Giriş Giriş Giriş

Optik iletişim ağları küresel veri altyapısına dayanıyor, her şeyi online trafikten finansal işlemlere sadık bir şekilde geri gönderme yeteneğiyle ikinci başına yüzlerce gigabits sinyalini sunarken, erteleyen optikler büyük bant genişliği ve düşük kayıplar sunar, Jitter degrads-end sisteminin pratik performansı, alıcının zor zaman kaybetme oranını artırır, biraz hata oranlarına ulaşır ve sonuçta modern optik bağlantıların temelleri ile sınırlandırır.

Bu makale optik alıcılarda sinyal jitterin derin bir teknik incelemesini sağlar. jitter sınıflandırmak ve temel kaynaklarını araştırmakla başlarız, o zaman bazı hata oranı ve alıcı duyarlılığı gibi temel performans ölçümleri üzerinde etkisini ölçmek. Son olarak, saat kurtarma devrelerinden ileri modlama stratejilerine kapsamlı bir süit sunuyoruz, pratik uygulama ticaretlerine vurgu yaparak.Sonunda, okuyucular herhangi bir yüksek hızlı optik sistemde analiz ve minimizleme için net bir çerçeveye sahip olacaklar.

Signal Jitter'in Temelleri

Jitter, dijital sinyalin önemli anlık varyasyonu olarak resmen tanımlanır (örneğin, yükselen veya düşen kenarlar) zaman içinde ideal pozisyonlardan. Bu, iki geniş kategoriye konulan stochastic bir süreçtir: 0,0random jitter) ve deterministic”)

Random Jitter (RJ)

Random jitter sınırsız ve Gaussian olasılık dağılımını takip ediyor. Elektronik devrelerde termal gürültü gibi temel gürültü süreçleri, fotodiodes'da gürültüyü vuruyor ve lazerlerin faz gürültülerini takip ediyor.Çünkü RJ Gaussian, zirveye kadar (BER) bir sabit tutar (örneğin, 14XT)

Deterministic Jitter (DJ)

RJ'den farklı olarak, deterministic jitter sınırlanmış ve tekrarlanabilir. Birkaç türe daha subdivided edilebilir:

  • [FONT:0)Periodic Jitter (PJ): ), Sinusoidal müdahale kaynaklarından, güçle dalgalanan veya saat beslemesi gibi bir göz ardı edilebilir. PJ frekans alanında yan yana görünür ve bilinen bir frekansla ilişkilendirilebilir.
  • [DDJ: [DDDJ): [DDDDJ): [DDDDDJ):[DDDDJ): [DDDDJ): [DDDDDDDDDDDJ):[DDDD) Bir geçişin zamanlaması, kanal tepkisinin bilinmemesi veya yanlış uyumsuz olması nedeniyle.
  • [[Dönetici:0)Bounded Uncor related Jitter (BUJ):[Dönetici:0) Diğer veri akışlarıyla veya asynchronous aggressors'dan gelen sonuçlar. BUJ, veri kalıbıyla ilişkili değildir.
  • [FONT:0]Duty-Cycle Distortion (DCD): [D: ), bir sinyalin yükselen ve düşdüğü zaman, farklı bir uyarı gecikmeleri vardır, etkili karar noktasını değiştirir.

Optik alıcılarda, DJ genellikle ISI ve lazer rahatlaması salınımlarının güçlü desenli etkiler yarattığı düşük veri oranlarına hükmediyor, ancak RJ yüksek hızda daha önemli hale geliyor, gürültü kısıtlanmış rejimler.

Jitter'in optik Alıcılarda Kaynakları

Jitter'in fiziksel kökenlerini tanımlamak uygun mitigation stratejileri seçmek için kritiktir. birincil kaynaklar üç alana girer: optik ön uç, iletim bağlantı ve elektronik geri uç.

Lazer faz Gürültü

Yarı iletken lazerler, özellikle de hesaplanmış (DFB) lazerler doğrudan sipariş sistemlerinde kullanılan, spontan emisyon etkinlikleri nedeniyle faz gürültülerini sergile. anlık optik frekans dalgalanmaları, hangi karmaşık algılama ve sonra sonlu bant kurtarma yoluyla karmaşıklık dalgalanmaları dönüştürülür.Bu etki, lazerin çizgi genişliğiyle orantılı olarak ölçülmelidir - daha geniş bir çizgi daha fazla faz gürültüyü ve daha fazla jitter ima eder. Eş zamanlı sistemlerde, lazer faz gürültüleri hızlanır ve dijital taşıyıcı kurtarma yoluyla telafi edilmelidir.

