وتشكل الاتصالات الضوئية للفييروس العمود الفقري لشبكات البيانات العالمية، مما يتيح نقل المعلومات على نطاق واسع وطويل، ومن بين مختلف تقنيات العزل المستخدمة في هذه النظم، تبرز عملية التناوب التدريجي كفاءتها العالية من حيث الطيف، وقوامها من الضوضاء، وتتناول هذه المادة مبادئ التناوب التدريجي وتطبيقاته في شبكات الاتصالات البصرية الحديثة، وتقدم لمحة عامة شاملة للمهندسين والباحثين.

مبادئ تعديل المرحلة

المفهوم الأساسي والنظرية

وتورد عملية تعديل المرحلة معلومات باختلاف مرحلة موجة حاملات بصرية وفقاً لإشارة البيانات، خلافاً لطريقة التعبئة أو التناوب على الترددات، غيرت الإدارة المرحلة الفورية للموجة الخفيفة مع الحفاظ على طول خط الكم، مما يجعل من غير المقبول أن تكون هناك ضوضاء على الكم والتشوهات غير الخطية التي تصيب الألياف البصرية، مثل التلاعب بالخط.

إن مرحلة الناقل البصري يمكن التعبير عنها على أنها " مركب " (ر) = 2 ف0 + حرف (ر) حيث يكون التردد الناقل و(م) هو التحول التدريجي الذي يُحدث بواسطة الإشارة المتحركة، وفي النظم الرقمية، يُستخدم الحرف (ت) على قيم متفاوتة تتناسب مع أجزاء البيانات، والعلاقة بين التحول التدريجي للكشف والرمز المحال هو أمر أساسي لفهم مخططات الإضافة التدريجية.

وتُحدَّد الكفاءة الطفيفة لشكل التناوب بعدد القطع التي يمكن نقلها في الثانية لكل هكتار من عرض النطاق الترددي، وتُحقق أشكال العزلة في المرحلة كفاءة عالية من حيث الطيف لأنها تستخدم البعد التدريجي للناقل البصري، الذي هو منعطف إلى التكاثر، وبجمعها بين مرحلة التكاثر، يمكن أن تُشكِّل أشكالاً مثل التعبئة الكمية الكمية، على أن تُعدَّد رموزاً متعددة.

النماذج الرئيسية للتعديلات

(ب) إنَّ أسلوبه (BPSK) هو أبسط شكل من أشكال التناوب التدريجي، حيث تُمثل مرحلتان (0 و180 درجة) مقياساً ثنائياً (0) و1.

() تحديد المسارات الرئيسية (QPSK) ) يرمز إلى جزأين لكل رمز باستخدام أربع ولايات (0°, 90°, 180°, and 270°).

Differential Phase Shift Keying (DPSK)] encodes information in the phase difference between consecutive symbols rather than absolute phase. This approach reduces the impact of phase noise introduced by the laser source and simplifies receiver design, as it eliminates the need for a local oscillator phase coincidehronization.

وتستخدم أشكال أعلى من ذلك مثل 8 منصات PPSK و16 من طرازQAM و64 من طرازQAM كلا من مراحل التعبئة ونموذج الكمائن لتصنيف ثلاثة أو أربعة أو ستة أجزاء من كل رمز على التوالي، وتزيد هذه الأشكال من الكفاءة في استخدام الأطياف، ولكنها تتطلب قدرا أكبر من الحساسية إزاء العاهات مثل ضوضاء المرحلة الليزرية وعدم الليبرانية، ومن الضروري الكشف عن الرواسب مع تجهيز الإشارات الرقمية لاستعادة المرحلة في هذه النظم.

