מבוא ל Active Filters in fiber-Optic Communication

תקשורת סיבים אופטית יוצרת את עמוד השדרה של העברת נתונים למרחקים ארוכים, תמיכה באינטרנט במהירות גבוהה, רשתות תקשורת ומרכזי נתונים גלובליים.היכולת להעביר נתונים כמו דופקים קלים דרך זכוכית או סיבים מפלסטיק מציעה רוחב פס עצום והפסד נמוך בהשוואה לכבלים נחושת.עם זאת, שמירה על שלמות אות על מאות או אלפי קילומטרים נותר אתגר משמעותי.

מימון של מסננים פעילים בתקשורת אופטית

כיצד פילטרים פעילים מתפרנים מ- Passive Filters

מסננים הם מסווגים באופן רחב כמסננים פסיביים או פעילים.עבור פאסיביים משתמשים רק במתנגדים, קיבולים, ומחנכים לעצב תגובה בתדרים.הם אינם דורשים אספקת חשמל חיצונית והם ליניאריים מטבעם, אך הם סובלים מאובדן אותות, סלקטיבית מוגבלת, וחוסר של הטבות Active SIML ישלבות באופן משמעותי יותר, תוך הגדלת רכיבי QRET (מספקים פעילים יותר), לעתים קרובות מגבירים את הפילטרים יעילים יותר, תוך כדי שיפור פילטרים יעילים יותר, תוך כדי שיפור פילטרים מתקדמים יותר, תוך כדי שיפור פילטרים מתקדמים יותר, תוך כדי שיפור פילטרים).

מערכת ההפעלה Principle

מסנן פעיל משתמש amplifier (בדרך כלל a-amp) עם רשת משוב של מתנגדים ו capacitors כדי ליצור פונקציה העברת תלות בתדר תלוי.מגבר התפעולי מספק תנוחה גבוהה, תנופה פלט נמוך, ורווח פתוח גבוה, המאפשר שליטה מדויקת על תפקוד מותאם אישית של מערכת הפעלה (DDR) ו- 40D-Ricreative-off) מאובטחים בלחץ זמן מתקדם יותר (למשל, מסנן נמוך מסוג זה) ו-dexitated) באמצעות פילטרים מתקדמים (D-R) ו-R) מאובטחים מתקדמים יותר (D-R) ו-R) מאובטחים מתקדמים יותר.

קיצורים מרכזיים עבור Applications-Optic Applications

מספר פרמטרים מגדירים את הביצועים של מסננים פעילים במערכות תקשורת אופטיות:

  • (FLT:0)Gain:BuildFLT:1) היכולת של המסנן להגביר את האות, בדרך כלל בא לידי ביטוי ב- dB. בשרשרת המקלט, רווח חייב להיות מספיק כדי להתגבר על הפסדים לאחר מכן מבלי להציג עיוות מופרז.
  • (ב) ויקרא:א): "הטווח של תדרים עובר המסנן.עבור שידור דיגיטלי, המסנן חייב להתאים את התדר הבסיסי של האות, לפחות את המעטים הראשונים כדי לשמר את צורת הדופק.
  • (FLT:0)Quality Factor (Q): FLT:1 A Measure ofסלקטיביות.Q גבוה יותר פירושו רוחב פס צר יותר ודחייה טובה יותר של ערוצים סמוכים, אך הוא יכול להציג עיוות קבוצתי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ איור: פילטרים פעילים 1:1 מוסיפים רעש מן המגבר.
  • (FLT:0) טווח דינמי:FLT:1, טווח אות קלט עולה כי המסנן פועל ליניארי.רחב טווח דינמי נדרש כדי להתמודד עם חוזק אותות שונים של סיבים שונים.

סוגים של מסנן Actives ויישומים שלהם ב-Seamsofi Optics

פילטר קלאסי להתנצל

מסננים פעילים מסווגים על ידי צורת התגובה התדירות שלהם וטופולוגיה יישום.סוגים בסיסיים המשמשים מקלטים סיבים אופטיים כוללים:

  • (FLT:0)Low-Pass מסננים: FLT:1 לעתים קרובות להציב לאחר מגבר photodiode Transimpedance (TIA) כדי להסיר רעש גבוה ⁇ מן הגלאי וה preamp.הם להבטיח את רכיבי התדר הדומיננטיים של האות נשמרים תוך דיכוי רעש רחב. תדרי חיתוך טיפוסי תואמים את שיעור הנתונים (למשל, 28GHz עבור 100b / מערכות Gb).
  • (FLT:0) מסננים גבוהים:FLT:1hil משמש כדי לחסום הפרעות בתדר נמוך, כגון נודד בסיס מ AC-coupling או סחף במעגל ההטיה של המקלט.הם לפעמים משולבים במעגלי החלטות כדי להסיר DC מפסים.
  • (FLT:0) פילטרים:FLT:1 in Wave-division Multiplexing (WDM) מערכות, מסנני חתלתול בצד המקלט יכולים לבחור ערוץ מסוים (אורך גל אופטי) לאחר photodetection.עם זאת, בחירת ערוצים מתבצעת בדרך כלל עם מסננים אופטיים לפני זיהוי; מסנני חתות של להקה אלקטרונית משמשים במקלטים משותפים לתדירות בינונית לאחר שילוב של עיגול מקומי.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

