Optik Alıcılarda Dispersion Compensation Etkisini Anlayın

Optik iletişim sistemleri, küresel veri ağlarının temelini oluşturur, her şeyi bulut bilişim ve bilimsel araştırmalara akıştan destekler.Spek bant genişliği talepler yükselmeye devam eder, mühendisler hem de uzun mesafelerde sinyal kalitesini artıran temel fiziksel sınırları aşmalıdır. Bu makale, optik tazminat tekniklerinin birincil engeli olarak öne çıkarır ve doğrudan etkili bir şekilde çalışır.

Chromatic dağılımı ortaya çıkıyor çünkü silik camın reraktif indeksi ışık dalgalarına bağlıdır. Standart bir tek mod fiber, farklı bir grup ve konumların farklı bir şekilde aktarılan bir pulbülasyon akımının farklı bileşenleridir. Sonuç, daraltılmış bir zaman penceresinde yoğunlaşan enerji, bu verileri doğru bir şekilde kodlayabilir. 10 Gb /s ve yukarıda, hatta mütevazı bir dağıtım birkaç kilometreden sonra sinyale uygun olarak kullanılabilir. Dispersiyonel tazminatı geri yüklemesi ve zamanlayıcılar, bulama yöntemine olanak sağlar.

Chromatic Dispersion

Fiziksel Köken ve Matematiksel Açıklama

Optik fiberlerdeki Chromatic dağılımı iki birincil katkıda bulunur: malzeme dağılımı ve dalga kılavuz dağılımı. Fiber çekirdeğinin dalga kılavuzluk dağılımı, dalga kılavuz dağılımı, dalga boyun ve fiber geometride sürekli olarak ortaya çıkıyor. Standart tek modlarda, malzeme dağılımı özellikle de uzun mesafeli iletim için kullanılan 1550 nm pencereden.

[Düzücükler[Dönemli) [Düzücüler[Dönler)) [Düzücükler, ortalamanın 10'u (G) ortalamanın 0,9'u genişleten (G) ortalamanın (G) ortalamanın 3'ü) ortalamanın (GD) ortalamanın (GD) ortalamanın 3'ü) ortalamanın (GD) ortalamanın 3'ü) uzatan (G) işaretle)

Modern yüksek hızlı sistemler, 400 Gb /s coherent bağlantıları gibi çift-polarizasyon dörtlü aşama-varlık anahtarlama (DP-QPSK) veya 16-ary quadrature amplifikasyon modulation (16-QAM), son derece kısa pul genişliğine sahip. 64 Gbaud sembolü için, sembolün süresi yaklaşık 15.6 ps ve uncompensated dağılımının sadece birkaç kilometreden sonra tam göz önünde bulundurabilmesine neden olabilir.

Signal Integrity üzerinde etkisi

Optik bir alıcı üzerindeki kormatik dağılımın birincil etkisi, bir "1" ve bir "0" sıtma noktasındaki en uygun örnekleme noktasında (IM-D) sistemi, alıcı fotodiodeleri aynı zamanda fiber olmayanlar ile etkileşime girer.

Eş zamanlı alıcılar için, dağıtım genellikle dijital olarak eşitleştiricileri kullanarak telafi edilir, ancak analog optoelektronik cephe hala analog-dijik dönüştürücülerin dinamik aralık koşullarını azaltmak için optik dağıtım tazminatından birkaç yüz s / nm daha yüksek verilerde toleranslar azalır.

Dispersion Compensation Techniques: An In-Depth Look

Dispersion-Compensating Fiber (DCF)

DCF, DCF'nin negatif (anomalous) dağılımını 1550 nm'de sergileyen özel olarak tasarlanmış bir fiberdir, genellikle -80'lerin aralığında, aynı anda çok sayıda dalga boyun eğerek, uzun bir DCF'nin iletim hattına doğru doğrultilmesine uygun hale gelir.