المرحلة الثانية وتأثيرها

وتنشأ الضوضاء على مراحل من مصادر مختلفة، بما في ذلك الموجات اللازرية، والآثار غير الخطية في الألياف (مثل العزلة ذاتياً والمسح الطفيف عبر المراحل)، والتقلبات الحرارية، وفي نظم العزل التدريجي، يمكن للضوضاء على وحدات خفض الانبعاثات أن يُبطل مفعول وحدات خفض الانبعاثات الناجمة عن إحداث أخطاء رمزية، مثلاً في نظام تحديد المواقع الشبكية، يمكن أن تنقل التقلبات العشوائية إلى نقطة التلويث الرمزية خارج حدود القرار.

وتستخدم نظم الكشف المتجانسة أجهزة معالجة الإشارات الرقمية للتعويض عن الضجيج في المرحلة، كما أن خوارزمية فيتيربي - فيتربي هي تقنية مشتركة لـ " كي بي كي " حيث تزيل القوة الرابعة للإشارة الواردة الصيغ وتستخرج الخطأ في المرحلة، أما بالنسبة للشكلات العليا، فإن الزيادات في المرحلة العمياء (BPS) هي مادة الليزر التي تستخدم في إطار الحد الأقصى.

التنفيذ في نظم التداول الضوئي

العناصر: مُعدّلات المرحلة وأجهزة التتبع المُتّسقة

(ب) استخدام مركب من طراز " ميدول " (LiNbO3) من موصلات موصلات مائية في شكل مركب مركب (LFulad) بشكل عام، حيث يمكن أن يستحدث تحولات في المرحلة من خلال التأثير الكهرومغناطيسي.

والكشف المتماسك ضروري لاسترداد المعلومات عن المرحلة، وفي جهاز استقبال متماسك، تختلط الإشارة الواردة بالليزر المُسَمَّن محلياً باستخدام جهاز هجين بصري (يعادل 2x4 أو 90 درجة هجيناً) وتكتشف الإشارة الضاربة بواسطة مُصوِّبات فوتوغرافية متوازنة تحول الحقل البصري إلى تيارات كهربائية تمثل مكونات I و Q.

تقنيات كشف المعلومات المتماسكة

ويستخدم الكشف عن هوموديين جهازاً لاسلكياً بنفس تواتر الإشارة، ويتطلب حلقات غير مجهزة بمرحلة زمنية للتزامن، وهذا النهج يوفر أعلى درجة من الحساسية ولكنه يعترض على التنفيذ بسبب متطلبات القفل الصارمة، ويستخدم الكشف عن الهترودين جهازاً لاسلكياً في تردد مختلف قليلاً، ويحول الإشارة إلى تردد متوسط لتجهيزه، وعادة ما يكون الإطار الإلكتروني للغيغاهرتز، مما يسمح باستخدام نظام مقياس أدنى.

والكشف عن التداخل هو نهج حديث حيث يقترب تردد الترددات المحلية من الإشارة، ولكنه لا يغلق تماما، ويتم استعادة المرحلة بالكامل في المجال الرقمي، ويلغي الحاجة إلى القفل التدريجي للمناظرة، وقد أصبح الكشف عن الأشعة الداخلية المعيار في النظم العملية نظرا لمرونته وتساهله إزاء الضوضاء التدريجية، ومعظم النماذج التجارية 100G و 400G المتسقة تستخدم الكشف عن الأشعة تحتية مع نظام الأفضليات المعين لتقدير المرحلة الناقلة.

تجهيز الإشارات الرقمية لاسترداد المرحلة

ويؤدي نظام إدارة الدعم الميداني دوراً حاسماً في نظم تعديل المرحلة الحديثة، وبعد اكتشاف متماسك، عينت البلدان الجزرية الصغيرة إشارة إلى الرقمين الأول والثاني بمعدلات 64 جهازاً من نوع (Gbps) أو أعلى لـ 400 نظام من نظم النظام العالمي لمراقبة المناخ، ثم تؤدي الخوارزميات عدة مهام: التعويض عن التشتتات الكرومي (استخدام مرشحات الاستجابة النهائية أو مساواة النطاق الترددي) أو استخلاص المواد من الحد الأدنى (الطريقة الصحيحة).

