Optik Signal Rejenerasyonunun Ağı genişletme ve Kaliteye Uğranması

Optik sinyal yenileme, modern telekomünikasyon ağlarında teknoloji sağlamak için temel bir yoldur. Doğrudan fiber optik ileti aktarımının fiziksel sınırlamalarını ele alır, ağ operatörlerinin zaman geçtikçe iletişim kurmalarına ve yüksek kaliteli veri aktarımına izin verir. Optik sinyaller sinyal iletimi yoluyla kaynaklanırken, yüksek çözünürlükte, kesintiye uğratılır ve uzun süreli iletişim kurmaz.

Optik Signal Degradasyon Anlamak

Yenileme tekniklerini keşfetmeden önce, iletim sırasında optik sinyallerin düşmesinin fiziksel fenomenleri anlamak önemlidir. Üç birincil bozukluk kaynağı da değersiz etkilerdir, dağıtım ve doğrusal olmayan etkilerdir.

Attenuation

Attenuation, optik gücünün fiber aracılığıyla ışık yolculuklarının kaybı anlamına gelir. Bu kayıp, saç telinden (özellikle Rayleigh saçılma), camdaki boşluklar ve amplitüdsüz olmayan standart tek mod fiber, yaklaşık 0.2 dB /km bir 100 km boyunca, sinyal gücü 20 dB (a faktörlü 100), sinyalsiz kesintiye uğramadan dolayı yeterlidir.

Chromatic Dispersion

Chromatic dağılımı, bir pulun farklı dalga boyun eğlendiricileri nedeniyle, bu, yayıcının hedeflediği gibi genişletmek için nabıza yol açar ve alıcıya müdahale etmeye yol açar. Dispersion, yüksek seviyeli sistemler için ciddi bir sınırlama olur (örneğin, 100 Gbps ve ötesinde) telafi edilmez veya yönetilemez.

Polarizasyon Modu Dispersion

Polarizasyon modu, fiberdeki kuşluktan sonuçlar verir, bu da iki ortogonal kutuplaşma modlarına farklı hızlarda seyahat etmek için neden olur. Yüksek hızlı koherent sistemlerde PMD, pul yaymaya ve sinyal bozulmasına neden olabilir, tahmin etmek ve azaltmak zorlaşır.

Nonlinear Effects

Pasif bir orta olmasına rağmen, fiber yüksek optik güçlerde doğrusal olmayan davranışlar sergilemektedir. Kanal başına kendi kendine özgü modülasyon, dört mil karıştırma ve Brillouin saçını teşvik etti.Bu doğrusal olmayanlar kanal arasında geçiş yapıyor ve kanal arasındaki en yüksek gücü sınır dışı ediyor, uzun mesafeli WDM sistemlerinin tasarımını hesaplamak.

Optik Signal Rejenerasyon Temelleri

Optik yenileme genellikle performanslarının sayısı tarafından sınıflandırılır: 1R (yalnızca amplifik ve ultra uzun süreli bağlantılar için gereklidir).

Reamplification (1R)

Reamplification, sinyal gücünü düşük gürültü rakamını sağlayan Raman yükselticileri ile yüksek kazanç sağlar.En yaygın kullanılan cihaz, kompakt boyut ve entegrasyonların gerekli olduğu bazı uygulamalarda da kullanılır.

Reshaping (2R)

Reshaping sinyalinin yok edilmesi oranını geliştirir ve amplif gürültüyü azaltır. 2R regenerator, nonlinear elementleri ile ayrımcılığa maruz kalırken, yüksek yoğunluklu pullar geçerken, yüksek hacimli gürültüyü azaltır.

Retiming (3R)

Bir saatle ilgili orijinal pul pozisyonları geri yükleme, dağıtım ve doğrusal olmayanlar tarafından getirilen zamanlama jitteri ortadan kaldırmak. 3R Yenileme, tekrar zaman ve tekrar-shapes ile takip edilen optik bir kapı gerektirir.Uygulamada, 3R regener genellikle optik-elektriksel dönüşüm gerçekleştirir, ancak tüm optik 3R teknikleri aktif bir araştırma alanıdır.

Optik yöntemler: 1R Rejenerasyonunun İşhorları

Optik yükselteçler, dağıtılmış ağlarda en yaygın yenileme şeklidir. Fiber span boyunca dağıtılmış kazanç sağlarlar, elektronik dönüşüm gerektiren kaybı etkili bir şekilde telafi ederler.

Erbium-Doped Fiber Amplifiers

EDFAs uzun zamandır WDM sistemleri için standart bir seçimdir.Onlar yüksek kazanç sağlar (20-40 dB), düşük gürültü rakam (~4-5 dB), ve C-band üzerinden düz kazanç sağlar.Efsale EFFS: 0,100 km Wikipedia'da bir bağlantı daha fazla olabilir.