Dispersion-Indük Jitter

Chromatic Dağıtım (CD) ve kutuplaşma modu dağılımı (PMD) farklı ⁇ bileşenleri veya kutuplaşma durumlarının farklı hızlarda ortaya çıkmasını sağlamak için farklı bir şekilde ortaya çıkıyor.Bir pul treninde, bu pulsiyon enerjisinin zaman içinde yayılması ve modele bağlı zaman değişiminin geçişi sağlar. Örneğin, geri dönüş olmayan sinyaldeki uzun bir dizesi, diğer taraftan DDJ'de ortaya çıkan yüzlerce tazminattan daha fazla bir miktar daha fazla olur.

Elektronik Gürültü

Transimpedans yükseltici (TIA) ve alıcı zincirindeki yükseltici (LA) termal gürültüye katkıda bulunur, ses ve flicker gürültüsüne karşı ısıtılır ve doğrudan yük dalgalamalarına eklenir ve bir Gaussian tarzındaki gürültüyü değiştirir.

Crosstalk and Interference

Yoğun dalga boyun eğlendirici (DWDM) sistemlerde, bitişik kanallar alıcıya, sınırlı bir yükselteçle geçtiğinde, aynı gemideki radyo-fret etkisi (dört dalga karıştırılması, çapraz fazasyon), veya kusuru mükemmel bir şekilde çırpınma ile çırpın.Bu optik haçlıtalk sinyali ile çırpılır, jitter'i sınırlamak için çevirebilir. Benzer şekilde, aynı tahtadaki radyo-frezem müdahalesi aynı zamanda alıcıya enjekte edebilir.

Optik Alıcı Performansı Üzerine Etkisi

Jitter, optik bir alıcının her anahtarının ölçütünü alır: BER, göz açma ve duyarlılığı.Sürücük, birim aralığına göre (UI), alıcının bant genişliğine ve veri toplama türüne bağlıdır.

Bit Error Rate Degradasyon

jitterin en doğrudan sonucu, yanlış zamanda örnekleme olasılığında artıştır.Bir saatli alıcıda, karar devreleri, geri alınan saatle belirlenen aralıklarda gelen dalgaformunu örneklendirir.Eğer veri kenar jitterleri başarısız olursa, örnek noktanın kenara yakın olduğu için, gerilim marjı azaltılır ve BER yükselir.

BER ≈ [[DÜŞÜNÜ:0][DÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ TÜSİADÜ İLİŞKİNŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ SİAD İLİŞK SİAD İLİŞK SİAD İLİŞK SİAD SİAD İLİŞK SİAD ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

T'nin nominal bit dönemi ve t[DÜDÜ:0)jitter[[DÜT:1) nerede, zamanlama dengesidir. Hatta sub-picosan RMS jitter, 100+ Gbaud'da BER'i üst düzeye çıkarabilir.

Göz Diagram Closure ve Timing Margin

Bir göz diyagramında, jitter yatay açılış olarak ortaya çıkıyor.Deterministic jitter, sabit bir miktar tarafından göz genişliğini azaltır (toprak DJ), rastgele jitter yavaş yavaş kenarlara bağlı kalırken, 14.13 BER = 10[TJ = DJ + ⁇ RJ) Bu hesaplama işlemi en az% 30 oranındaki yüksek gerilimlere bağlıdır.

Hassasiyet Cezası

Jitter-indük duyarlılık cezası, zamanlamasının mükemmel olmadığı bir hedef tutmak için gerekli olan ekstra optik güç anlamına gelir.For Gaussian jitter, pen P (in dB) ölçekleri yaklaşık olarak, P (in dB) olarak ölçeklendirmek için gereken bir hedeftir.

P ≈ 5·log[Dönem:0)10[Döntilmiş: 1)[Dönem:2)

Yani, 1 dB'de bir cezada 0.2 UI sonuçları bir jitterin, cezanın 3 dB'ye tırmanması, her decibel'in önemli olduğu uzun mesafeli bağlantılarda, küçük bir miktar pahalı regenatör veya daha düşük sipariş modülasyon kullanımını zorlayabilir.

Saat ve Veri Kurtarma (CDR) Üzerine Etkisi

CDR devresi, gerçek veri kenarını izlemek için PLL'ye bağlı olarak, CDR'nin invazif eşitleme olmadan ortadan kaldıramayacağı sistematik bir aşama yaratır.Modern CDR tasarımları, PLL'nin gerçek veri kenarlarını izlemek için kilit veya izlemek için kullanmasına neden olur. Ayrıca, bu tür etkilerle ilişkili olan jitterler, CDR'nin inzivalan sıfırlanma oranını azaltır.

Signal Jitter Strategies için

Güçlü bir jitter mitigation planı, kaynaklarında ve tüm sinyal yolu boyunca ele alır. Aşağıdaki stratejiler optik, elektronik ve algoritmak domainler.