ويعتبر حجرة تقدير مرحلة الناقل أمرا حاسما في الاسترداد التدريجي، وبالنسبة للخلية الألمانية، فإن الخوارزمية فيتيربي - فيتربي تثير الإشارة إلى القوة الرابعة لإزالة التعديل، ثم تقدر الخطأ في المرحلة من زاوية المبلغ المتراكم، كما أن البحث عن درجة عالية من الحرارة في مرحلة العمياء يختبر مجموعة من مراحل الاختبار ويختار تقنيات الاسترداد المحتملة للدلائل.

تطبيقات تعديل المرحلة

نقل البيانات المتعلقة بالمحافظة العالية مع إدارة مكافحة التصحر والجفاف

المرحلة ([FFT) هي جزء لا يتجزأ من نظم التعددية في الشُعب الموجية، حيث تُحزم الأصابع المتعددة الموجات عن كثب (مثلاً، 50 غيغاهيرتز) لتعظيم الوصل بيني بيني بيني وبين المقياس القياسي (GPSK) والأشكال الأعلى (مثلاً، 16 كيلو متراً مع مرحلة الضبط ودرجة الطول) تسمح لكل قناة بحمل المزيد من البيانات.

وفي الشبكات البصرية المتعددة الأطارات، تتيح عملية تعديل المرحلة تحقيق الكفاءة في الطيف تتجاوز 4 أجزاء/هرتز عندما تقترن بتدوين القنوات المتقدمة وتصحيح الأخطاء الأمامية، مثلا، يمكن لربط 1.6 تيبس باستخدام إدارة عمليات حفظ السلام - 64 مع 75 من المباعدة بين الترددات GHz أن يحقق كفاءة طيفية تبلغ 10.67 جزء/قرعة/هرتز، ويدعم شبكات الربط الكتليفيف في مراكز البيانات.

الاتصالات الطويلة الأجل وفرعية

إن قوة التلاعب التدريجي ضد عدم الترميز والضوضاء تجعل من المثالي للوصلات البعيدة المدى، بما في ذلك الكابلات العابرة للمحيطات، ويمكن للنظم التي تستخدم إدارة عمليات حفظ السلام أو شركة QPSK مع تصحيح الخطأ في المستقبل أن تحقق مسافات تتجاوز 000 10 كيلومتر دون تجديد، وعلى سبيل المثال، يستخدم نظام كابل مارينا الفرعي تقنيات متماسكة للتناوب على مراحل لتوفير 200 غيبس لكل موجة عبر 600 6 كيلومتر.

كما أن تعديل المراحل يتيح أيضاً تعديل هياكل الشبكات المرنة حيث يمكن تعديل معدلات المباعدة بين القنوات والبيانات بصورة دينامية، وهذه المرونة حاسمة بالنسبة للشبكات التي لا تزال تحت سطح البحر والتي يجب أن تحمل طلبات متزايدة على حركة المرور على مدى عقود، وقد اتسع نطاق استخدام الجماعتين الميسرة ذات الصبغة المتحركة بنسبة 30 إلى 40 في المائة في بعض عمليات النشر.

توزيع الكميوز الرئيسي (QKD)

المرحلة الثانية هي تقنية أساسية في التوزيع الكمي الرئيسي، ولا سيما في بروتوكولات مثل BB84 وفرقتها في الولايات المحروقة، وبتكويد أجزاء كمية في مرحلة النبضات المتسقة الضعيفة (مع ما متوسطه 0.1-1 صورة لكل نبض)، توفر شركة QKD الأمن استناداً إلى قوانين الميكانيكيات الكميّة.

