Verwendung von DSP in der kohärenten optischen Kommunikation？

Die Geburt des kohärenten Transports hat optische Transportnetze verändert, und seine Einführung elektronischer digitaler Signalprozessoren (DSP) ist zu einem Schlüsselfaktor für die Erhöhung der Kapazität von MAN- und Langstrecken-WDM-Netzen geworden.

Während in der Vergangenheit die Zunahme der Wellenlängenkapazität von der Geschwindigkeitsentwicklung von Lichtquellen, Modulatoren und Detektoren abhängig war, sind DSP und die damit verbundene komplexe Modulationscodierung, die sie implementieren, zum Hauptantrieb für die Erhöhung der Netzwerkkapazität geworden.

Mit optischen Übertragungsgeschwindigkeiten bis hinüber 400 Gbit / s pro Welle eröffnet die wachsende Bedeutung von kohärentem DSP die Möglichkeit erheblicher Veränderungen für optische Anbieter und die Industrielandschaft.

Was ist DSP? Prinzip und Zusammensetzung

DSP ist digitale Signalverarbeitungstechnologie, DSP-Chip bezieht sich auf den Chip, der digitale Signalverarbeitungstechnologie implementieren kann, ist ein schneller und leistungsstarker Mikroprozessor, der darin einzigartig ist, dass er Informationen sofort verarbeiten kann. Die interne Harvard-Struktur des DSP-Chips mit separatem Programm und Daten, mit einem speziellen Hardware-Multiplikator, kann verwendet werden, um schnell eine Vielzahl von digitalen Signalverarbeitungsalgorithmen zu implementieren. Im Kontext des heutigen digitalen Zeitalters ist DSP zu einem grundlegenden Gerät für Kommunikation, Computer, Unterhaltungselektronik und andere Bereiche geworden.

DSP-Modul-Prinzip

Das DSP-Modul verarbeitet die beiden elektrischen Polarisationssignale, die vom Ausgang des kohärenten Empfängers erhalten werden, und schließt die Wiederherstellung des ursprünglichen Signals nach der Verarbeitung der Funktionsmodule wie unten gezeigt ab. Die Hauptaufgabe des DSP besteht darin, das analoge Signal abzutasten, zu quantisieren, das analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, die chromatische Dispersion und die Polarisationsmodusdispersion in der Glasfaserverbindung zu entfernen, die Trägerfrequenzversatzschätzung, die Trägerphasenwiederherstellung und andere Funktionen abzuschließen, DSP und vollständige analoge Architekturanalyse.

Funktionsblockdiagramm des DSP-Moduls

Zusammensetzung des DSP-Moduls

Taktsynchronisation und ADC-Modul

Digitale Takte werden im Allgemeinen unter Verwendung von Interpolationsfiltern zurückgewonnen, da der Symboltakt (T) und der ADC-Abtasttakt (Ts) voneinander unabhängig sind, um den Sendesymboltakt (T) und den angepassten Empfängerabtasttakt (Ti )-Synchronisation ist es notwendig, den Symbolabtastzeitpunkt des Empfängers zu modulieren.

Die Verwendung von Interpolationsfiltern als Hauptalgorithmus ist eine ausgereiftere Wiederherstellung der Digitaltakttechnologie, um den Digitalempfänger dazu zu bringen, das korrekte Annahmemodell (synchronisiert mit dem Symboltakt) auszugeben, dh normalerweise den Abtastzeitpunkt des Empfängers anzupassen unter Verwendung eines Open-Loop-Struktur-Symboluhr-Synchronisationsalgorithmus.

Entzerrungs- und Polarisations-Demultiplexmodul

Um mit der Interferenz zwischen polarisierten Signalen und den Nicht-Idealitäten des Kanals fertig zu werden, ist es notwendig, Polarisations-Demultiplex- und Entzerrungstechniken für die Signalverarbeitung anzuwenden. Erstens wird die Polarisations-Demultiplexfunktion unter Verwendung von strukturierten Filtern implementiert, die entworfen sind, um der Interferenz zwischen polarisierten Signalen entgegenzuwirken, die durch eine gewisse Ablenkung verursacht wird, die durch die einzelnen polarisierten Signale während der Übertragung erzeugt wird. Darüber hinaus ist die adaptive Entzerrungstechnik so ausgelegt, dass sie mit Schäden fertig wird, die während der Glasfaserverbindungsübertragung aufgrund nicht idealer Kanaleigenschaften auftreten, und mit linearen Schäden, die hauptsächlich durch Polarisationsmodusdispersion erster Ordnung und Glasfaser verursacht werden.

Modul zur Frequenzversatzschätzung und Phasenabruf

Um das empfangene Signal richtig zu demodulieren, muss die Frequenzverschiebung des Trägersignals abgeschätzt werden. Der Hauptgrund hierfür ist, dass das empfangene Signal aufgrund der fehlenden Rückkopplungssteuerung des lokalen Schwingungssignals eine Frequenzentfernung von der lokalen Schwingungsquelle im kohärenten optischen Empfänger aufweist. Daher muss die Methode zur Frequenzverschiebungsabschätzung im Empfänger implementiert werden.

Warum wird die DSP-Technologie für die kohärente optische Kommunikation verwendet?

Die Kombination aus kohärenter Detektion und DSP-Technologie ermöglicht die Synchronisation der Trägerphase und die Polarisationsverfolgung im elektrischen Bereich, wodurch zwei Haupthindernisse für den herkömmlichen kohärenten Empfang beseitigt werden. auf DSP basierende kohärente Empfänger haben eine einfache Struktur und Hardware-Transparenz, die verschiedene Übertragungsschäden im elektrischen Bereich kompensieren, Übertragungsverbindungen vereinfachen und Übertragungskosten reduzieren können; und unterstützen M-Strahlenmodulation und Polarisationsmultiplexing, um eine Übertragung mit hoher spektraler Effizienz zu erreichen.

Welche Nachteile hat die Verwendung der DSP-Technologie und wie kann man sie lösen?

Da DSP DAC/ADC und Algorithmen einführt, muss sein Stromverbrauch höher sein als bei herkömmlichen CDR-Chips, die auf analoger Technologie basieren. Dies ist eine große Herausforderung sowohl für das thermische Design des Moduls als auch für das zukünftige Schaltfeld. Daher sind auch sein Power-Management und Low-Power-Designtechniken zu einem heißen Thema der aktuellen Forschung geworden. Im tatsächlichen Betrieb befindet sich das System während eines erheblichen Teils der Betriebszeit im Leerlauf oder bei niedriger Last, und die zusätzliche Energie, die das System während dieser Zeiträume verbraucht, kann durch Konstruktionsmaßnahmen mit geringem Stromverbrauch vermieden werden.

Der Haupteinstiegspunkt des Low-Power-Designs besteht darin, einen Low-Power-Betrieb des Systems zu erreichen, indem die Leistung des Systems entsprechend der tatsächlichen Last des Systembetriebs vernünftig angepasst wird, unter der Prämisse, die Erledigung von Verarbeitungsaufgaben wie erforderlich sicherzustellen . Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, einen zuverlässigen Niedrigleistungs-Betriebsmechanismus in dem System zu implementieren, jede Komponente des Systems effektiv zu überwachen und eine vernünftige Strategie anzuwenden, um den Stromverbrauch des Systems zu verwalten.