سیستم های بازسازی سیگنال نوری ستون فقرات شبکه های ارتباطی طولانی مدت، سرعت بالا را تشکیل می دهند.آنها کیفیت پالس های نوری را که توسط انتقال فیبر کاهش یافته و تحریف شده اند، بازیابی می کنند.در قلب هر یک از محرک ها گیرنده نوری است - یک جزء که باید تشخیص دهد، تبدیل و تمیز کردن نور ورودی با دقت شدید، این مقاله نقش گیرنده های نوری در کشف سیگنال های کلیدی و فشار دادن به بررسی عناصر انتقال داده های کلیدی و به نظر می رسد، معیارهای عملکرد آنها است.

گیرنده نوری چیست؟

گیرنده نوری یک دستگاه الکترونیکی انتخاب شده است که پالس های نور اصلاح شده را به یک سیگنال الکتریکی مربوطه تبدیل می کند.این اولین مرحله الکترونیکی پس از فیبر نوری است و باید در سرعت جریان داده های ورودی عمل کند. گیرنده معمولی از یک پینک عکس تشکیل شده است:0photoeptor [F:1، یک تقویت کننده ترانسیم (TIA)، معمولاً پردازش زمان و زمان تقویت کننده (تغییر) و اغلب یک عکس گیرنده عکس.

کار اولیه گیرنده تفسیر اطلاعات کد شده در پالس های نور به درستی است.در سیستم های دیجیتال مدرن، این بدان معنی است که تمایز بین منطق "0" و "1" سطح علی رغم سر و صدا، پراکندگی و کاهش که تجمع بیش از طول فیبر طولانی بدون یک گیرنده به درستی طراحی شده، حتی پیچیده ترین فرمت های تنظیم نمی تواند ارتباطات بدون خطا را حفظ کند.

نقش گیرنده های نوری در نسل سیگنال

در یک سیستم بازسازی 3R (Re-amplification، Re-shaping، Retiming) ، گیرنده نوری دو مرحله اول را انجام می دهد. سیگنال نوری ورودی - ضعیف آماده و احتمالا تحریف شده - به دامنه الکتریکی تبدیل می شود. آنجا ، آن را به سطح ولتاژ استاندارد (reamplification) و از طریق یک تصمیم گیرنده فیلتر و سوئیچ سازی مدار انتقال مجدد صدا (در نهایت زمان پاک) منتقل می شود.

تشخیص و تبدیل

ردیاب عکس باید پهنای باند کافی و مسئولیت پذیری برای ثبت نرخ های اولیه ی اندازه گیری داشته باشد.برای سیستم های سرعت بالا (به عنوان مثال، 100 گیگابیت در ثانیه یا 400 گیگابیت در ثانیه)، عکس های پین با پهنای باند بیش از 50 گیگاهرتز به طور مستقیم بر حساسیت گیرنده تأثیر می گذارد – حداقل قدرت نوری مورد نیاز برای دستیابی به یک نسبت تروریستی هدف (BER).

فیلتر کردن سر و صدا و Amplification

پس از تبدیل، سیگنال الکتریکی شامل صدای حرارتی از تقویت کننده، سر و صدا از آشکارساز، و صدای interferometric باقی مانده از فیبر. فیلتر باندpass تنظیم شده به فرکانس تنظیم شده است حذف صدای خارج از باند. تقویت کننده سیگنال در حالی که اضافه کردن صدای کمی ممکن؛ شکل سر و صدا TIA یک پارامتر انتقادی است که حساسیت کلی را محدود می کند.

مدار تصمیم گیری و بازیابی تیم

مدار تصمیم سیگنال فیلتر شده را در برابر ولتاژ آستانه مقایسه می کند.یک ساعت به خوبی پوشش داده شده تضمین می کند که نمونه برداری در لحظه بهینه اتفاق می افتد - گسترده ترین باز کردن نمودار چشم باید به حداقل برسد، زیرا بیش از حد jitter منجر به خطا می شود، به ویژه در سیستم های چند ثانیه ای (DWDM) که در آن کانال های متعدد نزدیک به هم جمع آوری می شوند.

