Optik alıcılar modern yüksek hızlı iletişim ağlarında temel bina bloklarıdır, gelen optik sinyalleri dijital elektronik olarak işlenebilirlik ve esneklik için sıkı bir şekilde yerine getirmekten sorumlu olurlar.Spektif olarak, bulut bilişim, 5G/6G, akış video ve Nesnelerin İnterneti (IoT) tarafından yönlendirilir, iyi tasarlanmış bir alıcının tasarımı, ölçeklenebilirlik ve esneklik için sıkı gereksinimleri karşılamak için sürekli olarak gelişmelidir.

Zorluk sadece daha hızlı alıcılar inşa etmek değil, ancak temel yeniden tasarım olmadan ölçeklenebilir ve esnek ağların, daha sonraki nesil altyapı gibi gelişen teknolojilerle entegre edilebilir.Bu makale, optik alıcı tasarımının önemli rolünü araştırıyor.

Optik Alıcı Tasarımının Önemi

Optik alıcılar doğrudan genel performansı, kapasiteyi ve iletişim ağlarının adaptasyonunu etkiler. Tasarımları, kormatik dağıtım, dinamik aralık ve yüksek hızda ağların enerji tüketimi - metro ve uzun mesafeli sistemlerden, alıcı mimarileri - yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, kutuplaşma etkileri ve gürültüyü tespit etmelidir.

Dahası, ağ operatörleri farklı protokolleri desteklemek için giderek daha fazla esneklik talep ediyor (Ethernet, OTN, CPRI, vs.) ve hem öngörülebilir büyüme hem de öngörülemeyen bir altyapı için değiştirilebilir. Filtre bant genişliğine, eşitleştirme algoritmalarına ve performans ticaret-offlarına adapte olmadan - stratejik bir varlık haline gelir.

Scalability için Anahtar Tasarım

Optik alıcı tasarımında erişilebilirlik, kapasiteyi artırma yeteneğine işaret eder (data oranı, kanalların sayısı, mesafe) önemli bir yeniden tasarlama veya değiştirme olmadan. Achieving ölçeklenebilirliği birkaç temel yönü ele almak gerektirir.

Band Wide genişleme

Band genişliği genişleme, yüksek veri oranlarına en doğrudan yoldur. Bir alıcının elektrik bant genişliği, aşırı yuvarlanmış sinyalin en yüksek frekans bileşenlerini yakalamak için yeterli olmalıdır.In sembolü oranları 100 Gbaud'un ötesine geçiyor, geleneksel alıcı tasarımları ayrı fotodizor ve transimpedans yükselteçleri (TIAs) parasitik kapasitance, sınırlı kazanç bant genişliği ürünü ve ambalaj parasitics içerir: Scalable çözümleri dahil:

  • [FONT:0)Seyahat- dalga fotodetektörleri [Döneticileri) bir dalga kılavuzu boyunca optik absorpsiyon dağıtan ve daha yüksek bant verimliliğine sahip olan bir ürün.
  • [FONT:0]InP-based[[[Dönetici:0) ve [[Dönetici[Döneticileri doğrudan elektronikle entegre eden platformlar, bağlantı parasitiği azalt.
  • [0]Distributed amplifikasyon aşamaları), TIA'da yeterli kazanç sağlarken bant genişliğini korumak için.
  • [FONT:0] Dijital tutarlı alıcılar [Döneticileri ve ADC tabanlı işleme kullananlar, 100 GHz'nin dijital eşitleştirme yoluyla bant genişliğine olanak sağlar.