Gelişmiş Saat ve Veri Kurtarma (CDR)

CDR, fotodiode'dan sonra jitter'e karşı ilk savunma hattıdır. Temel PLL mimarileri üzerinde temel gelişmeler şunlardır:

  • [FONT:0)PLL geniş bant faz algılaması ile:) Hogge veya Alexander faz dedektörleri kullanılarak lineer kazanç sağlayan ve en aza indirmek için, deterministic jitter yakalamasını azaltın.
  • [FONT=0)Phase Interpolators:[Dönetici:[Dönetici:0) Dijital CDR'lerde, düzeltilmiş saat aşaması iyi adımlarda ayarlanır (örneğin, 1/64. UI). Bu, CDR'nin aşırı bant genişliği olmadan yavaş jitter bileşenleri (wander) iptal etmesine ve sıcaklık geçişinin izlenmesine izin verir.
  • [[Düzücü:0)Band geniş adaptasyon: [Dönetici:[Dönetici:0)Band genişleyen adaptasyon:[Dönetici:[Dönetici:0)))) Bu ticaret filtre köşesinin gerçek zamanlı olarak optimize edilmesi, yüksek frekanslı jitterleri takip eder, ancak daha fazla gürültüyü sağlar; dar bant genişliği gürültüyü reddeder, ancak hızlı bir şekilde faz değişiklikleri takip edemez. Adaptif bir algoritmalar bu ticaret-offu gerçek zamanlı olarak optimize eder.
  • [FONT:0)Feed- ileri jitter iptal: Dijital CDRs her kenardaki faz hatasını ölçebilir ve daha sonraki örneklerden filtrelenmiş bir sürüm çıkarabilir, düşük frekanslı jitter.

Optik Dispersion Compensation

CD ve PMD büyük determinist jitter kaynakları olduğundan, dağıtım doğrudan DDJ'i azaltır. Ortak yaklaşımlar şunları içerir:

  • [FONT:0)Dispersion fiber (DCF): [Dönetici aralıklara yerleştirilen negatif kormatik dağılımı ile uzun bir fiber var. Bu olgun ve pasif bir tekniktir, ancak kaybı ve maliyeti de ekliyor.
  • [FONT:0]Fiber Bragg grating (FBG):[FD 1:0) Chirped FBGs, kompakt, tüm fiber paketinde CD'yi telafi edebilir.
  • [FONT:0)Electronic dağıtım tazminatı (EDC):), Eş zamanlı alıcılarda, dijital sonlu bir dürtü cevabı (FIR) filtre, bilinen kanal modellerini kullanarak birleştirilmiş CD'yi eşitledi. EDC esnek ve yeniden yapılandırılabilir ama önemli gücü tüketiyor ve yüksek hızlı analog dönüştürücüler gerekiyor.
  • [FONT=0)Polarizasyon kontrolörleri ve PMD koensatörleri: [DFLT:1] Birden çok musluk ile uyumlu kutuplaşma optik veya elektronik eşitleştiriciler (örneğin, kelebek filtreler) ilk siparişi PMD.

İleri Hata düzeltmesi (FEC) ve Coding

FEC, alıcının jitter ve gürültü tarafından tanıtılmasına izin veren bazıları da ekliyor.FEC, BER'yi 15-25 arası eşitleme ile rahatlatır (D) - 12) 10-) kodlarına sahiptir.). - DEC, DEC, DEC'yi kullanan büyük bir rahatlamayı da 8-25 yüksek çözünürlükte kullanır.

Modulation Format Selection

Farklı modulation formatları jitter. Direct-detection On-Off Keying (OOK) çok hassastır çünkü tek bir zamanlama hatası, fazda veya diferansiyel fazda biraz invertebilir. Formats bu doğal olarak daha sağlam:

  • [FOSK:0)Differential Phase-Shift Keying (DPSK): [Dönetici: 1) Bilgi, ardışık bitler arasında faz değişikliklerinde kodlanır. alıcı, düşük frekanslı jitterleri doğal olarak bastırır, çünkü her iki silah da aynı zamanlamayı yapar.
  • [FONT=0)Quadrature Faz-Shift Keying (QPSK) ve daha yüksek sipariş QAM:[Dönetici tespitiyle kullanılır; dijital demapper, faz kurtarma algoritmaları aracılığıyla ikamet etmek için telafi edilebilir (örneğin, Viterbi-Viterbi veya kör aşama arama). Coherent alıcılar da yerel osilatörden çok düşük gürültü fazı ile yararlanabilirler.
  • [FONT:0]Duobinary ve kısmi-response kodlaması: [Dönetici: 1) Bu grup sınırlı şemalar, daha karmaşık bir alıcı pahasına, daha düşük CD-indüklenmiş jitter azaltır.