اجزای کلیدی یک گیرنده نوری

Photo Discoveryor

فوتون کشف کننده فوتون های ورودی را به جفت های الکترونی تبدیل می کند. ]PIN Photodiodes [ سرعت بالا و خطی بودن را ارائه می دهد، اما سود داخلی متوسط (FLT:2) نیاز به سوگیری بالاتر دارد (APDs) به دست آوردن ضرب داخلی، بهبود حساسیت به 10 - 15 - اما نیاز به ولتاژ ثابت دارند، و سیستم های تشخیص متعادل استفاده می شود.

تقویت کننده ترانس (TIA)

TIA اولین مرحله تقویت کننده پس از فوتو است که جریان عکس (معمولا چند میکرومپ) را به یک ولتاژ (صدها میلی ولت) با صدای کم و پهنا و پهنای باند مدرن تبدیل می کند. TIAs اغلب شامل کنترل اتوماتیک برای کنترل سطوح مختلف قدرت ورودی بدون اشباع.

محدود کردن تقویت کننده و فیلتر

تقویت کننده محدود سیگنال را به یک دامنه ثابت، حذف تغییرات دامنه که می تواند مدار تصمیم را اشتباه بگیرد. فیلترهای Passive یا فعال طیف سیگنال را شکل می دهند و صدای خارج از باند را رد می کنند، برخی گیرنده ها یک فیلتر (FLT:0low-pass Besel را می سازند.[۱۰]FLT ۱ برای حفظ شکل پالس در حالی که کاهش نویز بالا فرکانس بالا.

مدار بازیابی ساعت و داده (CDR)

CDR یک ساعت زمان بندی را از جریان داده استخراج می کند و بلافاصله نمونه برداری را هماهنگ می کند.برای فرمت های غیر بازگشتی به صفر (NRZ) ، یک حلقه قفل فاز (PLL) قفل شده بر انتقال داده ها.

متریک های عملکردی برای گیرنده های نوری در نسل Re Generation

طراحان گیرنده های نوری را با استفاده از چندین پارامتر کلیدی که به طور مستقیم بر کیفیت بازسازی تاثیر می گذارند، ارزیابی می کنند:

  • حداقل قدرت نوری متوسط لازم برای دستیابی به یک BER از 10 -12 (یا پایین تر) حساسیت بالاتر اجازه می دهد تا طول طولانی بین نسل های نوتر.
  • باید برای عبور از اجزای فرکانس بنیادی نرخ داده کافی باشد (به عنوان مثال، >0.7× نرخ کمی برای NRZ).در پهنای باند ناکافی باعث تداخل بینی (ISI) می شود.
  • محدوده معنایی: طیف وسیعی از قدرت نوری ورودی که گیرنده عمل خطی را حفظ می کند، محدوده دینامیکی گسترده مانع اشباع در کوتاه مدت می شود و حساسیت کافی در طول طولانی را تضمین می کند.
  • شکل noise: [که توسط TIA منتشر شده است، سر و صدا به کل سر و صدا اضافه می کند.
  • وابستگی به تورم: [FLT 1] در سیستم های منسجم، گیرنده ها باید حالت های قطبی شدن را کنترل کنند.

تاثیر پراکندگی و عدم خطی

اثرات پراکندگی کروموزومی و غیر خطی کرr پالس ها را تحریف می کند در حالی که بازسازی نوری اغلب شامل جبران پراکندگی است، گیرنده الکتریکی همچنین می تواند بدون سخت افزار نوری اضافی، جبران پراکندگی الکترونیکی (EDC) را انجام دهد.[۱۰] با استفاده از فیلترهای برابر سازی، EDC دسترسی به سیستم های شناسایی مستقیم را بدون سخت افزار نوری اضافی گسترش می دهد.

انواع گیرنده های نوری که در Re Generation استفاده می شوند

گیرنده های مستقیم-Detection

این ها ساده ترین هستند، تنها شدت سیگنال نوری را تشخیص می دهند، آنها معمولا در سیستم های ۲.۵ گیگابیت در ثانیه و ۱۰ گیگابیت در ثانیه و در شبکه های نوری منفعل (PON) استفاده می شوند، تشخیص مستقیم از پراکندگی رنگی رنج می برد و به فیبر EDC یا پراکنده متکی است.

گیرنده های Coherent

گیرنده های Coherent سیگنال ورودی را با یک لیزر نوسانگر محلی (LO) ترکیب می کنند، که امکان بازیابی فاز و دامنه را فراهم می کند.این اجازه می دهد کارایی طیف بالاتر و فرمت های مد نظر مانند 16QAM و 64-QAM تشخیص Coherent همراه با پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) می تواند برای chromatic و قطب بندی بدون اجزای نوری مدرن، گیرنده های دریایی و کابل های طولانی ضروری را جبران کند.