Önemli olarak, bant genişliği, sinyal bütünlüğü korumak için gürültü performansı ve lineerlik içinde gelişmelerle birlikte olmalıdır. 100 Gbps'den 1 Tbps'ye kadar lütufla ölçeklendirilen tasarımlar - genellikle dağıtılmış elementler veya paralel optikler aracılığıyla - uzun vadeli ağ evrimi için önemlidir.

modüler Mimari

Modülerity, operatörlerin tüm sistemi değiştirmeden belirli alıcı bloklarını yükseltmesine izin vererek ölçeklenebilirliği basitleştirir. pratikte, bu alıcıları tasarım anlamına gelir:

  • [FONT:0]Pluggable optikler [DDD, OSFP veya CFP2 modüller hız artış olarak takas edilebilir.
  • [FONT=0)Separate analog ön uç[Dönder: 1) (fotoğraf + TIA) ve [[DSP)[DSP)[DDSP)[DDSPT:3))) çipler, bağımsız yükseltmeler sağlar.
  • [FONT=0)Standartize elektrik arabirimleri[[Dönetici: 1 ) (CEI-112G, OIF 224G) bu, satıcılara uyumluluk sağlar.
  • [FONT:0)Hot-swappable line kartlar[Dönetici: 1) şasi tabanlı sistemlerde alıcıların modüler transceivers'in bir parçası oldukları.

Alıcının iyi tanımlanmış modüllere ayırarak, ağ operatörleri bugün bir temel yapılandırmayı ve yarın daha yüksek performanslı alıcılara yükseltmeyi başarabilir - sermaye harcamalarını ve hizmet kesintilerini azaltır. Bu yaklaşım aynı zamanda satıcı çeşitliliğini kolaylaştırır ve teknolojiyi hızlandırır.

Bütünlemeler

Bütünleşme boyutunu, güç tüketimini azaltır ve maliyet - ölçeklendirme ağ yoğunluğunun önemli olanakları. Modern optik alıcılar giderek tek bir fotonik bütünleşik devreye (PIC) veya elektronik bütünleşik devreye (EIC) daha fazla entegre olurlar.

  • [FONT:0]Koherent alıcı ön uçları[Dönder: 1 ) 90 ° optik hibrit, dengeli bir fotodiodları ve tek bir InP veya silikon fotonikleri üzerinde TIAs.
  • [FONT:0)Doğru algılama alıcıları [Döneticileri [Döneticileri, TIA ve kompakt bir SOI ( ⁇ -on-insulator) sürecinde yükselticileri sınırlayın.
  • [FONT=0)PIC + EIC ortak paketleme optik ve elektroniklerin yan yana yerleştirilir veya bağlantı uzunluğu ve parasitics en aza indirmek için (3D entegrasyonu).

Yüksek entegre alıcılar sadece performans geliştirmez (düşük kapasite, yüksek bant genişliği) ancak aynı zamanda büyük sayıda kanala ölçeklendirme sağlar - örneğin, ortak paketli optikler için anahtarları ve yönlendiriciler için.Integra, ölçeklenebilir ağ altyapısının bir temel taşıdır, çünkü birim alanı ve aşırı sağdaki daha fazla veriye olanak sağlar.

Optik Alıcılarda Flexability

Flexability, alıcının farklı ağ protokollerine uyum sağlama yeteneği, veri oranları, modulation formatlarına ve donanım modifikasyonu olmadan işletim koşullarını ifade eder. Esnek bir alıcı, envanter sayısını azaltır ve yazılım tanımlı ağ (SDN) kontrol sağlar.

programlanabilir

Alan programlanabilir kapı dizileri (FPGA) ve uygulama özel standart ürünler (ASSPs) alıcılarda giderek daha fazla kullanılır. programlanabilir bileşenler DSP algoritmalarına izin verir - eşitleme, saat kurtarma ve ileri hata düzeltmesi (FEC) gibi - belirli bağlantı koşullarını desteklemek için alanda güncellenir. Örneğin:

  • Adaptif eşitleştirme muslukları, farklı miktarda kormatik dağıtım için telafi edilebilir hale getirilebilir.
  • FEC decoding, gürültü seviyelerine bağlı olarak sert-decision ve yumuşak-decision modları arasında geçiş yapabilir.
  • Modulation Format otomatik olarak QPSK, 16-QAM veya 64-QAM için alıcıyı yapılandırabilir.