Eşitleştirme Teknikleri

CDR'den önce yerleştirilen elektronik eşitleştiriciler kanal kaynaklı jitterleri temizleyebilir: Ortak uygulamalar:

  • [FONT:0) Sürekli zamanlı lineer eşitleştirici (CTLE): [DDDD: 1) Yüksek frekansları artıran bir üst düzey filtre, fotodiode ve TIA'nın yuvarlanması için ipuçları.
  • [DFE:0)Decision feedback eşitleştirici (DFE): [DFLT:1), önceki bitlerin ISI katkısını kaldıran doğrusal olmayan bir filtredir. DDJ için çok etkilidir, ancak hata yayılımı ve yüksek hızlarda güç-hungry’ye zarar verir.
  • [FONT:0)Feed-en ileri eşitleştirici (FFE): ), Bir lineer filtre (çoğunlukla bir gecikme hattı olarak uygulanır) ön kodlar veya kodlar ISI'yi iptal etmek için sinyal. FFEs yaygın olarak verici-side eşitleme.

Low-Noise Bitirme Tasarımı

Elektronik gürültüyü doğrudan rastgele jitter. Tasarım uygulamaları şunları içerir:

  • SiGe, InP veya CMOS süreçleri yüksek f ile kullanmak )T) gürültü rakamını en aza indirmek için.
  • Karanlık mevcut atış gürültülerini azaltmak için fotodiode önyargılı.
  • Alıcının ön uçunu güçle gürültü ve dijital haçla.
  • CDR PLL için düşük fazlı-noise gerilim kontrollü osilatörler (örneğin, LC oscillators over ring oscillators).
  • Alıcı zinciri boyunca ortak mod gürültüsünü reddetmek için diferansiyel sinyalleme.

Gelişen Teknikler ve Future Yollar

sembolün 100 Gbaud'un ötesine geçtiği ve terabit aralığına girerken, geleneksel jitter mitigation yaklaşımları temel sınırlara ulaşır. Birkaç yeni yön araştırılıyor:

  • [FONT:0)Makine Jitter tazminatı için öğrenme:) Recurrent sinir ağları, model bağımlı jitter tahmin edebilir ve örnekleme puanlarını uyumsuz olarak ayarlar. Erken deneysel sonuçlar, zaman marjında% 30'a kadar iyileşme gösterir.
  • [FONT:0) Dijital koherent alıcıları ortak tazminatla karşı karşıya:) Gemi faz kurtarmasını birleştirerek, tematik dağıtım tazminatını ve tek bir iteratif döngüye zaman kurtarma, alıcı jitter ve diğer bozulmalar arasındaki etkileşimleri iptal edebilir.
  • [FONT:0) Pitter azaltımı için Integrated fotonik devreleri:[Dönetici:0) Lazer, modülatör, fotodiode ve CDR tek bir çip üzerinde, hem de büyük ölçüde daha düşük bir şekilde, hem de RJ hem de DJ.
  • [FONT:0)Sub-sampling mimarlıkları: Nyquist oranında örnekleme yerine, alt-sampling alıcıları, sinyali daha az zamanlama hassasiyetleriyle yeniden inşa etmek için son derece hızlı bir takip ve devreleri kullanır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Signal jitter, yüksek hızlı optik alıcılara en uygun performans limitlerinden biri olarak kalır. multifaceted nature - lazer faz gürültü, fiber dağıtım, elektronik gürültü ve müdahale - talep edilen bir tasarım yaklaşımıdır. jitter'i rastgele ve deterministic bileşenlere göre ölçerek, mühendisler, dijital sinyal işleme stratejilerine doğru doğru doğru bir şekilde gider ve daha uygun maliyetli olan 1 inçlik bir şekilde işlemeye devam edebilir.

Ayrıca okuma

  • [FONT:0)G. P. Agrawal, [[Dönetici:0))))Üyetim: 4. ed. (Wiley, 2010), Bölüm 4 - Lazer Faz Gürültü ve Jitter).
  • [FONT=0)J. Kim et al., “Jitter Analysis and Mitigation in High-Speed Optical Alıcılar”, [[Dönetici:0))) ... 9, pp. 1604-1615, 2017).
  • [FONT=0)S. M. R. Motaghian Nezam et al., “Dijital Jitter Compensation using Machine Learning in Coherent Alıcılar”, [[Döneticileri:0))) 0,2, vol. 28, 12, pp. 17740-17753, 2020).
  • [FONT:0]A. J. Tohumlar, “Jitter in Optical Communication Systems: A Birleşik Perspektif”, arXiv:2106.12345v2, 2021 (preprint) – jitter modellemesinin ayrıntılı bir incelemesi).