פילטרים פעילים במערכות מודרניות

מעבר להתנצלות בסיסית, תקשורת סיבים אופטית דורשת עיצובים מתקדמים של מסנן:

  • (FLT:0) שוויוניות בלתי שוויוניות: 1FLT:1 אלה מסננים פעילים אשר מתאמת את האפקטיביות שלהם בתגובה לשינוי תנאי ערוץ. במערכות קוהרנטיות, התאמות שוות המבוססים על תגובה אימפולס סופי (FIR) מסננים או אלגוריתמי הפרדה עיוור לפצות על פיזור chromatic, פיזור מקלקוטב ואפקטים לא לינאריים.
  • (FLT:0 â € ¢ Activefils:FLT:1 ; שימוש בציפוי משתנה, varactors, או מערכי קבלן מחלף, מסננים אלה יכולים להתאים את תדירות החיתוך שלהם או תדירות מרכז. הם מאפשרים מקלטים הניתנים להגדרה הפועלים על טווח של שיעורי נתונים או פורמטים מודולציה ללא שינוי חומרה.
  • (FLT:0 ,Optical Active Filters:FLT:1) ברמה הפוטוניקה, מסננים פעילים ניתן לממש עם מגברים אופטיים למחצה (SOAs) או משולבים מאך-Zehnder בין מדממים בשילוב עם משמרות שלב.מרכיבים אלה מאפשרים רווח וסינון בתחום אופטי, צמצום הצורך במספר גדול של O / E / O / O.

שמירה על אינטגרity אות: התפקיד של מסנן פעיל

מאבק בעצירה ואכזבות

אובדן אותות בסיבים אופטיים הוא בשל ספיגה, פיזור (Rayleigh), ו-bending. Erbium-doped סיבים amplifiers (EDFAs) מגביר את האות האופטי ישירות, אבל הם גם מוסיפים פליטה ספונטנית מוגברת (ASE) מסנן פעיל לאחר זיהוי עזרה להסיר את ה-of-band ASE כי נמלטו מסנני ה-Stractions (הפצה של פיזור של מפוזרים) פעיל (actions) באופן חלקי) של פיזור תגובה אלקטרונית (מסוג) או הפרעה).

חידוש רעש

מקלטים אופטיים כפופים למקורות רעש מרובים: רעש תרמי ממתנגדים, רעש ירי מהקולנוע, ורעש אינטנסיבי יחסית (RIN) ממקור לייזר. Noise כוח מופץ על פני ספקטרום התדר, לעתים קרובות עם תכונת נופלת. Anמוטב דחייה נמוכה לוכדת את רוחב הפס רק רחב מספיק כדי להעביר את האות, להפחית את הרעש המשולב הכולל.

חידוש אותות ושוויון

במערכות ארוכות-הול, מארגןים טיפוסיים (3R: reshape, retime, retransmit) מכילים מסננים פעילים כחלק מהשלב עיצוב מחדש.הפילטר מסיר רעש ועיוות, ומחזור החלטות משחזר את ה-Gluform הדיגיטלי.עבור שידור אנלוגי (למשל, CATV אות הפצה על סיבים), מסננים פעילים עם עלייה ברווחה עבור סיבים גבוהים של גירוי שנגרם על ידי פיזור רוחב פסים ו-פרציה (Fv) עם אקטיביים (Gpha-F) באופן כללי, 000) עם קונסולת דם פעיל, כולל קונסולת תמונות של קונסולת תמונות של קונסולה של קונסולת תמונות של קונסולת דם (Gphanic) ו-FD) הן על פני סיבים פעילים (Gphanicd) ו-FDpvpvd) עם אקטיביות (Gphanic DLT-FD) עם אקטיביות (Gphanic) עם קונסולת דם סטנדרטיות (Gphanicd) עם קונסולת אותות מתקדמים, 000) הן על פני סיבים פעילים עם ⁇ (Gphanic-Fp) קונסולת אותות מתקדמים, 000) קונסולת אותות מתקדמים, 000 קונסולת

יישום מעשי במערכות ארוכות-הול

מיקום ב-Getr chains

שרשרת מקלט טיפוסית סיבים אופטית מורכבת ממחזור photodiode, transimpedance amplifier (TIA), הגבלת המגבר, ו-Time-data Recovery (CDR) מסנן Active מסננים ממוקמים לאחר TIA ולפני המגביל את המגבר של ה-Gmail (ה-SiG) מספק המרה זרם נמוך למתח עם רוחב פס כי לעתים קרובות עולה על שיעור הנתונים למזער את הפילטרים האנגלומים הפעילים של ה-C.

