תפקיד מקבלי אופטי במערכות התחדשות אותות אופטיים

מערכות התחדשות אותות אופטיים מהוות את עמוד השדרה של רשתות תקשורת מהירות ארוכות טווח, במהירות גבוהה.הם לשחזר את איכות הדופק אופטי שהוחזקו ועוות על ידי העברת סיבים.בלב של כל מארגן שוכנת המקלט האופטי - מרכיב שיש לזהות, להמיר, לנקות את האור הנכנס עם דיוק קיצוני. מאמר זה בוחן את התפקיד של מקלטים אופטיים בסימן, לחקור את הביצועים שלהם ואת הביצועים המטונמטיים של רכיבים אלה הם תכונות נתונים מתעוררים.

מה זה מקבל אופטי?

מקלט אופטי הוא מכשיר אופטית אשר ממיר דופק אור מודולד לתוך אות חשמל מתאים.זה השלב האלקטרוני הראשון לאחר סיבים אופטיים חייב לפעול במהירות של זרם הנתונים הנכנסים. מקלט טיפוסי מורכב של אות חשמל מקביל:0 photodetectorFLT:1, מגבר טרנססר (TIA), הגבלת מגבר, ממקבל טיפוסי מורכב מלחץ עגול זה (בדרך כלל) למחזור תמונה נוכחית (Digitaler) של תמונה אחת) של תמונה (Dulice) של תמונה אחת) או מאפקט תמונה אחת (Dulice) של תמונה אחת (Dulice) של תמונה אחת) של תמונה אחת (DasseperiDasseder (Dassederderder) למחזור אחד) של תמונה אחת) של תמונה אחת) של תמונה (Derdgen) של תמונה אחת (Duderderderderderderd) של תמונה (Dulice) למחזור זה (Dasse ampated) למחזור זה (Digerderdial עיבוד זרם (Dasses) של תמונה אחת, לעתים קרובות יותר (Dasseperi) של תמונה אחת) של תמונה אחת, לעתים קרובות יותר של תמונה אחת) של תמונה אחת (Dul

העבודה העיקרית של המקלט היא לפרש את המידע המקודד בפעמוני האור באופן מדויק. במערכות דיגיטליות מודרניות, משמעות הדבר היא להבחין בין לוגיקה "0" לבין רמות "1" למרות רעש, פיזור, ועלייה המצטברת המצטברת מעל פני תקופות סיבים ארוכות.ללא מקלט מתוכנן כראוי, אפילו פורמטי המודולציה המתוחכמות ביותר אינם יכולים לשמור על תקשורת נטולת שגיאות.

תפקיד מקבלי אופטי ב-Ethance Regeneration

במערכת של 3R (הפצה מחדש, עיצוב מחדש, Re-timing) של התחדשות, המקלט האופטי מבצע את שני השלבים הראשונים.הסימן האופטי הנכנס - חלש ואולי מעוות - מומר למרחב החשמלי.שם, הוא מוגבר לרמה סטנדרטית של דופק מתח (re-amplification) ועבר דרך מסנן והחלטות שמסירות רעש ועצב מחדש את הגל (מחדש, מנקה מחדש, מנקה מחדש את התזמון), תזמון, מנקה מחדש של תזמון).

גילוי והסכמה

הפוטודקטור חייב להיות מספיק רוחב פס ותגובה כדי ללכוד את קצב המודולציה המקורי.עבור מערכות מהירות גבוהה (למשל, 100 Gbps או 400 Gbps), PIN photodiodes עם רוחב פס מעל 50 GHz הם נפוצים.יעילות ההמרה משפיעה ישירות על הרגישות של המקלט - הכוח האופטי המינימלי הנדרש כדי להשיג יחס של מעט אימה (BER).

מסנן וגבר

לאחר המרה, האות החשמלי מכיל רעש תרמי מן המגבר, ירה רעש מן הגלאי, ואת רעש בין-פרמטרי השוני מן הסיבים. a Bandpass מסנן מכוון לתדירות המודולציה מסיר רעש מחוץ לפס. המגבר מגביר את האות תוך הוספת רעש קטן ככל האפשר; את מספר הרעש של TIA הוא פרמטר קריטי כי גבולות כלליים.

תזמון ותזמון התאוששות

מעגל ההחלטות משווה את האות המסנן נגד מתח סף.שעון גלוי היטב מבטיח כי דגימה מתרחשת ברגע האופטימלי - את הפתיחה הרחבה ביותר של תרשים העין. תזמון ג'טר חייב להיות מצטמצם, כמו ג'ייטר מוגזם מוביל שגיאות bit, במיוחד במערכות גליכות מתוחכמות (DWDM) שבו ערוצים מרובים ארוזים יחד.

