Optik fiber iletişim, küresel veri ağlarının arka kemiği oluşturur, yüksek hızlı, uzun mesafeli bilgi aktarımına izin verir. Bu makalede, bu sistemlerde kullanılan çeşitli modulation teknikleri arasında, faz modulationları yüksek verimli ve sağlamlığı gürültüye karşı öne çıkıyor.Bu makale, modern iletişim ağlarında uygulama prensipleri kapsar, mühendisler ve araştırmacılar için kapsamlı bir genel bakış sunar.

Aşama Modulation

Temel Kavram ve Teori

Faz modulation (PM) amplitüdünün çeşitli aşamalarındaki bilgi, optik taşıyıcı dalgasının veri sinyaline uygun olarak kodlanır.Influality modulation (AM) veya frekans modulation (FM), PM amplifikasyonunu tutarken ışık dalgasının anlık aşamasını değiştirir.Bu özellik PM daha az hassastır.

Optik bir taşıyıcının aşaması {{(t) olarak ifade edilebilir = 2:21f0t + ⁇ (t) ⁇ (t) ⁇ (t) geçiş sırasında, iki kutuplu geçişin anahtarının (BPSK) geçiş noktası, iki katına çıkan bir geçişin iki katına çıkmasıyla ilgili olarak, bu tür bir ikiliye ilişkin bir değişiklikle ilgili olarak, bu tür bir haritanın belirlenmesinin bir aşamasının belirlenmesine izin verir.

Bir modulation formatının verimliliği, dörtlü amplimal modulation (QAM) gibi birçok farklı modlama biçimini kullanarak, 10 bit / veya daha basit bir şekilde kontrol etmek için veya gelişmiş sinyal işlemesi gereken optik taşıyıcının boyutunu kullanarak belirlenir.

Anahtar Modulation Formats

[FONT=0)Binary Phase Shift Keying (BPSK)), iki faz devleti (180 ve 180°) ikili "0" ve "1" BPSK, 10 - 12 bit hata oranı (BER) bir sinyal-to-noise oranı (SNR) ile yaklaşık 12 dB için uygun hale getirir.

[FONT=0)Quadrature Faz Shift Keying (QPSK)[Dönetici: 0,2 ) dört faz devleti kullanarak, 100 Gbps iletim için standarttır. Örneğin, IEEE 802.3ba standart 100G Ethernet, iki kutuplu GPSK (yaklaşık 15 dB) ile aynı BERG arasında ortak bir optik sistemlerde yaygın olarak kabul edilir ve 100 Gbps iletim için standarttır.

[FONT=0)Differential Phase Shift Keying (DPSK)), ikinci sürümde mutlak aşamadan ziyade faz farkı ile ilgili bilgi. Bu yaklaşım, lazer kaynağı tarafından tanıtıldı ve alıcı tasarımını basitleştirir, çünkü osilatör fazı dengelemesi için ihtiyaç duyar.

8PSK, 16-QAM ve 64-QAM gibi daha basit formatlar, üç, dört veya altı parça sembolünü sembolün başına geri almak için dijital sinyal işleme ile ilgili olarak daha hassastır.

Faz Gürültü ve Etkisi

Faz gürültü, lazer hattı genişliği dahil çeşitli kaynaklardan ortaya çıkar, fiberdeki doğrusal olmayan etkiler (kendi kendine özgü modülasyon ve çapraz-faksiyon) ve termal dalgalanmalar. faz modulation sistemleri, faz gürültüleri BER'yi sembolik yanlışlaştırmaya neden olabilir. Örneğin, QPSK'de rastgele faz dalgalanmaları karar sınırının ötesindeki nüks işaretini değiştirebilir, hataların yol açtığı.

Coherent algılama sistemleri, alınan sinyal işleme (DSP) algoritmalarının faz gürültülerini telafi etmesi için kullanılır. Viterbi-Viterbi algoritması QPSK için ortak bir tekniktir, alınan sinyalin dördüncü gücü azalır, genellikle 32 Gbaud'da 64-QAM için 100 kHz gerekir.

