مقاييس الأداء الرئيسية للمستقبلات البصرية في الشبكات العالية السرعة

(ب) إذا كانت الطاقة الضوئية هي الكفاءة الكمية، و(ب) هي المعدل المضئي، و(ك) هو عامل الجودة المتصل بمؤشر القدرة على الانتقال (بالنسبة لأجهزة استقبال العالم الحقيقي = 10-12، و7) يضيفون عقوبات ضوضاء حرارية تتراوح بين 5 و10 دباء. (ب).

كيف يمكن للمستقبل أن يستجيب؟

ويعرف هذا الضم نطاق التردد الذي يمكن للمستقبل أن يحول فيه بشكل موثوق الإشارات البصرية مع ما يكفي من السعة والاستجابة التدريجية، وبالنسبة للمستقبل الرقمي، فإن النطاق الترددي الكهربائي البالغ 3 دي بي (التواتر الذي تهبط فيه طاقة الإنتاج بمقدار النصف) ينبغي أن يتراوح بين 0.7 و1 مرة من المعدل الرمزي لموازنة التدخل بين النظامين الأساسيين والضجيج.

ويحد من هذا الحظر طول الوقت الذي يستغرقه جهاز التصوير الضوئي، والوقت العابر للناقلات، ورد التردد بعد المصابيح، وفي أجهزة الاستقبال الحديثة المتسقة، يشمل نظاما للرد على الموجات الأمامية البصرية، وأجهزة تصوير متوازنة تضم سلاسل الترددات التي تتجاوز ٦٠ جيهرتز لدعم ٦٤ و ١٢٨ جهازا للبث الترددي، ويجب على المهندسين التحقق من الترددات الترددية باستخدام إشارة بصرية عالية )ه(.

الرقم: الكمية

ويُعد رقم التلميح (NF) نموذجاً حاسماً يُصف تدهور نسبة الإشارة إلى الأرقام، إذ تُمر الإشارة عبر جهاز الاستقبال، ويُعرَّف بأنه نسبة مدخل SNR (في المجال البصري قبل الاستوديو الضوئي) إلى الناتج SNR (بعد التحول الكهربائي والتجميع) المعبر عنه في الوثيقة dB، بالنسبة لمعرض مُثلي، ومستقبليض غير مُسمّق،

ويتأثر القطاع الوطني بشدة بتصميم المضخم المضخم في المرحلة الأولى، الذي يجب أن يوازن بين المكسب، والزوارق، والضوضاء الحرارية، إذ إن انخفاض مستوى الاستثمار التقني الذي ينطوي على مدخلات كبيرة يقلل من رقم الضوضاء، ولكنه قد يحد من نطاق الترددات.

معدل الرهن: قياس الجودة في نهاية المطاف

(ب) نسبة الأخطاء التي تم تلقيها بصورة غير صحيحة إلى مجموع عدد القطع التي تنقل على فترات محددة، وفي حين أن الرصد قبل بدء تشغيل نظام الإبلاغ الموحد هو أمر أساسي لتقييم هامش الاستلام قبل أن يصحح الشطب السطحي (العامل المتزامن) الأخطاء في النظم الحديثة، فإن الاختبارات التي أجريت قبل بدء التشغيل (العامل المتزامن) لا تزال تصحح الأخطاء.

ويرتبط هذا النوع من المعدات ارتباطا مباشرا بحجم التعبئة الضوئي للمستقبل وتوزيع الضوضاء في دائرة القرار، ويسمح العامل الرباعي، الذي يستمد من الطول والتوقيت الذي يُستخدم فيه، بأن يوفر معادلة للحجم الفولطي للكميات، أما بالنسبة لحساسية معينة، فإن الحد الأدنى للتغيرات في الأسعار يُحدَّد بالضوضاء، بينما تحدث اختلالات في الترددات مثل التشتتتتتتتتتتتت في استخدام أجهزة الإيقاع.