Programlanabilirlik ayrıca analog ön uç bileşenlere de genişletilebilir. Örneğin, tunable filtre genişliği (değişik kazan veya geçiş kapasite devreleri) alıcının farklı veri oranlarına yönelik ticaret-offunu optimize etmesine izin verir.Bu özellik özellikle çok yönlü bir çizgi kartları ve yeniden yapılandırılabilir optik eklentiler (ROADMs).

Çok-Standart Destek

Birden fazla standartta çalışabilecek optik alıcılar – Ethernet (10GbE, 25GbE, 100GbE, 400GbE, 800GbE), OTN (OTU4, OTUCn), CPRI/eCPRI 5G fronthaul ve özel protokolleri için - büyük ölçüde basit ağ dağıtım ve yönetim gerektirir:

  • [0]Variable-rate saat ve veri kurtarma (CDR)) Farklı hat oranlarına kilitlenebilir.
  • [FONT:0)Farklı kanal özelliklerine uygun olarak yapılandırılabilir eşitleştiriciler[[Dönetici:0).
  • [FONT:0]Gelişmiş verilerin toplanması[DSPT:1).
  • [FONT=0) Birden fazla optik arayüz özelliklerine göre, 100G-LR4, 400G-FR4 veya ZR gibi 100G-FR4 veya ZR gibi.

Geniş bir standart yelpazesi destekleyen alıcılar tasarlayarak, üreticiler ürün varyantlarını, düşük test maliyetlerini azaltabilir ve ağ operatörlerinin birden fazla uygulama domaini boyunca tek bir donanım platformu dağıtmasını sağlayabilir - küçük bir kenardan bir temel yönlendiriciye kadar.

Yazılım Tanımlanmış Ağlaşma Entegrasyonu

Optik alıcılarda esneklik, SDN kontrolörlerini dinamik olarak ayarlayan alıcı parametrelerine genişletir. Örneğin, bir SDN kontrolörü düşük süreler boyunca güç tasarrufuna veya alıcıyı farklı bir kanal için yeniden yapılandırabilir.Bu entegrasyon, ağların otomatik olarak, verimliliği ve güvenilirliğini artırmasına olanak sağlar. Örneğin, bir SDN kontrolörü düşük hacimli süreler boyunca güç tasarrufuna sahip olabilir.

Gelişmiş Kabul Mimarileri

Alıcı mimarisinin seçimi hem ölçeklenebilirlik hem de esneklik için derin etkiler vardır. İki baskın yaklaşım - doğrudan algılama ve tutarlı algılama - her biri farklı ticaret-offlar sunar ve ortaya çıkan hibrit mimariler hatları bulanıklaştırıyor.

Coherent Alıcıları

Coherent alıcılar gelen sinyali yerel osilatör lazer ile birleştirir, amplitüd, faz ve kutuplaşma bilgilerini geri almak için.Onlar şimdi tüm verimlilik ve verimlilik sunarlar (hybrid, fotodiodes, TIAs) ve DSP birkaç çip üzerinde, dramatik bir şekilde maliyet ve boyuta destek sağlarlar. DSP yeniden programlanabilir.

Doğrudan algılama Alıcıları

Doğrudan algılama alıcıları, eşanlılardan daha basit ve daha düşük güç, ancak faz ve kutuplaşma kurtarmaları eksikler. kısa süreli algılama ve intra-datacenter bağlantıları (örneğin, 100G PSM4, 400G SR8) ile elde edilirler, ancak, modern doğrudan tespit alıcılar, daha fazla elektronik dağıtım (EDC) ve kısmi koherent teknikleri (örneğin, Kramers-Kronig algılama) ve daha yüksek sipariş modları artırmak için daha fazla hassaslığa ulaşırlar.

