ההשפעה של דיספרסיומטית על העברת נתונים אופטית במהירות גבוהה

שידור נתונים אופטי במהירות גבוהה מהווה את עמוד השדרה של התקשורת הגלובלית המודרנית, המאפשרת חילופי מידע מהירים על פני יבשות ותחת האוקיינוסים.כפי ששיעורי הנתונים מטפסים לכיוון 400 Gbps ומעבר, האיכות והאמינות של השידורים האלה תלויים באופן ביקורתי בניהול מספר תופעות פיזיות בתוך סיבים אופטיים. בין הפיזור האנליטי ביותר של אלה הוא פיזור אפוקליפטי - וריאציות תלויות גל בהתפשטות שיכולה לפענוח את הטכניקות עמידות גבוהות יותר, שמירה על יעילות גבוהה, על יעילותו, על יעילותו של התקפות נגדיות, ואפקטים, היא יעילה יותר, ואפקטים, שימוש בטכניקות נוגדות גבוהה של התקפות נגד פיזור אופטיות גבוהה, ואפקטים, ואפקטים, על מנת למנוע את ההשפעות של התקפות נגדיות גבוהה, ואפקטים, ואפקטים, ואפקטים של מערכות נגדיות גבוהה שלה, הוא יעיל יותר, ואפקטים, הוא יעיל של שיטות נוגדות גבוהה.

תוצאות של Chromatic Dispersion

פיזור Chromatic (CD) מתייחס לתופעה שבה מרכיבים ספקטרליים שונים של נסיעה אות אופטית במהירויות שונות דרך סיבים. כי אות נתונים במהירות גבוהה אינו אורך גל טהור, אלא תופס רוחב פס סופי (למשל, מעמוד לייזר או מודולציה צדי צד), העיכוב הזמני שונה גורם הדופק להרחיב כמו propagates זה.

ב- סטנדרטית חד-פעמי סיבים (SMF), פיזור כרומוזומטי נובע משני מנגנונים פיזיים עיקריים: פיזור חומרי ופיזור גל.שני התרומות הללו משלבות כדי לייצר את פרמטר הפיזור הכולל:0DigtureFLT:1, בדרך כלל באה לידי ביטוי ביחידות של פיקו שניות לכל ננומטר (ps/(nm ק"מ)).

דיסוציאציה

פיזור חומרי נובע מהתלות הגל הפנימי של מדד השבירה של סיליקה (SiO2), הליבה של סיבים אופטיים. בשל להקות ספיגה חוזרת ב אולטרה סגול ואדום, מדד השבירה משתנה ללא לינארי עם אורך גל.

המונחים: wavejectpersion

פיזור מונחה נובע כי הפצה מרחבית של מצב בתוך הליבה הסיבים ו cladding תלוי אורך גל.עבור מבנה סיבים נתון, אורכי גל ארוכים יותר להרחיב לתוך החיפוי, שבו אינדקס השבירה נמוך יותר, מה שגורם להם לנסוע מהר יותר יחסית למהירויות גל קצרות יותר מוגבל ליבת גלי גל. פיזור בדרך כלל תורם מרכיב שלילי ב סטנדרט של 1550 דונם (בערך) בין nm 3D) לפיזור גל (n) ל- t) בין 0.

פיזור כרוני אינו ערך קבוע; הוא משתנה עם אורך גל וניתן לבטא באמצעות תנאים גבוהים יותר כגון מדרונות פיזור (ראה FLT:0SIRFLT:1=D / d λ) עבור מערכות פס רחב (למשל, חלוקת אורך גל מספרxing מעל C- ו- L-bands), מדרונות הופכת הכרחית כדי לנהל פיזור על פני כל הערוצים.

השפעה על דיספרסיומטית על הסמכת מהירות גבוהה

התוצאה הישירה ביותר של פיזור chromatic בקישורים אופטיים דיגיטליים היא הדופק מתרחב.כאשר ביטים רצופים (אפסים ופרטים) אינטראקציה לאחר פיזור, הם יכולים לחפוף, המוביל להפרעות בין-מבול (ISI) מגביר את שיעור השגיאה הקטן (ER) כי המאבקים לדגימה נכונה את האנרגיה של כל מזל קטן.אפקט זה הופך חמור יותר בתקופות גבוהות יותר, שבו הם קצרים יותר, למשל, 10 ק"מ) יש קצת יותר של 0 ק"מ.

