أثر التشويش الفيبري على نوعية الإشارات الضوئية

وفي نظم الاتصالات البصرية الحديثة، فإن القدرة على نقل كميات كبيرة من البيانات على مسافات طويلة مع الحد الأدنى من الخطأ هي في المقام الأول، ومن بين العوامل التي تحد من أداء النظام، فإن التشتت بالألياف هو أحد أهم العوامل، ويشير التشتت في الاختلاف إلى اتساع نطاق النبضات البصرية عند نشرها من خلال الألياف، بسبب اعتماد سرعة الانتشار على الموجات أو وسائل التكاثر.

أساسيات الاضطرابات

عندما ينتقل نبض خفيف إلى الألياف البصرية، ينتشر عبر الزمن بسبب التشت، والأصل المادي يكمن في مؤشر التصدع للفيون و هيكل الموجات، و الضوء من مختلف الأصابع الموجية (أو الألوان) ينتقل بسرعة مختلفة قليلاً، و إذا كان النبض يحتوي على مجموعة من الأثار الموجية

وهناك ثلاث فئات رئيسية من التشت: التشت في الموديل، والتشتت الكرومي، وتشتت نمط الاستقطاب، وكل منها ينشأ عن ظواهر جسدية مختلفة ويؤثر على نوعية الإشارات بطرق مختلفة.

التشتت في الوسائط

ولا يحدث التشت في الحركة إلا في الألياف المتعددة الوسائط التي لها حجم أساسي يكفي لدعم مسارات التكاثر المتعددة (الأجهزة)، وكل طريقة تسافر بسرعة مختلفة لأن طول المسار البصري يختلف بزاوية الانتشار، أما الطرائق التي تصل مباشرة أكثر فهرس الحد من الكسور، بينما تصل فيما بعد تلك التي تنزلق من الحدود المتشابكة، ويتسبب الفرق في فترات الانطلاق في التوسع تدريجيا.

التشتت المزمن

ويؤثر التشتت القائم على التلويث المتعدد الوسائط والألياف ذات الصبغة الواحدة، وينشأ عن آليتين: التشتت المادي وتشتت الموجة الأموية، ويرتبط هذا التشت بالزجاج نفسه - وهو مؤشر الارتداد المفاجئ للجهاز المزود بالبطاقات الاصطناعية (المقياس المقياس المقياسي) الذي يُحدَّد في شكل موجة واحدة (المقياس) ويُحدث فيه اختلافاً للتشنجات.

التشتُّت في حركة الاستقطاب

إن تشتتت نمط الاستقطاب هو شكل من أشكال التشتت دون المستوى الذي يحدث في الألياف الأحادية - رغم أن الألياف المفردة لا تدعم إلا طريقة واحدة، فإن هذا الأسلوب يتألف في الواقع من دولتين من دول الاستقطاب، وأن الآثار المترتبة على الألياف (غير العلمانية، والإجهاد، والارتطام) تؤدي إلى حدوث هذين الشكلين من أنماط التكيّف في سرعة التخ.

أثر التشت على نوعية الإشارة

ويتمثل الأثر الرئيسي للتشتت في جهاز الاستقبال في توسيع نطاق النبضات البصرية، وهذا يوسع نطاق البيانات في عدة حالات من العاهات القابلة للقياس التي تضعف نوعية الإشارات.

Inter-Symbol Interference (ISI)

عندما تتوسع النبضات بما يكفي بحيث يتداخل ذيل نبض واحد مع الطرف الرئيسي من النبض التالي، لا يمكن للمستقبل أن يميز القطع الفردية، وهذه هي المشكلة الأساسية في نظام ISI، وفي إطار ثنائي على نظام تحديد المفاتيح، تصبح عتبة القرار بالنسبة لطول واحد أو صفر غير واضحة، مما يؤدي إلى أخطاء، ويعتمد مقدار الإي آي أي إس على معدل الارتباك العالي،

معدل الخصم

ويزيد المعهد مباشرة معدل الخطأ قليلا، إذ إن وجود صلة تعمل بطريقة أخرى مع معدل كربون مخفض قدره 10 }-12} (خطأ واحد لكل تريليون قطعة) يمكن أن يتدهور إلى 10 }-6} أو أسوأ إذا لم يُدار التشت، وفي نظم الاتصالات الرقمية، كثيرا ما يُجبر على استخدام تصحيح الخطأ الآجل ما لم يحد من المتناول، فعلى سبيل المثال، لا يمكن أن يؤدي 10 نسق بين الألياف والاختلال الموحد البالغ 60 كيلومترا إلى حد غير مقبول.

Eye Diagram Closure

على مظاريف النسيج، يولد رسم بياني للعين عن طريق الإفراط في عدد من القطع التي تم تلقيها، ويتسبب التشت في الفتح الرأسي (هامش الطول) والفتح الأفقي (همش الارتطام) للتقلص، ويدل على وجود هامش ضوضاء حاد، وفي تصميم أجهزة الاستقبال العملية، يستخدم مخطط العين لقياس نوعية الإشارة الواردة وتحديد العقوبات الافتتاحية بنسبة 1 في المائة.

الحد من المسافة إلى الغلاف الجوي ومعدل البيانات

إن ناتج الكم والبعد (منتج BL) هو مقياس مشترك للنظم المحدودة التفريق، وبالنسبة لنوع معين من الألياف، فإن أقصى مسافة يمكن الوصول إليها تناسب على العكس مع مربع المعدل الصغير للتفرق بين الكرومات في نظم الفرز المباشر - الصوت، وهذا يعني أن زيادة المعدل من 10 جيبت/زئبق إلى 40 جيبت/بتر يقلل من المسافة الرقمية القابلة للتنبؤ بمعامل 16.

