فهم الرنج الديناميكي في أجهزة الاستلام البصرية

ويُعدّ هذا التلقين الضوئي العمود الفقري للتواصل البصري، ويُحوّل الضوء المُعدّل إلى إشارة كهربائية قابلة للاستخدام، ويُحتمل أن تُعالج فيه مجموعة واسعة من المكثفات الضوئية دون إدخال أخطاء أو تشويهات، ويُستولى على أساس مواصفات حرجة واحدة: المدى الديناميكي .

والمدى الدينامي ليس رقماً واحداً بل نطاقاً مقيّداً أساسياً: الحد الأدنى للضوضاء عند الطرف المنخفض ونقطة التشبع في الطرف المرتفع، وفي الممارسة العملية، قد يقيد النطاق الدينامي أيضاً من حيث القدرة على إنتاج ناتج قابل للاشتعال، وهو تكرار مخلص للموجة البصرية للمدخلات عبر نطاق السلطة بأكمله، وبالتالي فإن السلوك غير الخطي يؤدي إلى تشويه ومنتجات متجانسة للكميات.

العوامل الرئيسية التي تحد من الزنج الديناميكية

ضواحي الضواحي وحساسية الاستلام

فالإشارة الدنيا التي يمكن اكتشافها تحددها طابق الضوضاء، وهي تتألف من الضوضاء الحرارية من مقاوم الحمولة، والضوضاء التي تصدر من التيار المظلم، والضوضاء التي تضخ من مضخم الصوت المقاوم للضوضاء، ونادرا ما تُتيح الأرضية الضوضاء للمتلقي كشف الإشارات الملتوية، وتحسين الحساسية، غير أن كل تخفيض في الضوضاء يتطلب عادة عروضاً متبادلة في شكلها.

نقطة الغضب

وفي الطرف المرتفع من حجم القدرة على استخدام المدخلات، يصل جهاز الاستقبال إلى نقطة لا يؤدي فيها زيادة القدرة البصرية إلى زيادة متناسبة في حجم الناتج أو في الوقت الراهن، حيث يمكن أن يحدث الاضطرابات في جهاز التصوير نفسه (بسبب التأثيرات الداخلية في الشحن الفضائي) أو في المراحل التالية من التكتل (بسبب التطاير أو الحدود الحالية).

التسلسل والتخزين

ويصف التسلسل مدى قدرة جهاز الاستلام على تتبع القدرة البصرية للمدخلات على نطاق التشغيل، وحتى قبل أن يضرب التشبع الحاد، يمكن أن يؤدي رد غير خطي إلى تشويه ومنتجات تداخلية متجانسة، ولا سيما في نظم نقل المواد الناقصة (مثلاً، محفوظات المركبات، والعاملات التجارية ذات القيمة الدرقية) وفي النظم الرقمية باستخدام نماذج متعددة المستويات لقياس الاختلاط (PAM4، ومقياس التراكمي).

الآثار العملية على أداء النظام

ويؤثر النطاق الديناميكي تأثيرا مباشرا على حسابات الربط بين الميزانية، إذ يولد جهاز إرسال قوة إنتاج معروفة؛ وتستحدث وصلة الألياف خسائر )الطاقة، والوصلات، والموجات( وربما تكسب من المضخات البصرية، ويجب على المتلقي أن يتعامل مع القوة التي تصل إلى مدخلاته، وإذا كانت الطاقة منخفضة جدا )الحساسية المنخفضة(، فإن الإشارة تفقد في الضوضاء؛ وإذا كانت الإشارة عالية جدا )التشوه(

وفي الممارسة العملية، يؤثر النطاق الدينامي على مرونة الشبكة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تختلف الخسائر في المسار البصري من عدد قليل من الـ دي بي (وهو قريب من عملية شريان الحياة للسودان) إلى 25 درناً أو أكثر (وحدة بعيدة المدى) وقد يكون جهاز استقبال الازدحام في قناة أولتر مجهزاً بحجم دينامي واسع من الكمائن الارتفاعية التي تصل من مختلف وحدات البرمجيات.

وفيما عدا ميزانية الربط، فإن النطاق الدينامي يؤثر أيضاً على معدل الخطأ المضلل ونزاهة الإشارة، وفي النهاية المنخفضة، يُستخدم جهاز استقبال يقترب من حدود حساسيته، ويُحدث خطأ في التجارب بسبب الضوضاء، وفي النهاية العالية، يمكن أن يؤدي التشوه الموجي بسبب التشبع أو عدم الترميز إلى إغلاق العين وضبط النمط.() وكثيراً ما يحدد مصممو النظام ميزانية لعقوبة السلطة فيما يتعلق بعدم وجود أيديولوجيات؛ ويجب أن تستوعب النطاق الديناميكييف هذه العقوبات(ز)(12).

نهج التصميم لتعزيز الرنج الديناميكية

Automatic Gain Control (AGC)

ومن أكثر الطرق فعالية لتوسيع النطاق الدينامي هو أن تدمج مراقبة المكاسب التلقائية، وتكيف حلقة التفتيش المشتركة بين الوكالات مع مكاسب معهد العلوم والتكنولوجيا أو ما بعده استناداً إلى متوسط أو قوة المدخلات القصوى، وفي انخفاض القدرة على إدخال إشارات ضعيفة فوق الحد الأدنى من الضوضاء؛ وفي قدرة عالية على الإسهام، يخفض الكسب لمنع التشبع والحفاظ على التسلسل.