Raman Ampifik

Raman yükselteçleri, EDFA'ların optik sinyal-toğraf hızlarını artırmak için başlatılan yüksek güç pompası lazerini kullanıyor. Çünkü elde edilen artış, elektronik kabloların erişimini ve elektronik kabloların erişimini artırmak için kullanılan bir EDFA'ya kadar daha düşük.

Optik Fiber Optik Fiber

SOAs are kompakt, geniş bir dalga aralığında çalışan yükseltilebilir yükselteçler, ancak hızlı olmayan yanıt nedeniyle daha yüksek gürültü rakamlarından, kutuplaşma duyarlılığından muzdaripler ve EFA'lara kıyasla doğrusal olmayan bir bozulmaya rağmen, SOAs metro ağlarında, optik anahtarlamada ve 2R ve 3R regenerleri için inşa edilmiştir.

Regenerator Tipleri ve Mimarileri

Modern ağlar gerekli performans ve maliyet hedeflerine bağlı olarak çeşitli regenerator mimarileri kullanmaktadır. Aşağıdaki tablo ana tiplerini özetliyor:

Uygulamada, birçok karasal rota için en düşük maliyetli çözüm, EEO dönüştürücüleri yalnızca deniz tekrarlayıcıları ile kullanmak için, alıcının dijital sinyal işlemesine dayanan 10 bin dolarlık denizaltı bağlantı için tam 3R yenilenme için gereklidir (OEO dönüştürücüleri altüst tekrarlayıcıları kullanarak) 10 bin kilometreden fazla mesafeyi korumak için gereklidir.

Ağ Genişleme Ağı Ulaşmak: Pratik Uygulamalar

Optik sinyal yenileme, basit amplifikasyon ile imkansız olan mesafeleri kapsamak için ağların olanak sağlar. İki anahtar uygulama alanı transkripsiyonik denizaltı kabloları ve karasal arkak ağlardır.

Submarine Cable Systems

Modern denizaltı kabloları, EFA tabanlı tekrarlayıcıların zincirini her 60-90 km boyunca kullanır.Her bir tekrarlayıcı aynı anda tüm dalga boyun eğlendirici kanalları da kullanır. Eş zamanlı algılama ve gelişmiş modulation formatları ile, bu sistemler Atlantik'te 20 Tbps'nin kapasitelerini elde edebilir. Bazı kablolar 3R yenilenme istasyonlarında veya farklı yerlere yol açan birimlerde yer alır.

Terrestrial Long-Haul Networks

Karasal arkaklarda, yenilenme noktaları genellikle her 500-1.000 km'ye yerleştirilir ve fiber kalitesine bağlı olarak. Tipik bir tasarım EDFA'nın 80 km'lik rotaları, periyodik olarak eklenen dağıtım bağlantıları ile, bir OEO regenerator sinyalini elektrik formatına dönüştürür ve bir sonraki sayfada optik olarak yeniden aktarılır.

Data Center Interconnects

Yüksek kapasiteli veri merkezi bağlantıları genellikle 100-300 km uzantılı cihazlara ulaşmak gerektirir. EDFAs, bir sonraki nesil 800 Gbps ve 1.6 Tbps sistemleri optik sinyal-to-noise oranını sınırlamaktadır.Bu durumlarda, 2R yenilenme, SOA tabanlı cihazlar veya gelişmiş FEC kodlaması tam 3R karmaşıklığı olmadan ulaşabilir.

Yüksek-Bit-Rate Systems için Signal Quality

Signal kalitesi, biraz hata oranı, kalite faktörü (Q-fak) ve optik sinyal-noise oranı gibi ölçümlerin ölçülmesi ile ölçülür.Rejenerasyon bu metrikleri doğrudan kesintiye uğratarak geliştirir. faydaları özellikle 16-QAM, 64-QAM gibi yüksek sipariş modları için telaffuz edilir ve olasılık şeklinde sıralanır.

3R yenilenme, sabit dağıtım için telafi edilebilir bir şekilde telafi edilebilir veya kesintiye uğramaz. orta puanlarda 2R veya 3R yenileme ekileri kullanarak sistemlerde, doğru hataları düzeltmeden önce kullanılabilir bir şekilde geliştirilebilir.

Örneğin, eFA-sadece amplifikasyonu ile 100 Gbps DP-QPSK bağlantı,% 20 FEC yükü ile 2.000 km'ye ulaşabilir. orta noktadaki tek bir 3R regenerator tanıtırken, aynı zamanda aşağı uçları için daha temiz bir sinyal sağlayabilir.Bu ticaret-off yenilenen maliyetle bir ağ planlamasıdır.

