השפעת סיגנל ג'יטר על ביצועים של מתקבלים אופטיים וסטרטגיות אטמיגציה

מבוא

רשתות תקשורת אופטיות מתחת לרסן את תשתיות הנתונים הגלובליות, נושאות הכל מתנועה לאינטרנט לעסקאות פיננסיות במהירויות מעל מאות ג'יגה-מטים לשנייה, בעוד סיבים אופטיים מציעים רוחב פס עצום והפסד נמוך, הביצועים המעשיים של מערכת קצה-לקצה הוא מוגבל מאוד על ידי היכולת של המקלט לשחזר את רמות הנגדיות המתקדמות ביותר הוא אות ג'יטר - התזמון המתרחש כאשר הוא מגיע במהירות גבוהה יותר מאשר מגבלות לייזר, או קיבולת בפועל של טיפול יעיל יותר מאשר קיבולת בפועל.

מאמר זה מספק בדיקה טכנית עמוקה של ג'ייטר במקלטים אופטיים.אנחנו מתחילים על ידי סיווג ג'ייטר וחקר מקורות היסוד שלו, ואז לכמת את ההשפעה שלה על מדדי ביצועים מרכזיים כגון שיעור שגיאות מעט ורגישות מקלט.סוף סוף סוף, אנו מציגים חבילה מקיפה של אסטרטגיות מייגציה, מ מעגלי התאוששות השעון ועד פורמטים מתקדמים, עם דגש על יישום מעשי מסחר.

המונחים: Signal Jitter

Jitter מוגדר באופן רשמי כשינוי לטווח קצר של רגעי אות דיגיטליים משמעותיים (למשל, עלייה או נפילה) מתפקידיהם האידיאליים בזמן.זהו תהליך סטוצ'יסטי שניתן לפסל לשתי קטגוריות רחבות: FLT:0random Jitter FLT:1 ו-FLT:2קבע JFLT 3.

ג'ייטר (RJ)

(ג'ייטר אינו מיושב ומעקב אחר התפלגות ההסתברות הגאוסית.הוא מקורו מתהליכי רעש יסודיים כגון רעש תרמי במעגלים אלקטרוניים, ירי רעש בתצלומים, והרעש של לייזרים בשלב זה מכיוון ש-RJ הוא גאוסיאן, שיאו-peak שלו גדל עם חלון התצפית - אין גבול תיאורטי לתזמון נדיר, קיצוני בפועל, מציין קצב של 10(n) ל-F) כ-R(F) נמוך יותר מגובהו כמשמעות (R) נמוך יותר מגובהו כמשמעות (R) לחלון תצפית (R) ו-R.

Jitter (DJ)

בניגוד ל-RJ, Jitteristic jitter הוא מחויב וחוזר על עצמו.זה יכול להיות מחולק עוד לכמה סוגים:

• (FLT:0)Periodic Jitter Jitter (PJ): AriseFLT:1) Arises from Synoidalהתערבות מקורות, כגון ripple או הזנת שעון.PJ מופיע כפסים במתחת התדירות, ויכול להיות תואמים עם תדירות ידועה.
• (FLT:0) Data-Dependent Jitter (DDJig:FLT) 1 גורם על ידי התערבות בין-סימבול (ISI) בשל מגבלות רוחב פס או אי התאמה לקויה.תזמון המעבר תלוי דפוס ה bit הקודם, מה שהופך את DDJ לחיזוי אם תגובת הערוץ ידועה.
• (ב) [ה]התוצאה של תפוצה:0] ,ב"ה, לא קשורה ל-Jitter Jitter Jitter (BUJrea): תוצאות מ-Clocktalk עם זרמי נתונים אחרים או מתוקפים סינכרוניים.
• (ב) ⁇ (ה-Dycle Distortion) (DCDig:FLT:1 Occurs כאשר הקצוות העולים והנפילה של אות יש עיכובים שונים, שינוי נקודת ההחלטה היעילה.