Ancak DCF önemli ekleme kaybı (0.5-0.7 dB/km) ek optik amplifikasyonu gerektirir ve DCF'ye giren güç çok yüksekse doğrusal olmayan cezaları da içerir.Ortak bir yaklaşım tasarımı, bir DCF'nin sabitlenme planında yer alan bir yükseltilme planında, bir DCF'nin dönüştürücüye ve genellikle bir araya gelmesi için, alıcıya tam olarak bir parçanın çıkışına yerleştirilir.

Fiber Bragg Izgaraları (FBG)

Chirped fiber Bragg granüller, sertleşen dönemin fiber uzunluğu boyunca lineer olarak değişir. Farklı dalgalar, kontrollü bir grup gecikmesi yaratır.Sokaklı bir FBG oluşturmak için olumlu bir chirp (uzunluk süresi sonunda) negatif dağıtım yapar, fiber iletimin olumlu dağılımını iptal eder.

FBGs, kompakt boyut, düşük ekleme kaybı (tipik olarak < 0,5 dB) sunar ve WDM sisteminde belirli bir dalga boyun eğdirme yeteneğidir. Özellikle bir FBG'nin bant genişliği (tipik olarak birkaç nanometre), geniş bant WDM tazminatı için çok kullanışlıdır.

Elektronik Dispersion Compensation (EDC)

EDC, elektrik alanında fotodeteksiyondan sonra uygulanan sinyal işleme tekniklerini ifade eder. Eş zamanlı alıcılarda, dijital sinyal işleme (DSP) sonlu dürtü yanıtını kullanan bir chromatic Dağıtım eşitleyicisini içerir (FIR) filtreler veya frekans-domain eşitleştiriciler (FFE/DFE) için.

EDC'nin avantajı, optik bileşenlere, maliyet ve karmaşıklığın azaltılmasına gerek yoktur. Modern koherent transceivers for 100 Gb /s and Beyond rely completely on DSP-based distribution, the need for DCF or FBGs in ultra-long-haul downsea kabloları, DSP hala alıcıyı yönetmek için tercih edilir.

Alternatifler ve Hibrit Yaklaşımlar

Optik aşama (OPC) orta büyüklükteki doğrusal olmayan bir element kullanır (örneğin yüksek pompa ve hassas bir ayar için ihtiyaç nedeniyle oldukça zor kalır.

Başka bir yaklaşım, dağıtım ve doğrusal olmayanlık arasındaki dengenin uzun mesafeler üzerinde nabız şeklinin tutulmasıdır. Soliton tabanlı sistemler dikkatli güç yönetimi gerektirir ve gürültü ve parametre varyasyonları ile hassastır.

Uygulamada, birçok sistem birden fazla tazminat yöntemi birleştirir. Örneğin, uzun mesafeli bir bağlantı DCF'yi düşük ücretli bir FBG ile alıcıda iyi ayar için ve EDC'yi geri kalan herhangi bir yanlış eşleştirmeye bağlı olarak kullanabilir.

Optik Alıcı Performansı Üzerine Depresyon Etkisi

Hassasiyet geliştirmek ve Güç Cezasını Azaltmak

Etkili dağıtım tazminatının en doğrudan etkisi, belirli bir miktar hata oranı için (tipik olarak 10) - 12)) gerekli ortalama alınan optik güç azaltılır. 10 Gb / alıcı, standart fiber 80 km sonra bir güç cezasına çarptırılabilir.

Dispersion tazminatı ayrıca göz açmasını da genişletir. dikey kapanış göz geliştirir ve jitter (timleme varyasyonu) azalır. Bu, alıcının optik ön-data kurtarma (CDR) devresini daha güvenilir ve daha düşük optik sinyal-to-noise oranları (OSNR) kilitlemesine izin verir.