اختيار مروحية

إن اختيار أجهزة التصوير الضوئي يؤثر تأثيراً كبيراً على النطاق الدينامي، إذ أن أجهزة الاستديو الضوئي في أفالانتشي تعطي حساسية أكبر بسبب المكاسب الداخلية ولكنها تشبع بقوى مدخل أقل من أجهزة الاستديوان الضوئية لدى PIN، وأجهزة الاستشعار ذات التردد العالي، وأجهزة التشبع العالية، وبالنسبة للطلبات التي تتطلب أوسع نطاق دينامي (مثل الألياف إلى البيت)، يستخدم العديد من المصممين جهازاً للتصوير.

جهاز تصاميم التحويل وتصميمات ما بعد النشر

وتُعدّ وكالة تقييم الأثر المتّصل قلب الطرف الأمامي، إذ إنَّ استخدام مقاوم كبير للتغذية يقلل من الحد الأدنى للضوضاء، ولكنه يقلل من نطاق الترددات ويزيد من خطر التشبع من التأرجح الفولطي، ويمكن أن يستخدم المصممون نموذجاً متعدد المراحل من التصاميم ذات الترددات العالية أو نظاماً مدوّناً للتغذية من أجل تحسين الكشف عن التسلسل مع الحفاظ على ضوضاءة واسعة النطاق.

الحد من القدرة على العمل على المستوى الأمثل

وفي بعض النظم، يجري التصدي للتحدي الدينامي للنطاق على المستوى البصري من خلال وضع مشعل بصري متغير أمام جهاز الاستقبال، ويقوم مكتب مراقبة الأصول بتعديل القدرة على إدخاله بصورة تلقائية في نطاق القبول الذي يتمتع به جهاز الاستقبال، وفي حين أن هذا الحل يضيف فقداناً وتكلفاً، فإنه أكثر شيوعاً في معدات الاختبار من أجهزة نقل ذات حجم عال.

قياس الرنج الديناميكية

Dynamic range is typically characterized in the laboratory by measuring the bit error ratio (BER) as a function of received optical power. A calibrated changing optical attenuator is used to sweep the input power from very low to very high while the BER is recorded. The dynamic range is defined as the power range over which the BER remains below a target threshold (eg. 1012]

وبالنسبة لنظم اللغـة، يقاس النطاق الديناميكي باستخدام اختبارين مختلطين، وينظر إلى نسبة الإشارة إلى المصابين بالخطر أو نسبة الإشهار إلى البيانات المتطورة، ونسبة النزوع الدينامية، وهي نسبة شائعة من حيث الجودة، وكثيرا ما تتطلب الأساليب إنشاءا دقيقا، بما في ذلك تحديد المصدر البصري لدقة القوة، وتحقيق استقرار النطاقات الموجية.

الطلبات التي تتعلق بمعظم مسائل الديناميكية

شبكات سلبية البصرية

وتعتمد نظم PON، مثل GPON وEPON وNGAN-PON2، على أجهزة استقبال متحركة في محطة طرفية بصرية، ويجب على جهاز الاستقبال أن يتعامل مع الإشارات من وحدات متعددة في الشبكة البصرية مع خسائر مختلفة على نطاق واسع، ويجب أن يكون لدى جهاز استقبال نموذجي تابع للشبكة العالمية لشبكة غلوبوت يتراوح بين 15 و25 دنانيا لاستيعاب ميزانية الخسارة بأكملها.

Coherent against Direct Detection

ويستخدم جهاز استقبال متجانس في نظام 100G+، ويستخدم أجهزة الاستطلاع المحلية، ويخلط بين الاختناق المزدوج، مما يؤدي إلى ارتفاع خطي في جوهره وقدرة على معالجة التباينات الكبيرة في الطاقة من خلال تجهيز الإشارات الرقمية، وكثيرا ما تحقق درجة الحرارة الدينامية البالغة 30 د.ب.

وفي توزيع التلفزيون بالكابلات، تتطلب الوصلات البصرية الناظرية درجة عالية من التسلسل لتقليل الهزيمة الثلاثية المركبة إلى أدنى حد، وتشوهات النظام الثاني المركب، ويجب على المتلقين أن يحافظوا على تشويه منخفض على مجموعة واسعة من الطاقة المتلقاة، لأن الشبكة قد تكون لها مسافات مختلفة من المركز.

الصكوك والاستشعار

وقد تحتاج أجهزة قياس القدرة البصرية الضوئية، ومختبرات الشبكة، ومجسات الألياف الضوئية إلى قياس من مسافة واسعة من الطاقة البصرية اليدوية إلى قياس يتراوح بين 70 درهم و80 درهم، وتستعمل هذه الأدوات مراحل الكسب الدينامية، وأنواع متعددة من أجهزة التصوير، والتحميص الدقيق لتحقيق هذا النطاق المتطرف، وفي تطبيقات الاستشعار (مثلاً، درجة الحرارة الموزعة أو السلالات)

خاتمة

إن النطاق الدينامي للمستقبل البصري هو مواصفات متعددة الأبعاد تدمج الحساسية والقدرة على التحميل المفرط والقابلية للتكرار، وهو عامل حاسم في كيفية قيام جهاز استقبال بربط الألياف الحقيقية حيث تختلف مستويات الإشارات اختلافاً واسعاً، ويجب على مصممي النظام النظر في النطاق الدينامي عند اختيار عناصر للتصميمات الأرضية للبون والمتوسط والطول والتطبيقات المشابهة.

External Resources:]