فهم التعديل البصري المترابط

المقدمة

يصف هذا المستند المبادئ الأساسية لمخططات التعديل البصري المترابطة المستخدمة في شبكات انقسام طول الموجة الكثيف المتضاعفة (DWDM).

معلومات أساسية

يغير مخطط التعديل باستمرار خاصية أو خصائص نموذج موجي. في هذه الحالة، هو خفيف، من أجل ترميز المعلومات الثنائية في شكل موجي. وتستخدم الشبكات الضوئية الحديثة مجموعة متنوعة من مخططات التعديل من أجل نقل البيانات عبر مئات إلى آلاف الكيلومترات.

خصائص الضوء

تستخدم شبكات DWDM العديد من خصائص الضوء من أجل تشفير المعلومات بكفاءة.

1. طول الموجة أو التردد - تستخدم كل قناة في شبكة DWDM طول موجة محدد في النطاق الترددي C، بين 1527 نانومتر تقريبا و 1565 نانومتر. يمكن أن توفر كل إشارة نطاقا تردديا مختلفا وفقا لمعدل الباود ونظام التعديل.
2. المرحلة - زاوية شكل الموجة التي تقاس عادة بالراديان. تغيير المرحلة يترجم فترة شكل الموجة في الوقت.
3. السعة - هي قياس لإجمالي قوة إشارة ما بوحدة الديسيبل - مليوات (dBM).
4. الاستقطاب- تتميز الموجات الكهرومغناطيسية باثنتين من حالات الاستقطاب الأولية المعرفة بواسطة الحقلين الكهربائي والمغنطيسي. يمكن أن يحتوي كل إستقطاب على معلومات مرمزة بواسطة نظام تعديل. تستخدم بعض منتجات Cisco الضوئية الاستقطاب المتسق للتدوين (CP) أو تجميع الاستقطاب (PM) لتحديد إستخدام الاستقطاب في التعديل.

طول الموجة والسعة

تعديل الطور

إستقطاب عكسي للضوء

المشكلة

يتسم النقل الكهربائي للبيانات بقيود كبيرة على المسافات مقارنة بالإرسال الضوئي. تعاني خطط الترميز الضوئي القديمة التي تستخدم إشارات تشغيل/إيقاف تشغيل مثل عدم الرجوع إلى صفر (NRZ) من آثار التشتيت اللوني (CD)، مما يحد من المسافة الفعالة دون إستخدام وحدات تعويض التشتيت (DCU). ومن أجل نقل البيانات بفعالية عبر كيلومترات عديدة بمعدلات تتجاوز 10 جيجابت في الثانية، يجب على أجهزة الإرسال والاستقبال أن تستخدم مخططات تعديل متسقة.

الحل

تغيير مرحلة و/أو سعة الموجة يشفر المعلومات كرمز، وحدة واحدة من الإرسال تحتوي على وحدة بت أو أكثر. تعتمد قيمة الرمز على المرحلة والسعة المقاسة عند المستقبل. ويمكن لجميع المخططات المدرجة إستخدام تجميع الاستقطاب من أجل زيادة معدل البيانات.

تضمين إزاحة المرحلة (PSK)

يقوم تعديل PSK بتحويل مرحلة الإشارة من أجل تشفير بت أو بت. وحيث أن مرحلة الإشارة يمكن أن تتغير وهي تجتاز الألياف، فإن المستقبل يقيس الاختلاف في المرحلة بين الرموز المتعاقبة لتحديد قيمتها بشكل أكثر دقة. ويسمى هذا بميزة "تضمين المرحلة التفاضلية" (DPSK).

تضمين إزاحة المرحلة الثنائية (BPSK)

تغير BPSK مرحلة الإشارة بالراديان π أو 180 درجة من أجل تشفير إما 0 أو 1. والفارق الملحوظ بين المراحل يؤدي إلى متطلبات نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء (OSNR) المنخفضة، ويمكن للإشارات التي تستخدم هذا التعديل أن تقطع آلاف الكيلومترات. ويحد انخفاض عدد وحدات بت لكل رمز من معدل بيانات إشارات BPSK إلى حوالي 100 جيجابت في الثانية.

مخطط كوكبة تعديل BPSK

تضمين إزاحة الطور الرباعي

تغير QPSK المرحلة بين الرموز المتعاقبة π/2 بالراديان أو 90 درجة. التغيير الأصغر في المرحلة يزيد من كثافة المعلومات إلى 2 بت لكل رمز حيث أن QPSK له أربع حالات ممكنة.