Mitigation Techniques

وقد وضع المهندسون مجموعة متنوعة من الأساليب لمكافحة تفرق الألياف، تتراوح بين المكونات البصرية السلبية والخوارزميات الرقمية المتقدمة، ويعتمد اختيار التكنولوجيا على هيكل النظام، ومعدل الكسر، ونوع الألياف، وقيود التكاليف.

Dispersion Compensating Fiber (DCF)

ويعتبر عامل التفكك البيولوجي نوعاً خاصاً من الألياف التي لها معامل تفريق كروماتيكي سلبي مرتفع (مثل 100 رطل/متر) أو أكثر) وبإدخال طول عامل التفكك في الرابط، يجب تعويض التشت الإيجابي المتراكم في الألياف القياسية، مما يجعل التشتت الكلي في نقطة الصفر عند جهاز الاستقبال يستخدم عامل التفكك في شبكات الاختراق الطويلة الأجل، ولكن يضاف إليها نصف كيلومتر.

Fiber Bragg Gratings (FBG)

ويُعدّ جذب الألياف من نوع " براغيت " تغييراً دورياً في الرقم القياسي للانتشار المُعدّ في الألياف، ويمكن أن يكون بمثابة مُجسّد مُنقّع مُوجّه، حيث تتفاوت فترة الرعي على طول الألياف، يمكن أن يوفر تعويضاً عن التشتّت بتفكير في مختلف المواجات الموجية في مواقع مختلفة، مما يؤدي إلى تأخير يُضٍ في التشتّت الأصلي.

التعويض عن التشتات الإلكترونية

ومع ظهور الالكترونيات العالية السرعة، أصبح مركز التبادل الالكتروني للبيانات بديلا عمليا للتعويض البصري، حيث يمكن للمتلقين المباشرين أو المرشّحين الصوتيين أو الرقميين )مثل المساوئ المغذية والمساواة في الترددات المتناثرة( أن يلغيا جزئيا آثار التشت، فبالنسبة للمزيد من الطلب على ٤٠ جيبت/و 100 من نظم الاختبارات الرقمية، يمكن للكشف عن الصور باستخدام أجهزة التليف الرقمية ذات الوجهة.

النماذج المتقدمة للتعديل

كما أن بعض أشكال التناوب أقوى من مجرد التفكك، مثلاً، لأن استخدامات التغيُّر في المراحل المختلفة (DPSK) ومفاتيح السطو ذات التردد العالي (QPSK) تنطوي على استخدامات ضيقة في كل جزء، مما يقلل من أثر التفكك الكيميائي.

Wavelength Management and Dispersion — Shifted Fiber

ويمكن لتشغيل النظام في الموجة الصفرية (نحو 1310 نانو متراً للألياف القياسية) أن يزيل التفكك الكرومي، ولكن هذه الموجة لا تتوافق دائماً مع النوافذ المنخفضة الحدوث (1550 نانوغرام) أو أجهزة الصمامات الألياف ذات الصبغة الكثيفة (EDFA).

قياس التشت وتصنيعه

(ب) تصميم حلقة تفريقية مُحكمة، يجب على المهندسين قياس مدى تفريق الألياف المُنتشرة، أكثر البارامترات شيوعاً (الطريقة الاختراقية)

اعتبارات تصميم النظام العالمي الحقيقي

ومن الناحية العملية، تستخدم مجموعة من التقنيات لإدارة التشت، أما بالنسبة لربطة الألياف/الأرصدة الثابتة التي تبلغ مساحتها 000 1 كيلومتر، فإن المهندس قد يستخدم وحدات تعويضية موزعة في كل موقع من مواقع المضخمات، مقترنة بخارطة تفرق تضمن عدم تجاوز التراكم لحوالي 000 1 من الاكتشافات/الحد الأقصى.

كما ينظر مشغلو الشبكات في المبادلات بين الضوضاء )من المضخات( والتشتت، ويمكن أن يتسبب التكفير في فرض عقوبات غير خطية، بينما يؤدي نقص التعويض إلى تفكك ما تبقى من الإشارات، ويمكن للمتلقين المتسقين الحديثي التحمل حتى ٠٠٠ ٥٠ بيزو/نم من التشتات الكرومية، مما يعني أنه بالنسبة للعديد من الروابط الحضرية والإقليمية، لا يلزم الحصول على تعويض بصري في جميع الحالات.

الاتجاهات المستقبلية

ونظراً لأن معدلات البيانات لا تزال تتزايد - حيث أن 400 غيت/غبيت/ 800 غيت/زئبق أصبحت الآن شائعة في شبكات الاتصال بين مراكز البيانات وشبكات التبريد الطويلة - فإن المطالب المتعلقة بإدارة التشت تصبح أكثر صرامة، ويستكشف الباحثون تقنيات التعلم الآلي لتحقيق الحد الأمثل من خرائط التفكك وأجهزة التخصيب في المستقبل(16).

خاتمة

إن التشتت المتعمد ظاهرة بدائية لا يمكن تجنبها تؤثر تأثيرا عميقا على نوعية الإشارة الضوئية المتلقاة، ومن التشت في الألياف المتعددة إلى التشت في أنماط الأشعة المقطعية والاستقطاب في الألياف ذات النوعية الشاذة، ومن شأن توسيع نطاق الوصلات أن يؤدي إلى تدخل في الأنبوب، وإلى زيادة معدلات الخطأ في الاتساع، وإلى وضع مجموعة من تقنيات التخفيف المتفرقة على مدى عقود.

For further reading on the physics of chromatic dispersion, see Chromatic Dispersion (Wikipedia). Practical dispersion compensation methods are reviewed in ]Dispersion Compensation (RP Photonics).