השפעת פורמטי שינוי אותות על אפשרויות קבלה אופטיות

מערכות תקשורת אופטיות הפכו לעמוד השדרה של תעבורת נתונים גלובלית, נושאות הכל מ תעבורה לאינטרנט ועד נתונים מסחר גבוה בקידוד גבוה.בלב המערכות הללו נמצאת החלטה עיצובית קריטית: בחירת פורמט ה- Modulation של האות.בחירה זו אינה קיימת בבידוד; היא מכתיבת ישירות את הארכיטקטורה, המורכבות, העלות והביצועים של מערכת ה-GPSD (הצורה ה-D) קובעת כיצד מידע מקודד על גבי האור, אשר בתורו של המהנדסים של שיטות ל- 100, כלומר, כלומר, כלומר, ל-GSD, ו-Creatives, ל-GSP, יש לו, ל- 100, ל-GSD, יש צורך ב-Creatives, ל-Creatives, ל-P, ל-GD, ל- 100, ל-Creatives, ל-GPSD, ל-GPSD, ל-Creatives, ל-Creatives, ל-R.

פורמטים של Modulation foramental Communications

פורמטים של Modulation ניתן לסווג באופן רחב על ידי איך הם מקודדים נתונים על האות האופטית ’ של amplitude, שלב, או שניהם.הבחירה הנכונה תלויה במסחר הרצוי בין יעילות ספקטרלית (bits per second per Hertz), יחס אות אופטי ל-noise (NR) דרישות, סובלנות לפגיעות סיבים, ומורכבות המקלט.

On-Off Keying (OOK)

OOK הוא פורמט המודולציה האופטית הפשוטה ביותר, המייצג את לוגי &dquo;1 ” עם אור ו- OOKO; עם אור נעדר; הוא משמש באופן נרחב במערכות מורשת וחיבורים קצר-reach (OOK) דורש רק לייזר מודולר (DML) או חיצוני מאך-Za Modulator ב-a-a-a-cuator ב- quadoutulator, עם ירידה נמוכה יותר, בעוד ש-ampo-D) ו-amplei-DDR (D) ו-DDR) הוא בעל השפעה פשוטה (DDR) ו-Dulator) הוא בעל השפעה נמוכה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עלות נמוכה יותר, כלומר, עלות נמוכה יותר, כלומר, עלות נמוכה יותר, עלות נמוכה יותר, עלות נמוכה יותר, עלות נמוכה יותר, עלות נמוכה יותר, עלות נמוכה יותר, כלומר, עלות פשוטה (ירידה (אפקטים (DDR (Dulator) ואפקטים פשוטה (DDR (DDR) אונקי) אונקי) אונקי) ואפקטים (DDR) ואפקטים פשוטה (דפסיבי) אומטית

שלב שונה Shift Keying (DPSK)

DPSK מסמן נתונים בשלב ההבדל בין סמלים רצופים. A &dquo;0 ” מועבר כאשר אין שינוי שלב, ו- &dquo; 1 ” כאשר השלב משתנה על ידי ⁇ (או Vice-versa) DPSK מציע שיפור 3DB ליניארי ב-OOK באותו שיעור שגיאה, כי ההחלטה מבוססת על הבדלים בשלב זהה בהשוואה לאפקטים דינמיים יותר מאשר DPSK).

Quadrature שלב Shift Keying (QPSK) ו- Polarization-Division Multiplexed QPSK (PDM-QPSK)

QPSK מקודמת שתי ביטים לסמל באמצעות ארבע מדינות שלב (0°, 90°, 180 מעלות, 270 מעלות) כשלעצמו, QHz משיגה יעילות ספקטרלית של 2 b/s/sHz.ה פריצת הדרך האמיתית הגיעה עם מספרי קולטן מורכבים (PDM), שבו שני אותות QPSK עצמאיים מועברים על ידי מערכת קיטובת אורכי (MQ) ו-DVal-DOpcrecrecrecrecrecation) במיוחד עבור RNAs-DV-DV-D.