מגבלות על רמת נתונים ומרחק

המוצר של שיעור הנתונים ומרחק הקישור הוא מדד יסודי של מערכת שידור אופטית.עבור סובלנות פיזור נתונה (כמות הפיזור המצטבר המקלט יכול לסבול), ההשגה המקסימלית היא יחסית לכיכר של שיעור ה bit. זה מסביר מדוע ניהול פיזור הופך להיות קריטי יותר כמו מהירות מראש מ 10 Gbps ל 100 Gbps, 400 Gbps, ומעבר ל -100.

יתר על כן, פיזור chromatic אינטראקציה עם אפקטים לא ליניאריים אחרים בסיבים אופטיים, כגון מתודולוגיה עצמית (SPM) ו- 4 גלי תערובת (FWM) במערכות ארוכות טווח, כמות מתונה של פיזור נשמר בכוונה (לא אפס סיבים מאוישים) כדי להפחית את שלב ודכא FWMW, אשר מזיקה למערכות WD צפופות.

גורמים המשפיעים על דיספרסיון Chromatic

מספר גורמים קובעים את הפיזור הכרומטי שחווה אות בקישור סיבים בעולם האמיתי:

(FLT:0)Waveאר אורך FLT:1: כפי שנדון, פיזור משתנה עם אורך גל.בחירת חלון שידור ליד אורך גל אפס-דיספרסיון (למשל, 1310 nm) מצמצם את הפיזור אך אינו יכול להתאים לחלון ההפחתה הנמוכה (1550 nm).
(FLT:0)Fiber Type and DesignFLT:1: Standard SMF (G.652) יש פיזור טיפוסי של -17 ps/(nm- ק"מ) ב-1550 nm. Dispersion-shifted סיבים (G.653) לשנות את נקודת האפס-דיספרס ל-1550 nm, אך הם מקדמים FWM, ולעיתים רחוקות משמשים ב-WD- non-Ap-Ap-Ap-Ap-F-F-F-F-Ap-F-F-Ap-F-56, אך לא מבוטלתמ-D.
(FLT:0) TemperatureFLT:1: פיזור צ'רומטי סיבי מציג תלות טמפרטורה קטנה - על סדר 0.001-0.002 ps /(nm ק"מ) בעוד זניח בתקופות קצרות, זה יכול לצבור מעל מאות קילומטרים, גרימת פיזור של כמה ps / nm ק"מ) על פני יום הסתגלות עשוי להיות הכרחי עבור תוכניות פיצוי עבור תגמולים עבור מערכות משותפות.
(FLT:0 Light Source BandwidthFLT:1: מקור רחב יותר קוווינדת (למשל, לייזרים מתואמים ישירות) חוויות עונש פיזור גדול יותר.מערכות מהירות גבוהה להשתמש משוב מבוזר צר-linedth מבוזר לייזרים (DFB) או לייזרים חיצוניים, ומודולציה חיצונית כדי להפחית את הספקטרום של כיבוד.
(FLT:0) פורמט ו- Pulse ShapeFLT:1: כמה פורמטים מודולציה (למשל, נספח, QPSK) הם בעלי סובלנות רבה יותר לפיזור מאשר פשוט על-off keying (OOK). עיצוב הדופק מתקדם, כגון Nyquist עיצב, מפחית רוחב ספקטרום ובכך מתפזר עונשים.

שיטות ניהול ומוטיבציה של דיסיגציה

במהלך ארבעת העשורים האחרונים, מהנדסי אופטי פיתחו ערכת כלים מקיפה כדי להילחם בפיזור chromatic.בחירה של טכניקה תלויה בקצב, מרחק, תקציב, ואם המערכת מעסיקה זיהוי ישיר או גילוי קוהרנטי עם DSP.

Dispersion-Shifted and non-Zero Dispersion-Shifted סיבים

סיבים מאולתרים (DSF) משנים את פרופיל הגלים כך שאורך גל אפס-דיספרס נע ל-1550 nm. עם זאת, כי פיזור נמוך מחמיר עונשים לא ליניאריים במערכות WDM, DSF הוא לעתים רחוקות פרוס היום.במקום, לא אפס פיזור סיבים (SF) כגון G.65 G.05 ו-65 לספק כמות מבוקרת של פיזור ארוך (n) בעוד פיזור כבלים (n) עם צוללות) ו- 50 סנקציות (NPR) ב-15 צוללות).

