذه البنية كعوامل حسّاسة تمتص بكفاءة عالية شعاع الضخ متعدد الأنماط في النطاق الطيفي ٩١٥–٩٨٠ نانومتر، ثم تنقل الطاقة إلى أيونات الإربيوم عبر عملية انتقال طاقة رنيني. ويوفّر مُضخِّم EYDFA قدرة خرج تفوق الواط الواحد في الوحدات التجارية، وتتراوح بين ٢٧–٣٥ ديسيبل ميلي واط (٠٫٥–٣ واط)، بل وقد تصل إلى ٤١ ديسيبل ميلي واط (١٢ واط) في التكوينات المركّبة على الرفوف، وذلك بفضل الجمع بين تصميم الطبقة المزدوجة ومنطقة القلب ذات المساحة الكبيرة للنمط. ويُعدّ مُضخِّم EYDFA مضخِّمًا مثاليًّا لتطبيقات المضخِّمات البصرية ذات القدرة العالية، نظرًا لخصائصه الممتازة في التغلّب على ظاهرة تشبع امتصاص الضخ في المضخِّمات التقليدية. EDFA .

مقارنة الأداء: القدرة والكاسب ورقم الضجيج

من بين المعاملات المذكورة أعلاه، تُعتبر قدرة الخرج أهم معامل عند مقارنة مُضخِّم EDFA مع EYDFA لشبكات الألياف الضوئية حتى نقطة الاستخدام (FTTH). يوفّر مُضخّم الألياف المُشَبَّع بالإربيوم القياسي (EDFA) قوة خرج تتراوح بين ١٣ و٢٣ ديسيبل-ميليواط لكل منفذ، وهو مناسب لأنظمة التوزيع السلبي بنسبة تقسيم ١:٦٤ لمسافات متوسطة (١٠–٢٠ كيلومترًا). لكن عند استخدام نسب تقسيم سلبية أعلى مثل ١:١٢٨ أو ١:٢٥٦ لتغطية المجمعات السكنية عالية الكثافة، قد لا تكفي الميزانية الضوئية لمُضخّم EDFA. ومع ذلك، يتوفر مضخّم EYDFA الذي يوفّر قوة خرج تتراوح بين ٢٧ و٣٣ ديسيبل-ميليواط لكل منفذ، ما يعادل أربعة أضعاف القوة المتاحة دون الحاجة إلى تقوية نشطة في منتصف المسار.

عاملٌ آخر مهمٌ يجب أخذه في الاعتبار هو تجانس الكسب. ويتميّز مضخّم EYDFA بتجانس ممتاز في الكسب عبر نطاق C الكامل (من ١٥٣٠ نانومتر إلى ١٥٦٥ نانومتر)، وذلك بفضل نسب التشويب المشتركة المُحسَّنة وتوزيع ضوء التنشيط. وفي أنظمة التراكب المعتمدة على تقنية التعدد بالتقسيم الطولي (WDM) ضمن شبكات FTTH، يكتسب التجانس أهميةً بالغة؛ لأن الإشارات القادمة من أنظمة WDM يجب تضخيمها إلى مستوى متسق للحفاظ على جودة الإشارات المتراكبة (مثل إشارات التلفزيون الكابلي CATV عند طول موجي ١٥٥٠ نانومتر، والإشارات التراكبية الراديوية RF عند طول موجي ١٥٧٨ نانومتر).

سيناريوهات الاستخدام: أين يتفوق كل مضخّم؟

يَعتمد الاختيار بين مُضخِّمَيْ EYDFA وEDFA في النهاية على سياق النشر. وفي تطبيق FTTH النموذجي، حيث تكون نسبة التجزئة ١:٣٢ أو ١:٦٤ وطول الخط التغذوي أقل من ٢٠ كم، يُعَدُّ استخدام مُضخِّم EDFA التقليدي الخيار الأوفر تكلفةً. فهو يوفِّر موثوقيةً مُثبتةً، وأحجامًا صغيرةً (١U أو ٢U)، وسلاسل توريدٍ مستقرة.

أما بالنسبة لشبكات الألياف الضوئية حتى المنزل (FTTH) عالية القدرة، ولا سيما تلك المُركَّزة على توزيع خدمات التلفزيون الكابلاتي (CATV) على نطاق واسع، فإن مُضخِّم الليزر ذو الإربيوم اليتريوم (EYDFA) يصبح الخيار الأمثل مقارنةً بتقنية النطاق الترددي الراديوي عبر الألياف (RFoG) المستخدمة في خدمات الإنترنت الريفية أو في دمج الخدمات الثلاثية (Triple Play). تخيل الآن أن لديك محطة خط ضوئي واحدة (OLT) متصلة بأربعة تفرعات من المقسِّمات بنسبة ١:٢٥٦، وكل تفرع يخدم ١٠٢٤ مشتركًا. وبذلك يمكن تشغيل هذه البنية التحتية بواسطة مضخِّم EYDFA واحد فقط بقدرة خرج تبلغ ٣٣ ديسيبل-ميليواط، مما يسهِّل جدًّا عملية تهيئة الشبكة ويقلِّل بشكل كبير من عدد نقاط العطل.