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

QAM מקודמת נתונים בשני חלקיים ובשלב. 16-QAM מעבירה 4 ביטים לסמל (2 ביטים בכל אחד מ- I ו- QHz), בעוד 64-QAM משדר 6 סיביות לסמל, המציע יעילות ספקטרלית של 4 b/s/s/RLCS) עם דרישות אבטחה גבוהות יותר של C/R/R/R/R/R/R/R/R/R/RTM, בהתאמה, עם מספר כפול זה ל-LQ/OLQS/S/S/I/S/CDC/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/I/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R/R

השוואת פורמטים Modulation

השולחן הבא (תפיסתי) מסכם את ה- Trading-offs המפתח בתבניות הנפוצות:

  • (FLT:0)OK:BuildFLT:1) יעילות ספקטרום נמוכה (0.8 b/s/sHz), המורכבות הנמוכה ביותר, גילוי ישיר, סובלנות לפיזור לקוי.
  • (FLT:0)DPSK:IRFLT:1 ספקטרום יעילות - 1 b / s / הרץ, מורכבות מתונה (DLI + מאוזן PD), 3 dB רגישות לצבור מעל OOK, טוב יותר סובלנות לא ליניארית.
  • (ב) ⁇ :0)QPSK (הופנה מהדף pol): אנדרל 1 (ב) 2 b/s/Hz, גילוי קוהרנטי הנדרש, סובלנות טובה ל-OSNR עבור אורכו.
  • (ב) ,0) PDM-QPSK: 1FLT:1 4 b / s / הרץ, תקן עבור 100G, דורש מקלט משותף מלא עם DSP.
  • (FLT:0)PDM-16QAM:FLT:1 8 b / s / הרץ, המשמש 200 / 400G, דורש גבוה יותר OSNR, יותר מורכב DSP, גבוה יותר ADC החלטה.
  • (FLT:0) PDM-64QAM:FLT:1 ; 12 b / הרץ, המשמש יישומים קצרים ומטרופולין עם DSP חזק תיקון שגיאות קדימה, לייזרים קואלונדים צרים.

כיצד שינוי בחירה מניע קבלה אדריכלות

אדריכלות המקלט יכולה להיות מחולקת לשתי משפחות רחבות: זיהוי ישיר וגילוי קוהרנטי.תבנית המודולציה קובעת אילו משפחה היא אפשרית, ובתוך כך, את החולקים הספציפיים הדרושים.

מקבלי זיהוי ישירים

מקלטי זיהוי ישירים הם הפשוטים והזולים ביותר.הם מורכבים מתצלום (PIN או avalanche photodiode, APD) שממירים את המאורע כוח אופטי ישירות לתוך תמונה עכשווית. גישה זו פועלת היטב עבור פורמטים בעלי עוצמה, כגון OOK, וניתן להשתמש גם עבור DPSK כאשר יחד עם מדחום.

צילום: Direct Detection

פוטודיודות PIN מציעים עלות נמוכה, לינאריות גבוהה ורוחב רוחב פס רחב, אך רגישות מוגבלת. APDs לספק רווח פנימי (multiplication) אשר משפר את הרגישות על ידי 5-10 dB על חשבון רעש גבוה יותר (גורם רעש) ורוחב רוחב פס נמוך יותר. עבור 100 Gb /s OOK, APDs משמשים לעתים קרובות כדי להרחיב.

קבלני זיהוי קוהרנטי

גילוי קוהרנטי מחלים את השדה החשמלי המלא של האות האופטי – amplitude, שלב וקוטב – על ידי ערבוב האות הנכנס עם לייזר אוקטטור מקומי.זה מאפשר שימוש בתבניות שלב ו amplitude-modulation (QPSK, QAM, וכו ') ומאפשר פיצוי דיגיטלי של ליקויי סיבים.

  • (FLT:0) אוספילטור המקומי (LO): LT:1 ; לייזר קווי קצר המספק אות התייחסות לשילוב קוהרנטי.התדירות של LO היא בדרך כלל בתוך כמה מאות MHz של נושאת האות.עבור סדר גבוה יותר QAM, דרישות קונדית הופכות מחמירות יותר (למשל, וlt; 100 k עבור 64-QAM).
  • (FLT:090° Optical:FLT:1 Aive התקן ששבר את האות הנכנס ו-Q ל-4 שדות אופטיים עם הבדלים של 0 °, 90°, 180° ו 270°, ובכך למעשה מפיץ את רכיבי I ו- Q עבור שני הקטבים.
  • (FLT:0) מדמיוני צילום: ph1 ,ארבע זוגות PD מאוזנים (שמונה photodiodes בסך הכל במקלט מסובך-מסוג) להמיר את הפלטים האופטיים של ההיברידי לסימנים חשמליים.
  • (FLT:0) מכונים:0 (Analog-to-Digital Converters (ADCs): ההרחבה החשמלית של ארבעת הפלטים (XI, XQ, YI, YQ) מודגם על ידי ADCs במהירות גבוהה.עבור אותות 64-Gbaud (ב-400G/800G), ADCs חייב מדגם של מעל 90 GSa/s עם 6-8 סיביות.
  • (FLT:0) תהליכי אות פלילי (DSP): ⁇ FLT:1 An ASIC או FPGA המבצעים פיצוי פיזור chromatic, פיצוי ראש הממשלה, תדירות estimation, שחזור שלב המוביל, סמל, זיהוי ותיקון שגיאות קדימה decoding.