البارامترات الثانوية التي تُعدّل الأداء الحقيقي للعالم

وفيما عدا الأربعة الأساسية، يجب النظر في عدة مقاييس إضافية عند تصميم أو عرقلتها لربط رفيع السرعة، وكثيرا ما تفرض هذه المعايير حدودا على المرونة والقوة البيئية.

Dynamic Range: Handling Large Signal Varis

(أ) النطاق الدينامي هو نطاق القدرة البصرية للمدخلات التي يمكن للمتلقي أن يعمل بها مع وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة، من الحد الأدنى للحساسية إلى أقصى حد من القوة (أي ما قد يحدث من ضرر أو يصبح التشويه غير المقبول) وقد يكون لدى جهاز استقبال نموذجي نطاق دينامي يتراوح بين 20 و30 ديناً.() وفي صلاحيات عالية، يمكن أن يُشبع مستوى التأثيرات المتميزة، مما يؤدي إلى تشويه سمعة في استخدام أجهزة التحكم في الانبعاثات وزيادة القدرة على إحداث الاحترار.

الخسائر المرتبطة بالاقتصاد والاحساس بالارتقاء

وبالنسبة لمتلقي الكشف المباشر، فإن الاستجابة للأجهزة الضوئية تعتمد عموما على الاستقطاب، غير أنه في أجهزة استقبال متماسكة تعتمد على خلط الإشارة مع جهاز نعام محلي، يجب تتبع حالة الاستقطاب التي تنطوي عليها الإشارة الواردة، ويمكن أن تؤدي مجموعات الحساسية من الاختلاف في المسار البصري للمستقبل (الخيول المحررة، والمفرقعات المجزأة) إلى تخفيف تقلبات في القدرة على إحداث التقلبات.

مقاييس التسلسل والتخزين

وفي وصلات بصرية مماثلة أو وصلات رقمية تستخدم نماذج متقدمة )مثلا، QAM(، فإن التسلسل هو أمر حاسم، إذ أن النطاق الدينامي الناقص (SFDR) والتشوه الكلي للتشهير بالطرق التناسقية يجب أن يُحد ِّد كميــة كيف يُعيد جهاز الاستلام التصويب بصورة نظيفة، بالنسبة لإشارة الطول ١٦ إلى الكيماويات المتوسطة أو ٦٤ إلى درجة الذروة)٣(.

تقنيات القياس وأفضل الممارسات

ويتطلب التحديد الدقيق لمقاييس أجهزة الاستلام تدقيقا في القياسات ومعايرة، وتُعتبر تشكيلات الاختبار التالية نموذجية في بيئة الإنتاج والميدان:

• (أ) أن يُجمع مصدر ليزر غير قابل للتجزئة (TLT:0) مع جهاز إرسال مع نسبة انقراض معروفة، مع تسجيل حد أدنى من مستوى الترددات بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال تحت الاختبار، مع استخدام جهاز اختبار الترددات المتزامنة مع فقدان جهاز الإرسال بمقياس 0,5.12)
• (أ) لا توجد استجابة لجهاز تحليل شبكة النواقل (VNA) لتوليد مسح صغير من العاصمة إلى أعلى من النقطة الثلاث المتوقعة، بل تستخدم أيضاً جهازاً للتصوير الضوئي عالي السرعة يقوده جهاز تحليل لشبكة النواقل (VNA) لتوليد مسح للعلامات الصغيرة من العاصمة إلى أعلى من نقطة التحول الثلاثية.
• ]Noise Figure Measurement:] The Y-factor method is preferred. Use a calibrated noise source (e.g., an EDFA with known noise figure) with two states: one with high optical noise (on) and one with low noise (off). Measure the output noise power density of the receiver at both states.
• PDL and Polarization dependent Sensitivity:] Insert a polarization controller and a polarization scrambler between the source and receiver. Sweep all polarization states while monitoring BER at a fixed input power near the sensitivity level. Record the maximum and minimum BER; the difference in power needed to return to the target BER sensitivity.

ويجب إجراء جميع القياسات في بيئة خاضعة للرقابة مع تثبيت درجة الحرارة (تمثل درجة الحرارة 25 درجة مئوية 1 درجة مئوية) وينبغي استخدام أجهزة الاستلام المرجعية ذات الخصائص المعروفة للتحقق من تركيب الاختبار قبل تحديد خصائص الأجهزة غير المعروفة.