Optik Rejenerasyonunda Zorluklar

Yararlılarına rağmen, optik yenilenme, maliyet-aktif dağıtım için ele alınması gereken birkaç zorluk getirir.

Gürültü Şekil ve OSNR Degradasyon

Her amplifik, OSNR'yi bağlantı boyunca bozan gürültüyü ekliyor.EgNR, EFA'nın bir cascade'si formülüne göre bir araya getiriyor: OSNR total = 1 / ( ⁇ 1/OSNR i).

Güç tüketimi ve Soğutma

OEO 3R regenerators yüksek hızlı elektronik ve lazerler nedeniyle önemli bir güç tüketiyor. denizaltı kablolarında, her tekrarlayıcı güç kabloya ekleniyor ve güvenilirliği azaltır. Tüm optik yenileme elektrik dönüşüm adımını ortadan kaldırmak için geliştiriliyor.

Maliyet ve Kompleksi

Full 3R regenerators pahalıdır, özellikle de birden fazla dalga boyun eğdiğinde, 40 mil uzunluğundaki bir sistem, belirli bir siteye 40 ayrı regenerator kartı gerektirecektir. Network operatorleri yeni fiber veya daha gelişmiş transceivers dağıtma maliyetine karşı yenileme maliyetini dengelemelidir.

Bütünleşme ve Scalability

Birden fazla yenileme fonksiyonunu tek bir fotonik bütünleşik devreye entegre etmek büyük bir hedeftir.Mevcut PICs, modülelleri, dedektörleri ve yükselteçleri birleştirebilir, ancak tüm optik 3R devrelerinin yüksek üretimi bir araştırma meydan okuması kalır.

Gelişen Teknolojiler ve Araştırma Yolu

Optik sinyal yenileme geleceği tüm optik işleme, makine öğrenme optimizasyonu ve gelişmiş yükselteç tasarımlarında yatıyor. Bu yenilikler daha düşük maliyete, güç tüketimine ve kapasite artırıcılarına söz veriyor.

All-Optical 3R Rejenerasyon

Tüm optik 3R yenilenme, saat kurtarma ve yeniden üretim yaparak OEO dönüşüm enerjisini kaçınır, ancak bu cihazlar doğrudan denizaltı ve uzun mesafeli uygulamaları kullanarak kompakt, düşük güç regenatörlerini kullanarak.UVT:0 Son zamanlardaki ilerlemeyi 40 Gbps ve 100 Gbps olarak okuyun.

Faz-Sensitive Amplifiers

Faza duyarlı yükselteçler, uzun mesafeli bağlantılarda OSNR'yi dramatik bir şekilde geliştirme potansiyeline sahiptir. Araştırma, kutuplu niobate veya son derece doğrusal olmayan fiberler için pratik yapmaya devam etmektedir.

Adaptif Rejenerasyon için Makine Öğrenme

Makine öğrenme algoritmaları gerçek zamanlı olarak yenilenme parametreleri optimize edebilir, fiber yaş, sıcaklık ve trafik yük gibi bağlantı koşullarını değiştirmeyi optimize edebilir. Örneğin, derin bir sinir ağı, Raman pompa gücünün en iyi seviyesini veya BER'yi en aza indirmek için tazminat tahmin edebilir.Bu yaklaşımlar bir sonraki nesil optik taşıma için yazılım tanımlı ağ kontrol kontrolörleri haline getirilir.

Compact Regenerators için bütünleşik fotonikler

Silikon fotonikleri ve indium phosphide platformları, birden fazla optik fonksiyon entegrasyonuna olanak sağlar - bu nedenle modülatörler, yükselteçler ve dektörler – tek bir çip. Tamamen entegre 3R regenerator bir çip üzerinde dramatik bir şekilde azaltılabilir ve maliyet, metro ve erişim ağları için yeniden inşa edilebilir hale getirmek. Ticari ürünler 100 Gbps ve 400 Gbps hattı kartları için ortaya çıkmaya başlıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik sinyal yenileme modern telekomünikasyon temel taşı olarak kalır, kıtalar ve okyanuslar arasındaki kesintisiz veri akışını sağlar.Intenuation, distribution, and nonlinearities, Yenileme teknolojisinin gelişimi, fiber optik bağlantıların akışını genişletir ve yüksek sinyal kalitesi için gerekli olan yüksek sinyal kalitesini korurken, yenidenjeneratif sistemlerde EDFA tabanlı 1R amplifikasyonun tüm optik 3R'ler için hızlanması ve yeniden üretim maliyetlerinin arttırılması gerekir.