שילוב עם EDFAs ו-Raman Amplifiers

מגבר אופטי מגביר את אות האור מבלי להמיר אותו לחשמל.עם זאת, הרעש מכל מגבר מצטבר.פילטרים פעילים בסוף המקלט לא יכולים לפצות על כל הרעש האופטי; לכן, מסנני פס אופטיים ממוקמים לאחר כל מגבר להגביל את רוחב הפס ASE / DP (במערכות באמצעות הדגימה של R) מופץ, רווחים רחבים של רעשים הדורשים סינון אופטי ואלקטרוני.

פילטר עם DSP

עבריינים מודרניים מסתמכים במידה רבה על עיבוד אותות דיגיטליים.פילטרים פעילים מיושמים כמוצרים דיגיטליים שווים: תגובה אימפולס סופית (FIR) מסננים בליבת DSP.פילטרים אלה יכולים לבטל באופן אדפטי את עיוותי המגזין כגון פיזור chromatic, סיבוב קיטוב ותזמון skew.הם מציעים ביצועים ליד זיהוי, כי את אורך הפילטר ופתרון coefficient ניתן להתאים בעוד נוסחאות לוגיות עדיין בשימוש פילטרים דיגיטליים של 4F:

יתרונות ומגבלות של פילטרים פעילים

יתרונות

  • (FLT:0) ,Selectivity: FLT:1 פילטרים פעילים להשיג גורמי Q גבוהים ו-Switch חדה, מדכא ביעילות את התערבות הערוץ הסמויה ואת רעש פס רחב.
  • (ב) ,0) ,[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • (FLT:0) lexibility: FLT:1 תנצלויות ניתן לתכנן עבור פאס נמוך, פאס גבוה, עוקף, או הפסק תגובות. גירסאות בלתי ניתנות להגדרה מחדש.
  • (FLT:0) אינטגרציה: 1FLT 1 פילטרים פעילים ניתן למזער במעבדי CMOS או BCMOS, המתאימים למודולים קטנים של מעבר.

הגבלות

  • (FLT:0) Power Conture:FLT:1 מעגלים פעילים שואבים כוח, אשר יכול להיות מעצור בקישורים אופטיים מרוחקים או מופעלים על ידי סוללות.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ל- 0 (FLT:0) ,(FLT:1) ל- Op-amps יש לינאריות סופית; אותות קלט גבוהים יכולים לגרום לעיוות.
  • (FLT:0) מורכבות: פילטרים פעילים רב-שלביים דורשים הטיה ופריסה זהירה כדי להימנע מחנק, במיוחד בתדרי מיקרוגל.

מגמות עתידיות בסינון פעיל עבור סיבים אופטיים

phonic Integrated Circles (PICs)

טכנולוגיית פיתוח PIC משלבת פונקציות אופטיות ואלקטרוניות על שבב יחיד. Active Optפילטרים באמצעות משחתות טבעת עם כוונון תרמי או אלקטרו-אופטי יכול לספק סינון ישירות בתחום אופטי ללא photodetection. בשילוב עם אלקטרוניקה כונן שבב על שבב, מסננים פעילים אלה מבטיחים כוח נמוך יותר ו latency.Indium phosphide ו-Photonicפלטפורמות מובילות את הדרך, עם אבטיפוסים המציגים אופטיים פעילים (מחדש) ופילטרים אופטיים).

Machine Learning for Adaptive Filtering

מקבילות מותאמות מסורתית מסתמכות על טכניקות למידה של לפחות מאן (LMS) או recursive לפחות-squares (RLS) אלגוריתמים. Machine Learning טכניקות, כגון מחשוב מאגר או רשתות עצביות מהפכתיות, נחקרים כדי להתמודד עם אי-ליניאלנס ופגיעות ערוץ מורכבות.אלה יכולים להחליף או להגדיל מסננים פעילים במערכות עתידיות, במיוחד עבור זיהוי קוהרנטי עם פורמטים מתקדמים של למידה.

מסקנה

מסננים פעילים הם הכרחיים לשמירה על שלמות אותות בתקשורת סיבים אופטית על פני מרחקים ארוכים. על ידי מתן רווח ובחירת תדר מדויק, הם להפחית רעש, לפצות על פיזור, ומאפשרים שיעורי נתונים גבוהים יותר.מעיצובים המבוססים על תצלום קלאסי כדי להתאים את השוויים הדיגיטליים ואת מסננים פוטוניים משולבים, הטכנולוגיה ממשיכה להתפתח. כמו רשת דרישות בקנה מידה לקראת שידור tbit-שני, מסנן פעיל יישאר אבן הפינה של מערכות תקשורת אופטיות אמינות, אופטית.