وتشكل نظم إعادة توليد الإشارات الضوئية العمود الفقري لشبكات الاتصالات ذات السرعة العالية التي تدوم طويلا، وتعيد نوعية النبضات البصرية التي تم تهدئتها وتشويهها من جراء انتقال الألياف، ويكمن في صميم كل متجدد في عنصر الاستلام البصري الذي يجب أن يكشف ويحوّل وينظف الضوء الوارد بدقة شديدة، وتدرس هذه المادة دور الجيلات الضوئية من الإشارات.

ما هو جهاز إستقبال؟

ويُعد جهاز استقبال بصري جهازاً مرئياً يحول نبضات خفيفة محوَّلة إلى إشارة كهربائية مقابلة، وهو أول مرحلة إلكترونية بعد الألياف البصرية، ويجب أن يعمل بسرعة تدفق البيانات الواردة، ويتألف جهاز استقبال نموذجي من جهاز للكشف عن الصوتي ، وهو جهاز تصويري متنقل

وتتمثل وظيفة المتلقي الرئيسية في تفسير المعلومات التي تم تدوينها في النبضات الخفيفة بدقة، ويعني ذلك في النظم الرقمية الحديثة التمييز بين المنطق " صفر " و " ١ " على الرغم من الضجيج والتفرق والتخفيض الذي تراكم على الألياف الطويلة، وبدون جهاز استقبال مصمم تصميما سليما، حتى أن أكثر أشكال العزل تطورا لا يمكن أن تحافظ على الاتصالات الخالية من الأخطاء.

دور المتلقينات البصرية في تجديد الإشارات

وفي نظام تجديد الجيل الثالث (التعليم وإعادة التشكيل وإعادة التشكيل وإعادة الاستخدام) يقوم جهاز الاستقبال البصري بدورين أولين، حيث إن جهاز الاسترجاع الضوئي النافذ ضعيف ويمكن تشويهه يتحول إلى المجال الكهربائي، وهناك يتسع نطاقه إلى مستوى ثابت من الفولط (إعادة التأشير) ويمر عبر جهاز تصفية وجهاز متزامن من أجل إعادة تشكيل الصوت.

الكشف والتحويل

ويجب أن يكون لدى محرر الصور ما يكفي من عرض النطاق الترددي والمسؤولية لاستخلاص معدل العزل الأصلي، وبالنسبة للنظم العالية السرعة (مثل 100 غم أو 400 غبس)، فإن أجهزة التصوير التابعة لشبكة PIN ذات الترددات التي تتجاوز 50 جيهرتز شائعة، كما أن كفاءة التحويل تؤثر تأثيرا مباشرا على حساسية جهاز الاستقبال - الحد الأدنى من الطاقة البصرية اللازمة لتحقيق نسبة مخفضة الهدف (باء).

التصوير والتضخيم

وبعد التحويل، تتضمن الإشارة الكهربائية الضوضاء الحرارية من المضخم، والضوضاء التي تطلقها أجهزة الكشف، والضوضاء المتقطعة المتبقية من الألياف، ويزيل مرشح الضمادات المصمم على تردد الترددات المتحركة ضوضاء النطاقات، ويعزز المضخم الإشارة بينما يضيف الضوضاء الضوضاء الضئيلة إلى حد كبير؛ ويمثل الرقم الضجيج في اتفاق التجارة الدولية مواصفات درجة حرجة تحد من الحساسية العامة.

دائرة القرار واسترداد التوقيت

ويقارن دائرة القرار الإشارة الملوَّثة بالقطعة العتبة، ويضمن الوقت المسترد جيداً أن يتم أخذ العينات في أفتح رسم بياني فوري على أوسع نطاق، ويجب التقليل إلى أدنى حد من سرعة التوقيت، حيث يؤدي الإفراط في التلويث إلى أخطاء طفيفة، لا سيما في نظم متعددة التكثيف الموجات التي تُجمع فيها قنوات متعددة.