DSP פונקציות Driven by Modulation Format

פורמט המודולציה מכתיב את תחכום של DSP.עבור QPSK, DSP יכול להשתמש בלולאות פשוטות של שלב מונחה על ידי ניהול החלמה של ספקים.עבור 16-QAM, אלגוריתמים עיוורים חזקים יותר כגון אלגוריתם מודולוס קבוע (CMA) עבור קוטבציה דה מסובך והפחתה של שלב הקונסטלציה נדרשים.

ביצועי מסחר ושיקולי תכנון

בחירת השילוב הנכון של פורמט מודולציה ואדריכלות המקלט דורש איזון מספר גורמים מתחרים:

רגישות לעומת מורכבות

המעבר מ- OOK ל-DPSK משפר את הרגישות על ידי 3 dB בעלות של מדמטר עיכוב וגילוי מאוזן.עבור מ- DPSK (המקובל) יכול לשפר את הרגישות על ידי עוד 3-5 dB אבל מוסיף מורכבות עצומה (LO, היברידית, ארבעה תצלומים לא מאוזנים, ADCs, DSP). עבור סדר גבוה QAM, כל אחד נוסף לכל סמל מגיע עלות של בערך 3 B2 יקר יותר, דורש יותר.

יעילות ספציפית לעומת OSNR Tolerance

יעילות ספציפית היא מדד מפתח עבור מערכות מרובות של גלי אורך טווח (WDM) PDM-64QAM יכול לארוז 12 b / s / הרץ, אבל דורש מערכת ההפעלהNR של כמעט 20 dB (עבור 6% מעל ראש) בהשוואה ל -12 dB עבור PDM-PSK מפעילי מערכת חייב לשקול את העלות של מגברי ביצועים גבוהים יותר ויותר נגד יכולת גבוהה יותר של פיקסלים נגד יכולת גבוהה יותר.

כוח

מקלטים קוהרנטיים ו- DSP התומכים בהם צורכים כוח משמעותי. A 400G coherent Pluggableמודול (כמו CFP2-DCO) יכול לצייר 12-20 W, עם DSP חשבונאות עבור 60-70%.רזולוציה ADC וקצב הדגימה הם תורמים עיקריים; סדר גבוה יותר QAM דורש שטח גבוה יותר ובסיס נתונים.

עלויות ואינטגרציה

מקלטי זיהוי ישירים יכולים להשתלב שבב יחיד (PD+TIA) מקלטים קוהרנטי דורשים רכיבים אופטיים מרובים ( לייזר שלילה, היברידי, ארבעה PDs מאוזנים), אשר לעתים קרובות ארוזים ב subassembly מקלט אופטי משותף (C-ROSA) העלות של לייזר LO יכול להיות כמה מאות דולרים בלבד.

פורמטים מתקדמים עבור מערכות מעקב הבאות

הביקוש הבלתי פוסק לשיעורי נתונים גבוהים יותר עורר את הפיתוח של פורמטים מתקדמים אשר דוחקים את גבולות עיצוב המקלט.

PDM-QPSK עבור 100G / 200G

PDM-QPSK נשאר סוס העבודה עבור תחבורה ארוכת טווח 100G.החזקות שלו לרעש ולא לינאריות, יחד עם טכנולוגיית המקלט הבוגרת, להפוך אותו לבחירה בטוחה עבור צוללות ומערכות ארציות.עבור 200G, PDM-16QAM הוא נפוץ, שאיפת שיעור הבנד (32 Gbad לעומת 64 Gba) כדי לשמור על.

