אותות אופטיים קידוד ותהליכי קידוד מגדירים את הגבולות התפעוליים של מערכות העברת סיבים אופטיים.כפי שעלויות התנועה ברשת לעבר יכולות זעירות-עשר שניות, יעילות המירת ביטים חשמליים לאור ובחזרה מכתיבת את העוצמה הכלכלית והטכנית של תשתיות גלובליות.עבור מהנדסים ואדריכלי רשת, הבנה עקרונות אלה חיונית לתכנון מערכות שמגיעות, יכולות ואמינות.

ארכיון תגיות: Mapping Bits to Photonic States

Encoding הוא תהליך של תרגום של bitstream חשמלי דיגיטלי לתוך גלפור אופטי מודולד.התוכנית הקידוד הנבחר קובע ישירות את צפיפות המידע ליחידת רוחב פס, הידוע בשם יעילות ספקטרלית (מחושת ב b / הרץ). התנגשויות בין יעילות ספקטרלית, צריכת חשמל, וחסינות רעש להנחות את הבחירה של פורמט מודולציה עבור יישום ספציפי.

Intensity Modulation: On-Off Keying ו-NRZ

פורמט הקידוד הפשוט ביותר הוא On-Off Keying (OOK), שבו בינארי 1 מתאים לרמה גבוהה של כוח אופטי ו-Bary 0 מתאים לרמת כוח אופטית נמוכה.בפרקטיקה, זה מיושם באמצעות קוד ללא-חזרה אל-Zero (NRZ) , שבו הלייזר נשאר על כל תקופת ה bit.com/Z הוא מיושם באמצעות קוד שאינו חוזר לפשטות של 10 ליטרים חיצוניים, בדרך כלל, רק על יעילות פשוטה של לייזר או מוגבלת של 2.

Multi-Level Encoding: Pulse Amplitude Modulation (PAM4)

כדי להגדיל את שיעורי bit ללא רוחב פס גדל באופן יחסי, PAM4 ⁇ מפות שתי ביט לתוך כל סמל המועבר באמצעות ארבעה רמות amplitude נפרדות.לדוגמה, bits "00" עשוי למפות את רמת הכוח הנמוכה ביותר, בעוד "11" מפות לכל היותר. PAM4 הוא הבסיס של IEEE 802.3 GbE סטנדרטי עבור קישורים קצרי-reach (2-10 ק"מ) על ידי הכפלת ה bits ל-pbs פחות, לעומת 502b- GHz או יותר.

שלב ו- Quadrature Modulation (Coherent Encoding)

עבור רשתות ארוכות-haul ומטרופולין, ⁇ חייב לנצל את השלב של נושאת אופטית כדי למקסם את היעילות ספקטרלית. Quadrature שלב Shift Keying (QPSK) מקודמת שני ביטים לסמל על ידי שינוי שלב אופטי בין ארבע מדינות (0 מעלות, 90 מעלות, 180 מעלות, 270 מעלות צלזיוס), לעבור ל- 16QAM (Quadrature Amplitude Mod) קודים ארבעה סיביות ל-AM (שלבים) לאחר שלב של פורמטים גבוהים יותר של Iul-AM) אך הם בעליל- mQ) אך הם בעליל- mQD (לדוגמה, אך הם בעלילשלבים יותר.

המונחים: Dual-Polarization (DP) Encoding

טכניקה חיונית עבור קיבולת קנה מידה הוא כפול קוטביציה, אשר מנצל את שתי מדינות קוטב אור על סיבי חד-פעמיים יחיד.על ידי נתונים אופטימיזציה עצמאית על הן X והן Y קוטביזציה, יעילות ספקטרלית מוכפלת ללא צורך רוחב פס אופטי נוסף. סטנדרטי coherent Transceivers להשתמש DP-QPSK (4 סיביות / mbol) או (8-16m) בדיוק עבור מעבדים דיגיטליים (D) עיבוד מדויק).

עבור ראשי ממשלה טכניים מפורטים על פורמטים מודולציה קוהרנטי, ה-FLT:0 (Cisco/Acacia coherent אופטיקה לבן ניירהFLT:1 מספק הסבר מעמיק של I / Q מודולציה וארכיטקטורה דו קוטבית כפולה.

המונחים: the Acceptr Processing chain

ירידה היא הבלבול של סיבולת, אבל זה מאוד מורכב בגלל ליקויים פיזיים שהוצגו במהלך השידור. המקלט חייב לשחזר את השלב המדויק, תדירות, קיטוב, ותזמון של האות הנכנס לפני שהוא הופך אותו בחזרה לחתיכות חשמל.