مخطط كوكبة تعديل QSPK

تضمين الاتساع الرباعي (QAM)

من أجل زيادة عدد وحدات بت لكل رمز، يمكن أن يغير جهاز الإرسال نطاق الإشارة بالإضافة إلى المرحلة. يحدد عدد النقاط في الكوكبة (الرموز) نوع QAM.

8-QAM

وتعطي ثماني ولايات محتملة ثلاث وحدات بت لكل رمز لمخطط التعديل هذا.

مخطط كوكبة 8-QAM

16-QAM

بمعدلات باود التي تبلغ حوالي 30 جنيها إسترلينيا، تتميز 16-QAM بمعدل بيانات يبلغ 200 جيجابت في الثانية. تعمل زيادة السرعة إلى 60 جيجاباورد على توفير معدلات تصل إلى 400 جيجابت في الثانية. فالتغيرات الصغيرة في المرحلة والسعة تزيد من متطلبات البروتوكول والحد من نطاقه إلى بضع مئات من الكيلومترات.

مخطط كوكبة 16-QAM

32-QAM و 64-QAM

هذان النوعان من أنظمة التعديل عالية الترتيب يستخدمان خمس وست وحدات بت لكل رمز على التوالي، مما يتيح معدلات نقل عالية تصل إلى 600 جيجابت في الثانية. تحدد متطلبات المعيار OSNR العالية بمعدل 64-QAM النطاق الفعال بما يقل عن 200 كيلومتر.

مخطط كوكبة من 32-QAM و 64-QAM

تجميع الاستقطاب (PM)

تستخدم جميع مخططات التنغيم المدرجة تعدد الاستقطاب لترميز الاستقطاب المعكوس بشكل مستقل، ومضاعفة معدل البيانات ولكن مع إدخال أوجه ضعف محتملة مثل الخسارة المعتمدة على الاستقطاب (PDL) وتشتيت وضع الاستقطاب (PMD). باستخدام هذه التقنية، فإن معدل البيانات يساوي تقريبا معدل الباود مضروبا في عدد وحدات البت لكل رمز مضروبا في إثنين.

* تدعم العديد من معرفات المنتج أنواع التعديل المتعددة. وهذا لا يمثل قائمة شاملة.

مراقبة الأداء الضوئي

تقوم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية من Cisco بقياس العديد من إحصائيات الأداء المختلفة المتعلقة بالتعديل المتماسك. يقدم هذا القسم تعريفا مختصرا لكل منهما.

• تأخر مجموعة مختلفة (DGD) - الفرق في وقت النشر بين وضعي الاستقطاب من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال الذي يتم قياسه بالثواني البيكوثانية.
• التشتيت اللوني (CD) - تنتقل أطوال الموجات المختلفة بمعدلات أسرع أو أبطأ عبر دليل موجي (ألياف). يتم قياس التغير في زمن الانتشار لكل طيف من أطياف الوحدات بمقياس النانو بيكوثانية (PS-NM) ويتم التراكم خطيا عندما تعبر الإشارة الألياف. ويختلف مقدار التشتت اللوني المسموح به في المستقبل تفاوتا شديدا حسب نظام التنغيم. وتتطلب أجهزة الإرسال والاستقبال ذات القدرة أقل على إستيعاب التشتيت وحدات تعويض التشتيت لإزالة هذا التأثير قبل الوصول إلى المستقبل. يمكن أن تشتمل أنواع الألياف على معاملات أقراص مضغوطة مختلفة بشكل كبير.
• نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء (OSNR) - الفرق بين طاقة الإشارة وطاقة الضوضاء في تقنية dB كما تم قياسها في المستقبل. تعتمد قيمة OSNR المطلوبة للحفاظ على سلامة الإشارة بشكل أساسي على نظام التعديل المستخدم.
• Polarization Mode Dispersion (PMD) - تتعلق هذه الكمية ب DGD وتمثل إجمالي الفرق التراكمي في وقت النشر بين أوضاع الاستقطاب التي يتم قياسها بالبيكوثانية.
• التشتيت في وضع إستقطاب الترتيب الثاني (SOPMD) - مثل التشتيت الصبغي، يعتمد تأثير التشتيت في وضع الاستقطاب على طول الموجة. يميز SOPMD هذا التبعية مع وحدة مربع بيكو ثانية (ps^2).
• معدل تغيير الاستقطاب - متوسط معدل تغير حالات الاستقطاب مع إجتياز الإشارة للألياف التي يتم قياسها بمضاعفات من الراديان في الثانية.
• فقد المعتمد على الاستقطاب (PDL) - التخفيف الفعال في dB بسبب التغييرات في حالات الاستقطاب عبر الألياف.