Optik Fiber Sistemlerinde Uygulama

Bileşenler: Faz Modulators and Coherentifiers

Faz modulation optik fazın kesin kontrolünü gerektirir. Lityum niobate (LiNbO3 Mach-Zehnder modülcular genellikle elektro-fakt etkisi ile faz geçişlerini tanıtabilirler. A single Mach-Zehnder modüllator BPSK sinyalleri, 0° ve 180° arasındaki fazı uygularlar.For QPSK, iki tür modüller bağımsız olarak kontrol etmek için ayarlı bir yapıda düzenlenir.

Coherent algılama, faz bilgilerini kurtarmak için gereklidir.Bir koherent alıcıda, gelen sinyal I ve Q bileşenlerini temsil eden yerel bir osilatör (LO) lazer ile optik hibrit (tipik olarak 2x4 veya 90° hibrid) ile karıştırılır.

Coherent Tespit Teknikleri

Homodyne algılama, sinyalin aynı frekansında, senkronizasyon için faz kilitlenmesi gerektiren bir döngü kullanır. Bu yaklaşım genellikle daha düşük hız elektroniklerinin kullanımı nedeniyle uygulamaya zorlanır. Heterodyne algılama, bir LO'yı biraz farklı bir frekansta çalıştırır, sinyali daha kolay işlemeye değiştirir.

Intradyne algılaması, LO frekansının yakın olduğu modern bir yaklaşımdır, ancak sinyale tam olarak kilitlenmemektedir. Faz kurtarma tamamen dijital alanda yapılır, analog faz kilitleme ihtiyacını ortadan kaldırır.Intradyne algılaması, esnekliği ve tolerans nedeniyle standart haline gelmiştir. Çoğu ticari 100G ve 400G eşan modülleri DSP ile taşıyıcı faz tahminleri için intradyne algılama kullanır.

Faz Kurtarma için Dijital İşaret İşleme

DSP modern faz modulation sistemlerinde kritik bir rol oynar. Eş zamanlı algılamadan sonra, ADCs örnek olarak 64 GSa / veya 400 Gbps sistemleri için yüksek olan I ve Q sinyalleri alır. DSP algoritmaları daha sonra birkaç görevi yerine getirir: chromatic Dağıtım tazminatı (sonsuz dürtü yanıt filtreleri veya frekans domain eşitleştirme), kutuplaşma demultiplexing (en azından kareler veya karar verme) ve faz kurtarma.

Taşıyıcı faz tahminleri (CPE) blok, faz kurtarması için önemlidir. QPSK için, Viterbi-Viterbi algoritması, modulation'ı kaldırmak için dördüncü güce işaret eder, sonra bir dizi test aşamasını test eder ve en yakın noktaya kadar mesafeyi en yakın şekilde seçer.

Faz Modulation

Yüksek seviyeli Data Transmission with DWDM

Faz modulation, çoklu doğrusal bölme (DWDM) sistemleri ile çok sayıda dalga dalga dalgalamanın yakın bir şekilde (örneğin, QPSK ve yüksek sipariş formatları ile birlikte) bağlantı kurmasını sağlamak için, 16-QAM her kanalın daha fazla veri taşımasına izin veriyor. Ticari sistemler artık 800 Gbps ve QPSQH0 ile birlikte kutuplama işlemini kullanarak faz modülasyonunu kullanarak.For example, ITU-T.8.2 standart ITU-T-Tmp69 standartı ve 800 Gbps kanallarını tanımlıyor.

Multi-terabit optik ağlarda, faz modulation, ⁇ efficiencies over 4 bits /s /Hz, gelişmiş kanal kodlaması ile bir araya geldiğinde ve ileri hata düzeltmesi (FEC) için DP-64-QAM kullanarak 75 GHz spacing kullanarak bir bağlantı 10.67 bit /s /Hz'yi aşabilir ve kablo sistemleri altında büyük veri merkezi destekler.

Long-Haul ve Undersea İletişim

Doğru olmayanlığa karşı faz modülasyonunun sağlamlığı ve gürültü, altı,600 km boyunca dalga boyu süren uzun mesafe bağlantıları için ideal kılar.

