광 신호 재생 시스템의 광 수신기의 역할

광 신호 재생 시스템은 긴 운반, 고속 통신 네트워크의 백본을 형성합니다. 그들은 광섬유 전송에 의해 강화되고 찡그림 된 광학 펄스의 품질을 복원합니다. 각 regenerator의 중심에는 광학 수신기 - 극한 정밀도로 들어오는 빛을 감지해야 할 구성 요소입니다. 이 문서는 신호 재생에 광학 수신기의 역할을 검사하고 핵심 구성 요소와 성능 지표를 탐구하고, 신흥 기술에 대한 보며, 데이터의 한계를 푸시하는 신흥 기술에 나타납니다.

Optical Receiver는 무엇인가요?

광 수신기는 대응 전기 신호로 변조된 빛 맥박을 개조하는 광전자적인 장치입니다. 그것은 광섬유 후에 첫번째 전자 단계이고 들어오는 자료 시내의 속도에 운영해야 합니다. 전형적인 수신기는 광검출기 ], transimpedance 증폭기 (TIA), 제한 증폭기, 시계 및 자료 회복 회로 및 수시로 결정 회로로 이루어져 있습니다. 광 신호에서 광 신호는 (광선)에, 광 신호에 대 한 더 큰 신호로 광 신호 변환합니다. 광 신호는 광 신호에 대폭적인 신호로 광 신호로, 광 신호는 더 큰 신호로 변환합니다.

수신기의 기본 작업은 빛의 맥박에서 정확하게 인코딩된 정보를 해석하는 것입니다. 현대 디지털 방식으로 체계에서는, 이것은 logic “0”와 “1” 사이 구별합니다 소음, 분산 및 긴 섬유 경간에 축적된 수준. 제대로 디자인한 수신기 없이, 가장 정교한 조음 체재는 과실 자유로운 커뮤니케이션을 유지할 수 없습니다.

Signal Regeneration의 광학 수신기 역할

3R (Re-amplification, Re-shaping, Re-timing) 재생 시스템에서 광학 수신기는 첫 번째 두 단계 수행. 들어오는 광학 신호-알레드 약한 및 아마도 왜곡-전기 도메인으로 변환. 거기, 그것은 표준 전압 수준 (re‐amplification)에 증폭되고 소음을 제거하고 파형 (re‐shaping)을 다시 형성하는 필터 및 결정 회로를 통해 전달됩니다. 마지막으로, 시계 회로, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기, 초음파 검사기

탐지 및 변환

광검출기는 충분한 대역폭과 책임이 있어야 하며, 원래 변조율을 캡처할 수 있습니다. 고속 시스템(예: 100Gbps 또는 400Gbps)의 경우, 50 GHz의 대역폭을 가진 PIN 광진은 일반적입니다. 변환 효율은 직접 수신기의 감도에 영향을 미칩니다. 대상 비트로 오류 비율(BER)을 달성해야 하는 최소 광전력.

소음 필터링 및 증폭

TIA의 소음 수치는 전동 감도를 제한하는 중요한 매개 변수입니다. TIA의 소음 수치는 일반적으로 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

Decision 회로 및 타이밍 복구

결정 회로는 임계값 전압에 대한 필터링 신호를 비교합니다. 잘 발견 된 시계는 최적의 순간 - 눈 다이어그램의 가장 넓은 오프닝에서 샘플링이 발생합니다. 타이밍 지터는 여러 채널이 함께 포장 된 dense 파장 - 디비전 다중화 (DWDM) 시스템에서 비트 오류로 이어지는 과도한 지터로 최소화해야합니다.

Optical Receiver의 주요 구성 요소

Transimpedance 증폭기 (TIA)

TIA는 광다이오드 후 첫 번째 증폭기 단계입니다. 그것은 낮은 소음과 높은 대역폭으로 전압 (밀리 밀리 볼트의 훈 드)으로 photocurrent (일반적으로 몇 개의 마이크로 앰프)를 변환합니다. 현대 TIA는 종종 포화없이 다양한 입력 파워 레벨을 처리하는 자동 이득 제어를 포함합니다.

증폭기 및 필터 제한

고정 증폭기는 결정 회로를 confuse 할 수있는 진폭 변형을 제거 고정 진폭에 신호를 포화합니다. 수동 또는 활성 필터는 신호 스펙트럼을 형성하고 ‐의 밴드 소음을 거부합니다. 일부 수신기는 고주파 소음을 줄이기 위해 펄스 모양을 보존하기 위해 낮은 ‐ 패스 Bessel 필터]를 통합합니다.

시계 및 데이터 복구 (CDR) 회로

CDR는 데이터 스트림에서 타이밍 시계를 추출하고 즉시 샘플링합니다. 비 턴 ‐ ‐ zero (NRZ) 형식의 경우, 단계 잠금 루프 (PLL) 데이터의 전환에 잠금. PAM ‐ 4 또는 QPSK와 같은 고급 조음에 대한, 더 정교한 타이밍 복구 알고리즘이 필요합니다.

Regeneration에 대한 Optical Receivers 성능 지표

디자이너는 직접 재생 품질을 충격 몇 가지 주요 매개 변수를 사용하여 광학 수신기를 평가합니다.