היתרונות העיקריים של מקבל אופטי

צילום: Photodetector

הצלם מתהפך לפוטונים נכנסים לזוגות של ה- אלקטרונים.(FLT:0PIN photodiodesFLT:1 מציע מהירות גבוהה לינאריות אבל רווח פנימי צנוע:2;2;2;2;Avalanche photodiodes (APDs)FLT 3: לספק רווח רב-כפל פנימי, שיפור הרגישות עד 10-15B, אך דורשות הטיה גבוהה יותר ושיש להם מתח גבוה יותר לצלילים, כדי כך שמבדילים, כדי כך, הם משתמשים בצילומים.

Transimpedance Amplifier (TIA)

TIA הוא שלב המגבר הראשון לאחר photodiode. זה ממיר את photocurrent (בדרך כלל כמה מיקרו-אמפים) לתוך מתח (מאות של מ"ל) עם רעש נמוך רוחב פס גבוה.

הגבלת מגבר ופילטר

מגבר מגביל את האות ל amplitude קבוע, הסרת וריאציות amplitude שיכול לבלבל את מעגל ההחלטות. Passive או Active filters לעצב את ספקטרום האות ודחייה החוצה של רעש פס.חלק מקלטים משלבים AFLT:0low-pass Bessel מסנןFLT:1 כדי לשמר את הדופק תוך צמצום רעש גבוה.

שעון ושיקום נתונים (CDR)

CDR מפיץ שעון תזמון מזרימת הנתונים ומיישר את רגע הדגימה.עבור פורמטים שאינם חוזרים אל אפס (NRZ), לולאה שננעלת בשלב (PLL) על המעברים בנתונים.עבור התאמה מתקדמת כמו PAM-4 או QPSK, דרושים אלגוריתמי התאוששות תזמון מתוחכמות יותר.

ביצועים של מקבלי אופטי בהתחדשות

מעצבים מעריכים מקלטים אופטיים באמצעות מספר פרמטרים מרכזיים המשפיעים ישירות על איכות ההתחדשות:

• (FLT:0Sרגישות: ⁇ FLT:1) הכוח האופטי הממוצע המינימלי הנדרש כדי להשיג ריבוע של 10-12 (או נמוך יותר) רגישות גבוהה יותר מאפשר טווחים ארוכים יותר בין מגני מוח.
• (ב) [15] ,ב"ד: "ה':"ה'"מ"ל: "צריך לעבור את רכיבי התדירות הבסיסיים של שיעור הנתונים (למשל, > 0.7× bit rate for NRZ). רוחב הפס הבלתי אפשרי גורם להפרעות בין-דלקתיות (ISI).
• (FLT:0) טווח דינמי:FLT:1 טווח של כוח אופטי קלט שעליו שומר המקלט ניתוח ליניארי רחב טווח דינמי מונע ריצוף בתקופות קצרות ומבטיח רגישות נאותה בתקופות ארוכות.
• (ב) ,0) , Noise Fig:FLT:1, שנשלט על ידי ה-TIA, המספר הרעש מוסיף לרעש הכולל.
• (FLT:0) תלויות התפוצה: FLT:1 במערכות קוהרנטיות, המקלטים חייבים להתמודד עם מדינות קיטוב שרירותיות.

השפעה על דיספרסיון ואי-ליניות

פיזור כרוני ואפקטים לא לינאריים קר מעוותים דופקים.בעוד שהתחדשות אופטית כוללת לעתים קרובות פיצויי פיזור, המקלט החשמלי יכול גם לבצע פיצויי פיזור אופטי (EDC)OVAFLT:1 באמצעות מסננים שווים. EDC מרחיב את ההגעה של מערכות דה-לכאורה ללא חומרה אופטית נוספת.

סוגים של מקבלי אופטי בשימוש בהתחדשות

מקבלי ההחלטות הישירים

אלה הם הפשוטים ביותר, לזהות רק את עוצמת האות האופטי.הם משמשים בדרך כלל במורשת 2.5 Gbps ו -10 מערכות Gbps וברשתות אופטיות פסיביות (PON) לשיעורים גבוהים יותר, זיהוי ישיר סובל מפיזור chromatic ומבוסס על EDC או פיזור סיבים.