במקבלים אופטיים, DJ שולט לעתים קרובות בשיעורי נתונים נמוכים יותר שבהם ISI ו- לייזר מרגיעות יוצרים אפקטים חזקים של תלות דפוס, בעוד RJ הופך משמעותי יותר במשטרים מהירים, מוגבלים רעש.

מקורות Jitter in Optical Accepters

זיהוי המקור הפיזי של Jitter הוא קריטי לבחירת אסטרטגיות מייגציה מתאימות.המקורות העיקריים נופלים לשלוש תחומים: החזית האופטית, קישור השידור, ו-Back-end האלקטרוני.

שלב לייזר

לייזרים Semiconductor, במיוחד מבוזרים (DFB) לייזרים המשמשים במערכות ישירות של דה-דזה, להציג רעש שלב עקב אירועי פליטה ספונטניים.תדירות אופטית מיידית פלוקאטים, אשר מומרת לתנודות מפוספסות לאחר זיהוי של חוק מרובע ולאחר מכן לתוך תזמון דרך רוחב הפס הסופי של המקלט.

דיספרסון-Induced Jitter

פיזור Chromatic (CD) ופיזור מצב קוטבי (PMD) גורם מרכיבים ספקטרליים שונים או מדינות קוטביות להפיץ במהירויות שונות.ברכבת הדופק, זה מפיץ את אנרגיית הדופק בזמן ומציג שינויים תזמון תלויי דפוס.לדוגמה, מחרוזת ארוכה של אלה שאינם חוזרים לאפס מצטבר יותר מפיזור מאשר אחד מבודד, וכתוצאה מכך פיזור אופטי של דיסילי או דיסלקטיבי הוא קצר יותר מפצה.

רעש אלקטרוני

המגבר הטרנססרמפנס (TIA) והגבלת המגבר (LA) בשרשרת המקלט לתרום רעש תרמי, רעש יריה ורעש flicker. הרעש המילולי ממתנגדים הוא פס רחב ומוסיף ישירות למתח גלפורמול, שינוי אפס חוצה את אפס במעברים באופן גאוסיאני.נורה מרעש כהה ונוכחי גם לאחר תהליך איטי של פליטה (Frson) הוא לעתים קרובות לחץ נמוך על ידי תאורה נמוכה.

קרוסדור והתערבות

במערכות מרובות-ראייה גל צפופה (DWDM) , ערוצים סמוכים יכולים להדליף לתוך המקלט באמצעות סינון רול-off, אפקטים לא ליניאריים (ארבע גלי תערובת, פסטורציה חוצה-phase), או עיוות לא מושלם. זה צולב אופטי מכה עם האות, יצירת רעש מפוספס המתורגם לתזמון כאשר עבר דרך מצמצם דומה, מתוקף רדיו- jject-R.

השפעה על ביצועים אופטיים

Jitter כל מדד מפתח של מקלט אופטי: BER, פתח עיניים, רגישות.חומרה תלויה בגודל הג'יטר ביחס למרווח היחידה (UI), רוחב הפס של המקלט, וסוג של סיבולת נתונים.

שיעור השגיאה bit Error Rate

התוצאה הישירה ביותר של Jitter היא עלייה בהסתברות של דגימה בזמן הלא נכון.ב המקלט השעונים, מעגל ההחלטות דגימות גלפור הנכנס במרווחים שנקבעו על ידי השעון התאושש.אם קצה הנתונים מקלקל את העין בנתונים התקפים כך נקודת המדגם נופל ליד הקצה, שולי המתח מופחתים ו- BER.עבור מערכת עם ג'יסטר, בין ג'טר) וניתן על ידי Ritters (R) על ידי Ritter) על ידי מערכת יחסים Ritter) על ידי Ritter.

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:2 ויקרא יט: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר T הוא תקופת ה bitminal ו tFLT:0jierhierFLT:1 הוא התזמון מלמטה.אפילו sub-picoII RMS Jitter יכול לדחוף BER מעל תיקון השגיאה קדימה (FEC) סף 100 + Gbaud.