Probabilistic Constellation Shaping (PCS)

PCS היא טכניקה מתפתחת שמעצבת את ההפצה של קבוצות הכוכבים בקירוב להתפלגות גאוסיאנית, שיפור סובלנות לא ליניארית ו-OSNR שולי על ידי 0.5-1 dB עבור שיעור נתונים נתון. PCS-64QAM הוא פרוס ב 400G /800G צוללות.המקבל חייב לתמוך DSP מטפל בעומס ודה-עיצוב, בדרך כלל דורש קושחה נוספת וגמישות.

ההרחבה QAM for Short-Reach Interconnects

במערכות תקשורת במרכז הנתונים (DCI) ורשתות מטרו, מרחקים קצרים מספיק כדי לאפשר יעילות ספקטרלית גבוהה מאוד. 64-QAM ואפילו 256-QAM נחקרים עבור 1.6 Tb/s ומעבר. פורמטים אלה דורשים משדרים ליניאריים מאוד ומקבלים, לייזרים נמוכים-ללא רעש לינארי שיכול לנהל שלב ומחזורי ADC חייבים לעבור על 8BN, ו-DLCDNL.

שיקולים מעשיים בעיצוב מקבל אופטי

מעבר לתקציב הקישור התיאורטי, עיצוב מקלט בעולם האמיתי כרוך בפשרה הנדסית רבות.

Photodetector Technologies

עבור גילוי ישיר, הן PIN והן APD photodiodes זמינים. APDs לספק רגישות גבוהה יותר אבל יש רוחב פס מוגבל (בדרך כלל < 30 GHz) ורעש עודף. עבור גילוי קוהרנטי, photodiodes חייב לפעול במשטר ליניארי עם רוחב פס גבוה (וגיל; 40 GHz עבור 64 Gbaud) ושפל כהה.

דרישות ADC

ADC הוא צוואר בקבוק קריטי עבור 64 Gbaud PDM-16QAM, ADC חייב מדגם 80-90 GSa /s עם ENOB של לפחות 5.5 ב Nyquist. Power dissipation עבור ADCs כזה הוא בטווח של 1-2 W לערוץ. כמו CMOS תהליכים מתכווץ (7m, 5m), ADCs להגיע לדגימה גבוהה יותר עם שיעורי כוח קומפקטיים יותר, עם קומפקטיים.

DSP ASIC לעומת FPGA

בעוד אבטיפוס מוקדם coherent בשימוש FPGAs, מערכות ייצור להשתמש DSP ASICs מותאם אישית להשגת הזמנות של הבנה של כוח נמוך יותר עבור Gb /s. הפונקציה DSP - כולל פיצוי פיזור, התאוששות תזמון, התאוששות נושאת ו-Clear - הוא בדרך כלל קבוע עבור פורמט מודולציה נתונה. כמה עיצובים חדשים תמיכה רב-פורמטיבי, המאפשר את אותו מקלט לתהליך QPSK, 16Q, או 64AM.

המונחים: environmental Robustness

מקלטים קוהרנטיים דורשים בקרת טמפרטורה יציבה עבור לייזר LO והיברידי.בפריסות בחוץ או מרוחקות, ניהול תרמי הוא אתגר עיצוב משמעותי.מקבלי זיהוי ישיר חזקים יותר כדי לשנותיות טמפרטורה, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור יישומים צמחיים בחוץ.

מסקנה

בחירת פורמט Modulation אותות היא ככל הנראה הגורם המשפיע ביותר בעיצוב מקלט אופטי. פורמטים פשוטים לאוטומטיים כגון OOK מאפשרים יישומים בעלות נמוכה, מקלטי זיהוי ישירים יעילים ויעילים המתאימים לקישורים קצרי-העוצמה.כפי ששיעורי הנתונים והמרחקים יעלו, שלב- ו-Amplitlit-modulation של DQ) ממשיכים לשפר את רמת ה-DPSK/QAM, ובסופו של דבר, והופכים למורכבות של QQQQQQQQQQQQQQD (הרמת רמת יעילות גבוהה) מ-OCC) מ-AMDQQQQQQQQQQQQ) מ- 300 (הרמת רמת יעילות גבוהה יותר, לאחר מכן, ו-AM) מ-AM, לאחר מכן, לאחר מכן, עד כהקדמה ל-AMDQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ) עד כה משמעותית, עד כה משמעותית, עד כה, עד כה, עד כה משמעותית, עד כה, עד ל-OCC (הרמת יעילות גבוהה יותר מ-ODQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]