فهم تردي المتلقين المعينينين في تطبيقات النطاق العريض

مقدمة

ويُعدّ جهاز الاستلام الضوئي عناصر أساسية في نظم الاتصالات ذات النطاق العريض الحديثة، ويحوّل الإشارات البصرية التي تنقل بالألياف إلى إشارات كهربائية يمكن تجهيزها بواسطة الأجهزة الإلكترونية، ويُستعان في قدرة جهاز استقبال بصري على إعادة إنتاج إشارة عن طريق مجموعة واسعة من الأنواع، ويعرّف مباشرة تطبيقات البارامترات الواسعة النطاق، ومبادئ القدرة، ومعدل البيانات، وتواتر الأداء عموما، حيث يتواصل تزايد الطلب على النطاقات ذات الصلة بالتطبيقات مثل 5G.

أساسيات الاستجابة السريعة في أجهزة الاستلام البصرية

تحديد الاستجابة لحالات التواتر والباندويث

ويصف الرد التواتري على جهاز استقبال بصري كيف تختلف الإشارة الكهربائية من حيث الإنتاج مقارنة بالقدرة البصرية للمدخلات كوظيفة من وظائف الترددات المعينة، وفي جهاز استقبال مثالي ذي نطاق واسع، فإن الاستجابة ستكون مسطحة عبر النطاق الترددي الكامل للفوائد، مما يعني أن جميع عناصر التردد في الإشارة متضخمة بنفس القدر، ولكن في الممارسة العملية، يكون لدى كل جهاز استقبال الترددات الترددية المحددة حسب مراحل إنتاجه المصنوعة.

"بودي بلوت" و"3 ميند ب باندفيث"

وينظر المهندسون عادة إلى الاستجابة للترددات باستخدام قطعة أرض: رسم بياني لمكسب المتلقي )في السل( مقابل التردد )على نطاق لوغاريتي( ويكشف المخطط عن ارتفاع معدل الترددات في جهاز الاستقبال، والزاوية العليا من نوع ٣ - باء، وأي ارتفاع في الذروة أو اندفاع في النطاق الترددي.

لماذا مسائل الاستجابة السريعة في نظم النطاق العريض

النزاهة والإخلال

وفي نظام النطاق العريض، تتضمن الإشارة عناصر عديدة ذات ترددات تحمل معلومات، وإذا لم يكن رد التردد مستويا، فإن أجزاء مختلفة من الإشارة تتضخم أو تخفف بشكل غير متساو، وهذا التشويه الذي يعتمد على الترددات كتدخل بين أجهزة الاستشعار والمتر، ومعدل الترددات العالية، ومعدل الترددات العالية، مثلا إذا كان جهاز الاستلام يسجل ارتفاعا في الترددات الرقمية.

الأثر على معدلات البيانات وصيغة المواصلات

ولا يمكن أن يُمنح النطاق الترددي اللازم لمقياس استقبال بصري مع معدل البيانات وتعقيدات العزل، إذ إن الاستلام، في حدود 10 جبزات، يحتاج عادة إلى عرض النطاق الترددي 3 - 8 غيغاهي على الأقل لتجنب التشويه المفرط، كما أن أشكالاً أكثر تقدماً مثل الضمادات ذات التردد العالي (PAM4) أو المقياس الكمبيئي (كمبي)

العناصر الرئيسية التي تمثل استجابة سريعة

فيزياء ومواد

وتظهر الهياكل القائمة على التكوين الضوئي أول عنصر نشط في جهاز الاستقبال، وغالباً ما يكون الحد المهيمن لضمادات الترددات.

Transimpedance Amplifier (TIA) Design

وبعد أن تولدت هذه الصورة، تحولها المضخمة إلى إشارة فولتية بينما تحافظ على نقص المدخلات، وتتأثر بحجم الترددات المقاوم للارتداد، وتمتد مدخلات الترددات المتوسطة إلى الناتج المحلي الإجمالي، وتُعرف القدرة على التأثير في كثير من الحالات في إطار هذا النظام.

القدرات الموازية والإفادة

وحتى عندما يكون محرر الصور ووكالة النقل الدولي سريعين بشكل فردي، فإن أوجه الترابط بينها تستحدث عيوب طفيلية وخطفات تحط من التردد، كما أن السندات والأدلة وأجهزة الطرد والربط بالبريد والصدمات المباعية تسهم جميعها في إحداث أثر تصفية منخفضة التجويف، وكثيرا ما يكون وضع النماذج الكهربائية حاسما: فبعض من الصور المحتوية على أسطوانات ضارة يمكن أن تسقط الناتج من ثلاث نقاط.

التغليف والاشتراكات البصرية

The optical path from the fiber to the photodetector also affects frequency response. Misalignment between the fiber core and the detector active area causes mode-field mismatch and can introduce frequencyhin dependent loss if the coupling efficiency varies with wavelength or angle. Lenses and lensed fibers help, but they add complexity. frequency, optical reflections back into the fiplemetric

العوامل البيئية والتشغيلية

الآثار المزمنة

أما الاستجابة السريعة للمستقبلات البصرية فهي ليست ثابتة؛ فهي تختلف بدرجات الحرارة، وتؤثر التغييرات في درجة الحرارة المحيطة على الضمادات وتنقل الناقلات من المواد شبه الموصلية، وتتحول في معظمها إلى درجة الاستجابة القصوى للأجهزة الضوئية وفهمها، كما أن مستويات قياس الحرارة العالية تستقر في درجات الحرارة ومعدل الترددات الترددية.