العناصر الرئيسية لمستقبل البصريات

مُهند للنسخ

The photodetector converts incoming photons to electron —hole couples. PIN photodiodes] offer high speed and linearity but modest internal gain. Avalanche photodiodes (APDs)) provide internal multideplication gain, improving sensitivity up to 10–15 cancelled dB,

Transimpedance Amplifier (TIA)

ودائرة المراجعة التقنية المؤقتة هي أول مرحلة مضخمة بعد الاستوديو الضوئي، وهي تحول الصورة الفوتوغرافية (التي تُعد بضعة ميكرومترات) إلى فولطية (مئات الألف فولت) ذات ضوضاء منخفضة وثباتية عالية، وكثيرا ما تشمل اتفاقات الاستثمار التقني الحديثة التحكم في المكسب الآلي لمعالجة مستويات متفاوتة من القدرة على الإسهام دون تشبع.

المضخم والملف

ويشتمل الكمِّي المحدود على الإشارة إلى الكمّة الثابتة، ويزيل التباينات في الكم الهائلة التي يمكن أن تخلط بين دائرة القرار، ويشكل المرشحات المتسرعة أو النشطة طيف الإشارة ويرفض ضوضاء النطاق الخارجي، ويدمج بعض المتلقين مرشحاً من طراز Besselpass لملء الشغب ] للحفاظ على شكل الضوضاء مع الحد من ارتفاعه.

دائرة القفل واسترداد البيانات

ويستخرج تقرير التنمية الشاملة ساعة توقيت من مسار البيانات وينسق عملية أخذ العينات في الحال، وبالنسبة لأشكال عدم العودة إلى الغلاف الجوي، فإن هناك حاجة إلى برمجيات أكثر تطوراً لاسترداد التوقيت.

مقاييس الأداء للمستقبلات البصرية في مجال التجديد

ويقوم المصممون بتقييم أجهزة الاستقبال البصرية باستخدام عدة بارامترات رئيسية تؤثر مباشرة على نوعية التجديد:

  • Sensitivity:] The minimum average optical power required to achieve a BER of 10 - 12 (or lower).
  • Bandwidth:] must be sufficient to pass the fundamental frequency components of the data rate (e.g., ⁇ 0.7 x bit rate for NRZ). Insufficient bandwidth causes intersymbol interference (ISI).
  • Dynamic Range:] The range of input optical power over which the receiver maintains linear operation. A wide dynamic range prevents saturation at short spans and ensures adequate sensitivity at long spans.
  • Noise Figure:] Dominated by the TIA, the noise figure adds to the total noise.
  • Polarization dependencyence:] In coherent systems, receivers must handle arbitrary polarization states. Polarization diversity receivers split and process both polarizations.

أثر التشت وعدم التأشيرة

(ب) إن التفكك المزمن وآثار غير الخطي في كير تشوه النبضات، فبينما تشمل إعادة التوليد البصرية في كثير من الأحيان التعويض عن التشت، يمكن للمتلقي الكهربائي أيضاً أن يؤدي [(FLT:0]] [تعويض التشتت الإلكتروني] باستخدام مرشحات التكافؤ، ويوسع نطاق نظام الكشف المباشر دون معدات بصرية إضافية.

أنواع المتلقينات البصرية المستخدمة في التجديد

جهاز استقبال الكشف المباشر

وهذه هي أبسط، إذ لا تكتشف سوى كثافة الإشارة البصرية، فهي تستخدم عادة في إرث 2-5 غم و 10 نظم غمبس وفي شبكات بصرية سلبية، وبالنسبة لمعدلات أعلى، يعاني الكشف المباشر من التشت الكرومي ويعتمد على النسيج أو الألياف التعويضية.