Eye Diagram Closure ו טיים מרג'ין

בפרשת עיניים, ג'ייטר מגלה כפתיחה האופקית.ד.ד.ג'ייטר דטר מפחית את רוחב העין על ידי כמות קבועה (הג'יי הפסגות אל-פאק), בעוד ג'ייטר אקראי לאט יורד על הקצוות.הג'יי הכולל (TJ) הוא לעתים קרובות קרוב יותר ל- TJ=JBT + αRJFIRFIRFIR LT:0RMSLT1, שבו תלוי המטרה הסופית של 12.

רגישות הפין

עונש רגישות המושרה Jitter מתייחס לכוח האופטי הנוסף המתקבל הנדרש כדי לשמור על שורת היעד כאשר התזמון אינו מושלם. עבור ג'ייטר גאוסיאן, הענישה P (ב-DB) מקנה בערך כמו ב-DB.

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד:

משמעות הדבר כי ג'ייטר של 0.2 UI מביא עונש של בערך 1 dB. בשעה 0.5 UI, העונש מטפס ל 3 dB, שאיפת שולי הכוח.בקישורים ארוכים שבהם כל דבר חשוב, אפילו כמות קטנה של ג'ייטר לא ממוחשב יכול לכפות את השימוש בגנינים יקרים או במודולציה נמוכה יותר.

השפעה על השעון ו-Data Recovery (CDR)

המעגל CDR מסתמך על קיומם של מעברי נתונים נקיים כדי לנעול את לולאה המוזנחת בשלב זה (PLL) ג'ייטר מוגזם – במיוחד ג'ייטר גבוה - יכול לגרום ל- PLL לאבד מנעול או לעקוב אחר רעש במקום קצה הנתונים האמיתי.בנוסף, ג'ייטר כי הוא תואם את דפוס הנתונים (DDJ) יוצר שלב שיטתי של CDR לא יכול ללא הבדלה של חומרים דיגיטליים, אלא להפחתה של חומרים אלה, אך ורקמות רוחב פסים, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות של חומרים דיגיטליים, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות של חומרי הגלולות אלה, אך ורקמות של חומרים דיגיטליים, אך ורקמות, אך ורקמות, עם תבנית הדלואנטים, אך ורקמות, אך ורקמות, עם תבנית הדל-פול-פול-פול-פול-פרציה, עם תבנית זו, עם תבנית הפחתת רמות הפחתת רמות הפחתת רמות הפחתת רמות ה-פול-פול-פול-טר, אך ורקמות, עם תבנית זו, הן יכולות לאפקטים, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות-פס-פס-ה, אך ורק

אסטרטגיות ל-Des Jitter

תוכנית הקטנת ג'ייטר חזקה מתייחסת לג'ייטר במקורותיה, ולאורך כל נתיב האותות.אסטרטגיות הבאות משתרעות על תחומים אופטיים, אלקטרוניים ואלגוריתמיים.

שעון מתקדם ושיקום נתונים (CDR)

CDR הוא קו ההגנה הראשון נגד ג'ייטר לאחר התצלום.שיפורים מרכזיים על ארכיטקטורות בסיסיות של PLL כוללים:

• (FLT:0)PLL with Broadband Phase Detection: FIRLT:1) שימוש בגלאי שלב אלכסנדר המספקים רווח ליניארי ולהפחית את אזור המתים, צמצום לכידת ג'רמיטר הדטרמיוני.
• (FLT:0) Phase interpolators:FLT:1 ב CDR דיגיטלי, שלב השעון השחזור מותאם בצעדים בסדר (למשל, 148th UI) זה מאפשר CDR לבטל רכיבים איטיים של Jitter (wander) ולעקוב אחר סחף הטמפרטורה ללא לולאה מוגזמת.
• (FLT:0)Bandwidth הסתגלות: FLT1 הסתגלות דינמי של פינה מסנן הלולאה מבוסס על תוכן ספקטרלי Jitter. a רחב יותר רוחב פס רחב יותר עוקב אחר ג'יטר גבוה אבל מאפשר יותר רעש דרך; רוחב פס צר דוחה רעש אבל לא יכול לעקוב אחר שינויים מהירים בשלב. אלגוריתמים הסתגלות אופטימיזציה של סחר זה בזמן אמת.
• (FLT:0) ביטול Jitter:FreaLT:1) Digital CDRs יכול למדוד את השגיאה בשלב של כל קצה ולהכפיף גרסה מסוננת מדגימות הבאות, ביעילות אפס ג'ייטר נמוך.