عکس های یکپارچه Photonic گیرندگان

سیستم عامل های عکس سیلیکون و Indium فسفاتide (InP) شناسایی عکس ها، تنظیم کننده ها و حتی مدارهای DSP را در یک تراشه ادغام می کنند.این گیرنده های یکپارچه مصرف انرژی و رد پای را کاهش می دهند در حالی که قابلیت اطمینان را بهبود می دهند، آنها فعال کننده های کلیدی برای مرکز داده و شبکه های مترو هستند.

چالش های موجود در طراحی گیرنده نوری برای نسل جدید

  • سر و صدا در مقابل نویز شات: در قدرت ورودی پایین، صدای حرارتی از TIA غالب، محدود کردن حساسیت. APDs کمک اما معرفی سر و صدا پیشرفته گیرنده طرح های گیرنده استفاده از پس از اصلاح با الگوریتم های فیلتر سر و صدا.
  • محدودیت های پهنای باند: ، به عنوان نرخ داده ها از 800 گیگابیت در ثانیه در طول موج، اجزای گسسته تلاش برای حفظ پهنای باند بالا و نویز کم. Photonic-الکترونیک طراحی لازم است.
  • جوتر و تیمینگ: Jitter از طریق نوکارگرها تجمع می یابد، هر گیرنده CDR باید دارای ریتم درونی پایین و تحمل بالا باشد.
  • ] مصرف قدرت: گیرنده های با سرعت بالا و تراشه های DSP می توانند ده ها وات مصرف کنند. بهره وری انرژی برای شبکه های مرکز داده های مقیاس پذیر حیاتی است.

آینده در تکنولوژی گیرنده نوری

آموزش ماشین برای برابر سازی Adaptive

گیرنده های مبتنی بر DSP شروع به ترکیب الگوریتم های یادگیری ماشین می کنند که با تغییر شرایط فیبر در زمان واقعی سازگار می شوند.شبکه های عصبی می توانند آستانه تصمیم گیری و ضربه های برابر را بهینه سازی کنند و با چندین سفارش از اندازه تحت تحریف غیر خطی بهبود یابند.

بازیگران Nyquist Subcarriers

برای افزایش بهره وری طیفی، محرک های آینده از Subcarriers های تحت فشار Nyquist-pulse همراه با QAM با سفارش بالا استفاده می کنند. گیرندگان به خطی بالاتر و مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADCs) سریعتر برای رسیدگی به صورت فلکی متراکم نیاز دارند.

Micro-Transfer-Printed Photodiodes

تکنیک های بسته بندی جدید اجازه می دهد تا عکس های کوچک به طور مستقیم بر روی PIC های سیلیکون چاپ شوند، کاهش خازن انگل و بهبود پهنای باند بیش از 100 گیگاهرتز، این می تواند 1.6 کانال Tbps را فعال کند.

همه نسل های بازسازی با بینش الکترونیکی

برخی از تحقیقات به طرح های ترکیبی اشاره می کنند که در آن دروازه های نوری ساده بازسازی ضخیم را انجام می دهند و گیرنده های الکترونیکی به شکل دهی و بازسازی دقیق عمل می کنند، این می تواند مصرف برق را کاهش دهد در حالی که عملکرد برای پیوندهای فوق العاده طولانی را حفظ می کند.

نتیجه گیری

گیرنده های نوری به دور از عناصر تبدیل منفعل هستند؛ آنها فعال هستند، اجزای تصمیم گیری هوشمندانه که عملکرد سیستم های بازسازی سیگنال را تعریف می کنند، از عکس های ظریف به گیرنده پیچیده منسجم با زمان واقعی، هر بخش باید برای سرعت، صدا و قدرت بهینه سازی شود، زیرا شبکه ها به سمت نرخ های ترابیت-پر ثانیه فشار می آورند و فراتر از گیرنده نوری یک نقطه اساسی از نوآوری ارتباطات و یا درک آن برای هر کسی است.

برای مطالعه بیشتر، با استانداردهای اترنت 802.3 برای الزامات عملکرد گیرنده و ] ] انجمن نوری فیبر [ برای دستورالعمل های استقرار عملی مشورت کنید.