מודולים של Dispersion Compensationמודולs

DCMs הם מכשירים אופטיים קו תחתון אשר מוסיפים פיזור שלילי כדי למנוע את הפיזור החיובי של סיבי שידור. שני סוגים נפוצים הם:

(FLT:0Dispersion-Compensating סיבים (DCF)FLT:1: סיבים מיוחדים עם פיזור שלילי גבוה (בדרך כלל -80 -160 ps /(nm ק"מ) ומדרון פיזור שלילי. DCF הוא משוכפל לתוך מודול ומוכנס באתרי מגבר ביעילות.
(FLT:0)Fiber Bragg Gratings (FBGs)FLT:1: Chirped FBGs לספק עיכובים זמן תלוי גל.הם קומפקטיים ויכולים לפצות הן פיזור והן מדרונות, אבל הם עלולים לסבול מ-Sam-delay ripple והם משמשים בדרך כלל במתיחות בינוניים, תרחישים מטרו.

עיבוד אלקטרוני של Dispersion Compensation and Digital Signal Process

מערכות שידור אופטיות קוהרנטיות - כיום סטנדרטיות ב 100 Gbps ומעלה - שימוש בעיבוד אותות דיגיטליים (DSP) כדי לפצות על פיזור chromatic באופן אלקטרוני.ה המקלט מאגד את הגלפור, ואלגוריתם (בדרך כלל מסנן תגובה אימפולס סופי) חל על תפקוד העברה הפוכה כי הפוך את אפקט הפיזור / DSP יכול לפצות על אלפי ps / â € ללא כל פיצוי אופטי, מפשט את העלות האנלוגית, ונדרשת, 000 חייב להיות פיצויי תיבות של DSP.

אופטימיזציה

צמצום רוחב הספקטרום המקור מוריד ישירות את עונש הפיזור.טכניקה כוללת:

(FLT:0) לייזרים קוויים של 1-10 MHz הם סטנדרטיים.
(FLT:0) מודולי משנה מתקדמים (External ModulationFLT:1: שימוש במתקני מאך-Zehnder או אלקטרו-אבסטרולטורים ולא במודולציה לייזר ישירה מבטל את השילוח, אשר מרחיב את הספקטרום.
(FLT:0) , Advanced Modulation עם תוכן ספקטרלי מופחתת של ספקטרום 1: לדוגמה, הדופק בעיצוב עם מסננים מוגדלים או Nyquist מגביל את רוחב הפס אות, צמצום ההשפעה הפיזור יעילה.

פורמטים מתקדמים

מעבר ל-OOK הפשוט, מספר פורמטים מתקדמים מציעים עמידות לפיזור chromatic:

(FLT:0) שלב-שיפט (DPSK) ו-QPSK רב-ממדי (DQPSK) ,(DQPSK) Keying:1: פורמטים עקביים אלה להפחית את ההשפעה של שינוי עצמי, המאפשרים להגיע יותר זמן, אך הם לא להפחית באופן ישיר את הרגישות של פיזור כרומוזומטי.
(FLT:0) קיצור שלב-שיפט קילינג (QPSK) עם מספר רב של קיטוב FLT:1: זהו הבסיס של 100 מערכות Gbps.
(FLT:0) Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)igm)FLT:1: על ידי פיצול נתונים לתוך הרבה תת-קרקעיים צרים, שלDM מפחיתה מאוד את ההשפעה של פיזור למקלע.עם זאת, זה לא פרוס באופן נרחב במשחת זמן בשל יחס גבוה לעוצמה גבוהה.

דיספרסיומטית ברשתות אופטיות מודרניות

ברשתות אופטיות של ימינו – החל מקישורים קצרי-המרכז של מידע (מאות מטרים) לכבלי צוללות טרנס-קוציאניים (אלפי קילומטרים) – ניהול הדיספרסיון מותאם לקצב המרחק והנתוני.