في "كي كي دي", المُنظمة المُتدرجة تستخدم لإعداد دول كمية ذات مراحل عشوائية جهاز استقبال (بوب) يستخدم مقياساً مُتداخلاً لقياس الاختلافات في المرحلة, الأمن يعتمد على حقيقة أن أي محاولة للتنصت تُحدث اضطرابات يمكن اكتشافها في إحصاءات المرحلة

تجهيز الإشارات الضوئية

وفي الشبكات البصرية، تستخدم عملية تعديل المرحلة في التحويل الشامل لجميع العمليات، وتحويل الموجات، وتبديد المرحلة، مثلا، يمكن للمضخمات الحساسة من حيث المرحلة أن تضخ إشارات دون إضافة ضوضاء كبيرة، وتعزيز القدرة، وتستغل اتفاقات الخدمة المدنية المكاسب المعتمدة على المرحلة من عمليات البارامترات في الألياف غير الساحلية أو الألواح الموجية.

كما أن عملية تعديل المراحل تتيح تجديد جميع العمليات من خلال عمليات الخلط بين الموجات الأربع، ويمكن نقل عملية الدمج التدريجي إلى موجة جديدة أو تنظيفها لإزالة الضوضاء، وهذه التقنيات هي مجالات البحث النشط للشبكات البصرية الشفافة في المستقبل.

السلف والتوجيهات المستقبلية

نماذج التعليم العالي

ويدفع الطلب على معدلات البيانات المرتفعة إلى اعتماد أشكال أعلى درجة مثل 64-QAM و256-QAM، تجمع بين مراحل ودرجة الطول، وتتطلب هذه الأشكال ارتفاع نسب الإشارة إلى الأرقام، وهي أكثر حساسية للخصائص، ويمكن للمستقبلين المتسقين الذين لديهم نظام الأفضليات المعمم أن يخففوا من هذه التحديات، مما يتيح تحقيق الكفاءة في الظروف تتجاوز 10 أجزاء/مدة/مدرجة الحد الأقصى.

والتشكيل الافتراضي هو تقنية تستخدم فيها نقاط التجميع مع احتمال عدم توحيد القدرة على الاتصال بقدرة شانون، ويمكن تطبيق هذه الطريقة على أشكال التعبئة التدريجية لتحسين الوصول أو القدرة، وعلى سبيل المثال، ثبت أن درجة الحرارة 64-QAM قد زادت بنسبة 20 إلى 30 في المائة مقارنة بمستوى توحيد الأداء.

التعلم في مجال الآلات واسترداد المرحلة التصحيحية

ويجري استكشاف تقنيات التعلم في مجال الآلات، مثل الشبكات العصبية، من أجل التعافي من آثار تغير المناخ وتعويضات غير خطية، ويمكن لهذه الأساليب أن تحقق المستوى الأمثل من ظروف استقبال القنوات المتغيرة، وتحسين الأداء في الشبكات المعقدة، وقد أظهرت البحوث أن الشبكات العصبية العميقة يمكن أن تقدر الضوضاء في المرحلة أكثر دقة من الخوارزميات التقليدية، ولا سيما في وجود أوجه عدم خطية من آثار الألياف.

كما أن التعافي التدريجي من خلال التعلم الآلاتي يتيح أيضا التعويض في الوقت الحقيقي عن الضجيج في مرحلة الليزر والاضطراب الصوتي في وصلات طويلة الأجل، وهذه القدرة حاسمة بالنسبة للنظم المستقبلية التي تستخدم نماذج عالية الاستدلال مع ارتفاع معدلات الرموز.

خاتمة

ولا تزال عملية تغيير المراحل تشكل حجر الزاوية في الاتصالات الألياف البصرية، مما يتيح نقل البيانات على نطاق واسع، ومن نظام بي بي بي بي بي بي كي إلى نظم متماسكة متقدمة مع نظام إدارة الدعم والتعلم الآلي، فإن عملية التناوب التدريجي لا تزال تتطور، حيث أن الشبكات تتجه نحو السرعة القصوى في الثانية ووصلات الكمي المضمونة، ستكون أساليب التناوب التدريجي أساسية لتلبية الطلبات المستقبلية.