פיצוי אופטי

מאחר ש- CD ו- PMD הם מקורות ג'ייטר ⁇ סטיים עיקריים, פיזור מתפזר ישירות מפחית את הגישות של DDJ. Common כוללות:

• (FLT:0)Dispersion compensating סיבים (DCFIR): אורך של סיבים עם פיזור chromatic שלילי ממוקם במרווחים תקופתיים.זוהי טכניקה בוגרת ופאסיבית, אך מוסיף אובדן ועלויות.
• (FLT:0)Fiber Bragg grating (FBG): ⁇ FLT 1 צ'ירוס צ'ירוס יכול לפצות תקליטור בחבילה קומפקטית, כל סיבית.
• (FLT:0) פיזור אלקטרוני (EDC): ההרחבה של פיזור:1 (FLT:1) ב המקלטים קוהרנטיים, תגובה אימפולס סופי דיגיטלית (FIR) מסנן את ה- CD המצטבר באמצעות מודלים ידועים של ערוצים. EDC הוא גמיש וניתן להגדרה מחדש אך צורך כוח משמעותי ודורש ממירים אנלוגיים לדיגיטליים.
• (FLT:0) בקרים וראשי תיבות PMD:FLT:1 אופטיזציה אופטיקה אדפטית או אלקטרונים שווים עם מספר רב של טאקים (למשל, מסננים פרפר) יכולים לבטל את ההזמנה הראשונה PMD.

תיקון שגיאות (FEC) וקידוד

⁇ מוסיף פיסות מעליות המאפשרות למקלט לתקן שגיאות שהוצגו על ידי ג'ייטר ורעש, בעוד ש-Jitter אינו מבטל את ג'ייטר, הוא מרגיע את ה- ERFLT:0.12FLT:1 ל-10uaFLT:2-3FLT 3: 3FLT 3 - הקלה עצומה עבור מערכת התזמון, שימוש ב-Ry-Dy-Dy-D25%, כמו קידוד נמוך (CDR) עבור מגבלות LDL).

פורמט Modulation Format

פורמטים שונים של Modulation יש סובלנות שונה לג'ייטר.הפצה ישירה על-Off Keying (OOK) היא הרגישה ביותר כי טעות תזמון אחת יכולה למנוע קצת על הקצוות.תבניות אשר מקודמים מידע בשלב או שלב אחר הן חדות יותר:

• (FLT:0) תוצאות שלב-שיפט (DPSK): מידע 1FLT מקודד בשינויים בשלב בין ביטים רצופים.המקבל משתמש במטר חד-פעמי, אשר מדכא באופן טבעי את ה- jitter- ⁇ נמוך כי שניהם חווים את אותה תזמון להפרעה.
• (FLT:0)Quadrature שלב-שיפט קילינג (QPSK) ומסדר גבוה יותר QAM:FLT:1 בדרך כלל בשימוש עם גילוי קוהרנטי; הפעוט הדיגיטלי יכול לפצות על ג'יי השוכנת על ידי אלגוריתמים של החלמה בשלב (למשל, Viterbi-Vierbi-Viterbi או חיפוש עיוור).
• (FLT:0) דווביטינרי וחלקי-תגובה: FLT:1 תוכניות המוגבלות של הלהקה אלה להפחית את רוחב הספקטרום, הורדת ג'רמיד המושרה על חשבון מקלט מורכב יותר.

