Hin óseðjandi alþjóðlega eftirspurn eftir gögnum, knúin áfram af tölvuskýi, streymisþjónustu og Internet of Things (IoT), hefur þrýst sjónrænum samskiptakerfum að fræðilegum mörkum. Til að mæta þessari áskorun hafa háþróuð mótunarsnið sem kóða upplýsingar um fasa, amplitude og skautun ljóss orðið nauðsynleg. Hins vegar kynnir þessi fágun grundvallarvandamál: tilviljunarkennd og kraftmikið skautun (SOP) ljóss þegar það ferðast í gegnum hundruð kílómetra af ljósleiðara. Lausnin sem hefur orðið grunnur nútíma samhangandi uppgötvunar er Polarization Diversity Coherent Receiver.
Áskorunin: Snúin leið fyrir ljós
Ólíkt einföldu af-slökktulyklinum snemma ljóskerfa nota nútíma kerfi eins og Dual-Polarization Quadrature Phase-Shift Keying (DP-QPSK) og hærri-röð QAM báðar skautun ljóss til að tvöfalda gagna-flutningsgetuna. Ljósbylgjur hafa tvö hornrétt skautunarástand, venjulega kölluð X og Y skautun. Helst eru þessi ríki áfram aðgreind. Hins vegar er ljósleiðarinn ekki fullkominn miðill. Ófullkomleika, utanaðkomandi álag, hitabreytingar og eðlislæg tvíbrot trefjanna valda því að SOP breytist af handahófi og ófyrirsjáanlegum hætti við sendingu. Ef ekki er stjórnað, leiðir þessi skautunarsnúningur til alvarlegrar merkjafölnunar og villna í móttakara, sem gerir háþróuð mótunarsnið gagnslaus.
Kjarnareglan: Klofning til að sigra
Samhengi skautun fjölbreytileika móttakara leysir þetta vandamál glæsilega. Meginregla þess er ekki að rekja eða stjórna skautuninni sem berast, heldur að aðgreina hana á óvirkan hátt og vinna hana sjálfstætt. Móttakarinn er hannaður til að vera ósanngjarn við komandi SOP, sem tryggir stöðugt og áreiðanlegt merki óháð snúningum og snúningum trefjarins.
Arkitektúr slíks móttakara er meistaraverk samþættrar ljóseindatækni og rafeindatækni. Það samanstendur venjulega af nokkrum lykilstigum:
Polarization Beam Splitter (PBS): Þetta er inngangspunkturinn. Merkið sem kemur inn, með óþekktum og sveiflukenndum SOP, er færð inn í PBS. Þetta tæki skiptir merkinu í tvo hornrétta skautunarhluta. Mikilvægt er að þessir tveir úttak tákna algjört niðurbrot á komandi ljósi. Burtséð frá upprunalegu SOP, er sameinað kraftur og upplýsingar á þessum tveimur leiðum stöðugar.
90-gráða ljósblendingurinn: Hver af tveimur skautunarþáttunum frá PBS er síðan færður inn í sinn eigin 90-gráða ljósblending. Annað inntak til beggja blendinga er algengur, mjög stöðugur staðbundinn oscillator (LO) leysir. Optíski blendingurinn er lykiltæki fyrir samfellda uppgötvun. Hlutverk þess er að blanda merkinu við LO og framleiða úttaksmerki sem tákna í-fasa (I) og ferningshluta (Q) bæði merkið og LO fyrir hverja skautun. Fyrir eina skautun framleiðir blendingur fjórar úttak: I og Q fyrir merki-LO samsetninguna og viðbætur þeirra. Í uppsetningu á skautun fjölbreytileika er þetta ferli afritað fyrir bæði X og Y skautunarleiðir, sem leiðir til alls átta hliðrænna útganga.
Ljósgreining og stafræn myndun: Átta ljósafleiðingum frá ljósblendingunum tveimur er breytt í rafstrauma með samsettu jafnvægi ljósnema. Þessir skynjarar eru mikilvægir til að hafna algengum-ham hávaða og bæta næmni. Rafboðin sem myndast -IX, QX, IY, QY (og viðbætur þeirra)-eru hliðstæðar framsetningar á flóknu sjónsviði fyrir báðar skautunina.
Stafræn merkjavinnsla (DSP): The True Powerhouse: Hliðrænu merkin eru stafræn með háum-hraða hliðrænum-í-stafrænum breytum (ADC). Þetta er þar sem hinn sanni galdur gerist. Stafrænu sýnin eru send í öfluga DSP vél. DSP sinnir nokkrum mikilvægum aðgerðum:
Polarization De-Multiplexing: Með því að nota aðlagandi jöfnunarreiknirit (eins og stöðugan stuðull reiknirit eða multi-modulus algrím), endurheimtir DSP á virkan hátt upprunalega sendu X og Y gagnastraumana. Það „snýr“ í raun úr-snúningi skautunarsnúningsins sem varð í trefjaranum á stafræna léninu.
Endurheimt burðarfasa: Það bætir upp tíðni- og fasarekið milli merkis og staðbundinna sveifluleysis.
Uppbót á litdreifingu: Það snýr stafrænu við -púlsvíkkandi áhrifum litdreifingar.
Gagnaákvörðun: Að lokum ákveður það hvaða tákn voru send og endurgerð upprunalega gagnastrauminn.
Áhrif og forrit
Uppfinningin og markaðssetning samhangandi móttakarans fyrir fjölbreytni skautunar hefur verið byltingarkennd. Það er tæknin sem gerir:
Langdræg- og neðansjávarstrengir: Það gerir ráð fyrir hæsta mögulega gagnahraða yfir hafslóðir, þar sem skautun áhrif eru mest áberandi.
Gagnamiðstöðvarsamtengingar (DCI): Það gerir tengingar með mikilli-getu milli gagnavera, oft yfir eldri trefjaverum, með háþróaðri mótun.
Sveigjanleg-Grid Optical Networks: Það veitir kraftmikla afköst sem þarf fyrir hugbúnaðar-skilgreind ljósnet sem geta aðlagað getu eftir þörfum.
Niðurstaðan er sú að samhangandi móttakari fyrir fjölbreytni skauunar er miklu meira en bara hluti; það er grunn undirkerfi sem hefur skilgreint kynslóð sjónsamskipta. Með því að skipta vandanum við skautunarsvif á snjallan hátt og afhenda það öflugum stafrænum heila, hefur það teymt eðlislægt tilviljun ljóss í ljósleiðara og opnað terabita-kvarðagetuna sem myndar burðarás hins tengda heims okkar.