Faz modulation ayrıca kanal ve veri oranlarının ayarlanabilir olduğu esnek ağ mimarilerine de olanak sağlar. Bu esneklik, on yıllar boyunca büyüyen trafik talepleri taşıyan gelecekteki deniz ağlarının kritik olması gerekir. Yumuşak-decision FEC kullanımı bazı dağıtımlarda% 30-40 oranında uzatılmıştır.

Kuantum Anahtar Dağıtımı (QKD)

Faz modulation, kuantum anahtar dağılımında temel bir tekniktir, özellikle BB84 gibi protokolleri ve dekoy-devlet varyantları ile zayıf koherent puls (bu makaleyi ortalama 0.1-1 fotosul), QKD, kuantum mekaniklerine dayanan güvenlik sağlar.

QKD'de, faz modülcüleri, kuantum durumları rastgele aşamalarla hazırlamak için kullanılır. Bob'un alıcı faz farklarını ölçmek için bir interferometre kullanır. güvenlik, herhangi bir eavesdrop denemesi, faz istatistiklerinde tespit edilebilir rahatsızlıklar ortaya koyar. Pratik QKD sistemleri birkaç Mbps'nin fiber mesafelerini 100 km'ye kadar kullanır.

Optik Sinyal İşleme

Optik ağlarda, faz modülasyonu tüm optik geçiş, dalga geçme ve faz tıkanıklığı için kullanılır. Örneğin, faza duyarlı yükselteçler (PSAs) önemli gürültü eklemeden sinyalleri artırabilir, ulaşma ve kapasite artırın.Dolaşımlar, doğrusal olmayan fiberler veya dalga kılavuzlarıdaki faza bağlı kazançlarını kullanır.

Faz modulation ayrıca dört dalgalı karıştırma (FWM) süreçleri aracılığıyla tüm optik yenilemeyi sağlar. Bir pompa dalgası ile bir veri sinyali karıştırarak, faz modulation gürültüyü kaldırmak için yeni bir dalga veya temizlenebilir. Bu teknikler gelecekteki şeffaf ağlar için aktif araştırma alanlarıdır.

İleri ve Gelecek Yollar

Yüksek Lisans Modulation Formats

Daha yüksek veri oranları için talep, 64-QAM ve 256-QAM gibi yüksek sipariş formatlarının benimsenmesini sağlar ve 10 bit / s / s / ss. Örneğin, 256-QAM, 8'i sembolün (SNR) ve daha hassas olması gerekir. Gelişmiş DSP ile Coherent alıcıları bu zorlukları hafifletebilir, 10 bit / 10 bitin / / s /Hz'nin ötesindeki efficiliği azaltabilir.

Probabilistic şekillendirme, takımyıldız puanlarının Shannon kapasitesine yaklaşmak için olasılıksız olmayan bir tekniktir. Bu yöntem, ulaşmak veya kapasite geliştirmek için faz modulation formatlarına uygulanabilir. Örneğin, olasılıksal olarak 64-QAM,% 20-30 oranında artış gösterdi 64-QAM.

Makine Öğrenme ve Adaptasyon Aşaması

Bu yöntemler kanal koşullarını değiştirmek için alıcı ayarlarını dinamik olarak optimize edebilir, karmaşık ağlarda performans geliştirmek için, derin sinir ağları, özellikle de Kerr etkileri olmayan özelliklerin varlığıyla doğru bir şekilde tahmin edilebilir.

Makine öğrenimi kullanarak adaptif bir aşama kurtarma, yüksek sembolü oranları ile yüksek sipariş modülasyon formatlarını kullanarak gelecekteki sistemler için kritiktir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Faz modulation, yüksek kapasiteli, uzun mesafeye izin veren optik fiber iletişimin temel bir taşı olarak kalır ve gelecekteki taleplerle ilgili olarak, DSP ve makine öğrenimi ile ilgili sistemlerin verimli bir şekilde tasarlanması gerekir. Ağlar, terabit-per-saniye hızlarına ve kuantum mesafeye doğru iter.