קבלנים

מקלטים קוהרנטיים לערבב את האות הנכנס עם לייזר אווסציל מקומי (LO), המאפשר התאוששות של שלב ואמפליטודו.זה מאפשר יעילות ספקטרלית גבוהה יותר ותומכת בתבניות מודולציה כמו 16-QAM ו- 64-QAM. זיהוי קוהרנטי בשילוב עם עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) יכול לפצות על פיזור chromatic וקוטב ללא רכיבים אופטיים.

מקבלי Photonic

תצלומים ופלטפורמות אינפראיום phosphide (InP) משלבות photodetectors, Modulators, ואפילו מעגלים DSP על שבב אחד. אלה מקלטים משולבים להפחית את צריכת החשמל ואת טביעת הרגל תוך שיפור האמינות.הם מאפשרים מפתח עבור חיבורי מרכז נתונים ורשתות מטרו.

אתגרים בעיצוב מקבל אופטי עבור חידוש

• (FLT:0) Thermal Noise לעומת נורה Noise:cioFLT 1 בסמכויות קלט נמוכות, רעש תרמי מן TIA שולט, הגבלת הרגישות. APDs לעזור אבל להציג רעש עודף. עיצובי מקלט מתקדמים להשתמש לאחר הדגימה עם אלגוריתמים מסינון רעש.
• (FLT:0)Bandwidth Limitations:FreaLT:1; כאשר שיעורי נתונים מטפסים על 800 Gbps לכל אורך גל, רכיבים דיסקרטיים נאבקים לשמור על רוחב פס גבוה ורעש נמוך.
• (ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה'] [ה'] [ה']]'[דרוש מקור]]] [ה']]]'[דרוש מקור]]] [ה'[דרוש מקור]]]]'[ב[[1924]]]]], ו[[1924]]'[[1924]]'.
• (FLT:0) Power Conposition:FLT:1 , high-speed המקלטs ו- DSP צ'יפס יכול לצרוך עשרות וואט.יעילות אנרגיה היא קריטית עבור רשתות מרכז נתונים.

מגמות עתידיות בטכנולוגיית קבלה אופטית

Machine Learning for Adaptive Equalization

מקלטים מבוססי DSP מתחילים לשלב אלגוריתמים של למידת מכונה שמתאימים לתנאי סיבים משתנים בזמן אמת.רשתות נילי יכולות לייעל את סף ההחלטה ואת ברזי שוויצר, שיפור BER על ידי מספר פקודות של גודל תחת עיוות לא ליניארי.

עקבו אחרי Nyquist Subcarriers

כדי להגביר את היעילות ספקטרלית, מארגן עתידי ישתמש ב- Nyquist-pulsed subcarriers בשילוב עם סדר גבוה QAM. מקבלים יצטרכו ליניאריות גבוהה יותר וממירים אנלוגיים מהירים יותר (ADCs) כדי להתמודד עם הקבוצה הצפופה.

Micro-Transfer-Printed Photodiodes

טכניקות אריזה חדשות מאפשרות לתצלומים זעירים להיות מודפס ישירות על סיליקון PICs, צמצום קיבולים parasitic ושיפור רוחב הפס מעבר ל -100 GHz.זה יכול לאפשר 1.6 ערוצים Tbps.

התחדשות כללית עם פיקוח אלקטרוני

חלק מהמחקרים מצביעים על תוכניות היברידיות שבהן השערים אופטיים פשוטים מבצעים התחדשות של קורק, ומקבלים אלקטרוניים מטפלים בעיצוב מחדש של קידוד עדין ותגובה מחדש.זה יכול להוריד את צריכת החשמל תוך שמירה על הביצועים של קישורים אולטרה-ארוכים.

מסקנה

מקלטים אופטיים הם רחוק מאלמנטים המרה פסיביים; הם מרכיבים פעילים, אינטליגנטיים בקבלת החלטות המגדירים את הביצועים של מערכות התחדשות אותות.מתמונה צנועה PIN ועד המקלט המתוחכמות עם DSP בזמן אמת, כל חלק חייב להיות מותאם למהירות, רעש, וכוח. כמו רשתות לדחוף לעבר שיעורי tbit-per-II ומעבר, המקלט אופטי יישאר מוקד של חדשנות והבנת תפקיד חיוני עבור כל אחת מהשיטות התקשורת המודרניות שלה.

לקריאה נוספת, עיין בתקני EthernetigueFLT (ה-FLT:0IEEE 802.3 תקני EtherneteursFLT) 1:1 עבור דרישות ביצועי המקלט, ו- FLT:2Fiber Optic AssociationveFLT 3 עבור הנחיות פריסה מעשית.