גילוי ישיר מול Coherent Detection

זיהוי ישיר, המשמש עם OOK ו- PAM4, מודד את הכוח המיידי של האור הנכנס באמצעות photodiode. גישה זו היא פשוטה, כוח נמוך וזולה, אבל היא מבטלת את כל המידע בשלב. , צורך אותות בשלב-מודולציה, ערבוב האות הנכנס עם אוקט מקומי (LO) לייזר ב 90 מעלות זיהוי אופטי, אשר התאוששו זה כולל אותות מיקרוסקופיים מלאים (איור) של מיקום אלקטרוני) כדי לשחזר את האותות מלאה של שדה אלקטרונים (איור) כדי לשחזר את האותות מלאה של בידוד) של נוזל חשמלי (איור) כולל את האותות מלאה של נוזל חשמלי (איור) כולל את האותות מלאה של בידוד) כולל את האותות מלאה של בידוד (איור) כולל את האותות מלאה של בידוד) כולל את האותות מלאה של בידוד) כדי לשחזר את האותות (איור) כולל את האותות מלאה של בידוד (איור) של נוזל חשמלי (איור) כולל של בידוד) כדי לשחזר את האותות מלאה של נוזל אלקטרוני (איור) כדי לשחזר את האותות מלאה של בידוד מלא של בידוד מלא של בידוד מלא של בידוד מלא של נוזל אלקטרוני (איור) כולל של בידוד) כולל של בידוד) כולל את האותות מלאה של בידוד) כדי לשחזר את האותות מלאה של בידוד (איור) כולל את האותות מלאה של

אנליזה-to-Digital Conversion ו-DSP

האותות האנלוגיים של המקלט הסגור הם דיגיטציה על ידי ADCs מהירות אולטרה גבוהה שפועלת ב 80 GSa /s עד 200 GSa /s. הדגימות דיגיטציה להאכיל DSP ASIC ייעודי המבצע את פונקציות הליבה הבאות:

  • (FLT:0) צ'ירומטית פיצוי (CDCrea): 1 AFPLT 1 מסנן רב-דומיין מטביע את הפיזור הכרומטי המצטבר של הסיבים, אשר יכול לספוג דופקים על פני אלפי תקופות קטנות.
  • (FLT:0) פוליסרטוט Demultiplexing:cioFLT:1 תואמים זמן הסתגלות שווה (באמצעות אלגוריתמים כמו Modulus Algorithm או Decision-Directed LMS) מפרידים את משולשי X ו Y מקוטב ו- Y מתקפלים לפצות על מצב Polarization Dispersion (PMD).
  • (FLT:0)Carrier Recovery:FLT:1 שלב ותדירות estimation לולאות להסיר את התדירות ואת רעש שלב של משדר לייזרים LO. Algorithms כגון ה-Vierbi-Viterbi שלב estimator הם סטנדרטיים עבור אותות QPSK.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תיקון שגיאות (FEC)

ספין הוא חלק בלתי נפרד מתהליך הקידוד / הדה-הההה.בדר, מובנת Redundancy נוסף לזרם הנתונים. at the המקלט, ה-Dcoder משתמש ב- Redundancy זו כדי לזהות ולתקן שגיאות ביט שהוצגו על ידי רעש ועיוות.רשתות אופטיות מודרניות לנצל קודים אופטיים חזקים (SD-FEC) משתמשים באמינות רב-bit-bit (כמו קיבולת של קיבולת) מ- 10DLCDI-FDLCDLCDLCDI) באופן משמעותי, כלומר, לעומת קוד פתוח (DLCDLCDLCDLCDC) המגדיר קוד פתוח (DLCDIFDLCDLCDI) מ-FEC) המגדיר קוד פתוח גבוה יותר מ-FEC) מ-FDLCDLCDIFEC) מ-FEC) מ-FEC) מ-FEC (SD-FEC) מ-FEC) מ-FEC) מ-FDI-FEC (SD-FEC) מ-FDLCDLCDLCDLCDI-FEC) מ-FEC) המגדיר קוד פתוח בין קודים בין היתר, לעומת קודים בין

עיצוב מערכת, תקציבי קישורים וסטנדרטים

בחירת תוכנית קידוד משפיעה ישירות על מערכת קישור תקציב.מהנדסים חייבים לחשב את ה- OSNR זמין מול ה- OSNR הנדרש עבור פורמט מודולציה נתון בתעריף שגיאה לפני FEC (BER).