Daha yüksek veri fiyatlarını ve Longer Reaches

Gelişmiş modülasyon formatlarının ve dağıtım tazminatının kombinasyonu, 10 Gb /s'ten 400 Gb /s'ten 400 Gb/s'e kadar optik yükün sadece 0.1 nm ⁇ genişliğine kadar dağılımını gerektiriyordu, ancak tazminat olmadan ADC, yüksek hızlarda pratik bir şekilde uygulamaktadır.

Denizaltı kablolarında, yükselticinin sınırlı ve elektrik gücü sınırlı olduğu, optik dağıtım tazminatı önemlidir. Alt deniz zincirleri genellikle DCF'yi her tekrarlayıcı konutta yönetilebilir bir dağıtım haritası korumak için kullanılır. Alıcının hassasiyeti daha sonra öncelikle basitleştirilmiş bir emisyon (ASE) gürültü ve lineer olmayanlar ile sınırlıdır.Bu, kablo kapasitelerinin transatlantik mesafelerde 20 Tb /s'i aşmasına izin verir.

Diğer Impairments ile etkileşim

Dispersion tazminatı izolasyonda çalışmaz. En iyi dağıtım haritası WDM sistemlerindeki fiber doğrusal olmayanlar, kutuplaşma-mode dağılımı (PMD), ve yükseltici gürültüyü yeniden tanıtarak sinyali geri yüklemeli.Örneğin, yüksek-dispersion fiber (örneğin, G.653 veya G.655) arasındaki etkileşim dört dalga karıştırmasını sağlar (FWM) kötü fazda büyük ölçüde azalır.

Dijital eşitleme ile gelen alıcılar, bazı ölçüde doğrusal olmayanlığa adapte olabilirler, ancak bu yüksek karmaşıklık algoritmaları (örneğin, dijital geri çekilme). Optik tazminat, alıcıya doğrusal olmayan yükleri azaltır, daha basit DSP ve daha düşük güç sağlar.

Dispersion Compensation'ı Uygulamayı Uygulamayı Uygulamayı Uygulamayı Uygulamayı Değerlendirme

Sistem Tasarımı ve Margin Allocation

Optik bir bağlantı tasarlarken, dağıtım tazminatı en kötü koşullar için planlanmalıdır. Sıcaklık değişiklikleri, fiberlerin ve bileşenlerin yaşlanması ve 10 Gb /s ve < 20 ps /nm için, genellikle ps/nm'de ölçülmelidir, alıcı birkaç on binlerce ps /nm için, ancak tasarım hala Aless / nm'yi azaltmak için çalışır.

Çok-span bağlantılarda, ortak bir strateji "her fiber aralığın dağılımı kısmen alıcının sonunda telafi edilir, küçük bir oturma süresinden fazla, alıcıya kadar ikamet eden bir miktar.Bu yaklaşım dengeleri ve OSNR. Örneğin, tipik bir harita yüzde 95 tazminatını kullanabilir.

Bitirme Seçimi ve Maliyet

DCF nispeten pahalı ve önemli bir raf alanı tüketebilir. Tipik DCF modüllerinin uzunluğu daha kompakt ama genellikle sadece 1:5 (1 km DCF s 5 km standart fiber) £ 1000 km bağlantı için, bu, başlangıçta pahalıya mal olurken, Moore'un yasasının 200 km'si daha kompakt ve pahalıya mal oluyor, ancak genellikle sadece birkaç kanalda 96 kanal WDM sistemine ihtiyaç duyuyor.

Optik ve elektronik tazminat arasındaki ticaret genellikle mevcut altyapıya bağlıdır. 10G sistemleri ile ağ operatörleri DCF kullanmaya devam edebilir, ancak koherent DSP'ye girişte yeni bir hesap verebilir.

Test ve Bakım

Dispersion tazminat modülleri, değişkenlik içinde faaliyet göstermesini sağlamak için periyodik test gerektirir. Chromatic Dağıtım ölçümleri faz değiştirme yöntemleri veya zaman ışığı teknikleri kullanarak tazminat doğruluğunu doğrulamalıdır. DCF için, eklenme kaybı, bir yönetim sistemi nedeniyle artış ve raporlama.For FBGs, merkezi dalgalama ve grup gecikmeleri kontrol edilmelidir, çünkü sıcaklık sürüklenmeleri pencereyi değiştirebilir. DSP tabanlı DSP tabanlı şarj cihazı ile satın alma hataları.