الآثار البيئية والشيخوخة على مقاييس الاستلام

(ب) إن أداء المتلقي ليس ثابتاً، إذ أن تقلبات التقلبات في درجة الحرارة تغيرت استجابة جهاز التصوير الضوئي (من الناحية المثالية إلى 0.3 إلى 0.5 في المائة لكل درجة مئوية من درجات الحرارة بالنسبة إلى الإنغاوات) وكسب البيوت (التي يمكن أن تتغير بنسبة عدة في المائة لكل درجة مئوية) كما أن التحيز الذي يُستخدم في تحديد هوامش التقلبات في الحرارة، وعلى مر الزمن، فإن الزيادات الحالية في الترددات المظلمة نتيجة لأوجه القصور في الأداء.

الاتجاهات الناشئة: ما بعد 800 جي والمنظومات الفرعية المتماسكة

أما الطلب المتكرر على ارتفاع الناتج فيدفع تكنولوجيا الاستلام إلى حدودها المادية، أما بالنسبة إلى الشبكة الأوروبية للطاقة الكهربائية 1.6T وما بعدها، فإن معدلات الرموز التي تتجاوز 200 غبود ستتطلب استخدام أجهزة التصوير الضوئي واتفاقات الاستثمار التقني ذات النطاق الترددي ⁇ 130 GHz، مما يدفع حدود عمليات الشبكة الداخلية ونظام سيغي للتحكم في المواد الكيميائية، إذ أن أجهزة الاستقبال الرقمية المتسقة تدمج الآن 8 أو 16 مدخلات بصرية مع قنوات متعددة الأبعاد متماثلة.

وعلاوة على ذلك، فإن التكامل الضوئي (الصور الضوئية السيليكونية) يقلل من حجم وتكلفة أجهزة الاستلام بينما يبشر بأداء مكرر عبر درجة الحرارة، غير أن أجهزة الكشف عن أجهزة الاستديوهات الضوئية في السيليكون لديها كفاءة كمية أقل مقارنة بالمركبات من طراز III-V، مما يتطلب زيادة القدرة على إدخال نفس الرقم من الضوضاء الحساسية، بل إنه أكثر أهمية، ويجب على المهندسين أن يظلوا على علم بهذه التطورات في تصميماتهم الشبكية في المستقبل.

الاستنتاج: نهج متوازن إزاء تحقيق الاستفادة المثلى من خدمات الاستلام

ويسمح تطبيق مقاييس الأداء الرئيسية للمستقبل البصري - الحساسية، وحجم التردد، ورقم الضوضاء، ومعدل الانتقال إلى آخر مع معايير ثانوية مثل النطاق الدينامي، و PDL، والسرعة، بمهندسي الشبكة بتصميم وصلات قوية عالية السرعة تفي باتفاقات مستوى الخدمة أو تتجاوزها، كما أن القياس المنهجي ورصد هذه القياسات أثناء التركيب وفي دورة الحياة الكاملة للنظم هما من التدابير الوقائية الأساسية لمكافحة الاختراق غير المتوقع.

وبالنسبة لمن يلتمسون مواد مرجعية تقنية أعمق، توفر الموارد التالية تغطية موثوقة:

• IEE Journal of Lightwave Technology ] - peer-reviewed research on receiver design and noise modeling.
• Application Note: Optical Receiver Characterization] — ]Keysight Technologies]
• Coherent Receiver Testing: Measurement Challenges and Solutions] – ]VI AVI Solutions
• Understanding Optical Receiver Noise and Sensitivity] — ] Finisar (now II-VI)
• High-Speed Digital Design: Measurement and Characterization of Signal Integrity] - a reference text covering BER and jitter measurement fundamentals.

وبإدماج هذه الأفكار عن الأداء في ممارسة القياس العملي، يصبح الاستقبال البصري بمثابة انضباط مكرر يستند إلى العلم بدلا من فن المضايقة.