OSNR ו-Reach Calculations

פורמטים מתקדמים יותר של Modulation (למשל, DP-64QAM) דורשים גבוה יותר OSNR כדי להשיג ER מסוים בהשוואה לפורמטים מסדר נמוך (למשל, DP-QPSK) מגבר אופטי (EDFAs) להוסיף רעש (ASE), אשר degrads OSNR על פני מרחק.

  • (ב) ,0DP-QPSK:FLT:1 -12 dB OSNR הנדרש. Reach הוא בדרך כלל כמה אלפי קילומטרים במערכות צוללות.
  • (ב) ,0DP-16QAMIR:FLT:1 -18 dB OSNR הנדרש. Reach הוא בדרך כלל כמה מאות קילומטרים למטרופולין ולארוך.
  • <חזק>PAM4 (Direct Detect): סובלנות ל-OSNR בהשוואה לפורמטים קוהרנטיים על פני מרחקים ארוכים, אך יעיל מאוד עבור קצר-reach (<10 ק"מ) בשל כוח נמוך יותר ועוצמה.

סטנדרטים להתאמה

Interoperability הוא מאולץ על ידי גופי התקנים המגדירים קידוד ספציפי, קידוד, ו-Funפרמטרים.

  • (FLT:0)IEEE 802.3bs (400GbEve): Defines PAM4 ⁇ עבור קצר-reach (SR8, DR4, FR8) וממשקים אופטיים ארוכים (LR8)
  • (FLT:0)OIF 400ZR:FLT:1 Defines a coherent DP-QPSK/DP-16QAM יישום DCI (80-120 ק"מ) הוא מפרט את פורמט המודולציה, פונקציות DSP, ו- oFEC כדי להבטיח שילוב רב-דור.
  • (FLT:0)ITU-T G.709:03FLT:1) Defines את רשת התחבורה אופטית (OTN) מיפוי ו-Fun (למשל, G.975.1) עבור שידור ארוך-החלל.

למפרט הנוכחי על אופטיקה קוהרנטית, ה-FLT:0 (OIF 400ZR) ביטול הסכם יישום 1 הוא ההתייחסות הסופית.

אינטגרציה Photonic וכיוונים עתידיים

יישום של תהליכים מתקדמים אלה וקידוד מבוסס על טכנולוגיות שילוב פוטוניקה.סיליקון Photonics (SiPh) ו-Indium Phosphide (InP) פלטפורמות מאפשרות שילוב של מודולים, photodiodes, ו- גל מספרקסים לתוך מודולים קומפקטיים ויעילים כוח.הדור הבא של ממשקים אופטיים דוחף לכיוון 800 Gbps ו-1.6 Tbps לכל אורך גל.

800G ו-1.6T Evolution

כדי להשיג את התעריפים האלה, התעשייה רודפת מספר מסלולים מקבילים:

  • (FLT:0) גבוה באוד: 1FLT:1 (הגדלה של קצב הסמל מ -60-90 GBaud ל 200 + GBaud דורש אלקטרוניקה מהירה יותר ופוטניקה.
  • (FLT:0) שינוי מתקדם: 1FLT:1 הזמן-דומיין QAM ו- Probabilistic Constellation Shaping (PCS) להתאים את פורמט הקידוד לתנאי הערוץ המדויקים, למקסם את דרך הפלט על בסיס קישור-ידי קישור.
  • (FLT:0)Co-Packaged Optics (CPO): ההרחבה 1:1 של המנוע האופטי ישירות עם מתג ASIC כדי להפחית את צריכת החשמל ואת ההפסדים החשמליים במהירויות ממשק גבוהות מאוד (1.6T+).
  • (FLT:0)Machine Learning for DSP:FLT:1 , רשתות נילי נחקרות עבור פיצוי לא ליניארי ועיוות מותאם, פוטנציאל לפתוח ביצועים גבוהים יותר מאשר אלגוריתמי DSP מסורתיים.

מסקנה

אותות אופטיים אופטימיזציה וטכנולוגיות דה-קולינג מתפתחים במהירות כדי לענות על הביקוש הבלתי-מרוצה של רוחב פס.מהפשטות של OOK למורכבות של DP-256QAM עם SD-FEC, הבחירה של תוכנית ⁇ מגדירה את המעטפה הבסיסית של מערכת סיבים אופטיים. מהנדסים חייבים לשלוט על פערי המסחר בין פורמט מודולציה, מורכבות DSP, ולהגיע לתכנון יעיל, גבוה-capa של רשתות אופטיות להישאר של הליבה של קודמוספירה בעתיד.