Makine Öğrenme ve Adaptif Eşitleştirme

Makine öğrenme algoritmaları alıcılarda adaptif bir dağıtım tazminatı için araştırılıyor. Neural ağlar, doğrusal olmayan kanal yanıtını öğrenebilir ve her iki dağıtım ve doğrusal olmayanlığı birlikte telafi edebilir.Ancak araştırma aşamasında, bu tür yaklaşımlar alıcı tasarımına ve çeşitli bağlantı koşullarına karşı tolerans geliştirir. Örneğin, bir recurrent sinir ağı (RNN) 10 Gbaud PAM-4 sinyalini bir Volterra-based eşitleştirici bir bağlantı üzerinden eşitleştirebilir.

Tümleşik Fotonikler ve Silikon Fotonikleri

Silikon fotonikleri, hesaplamaları doğrudan alıcı çipleri ile entegre etmek için bir yol sunar. Waveguide Bragg gratings, ring resoners ve Mach-Zehnder Interferometreler, kompakt bir ayak izi gibi kullanılabilir olmayan dağıtımlar sağlar. Şirketler, bir dağıtım tazminat bölümü içeren silikon fotonik koherent alıcılar geliştirir, dış optik modüller için gerekliliğini azaltır.

Chromatic Dispersion'un Ötesinde: Kombinasyon için Fırsatlar

Future optik sistemler birden fazla bozulmanın eş zamanlı olarak tazminatını gerektirecektir: chromatic Dağıtım, kutuplaşma-mode dağıtım, doğrusal olmayan bozulma ve muhtemelen zaman zamanlayıcı jitter. Tüm bu etkilerin denge ve ikinci bağlantıların ölçeklendirilmesi için çok önemli olacaktır. "Dör-bölge" optik işlemede uzaysal ışık modülleri veya sıvıyı silikon (LCOS) kullanarak ölçümler ve her frekans bileşeninin amplifikasyon ve aşamasını ayarlayabilir, her iki dağıtım ve doğrusal olmayan fazın keyfi filtrelemesini sağlar.

Daha uzun vadede, kuantum sınırlı alıcılar kuantum devlet koherensini koruyan tazminat isteyebilirler.Bu bir niş alan olsa da, dağıtım yönetiminin fotonik teknolojiler olarak hayati bir mühendislik disiplini olarak kalacağını vurgulamaktadır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Dispersion tazminatı sadece optik alıcı tasarımında teknik bir detay değildir; yüksek kapasiteli, uzun erişimli iletişimin temel bir özelliğidir. chromatic distribution and mastering its correct-compensating fiber, fiber Bragg gratings, elektronik eşitleştirme, veya karma yaklaşımlar - ağ mühendislerinin sağlam, gelecekteki dayanıklı bağlantılara bağlı olarak, uzaktan, maliyet kısıtlamalarına ve belirli modülasyon formatına bağlıdır.

Endüstri 800 Gb /s ve 1.6 Tb / sinyale doğru hareket ettikçe, dağıtım ve diğer bozulmalar arasındaki etkileşim, hem optik bileşenlerde hem de dijital sinyal işlemedeki yenilikler, optik alıcıların bant genişliğine ayak uydurabilmesini sağlayacaktır.

[FONT=0]Further Reading: [Dönetici:0] Daha derin bir dalış için ITU-T G.652'ye fiber özellikleri için G.657 önerileri ve IEEE 802.3 Ethernet optik arayüzleri için standartlar bulunabilir. Pratik uygulama yönergeleri [Dönetici:2).ITU-T G.698.1] Çok Kanallı DWDM uygulamaları için çok kanallık uygulamaları.