عدد البلازما وإمدادات الطاقة

كما أن التحيز الذي يُطبق على جهاز التصوير أو القرص الضوئي يؤثر على نطاقه الاستيعابي وبالتالي على مستوى أضيقائه وزوارق النطاق، ويقلل التحيز في مرحلة التراجع من القدرة على التقادم ويحسن الاستجابة العالية التردد، ولكنه يزيد أيضا من القوة الميدانية الكهربائية، التي يمكن أن تثير ضوضاء سوداء في التقلبات الأرضية وفي الانقلابات ذات الترددات الرقمية.

تقنيات القياس والتصنيع

قياسات تحليل الشبكات

والطريقة الأكثر شيوعا لقياس الاستجابة البصرية لترددات جهاز الاستلام هي استخدام جهاز تحليلي لشبكة ناقلات الأمراض، إلى جانب جهاز توجيه بصري من طراز DCN، حيث أن مسح الإشارات الكهربائية المضللة يحفز جهازاً مغناطيسياً خارجياً (مثل جهاز قياس المقياس الليثيومي - الزهندر) على فرض نظام كهربائي ذي كفاءة طفيفة مقارنة بالنموذج الضوئي.

طريقة هيترودين الضوئية

For receivers with extremely high bandwidth (above 100 GHz), the optical heterodyne technique is a valuable alternative. Two narrowlinewidth lasers are tuned to different wavelengths; their beat note produces an electrical signal at the difference frequency. By sweeping one laser while the other is held constant, the receiver’s response can be mapped photoers over a broad frequency rangene.

الاستجابة للنبضات وتحليل الوقت

ويمكن أيضاً استخلاص رد التردد من الاستجابة السريعة التي تنطوي على تسارع زمني عن طريق التحول من أربعة مستويات، كما أن هناك نبضاً بصرياً قصيراً (ثانياً أو ثانوياً) يمكن أن يُحقن في جهاز الاستقبال، كما أن موجة الإنتاج مستمدة من مفترق عينات مرئية عالية السرعة، ويسفر التحول من الاستجابة السريعة عن وظيفة نقل الأخطاء المتكررة.

استراتيجيات التصميم من أجل تحقيق الحد الأمثل من الاستجابة لحالات التواتر

تقنيات تعزيز قطاع الأغذية

وهناك العديد من التهابات الدوائر التي يمكن أن تحققها أجهزة الاستقبال، والتي تتجاوز نطاق الترددات التي يمكن أن يحققها هذا الجهاز، وتوضع الموصلات في سلسلة من المقاومات أو الحمولة المرتدة لخلق صفر متردد يلغي عمود الإنتاج، ويأتي الشونت الذروة، وسلسلة الذروة، وشبكات التكبيل معروفة جيدا، ويحقق نهج آخر من جانبهيدات الموزعة في إطار خطوط الارسال المصنوعة.

Noise Optimization and SNR Trade —Offs

إن توسيع نطاق الترددات يزيد حتما من مجموع الضوضاء المتكاملة في الناتج، مما يمكن أن يخفض نسبة الإشارة إلى الصوت ويزيد من الترددات العالية، ويحد رقم الضوضاء الذي يقدمه جهاز الاستقبال إلى حد كبير من الضوضاء التي يُشار إليها بالضوضاء الحالية، ويحد من الضوضاء التي تُظهرها أجهزة التردد، ويحتاج المصممون إلى مقاومة تعكس الترددات الترددية مع الضوضاء الحرارية.

تحقيق المساواة والتعويض الرقمي

وعندما لا يمكن توسيع نطاق الترددات الناظرة بسبب القيود المادية، يمكن أن تؤدي المساواة الرقمية إلى إبطال الإشارات المتدهورة، وفي أجهزة الاستقبال المتسقة، فإن خوارزميات تجهيز الإشارات الرقمية - مثل المساواة في الترددات المعاكسة للقصاص، وأجهزة التعادل في الترددات المتوسطة - يمكن أن تعوض عن الأثر المنخفض للأجهزة الاستلامية عن طريق تعزيز العناصر المباشرة ذات التردد العالي.

النظر في الطلبات

كشف مباشر ضد المتلقين المتجانس

(أ) أجهزة استقبال [الكشف المباشر] (مثلاً، جهاز التصوير المزود بالنسخ الضوئي) هي أبسط وأقل تكلفة ولكنها تنطوي على قيود مستجيبة ذات تردد متأصل نتيجة لكشف القانون المربع، ويُحدد نطاقها تماماً بمحرك التصوير ومضخم؛ وكثيراً ما تكون الاستجابة للتردد هي الاستجابة للتردد الأمامي().

التكنولوجيات الناشئة: Silicon Photonics and Avalanche Photodiodes

وتكتسب الصور الملتقطة بالسيليكون مساراً لتوافقها مع النظام التجاري، ولكن الموصلات التي تستخدمها شركات النقل والمحركات ذات الطابع الألماني قد عانت تاريخياً من محدودية النطاقات الهندسية، وتظهر التطورات الأخيرة في أجهزة التصوير ذات النطاق الترددي في جيون - سي - بي - - - - الآن أن هناك ثلاث مرات في نطاق الترددات تتجاوز 50 جيهرتز.

خاتمة

إن الاستجابة السريعة للمستقبل البصري هي عامل حاسم في أداء النظام في تطبيقات النطاق العريض، إذ أن تصميم أجهزة التصوير الضوئي وأجهزة التجميل والتعبئة البيئية، يسهم كل عنصر في توسيع نطاق الترددات العامة والتوحيد، ويضمن قياس الاستجابة بدقة، سواء كانت ذات نظام تقييم الأداء، أو تقنية التحلل، أو طريقة التسارع في تصميم البيانات، توفر البيانات اللازمة لتهدئة أداء النظام بصورة مستمرة.