وبالإضافة إلى ذلك، يوفِّر مضخِّم EYDFA مزايا في التعزيز اللمعي المتقطع (Burst Mode Amplification) وكبت الظواهر العابرة (Transient Suppression)، ما يجعله مناسبًا جدًّا لحلول المضخِّمات الضوئية عالية القدرة في روابط مراكز البيانات (Data Center Interconnects) وأنظمة الاستشعار، حيث يتفوَّق على تصاميم المضخِّمات ذات الإربيوم التقليدية (EDFA).

تحليل التكلفة-الفائدة: اقتصاديات النظام الكلي

قد تُفضِّل اقتصاديات النظام الكلي خيار مضخِّم الـEYDFA عالي القدرة مقارنةً بمضخِّم الـEDFA ذي الأداء المماثل. وفي هندسة التضخيم الموزَّع، يحلّ وحدة واحدة من الـEYDFA محلَّ ٤ إلى ٨ وحدات من الـEDFA المتسلسلة. ويؤدي هذا التوحيد إلى توفير التكاليف المتعلقة بشراء المعدات ومساحة الرفوف والطاقة والصيانة. علاوةً على ذلك، فإن سلسلة الإشارات المبسَّطة تقلِّل من تدهور العامل الضوضائي التراكمي، والذي قد يصل إلى ٠٫٥–١ ديسيبل لكل مرحلة من مراحل الـEDFA المتسلسلة.

وبالإضافة إلى ذلك، تتمتَّع الليزر المضخِّة للـEYDFA بمدى موثوقية أعلى. وتتوافر وحدات الـEYDFA على نطاق واسع لاستخدام ليزر ضخٍّ متعدد الأنماط منخفض التكلفة وعالي القدرة، بدلًا من ليزر الضخ أحادي النمط الباهظ الثمن، ما يوفِّر وقت تشغيل أطول بين الأعطال (MTBF) وتكاليف استبدال أقل طوال دورة حياة الشبكة النموذجية التي تمتد لعشر سنوات.

لماذا تختار شركة شاندونغ وانشواو للمعدات البصرية الإلكترونية المحدودة؟

تتمتّع شركة شاندونغ وانشو أوپتوإلكترونيك إكويپمنتس المحدودة بخبرة واسعة في مجال منتجات مُضخّمات الألياف، وتقدّم حلولاً موثوقة لمُضخّمات الإربيوم-الداوبتوميوم (EDFA) ومُضخّمات الإربيوم-اليتريوم (EYDFA). ويستفيد مُضخّم الإربيوم-اليتريوم عالي القدرة من سلسلة 77FEYA2 ذات الحجم ٢ يو من الشركة من تقنية الألياف المزدوجة الغلاف المُشَبَّعة بالإربيوم واليتريوم المتقدّمة، ليوفّر إجمالي طاقة خرج تصل إلى ٤١ ديسيبل ميلي واط (أكثر من ١٢ واط)، مع تهيئة منافذ مرنة بعدد ٤ أو ٨ أو ١٦ أو ٣٢ أو ٦٤ منفذًا لتتناسب مع مختلف تخطيطات الشبكات. كما يشمل النظام تحكّمًا ذكيًّا بالربح، ورصدًا كاملاً للإنذارات، ووحدات طاقة احتياطية قابلة للتبديل الساخن لضمان التشغيل المستمر على مدار ٢٤ ساعة يوميًّا و٧ أيام أسبوعيًّا.

يَضمن التميُّز في المنتجات القوة التصنيعية لشركة شاندونغ وانشو. وتدير الشركة ١٢ ورشة تنقية عالية الجودة، وتُحقِّق نسبة نجاح أولية تبلغ ٩٩,٨٪ في إنتاج تقنية تركيب المكونات السطحية (SMT)، وتستخدم لحام الموجة الذي يخضع لفحص آلي كامل بواسطة نظام فحص بصري تلقائي (AOI). وقد طوَّرت فرقة البحث والتطوير المستقلة التابعة للشركة وأنشأت أنظمة اختبار ذكية تتيح تتبع البيانات عبر جميع مراحل الإنتاج، ما أدى إلى إنتاج حلول لمضخِّمات الضوء عالية القدرة المتوافقة مع شهادات التوافق الأوروبية (CE) واللجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) وRestriction of Hazardous Substances (RoHS). وتقدِّم شركة شاندونغ وانشو للمعدات البصرية والإلكترونية المحدودة التكنولوجيا والطاقة الإنتاجية اللازمة — من المشاريع التجريبية وحتى النشر على المستوى الوطني — لجميع مشغِّلي الشبكات الذين يبحثون عن أفضل توازن بين القدرة والأداء، والموثوقية والكفاءة التكلفة في عمليات نشر شبكات الألياف حتى المنزل (FTTH).