Sensitivity: 10−12 (또는 더 낮은)의 BER를 달성하기 위하여 요구되는 최소 평균 광학적인 힘. 더 높은 감도는 regenerators 사이 더 긴 경간을 허용합니다.
Bandwidth:] NRZ의 기본 주파수 구성 요소 (예: >0.7× 비트율)를 전달하는 충분해야 합니다. 충분한 대역폭은 intersymbol 간섭 (ISI)를 발생합니다.
Dynamic Range: 수신기가 선형 작동을 유지하는 데 필요한 입력 광전지의 범위. 넓은 동적 범위는 짧은 스팬에 포화를 방지하고 긴 스팬에 적절한 감도를 보장합니다.
Noise Figure: TIA에 의해 지배되는 소음 수치는 총 소음에 추가됩니다. 저잡음 숫자는 감도를 향상시킵니다.
Polarization Dependence: 공동 시스템에서, 수신기는 중재 극화 상태를 처리해야합니다. 분극 다양성 수신기는 분할 및 폴라 화극화 모두 처리.

분산 및 비선형의 영향

색 분산 및 비선형 킬로 효과 찡그림 펄스. 광 재생 종종 분산 보상을 포함하지만, 전기 수신기는 또한 전자 분산 보상 (EDC) 동등 필터를 사용하여 수행 할 수 있습니다. EDC는 추가 광학 하드웨어없이 직접 감지 시스템의 범위를 확장합니다.

재생에서 사용되는 광학 수신기의 유형

직접 연결 수신기

이 광학 신호의 강도만 감지하는 것은 간단합니다. 그들은 레거시 2.5 Gbps 및 10 Gbps 시스템 및 수동 광 네트워크 (PON)에서 일반적으로 사용됩니다. 더 높은 비율을 위해 직접 감지는 색소 분산에서 고통 받고 EDC 또는 분산 ‐ 결합 섬유에 의존합니다.

Coherent 수신기

Coherent 수신기는 국부적으로 진동자 (LO) 레이저를 가진 들어오는 신호를, 단계와 진폭의 회복을 가능하게 합니다. 이것은 더 높은 괴기한 효율성을 허용하고 16‐ QAM와 64‐ QAM 같이 변조 체재를 지원합니다. 디지털 신호 처리 (DSP)와 결합된 걸출한 탐지는 광학적인 성분 없이 색도 및 극화 ‐ 형태 분산을 보상할 수 있습니다. 현대 고약한 수신기는 submarine 케이블 및 100Gbps에 긴 ‐ 링크를 위해 근본적입니다.

Photonic 수신기

실리콘 광수 및 인듐 포스피드 (InP) 플랫폼은 광검출기, 변조기 및 단일 칩에서도 DSP 회로를 통합합니다. 이 통합 수신기는 신뢰성을 개선하면서 전력 소비와 발자국을 감소시킵니다. 데이터 센터 상호 연결 및 메트로 네트워크의 핵심 활성화자입니다.

Regeneration용 Optical Receiver Design의 도전

열전 소음 vs. 샷 잡음: 낮은 입력 파워에서, 열전도에서 TIA 지배율, 한계 감도. APDs 도움 그러나 과잉 잡음을 소개한다. 고급 수신기 디자인은 소음 필터링 알고리즘을 사용하여 포스트 증폭을 사용합니다.
Bandwidth Limitations:] 파장 당 800Gbps의 데이터 속도가 상승함에 따라, 분산형 구성 요소는 높은 대역폭과 저소음을 유지하도록 투쟁합니다. Photonic‐electronic co-design는 필요합니다.
지터와 타이밍:지터는 레귤레이터를 통해 축적된다. 각 수신기의 CDR에는 낮은 인트라스트릭 지터와 높은 지터 공차가 있어야 한다. 코헤어트 수신기의 단계 소음은 또 다른 도전이다.
전력 소비:고속 수신기와 DSP 칩은 와트의 10을 소모할 수 있습니다. 에너지 효율은 데이터 센터 네트워크를 스케일링하는 데 중요합니다.

Optical Receiver Technology의 미래 동향

Adaptive Equalization 기계 학습

DSP 기반 수신기는 실시간 섬유 상태를 변경하는 데 적합한 기계 학습 알고리즘을 통합하기 시작합니다. 신경 네트워크는 비선형 왜곡 아래 몇 가지 순서로 BER를 개선, 결정 임계값과 동등기 탭을 최적화 할 수 있습니다.

Nyquist Subcarriers와 함께

spectral 효율성을 증가시키기 위해, 미래 regenerators는 높은 ‐order QAM과 결합된 Nyquist -pulsed subcarriers를 사용할 것입니다. 수신기는 더 높은 선형성 및 더 빠른 아날로그 ‐ 디지털 변환기 (ADCs)를 dense constellation를 취급하기 위하여 필요로 할 것입니다.

Micro‐Transfer ‐ 인쇄 된 포토 다이드

새로운 포장 기술은 실리콘 PIC에서 직접 인쇄 할 수 있으며, 기생충 용량을 줄이고 100 GHz 이상의 대역폭을 향상시킵니다. 이것은 1.6 Tbps 채널을 활성화 할 수 있습니다.

전자 Oversight를 통한 모든 OTP 재생

간단한 광문이 코아르세 재생을 수행하고 전자 수신기는 미세 횡단 재 형성 및 재활을 처리하는 하이브리드 방식에 대한 몇 가지 연구 포인트. 이것은 초경 ‐ ‐ ‐ ‐ 링크를 위해 성능 유지하면서 전력 소비를 낮출 수 있습니다.