¿Cómo usar DSP en comunicación óptica coherente?

El nacimiento del transporte coherente ha transformado las redes de transporte óptico, y su introducción de procesadores electrónicos de señales digitales (DSP) se ha convertido en un factor clave para aumentar la capacidad de las redes MAN y WDM de larga distancia.

En el pasado, mientras que las ganancias de capacidad de longitud de onda dependían de la evolución de la velocidad de las fuentes de luz, moduladores y detectores, DSP y la codificación de modulación compleja asociada que implementan se han convertido en el principal impulsor para aumentar la capacidad de la red.

Con velocidades de transmisión óptica que superan 400 Gbit / s por onda, la creciente importancia de DSP coherente abre la posibilidad de un cambio significativo para los proveedores ópticos y el panorama de la industria.

¿Qué es DSP? Principio y Composición

DSP es una tecnología de procesamiento de señales digitales, el chip DSP se refiere al chip que puede implementar la tecnología de procesamiento de señales digitales, es un microprocesador rápido y potente, único en el sentido de que puede procesar información al instante. La estructura Harvard interna del chip DSP con programa y datos separados, con un multiplicador de hardware especial, se puede utilizar para implementar rápidamente una variedad de algoritmos de procesamiento de señales digitales. En el contexto de la era digital actual, DSP se ha convertido en un dispositivo fundamental para la comunicación, las computadoras, la electrónica de consumo y otros campos.

Principio del módulo DSP

El módulo DSP procesa las dos señales eléctricas de polarización obtenidas de la salida del receptor coherente y completa la recuperación de la señal original después del procesamiento de los módulos funcionales como se muestra a continuación. La tarea principal del DSP es muestrear la señal analógica, cuantificarla, convertir la señal analógica en una señal digital, eliminar la dispersión cromática y la dispersión del modo de polarización en el enlace de fibra óptica, completar la estimación del desplazamiento de frecuencia de la portadora, la recuperación de la fase de la portadora y otras funciones, DSP y análisis completo de la arquitectura analógica.

Diagrama de bloques funcionales del módulo DSP

Composición del módulo DSP

Sincronización de reloj y módulo ADC

Los relojes digitales generalmente se recuperan utilizando filtros de interpolación, ya que el reloj de símbolos (T) y el reloj de muestreo del ADC (Ts) son independientes entre sí, por lo que para hacer que el reloj de símbolos de transmisión (T) y el reloj de muestreo del receptor ajustado (Ti ) sincronización, es necesario modular el momento de muestreo del símbolo del receptor.

El uso de filtros de interpolación como algoritmo principal es una recuperación más madura de la tecnología de reloj digital, con el fin de hacer que la salida del receptor digital sea el modelo de adopción correcto (sincronizado con el reloj de símbolos), es decir, ajustar el momento de muestreo del receptor, generalmente utilizando un algoritmo de sincronización de reloj de símbolo de estructura de bucle abierto.

Módulo demultiplexor de ecualización y polarización

Para tratar la interferencia entre señales polarizadas y las no idealidades del canal, es necesario aplicar técnicas de demultiplexación y ecualización de polarización para el procesamiento de la señal. Primero, la función de demultiplexación de polarización se implementa usando filtros estructurados, que están diseñados para contrarrestar la interferencia entre señales polarizadas, que es causada por un cierto grado de desviación generada por las señales polarizadas individuales durante la transmisión. Además, la técnica de ecualización adaptativa está diseñada para lidiar con los daños que ocurren durante la transmisión del enlace de fibra óptica debido a las características del canal no ideal y el daño lineal causado principalmente por la dispersión del modo de polarización de primer orden y la fibra.

Módulo de estimación de desplazamiento de frecuencia y recuperación de fase

Para demodular correctamente la señal recibida, es necesario realizar la estimación del desplazamiento de frecuencia de la señal portadora. La razón principal es que la señal recibida tendrá una lejanía de frecuencia con respecto a la fuente de oscilación local en el receptor óptico coherente debido a la ausencia de control de retroalimentación de la señal de oscilación local, por lo que el método de estimación del desplazamiento de frecuencia debe implementarse en el receptor.

¿Por qué se utiliza la tecnología DSP para la comunicación óptica coherente?

La combinación de detección coherente y tecnología DSP permite la sincronización de la fase de la portadora y el seguimiento de la polarización en el dominio eléctrico, eliminando dos obstáculos principales para la recepción coherente tradicional; los receptores coherentes basados ​​en DSP tienen una estructura simple y transparencia de hardware, lo que puede compensar varios daños de transmisión en el dominio eléctrico, simplificar los enlaces de transmisión y reducir los costos de transmisión; y admitir modulación de rayos M y multiplexación de polarización para lograr una transmisión de alta eficiencia espectral.

¿Cuáles son las desventajas de utilizar la tecnología DSP y cómo solucionarlas?

Dado que DSP introduce DAC/ADC y algoritmos, su consumo de energía debe ser superior al de los chips CDR tradicionales basados ​​en tecnología analógica. Este es un gran desafío tanto para el módulo como para el diseño térmico de los futuros paneles de interruptores. Por lo tanto, sus técnicas de gestión de energía y diseño de bajo consumo también se han convertido en un tema candente de la investigación actual. En la operación real, el sistema está inactivo o con poca carga durante una parte significativa del tiempo de operación, y la energía extra consumida por el sistema durante estos períodos de tiempo puede evitarse mediante medidas de diseño de baja potencia.

El principal punto de entrada del diseño de bajo consumo es lograr un funcionamiento del sistema de bajo consumo ajustando razonablemente el rendimiento del sistema de acuerdo con la carga real del funcionamiento del sistema, bajo la premisa de garantizar la finalización de las tareas de procesamiento según sea necesario. . Para lograr este objetivo, es necesario implementar un mecanismo de operación confiable de bajo rendimiento en el sistema, monitorear de manera efectiva cada componente del sistema y adoptar una estrategia razonable para administrar el consumo de energía del sistema.