(FLT:0) רשתות ארציות ארוכות-האדמיר:1 (בדרך כלל 80-100 ק"מ לכל אורך) להשתמש ב- SMF סטנדרטית או SF עם DCMs תקופתיים בכל מגבר (כל 80-100 ק"מ) מערכות קוהרנט עלולות לחסל DCMs על ידי הסתמכות רק על DSP, אבל טווח DSP חייב להיות מספיק כדי לטפל בפיזור הקישור כולו.

(FLT:0 submarine CablesFLT:1 ⁇ לעתים קרובות להשתמש פיזור מיוחד טווחים מגברים, שבו הסיבים עצמם יש לשנות חלקים של פיזור חיובי ושלילי, השגת כמעט אפס פיזור נטו לכל אורך.זה מקטין את הצטברות של אפקטים לא ליניאריים ומונע ממגוון גדול של DCMs.

(FLT:0) מטרו ורשתות גישה (FLT:1) הם קצרים יותר, כך פיזור הוא פחות חדיר.עלויות נמוכות ישירות מערכות (10 Gbps, 25 Gbps) עשוי להשתמש פשוט DCMs או ללא פיצוי. מתפתח 400 Gbps ישירות-detect Programs (למשל, PAM4) הם מאוד רגישים לפיזור, עם זאת, כך DSPassi הוא פיצוי נפוץ יותר ויותר.

כיוונים עתידיים: ניהול משמעת במהירויות הטבילות

בעוד התעשייה נעה לכיוון 800 Gbps, 1.6 Tbps, ומעבר לכך, שיעורי סמל לכל ערוצים עולים על 100 GBaud במהירויות אלה, אפילו כמויות צנועות של פיזור chromatic מתורגם לסובלנות פיזור הדוק.

(FLT:0) הסתמכות על קוהרנטי DSPFLT:1: הדור הבא של DSP שבבי יהיה מסוגל לפצות עשרות אלפי ps /nm לחלוטין אלקטרונית, עלול לחסל DCMs לחלוטין, אפילו קישורים אולטרה-haul.
(FLT:0)Wave אורך-ההיקף של מספרxing עם רווח מתקדם בעיצוב FLT:1: מערכות עתידיות עשויות להשתמש במגברי פס רחב המכסים את S, C ו- L להקות (עד 120 nm) פיזור ניהול ופיזור מדרונות על פני טווח ספק מרכזי רחב כזה ידרוש טונה מדויק, תגמול אוטומטי - כמו שילוב פתרונות אופטיים ואלקטרוניים.
(FLT:0 ,Crevision MultixingFLT:1): במגוון רב של סיבים, פיזור chromatic אינטראקציה עם אינטר-רלב וטכניקות עיבוד דיגיטליות חדשות, כגון מספר רב-מנועי (MI) DSP, יהיה צורך לפצות פיזור וצלב.

בנוסף, מחקר מעגלים משולבים פוטוניים (PICs) מבטיח על פיזור שבבים כי הם קטנים יותר, זולים יותר, ואמין יותר מאשר סיבים דיסקרטיים או FBG מודולים.

מסקנה

פיזור Chromatic הוא מגבלה פיזית בסיסית בתמסורת נתונים אופטית במהירות גבוהה.אפקטים שלה - התפשטות, התערבות בין-סימבול, והעלאת שיעור שגיאה מעט - באופן ישיר מגביל את שיעור הנתונים ולהגיע של קישורים אופטיים.עם זאת, באמצעות שילוב של עיצוב סיבים זהירים, מודולים של פיזור אופטי, פורמטים מתקדמים של הסתגלות, עיבוד אותות אלקטרוניים רב עוצמה, מהנדסים יש להתגבר באופן עקבי על האתגר הזה, המאפשר את הצמיחה האקספומית של יכולת המשיכה לפיזור נתונים אופטיים יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, להמשיך את הנתונים חיוניים, להמשיך ולפשטה, להמשיך את הביקוש, ועוד.

(ב) לקריאה נוספת, ייעוץ משאבים סמכותיים כגון:0Wikipedia מאמר על פיזור chromaticפיזור פיזור chromaticפיזור FLT:1, FLT:2Fiber Optic Association's ReferenceFLT 3:, ו-FLT:4 LightwaveFLT:5 לעדכונים בתעשייה.