المتلقي المتجانس

ويخلط جهاز استقبال متجانس بين الإشارة الواردة وبين الليزر المُسَحَّل، مما يتيح استعادة المرحلة والضخمة، مما يتيح زيادة الكفاءة في الطيف ويدعم أشكال العزل مثل 16 -QAM و 64 -QAM.() ويمكن للكشف المتسق، إلى جانب تجهيز الإشارات الرقمية، أن يعوض عن التشت بين الكروم والأقطاب دون مكونات بصرية.()

جهاز استقبال مصور متكامل

وتدمج الصور الفوتوغرافية للسيليكون ومنصات الفوسفيديد الفيديو (InP) أجهزة الكشف الضوئي، والمناورة، وحتى دوائر نظام إدارة المعلومات الإدارية على رقاقة واحدة، وتخفض هذه الأجهزة المتكاملة استهلاك الطاقة وتركيبها مع تحسين الموثوقية، وهي عناصر تمكينية رئيسية لربط مراكز البيانات وشبكات المترو.

التحديات في مجال تصميم الاستلام الضوئي من أجل التجديد

  • Thermal Noise vs. Shot Noise:] At low input powers, thermal noise from the TIA dominates, limiting sensitivity. APDs help but introduce excess noise. Advanced receiver designs use post —amplification with noise —filtering algorithms.
  • Bandwidth Limitations:] As data rates jump past 800 Gbps per wavelength, discrete components struggle to maintain both high bandwidth and low noise. Photonic —-electronic codesign is required.
  • Jitter and Timing:] Jitter accumulates through regenerators. Each receiver’s CDR must have low intrinsic jitter and high jitter tolerance. Phase noise from the LO in coherent receivers is another challenge.
  • Power Consumption:] High —speed receivers and DSPرقائق يمكن أن تستهلك عشرات من الخنازير.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا الاستلام الضوئي

تعليم الآلات من أجل تحقيق المساواة

وبدأ المتلقين المكونون من نظام إدارة الدعم الاجتماعي في إدراج خوارزميات للتعلم الآلي تتكيف مع تغير ظروف الألياف في الوقت الحقيقي، ويمكن للشبكات العصبية أن تُحدّد عتبة القرار وتُستخدم في استخدام نظام " المكافئات " ، وأن تحسن معدل الخصم بعدة أوامر من الحجم في ظل التشويه غير الخطي.

Coherent with Nyquist Subcarriers

ولزيادة كفاءة الطيف، سيستخدم المتجددون المستقبليون حاملي النايكيت المغلوفين بالبضائع بالإضافة إلى حركة عالية الجودة، وسيحتاج المتلقيون إلى درجة أعلى من التسلسل وإلى محولات سريعة للناظرات إلى محولات رقمية لمعالجة مجموعة الكثيفة.

Micro-Transfer — Photodiodes

وتسمح تقنيات التغليف الجديدة بطباعة أجهزة التصوير الضوئي الصغيرة مباشرة على أجهزة الصقر، مما يقلل من القدرة الطفيلية، ويحسن نطاق الترددات إلى ما يتجاوز 100 غيغاهيرتز، مما يمكن من استخدام 1.6 قناة تبس.

تجديد جميع المواد السمعية - البصرية مع الرقابة الإلكترونية

وتشير بعض البحوث إلى مخططات الهجينات حيث تؤدي البوابات البصرية البسيطة تجديدات القاع، وتعالج أجهزة الاستقبال الإلكترونية إعادة تشكيل وإعادة تحفيز، مما قد يقلل من استهلاك الطاقة مع الحفاظ على الأداء في مجال الروابط القائمة على الموجات فوق المتطرفة.

خاتمة

فالأجهزة الضوئية لا تبعد كثيرا عن عناصر التحويل السلبية؛ فهي عناصر نشطة وذكية لصنع القرار تحدد أداء نظم تجديد الإشارات، ومن نظام التصوير الفوتوغرافي المتواضع PIN إلى جهاز الاستقبال المتماسك المتطور الذي يضم نظام الأفضليات المعمم في الوقت الحقيقي، يجب أن يكون كل جزء على النحو الأمثل للسرعة والضوضاء والسلطة، فمع دفع الشبكات نحو معدلات ثانية متطورة وما بعد ذلك، يظل جهاز الاستقبال الافتراضي يمثل نقطة اتصال أساسية للابتكار.

For further reading, consult the IEE 802.3 Ethernet standards] for receiver performance requirements, and the ] Fiber Optic Association for practical deployment guidelines.