טכניקות שוויוניות

אלקטרונים שווים להציב לפני CDR יכול לנקות את ה- Jitter. Common Applications:

• (FLT:0) שווה ערך לינארי (CTLE): 1 A Peak מסנן שיא המגביר תדרים גבוהים, מחלחל לגלגל רוחב הפס של photodiode ו-TIA. זה מקטין ISI ו-DDJ.
• (ב) [15] משוב שווה ערך (DFE): מסנן 1 לא ליניארי המפחית את התרומה של ISI של ביטים קודמים. DFEs יעילים מאוד עבור DDJ אבל סובלים מפרופיל שגיאות והם סובלים מהתמכרות לעוצמה במהירויות גבוהות.
• (FLT:0) Feed-forward שווהizer (FFEve): 1 A מסנן ליניארי (הנקרא לעתים קרובות קו עיכוב מכווץ) כי קודים מראש או קודים את האות לבטל ISI. FFEs נפוצים בהשוואת שידור בצד.

עיצוב נמוך - Noise Component Design

צמצום רעש אלקטרוני ישירות מוריד ג'ייטר אקראי.עיצוב שיטות כוללות:

• באמצעות SiGe, InP, או CMOS תהליכים עם PHERFLT גבוה:0Toriph 1 למזער את מספר הרעש.
• אופטימיזציה של הטיה photodiode להפחתת רעש הזריקה הנוכחי הכהה.
• מגן על חזית המקלט מרעש קטלני וצלב דיגיטלי.
• בחירת אוספי מתח נמוכים מבוקרים על ידי CDR PLL (למשל, LC oscillators על oscillators טבעת).
• שימוש באות שונות לאורך שרשרת המקלט כדי לדחות רעש משותף.

טכניקות מתפתחות וכיוונים עתידיים

בעוד שציוני הסמל דוחפים מעל 100 ג'באד ובתוך טווח terabit, גישות ג'ייטר מסורתיות מגיעות לגבולות יסוד.כמה כיוונים חדשים נחקרים:

• (FLT:0) מקנה למידה עבור פיצוי ג'יטר:FreaLT:1 , רשתות עצביות חוזרות יכולות לחזות ג'ייטר תלוי דפוס ולהתאים נקודות דגימה באופן הסתגלותי.
• (FLT:0) מקלטים משותפים עם פיצוי משותף:FLT 1 על ידי שילוב של התאוששות שלב המוביל, פיצוי פיזור chromatic, ושיקום תזמון לתוך לולאה חד-משמעית אחת, המקלט יכול לבטל אינטראקציות בין Jitter לבין ליקויים אחרים.
• (FLT:0) מעגלים פוטוניים משולבים להפחתת Jitter:cioFLT:1 אינטגרציה מונוליטית של הלייזר, המנטרול, photodiode ו- CDR על שבב אחד מפחיתה parasitics ו crosstalk, מאוד מורידה את RJ ו- DJ.
• (FLT:0) אדריכלות הדגימה: ⁇ F1 במקום דגימה בקצב Nyquist, מקלטים תת-מבחנים משתמשים במהירות רבה מאוד מעגלים וזיהומים דיגיטליים כדי לשחזר את האות עם פחות רגישות תזמון.

מסקנה

אות ג'ייטר נשאר אחד ממגמי הביצועים הבלתי-מסוגרים ביותר בקלטים אופטיים מהירים מאוד.הטבע הרב-פני שלה - המתעורר מרעש שלב לייזר, פיזור סיבים, רעש אלקטרוני והתערבות - דורש גישה שיטתית, מקצה-לקצה-סוף עיצוב גישה.על ידי קביעת ג'ייטר באמצעות פיזור אקראי וקביעת רכיבי צילום אקראיים, מהנדסים יכולים לתזמון תקציביים מדויקים ובחירת אסטרטגיות יעילות של שילוב Citter-R.

עוד קריאה

• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• [01:0] [ה] קים ו'ה' [ה']'[44], '[[1924]] ו[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
• [01:0] מ' מוטיבאן נזאאם ואל: "התגמלי ג'ייטר מתפעל את השימוש במכונות למידה במקבלי קוהרנט", "FLT:1Opt. ExpressFLT:2, Vol. 28 no. 177-1775, 2020Fillo 3:3"
• [01:0] ראה: "Jitter in Optical Communications Systems: A Unified Perspective", ArXiv 2106.12345v2, 2021 (preprint) - סקירה יסודית של Jittering Modeling Modeling:FLT:106.