Fotonik Entegrasyon: Silikon Fotonikleri vs. InP

Fotonik entegrasyon, alıcı tasarımının tek bir çip üzerinde karmaşık işlevlerin sağlanmasıyla devrim yapmaktır. Silikon fotonikleri (SiPh) düşük maliyetli, yüksek hacimli PICler oluşturmak için CMOS üretiminden faydalanıyor, ancak C-band (tavısıltma en düşük maliyetli) en iyi silikon dalga kılavuzları almak için meydan okumalıdır.Indium fobide (InP) her iki dünyanın en iyi performanslarını ve verimliliği sağlamak için daha yüksek maliyetle destekleniyor.

Gelişen teknolojiler ölçeklenebilirliği, esnekliği ve performansı daha da artırmaya söz veriyor. Çeşitli eğilimler özellikle dikkat çekicidir.

Gelişmiş Ambalajlı Tümleşik Fotonikler

Co-packaged optik (CPO), yüksek doğrusallık ve bant genişliğini korumak için son derece düşük güçte çalışabilecek bir paradigma değişikliğidir. Bu, çizgi kartı ve optik arasındaki uzun elektrik izlerini ortadan kaldırır, güç ve daha yüksek bant genişliğine izin verir. CPO olgunları, ağ port ölçeklendirmek için 50 $'dan fazla port ölçeklenebilirliği ve bant genişliğini korurken, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde çalışır.

AI-Driven Adaptive Systems

Makine öğrenimi (ML) ve yapay zeka, gerçek zamanlı optik alıcı performansını optimize etmek için uygulanır. ML algoritmaları kanal bozulmalarını tahmin edebilir, eşitleştirici katlar ve hatta farklı koşullar altında teorik sınırları tespit edebilir. Örneğin, bir sinir ağı, DSP'nin optimal setlerini doğrudan kontrol etmeden gerçek zamanlı adaptasyonu öğrenebilir.

Gelişmiş Malzemeler Gelişmiş Malzemeler

Yeni malzemeler, alıcı hızı ve verimliliğin sınırlarını zorluyor. Graphene ve siyah fosfor, silikon fotonikler üzerinde entegre edilmiş 2D malzemeler şu anda 500 GHz'yi aşan bant genişliğiyle çalışan alıcılara yol açabilir.Bu gelişmeler, 1 Tbps'nin üzerinde dalga geçebilmeleri gibi veri oranlarının daha ölçeklenebilir hale getirilmesi için modülel olarak kullanılabileceğini gösteriyor.

Uzay-Division Multixing (SDM) ve Multi-Core Fibers

Tek mod fiber kapasite sınırlarını aşmak için, SDM alıcıları arasındaki farklar, birden fazla paralel fotodiod ve DSP çekirdeği ile fotonik entegrasyona güvenecektir. SDM için satın alma noktaları aynı anda birden çok uzaysal kanalda, genellikle paylaşılan bir pakette gelir.Bu yerler alıcı kanalların farklı modlama biçimlerine veya veri oranlarına bağımsız olarak bir şekilde kaynaklanacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik alıcılar tasarımı, sık sık değiştirmeler olmadan büyüyen bir temel teşkilattır. ölçeklenebilirliğe öncelik vererek - bant genişliğine, modüler mimarilere ve yüksek entegrasyona - mühendisler sık sık yedeklere ihtiyaç duymadan büyüyen ürünleri destekleyen alıcılar yaratabilirler. - alıcı ve DSP bulanıklar aracılığıyla - alıcıların, çoklu standart destek ve SDN entegrasyonuna uyum sağlar - alıcılar, operasyonel karmaşıklığın arttırılmasına ve endüstriler, operasyonel karmaşıklığı azaltabilir.

Bu tasarım ilkelerine yatırım yapan kuruluşlar, bugün sadece hızlı ve güvenilir olmayan ağ inşa etmek için daha iyi konumlandırılmıştır, ancak yarın zorluklarına da hazır.Daha derin bir şekilde, okuyucular Işık Teknolojisi Dergisi'nden (OIF)) [FONTca Publishing Group).