Как использовать DSP в когерентной оптической связи？

Рождение когерентного транспорта преобразовало оптические транспортные сети, а внедрение электронных цифровых сигнальных процессоров (DSP) стало ключевым фактором увеличения пропускной способности сетей MAN и дальних сетей WDM.

В прошлом, хотя прирост пропускной способности длин волн зависел от эволюции скорости источников света, модуляторов и детекторов, DSP и связанное с ними сложное модуляционное кодирование, которое они реализуют, стали основным фактором увеличения пропускной способности сети.

Со скоростью оптической передачи, достигающей более 400 Gbit / s на волну, растущее значение когерентного DSP открывает возможность значительных изменений для поставщиков оптики и отраслевого ландшафта.

Что такое ДСП? Принцип и состав

DSP - это технология цифровой обработки сигналов, микросхема DSP относится к микросхеме, которая может реализовать технологию цифровой обработки сигналов, представляет собой быстрый и мощный микропроцессор, уникальный тем, что он может мгновенно обрабатывать информацию. Внутренняя гарвардская структура чипа DSP с отдельной программой и данными, со специальным аппаратным умножителем, может использоваться для быстрой реализации различных алгоритмов цифровой обработки сигналов. В контексте современной цифровой эры DSP стал основным устройством для связи, компьютеров, бытовой электроники и других областей.

Принцип модуля DSP

Модуль DSP обрабатывает два поляризационных электрических сигнала, полученных с выхода когерентного приемника, и завершает восстановление исходного сигнала после обработки функциональными модулями, как показано ниже. Основная задача DSP — выборка аналогового сигнала, его квантование, преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал, удаление хроматической дисперсии и дисперсии поляризационной моды в оптоволоконной линии, завершение оценки смещения несущей частоты, восстановление фазы несущей и другие функции, DSP и полный анализ аналоговой архитектуры.

Функциональная блок-схема модуля DSP

Состав модуля DSP

Синхронизация часов и модуль АЦП

Цифровые часы обычно восстанавливаются с помощью интерполяционных фильтров, поскольку часы символа (T) и часы дискретизации АЦП (Ts) независимы друг от друга, поэтому для того, чтобы сделать часы символов передачи (T) и скорректированные часы дискретизации приемника (Ti ) синхронизации необходимо модулировать момент дискретизации символа приемника.

Использование интерполяционных фильтров в качестве основного алгоритма является более зрелым восстановлением технологии цифровых часов, чтобы заставить цифровой приемник выводить правильную модель принятия (синхронизированную с символьными часами), то есть настроить момент выборки приемника, обычно с использованием алгоритма синхронизации символьных часов с разомкнутой структурой.

Модуль выравнивания и поляризационного демультиплексирования

Чтобы справиться с помехами между поляризованными сигналами и неидеальностью канала, необходимо применять методы поляризационного демультиплексирования и выравнивания для обработки сигналов. Во-первых, функция поляризационного демультиплексирования реализуется с помощью структурированных фильтров, которые предназначены для противодействия интерференции между поляризованными сигналами, вызванной определенной степенью отклонения, генерируемого отдельными поляризованными сигналами во время передачи. Кроме того, метод адаптивной компенсации предназначен для устранения повреждений, возникающих при передаче по оптоволокну из-за неидеальных характеристик канала, и линейных повреждений, в основном вызванных дисперсией мод поляризации первого порядка и волокном.

Модуль оценки смещения частоты и восстановления фазы

Для корректной демодуляции принятого сигнала необходимо выполнить оценку смещения частоты несущего сигнала. Основная причина заключается в том, что принятый сигнал будет иметь частотную удаленность от источника локального колебания в когерентном оптическом приемнике из-за отсутствия управления обратной связью сигнала локального колебания, поэтому в приемнике необходимо реализовать метод оценки смещения частоты.

Почему технология DSP используется для когерентной оптической связи?

Комбинация когерентного обнаружения и технологии DSP позволяет синхронизировать фазу несущей и отслеживать поляризацию в электрической области, устраняя два основных препятствия на пути традиционного когерентного приема; когерентные приемники на основе DSP имеют простую структуру и аппаратную прозрачность, что позволяет компенсировать различные повреждения передачи в электрической области, упростить линии передачи и снизить затраты на передачу; и поддержка модуляции М-лучей и поляризационного мультиплексирования для достижения высокой спектральной эффективности передачи.

Каковы недостатки использования технологии DSP и как их решить?

Поскольку DSP использует ЦАП/АЦП и алгоритмы, его энергопотребление должно быть выше, чем у традиционных чипов CDR, основанных на аналоговой технологии. Это огромная проблема как для теплового дизайна модуля, так и для будущего распределительного щита. Поэтому его методы управления питанием и проектирования с низким энергопотреблением также стали горячей темой текущих исследований. В реальной работе система простаивает или мало нагружается в течение значительной части времени работы, и избыточного потребления энергии системой в эти периоды времени можно избежать за счет маломощных конструктивных мер.

Основной отправной точкой проектирования с низким энергопотреблением является достижение работы системы с низким энергопотреблением путем разумной регулировки производительности системы в соответствии с фактической нагрузкой на работу системы, при условии обеспечения выполнения задач обработки в соответствии с требованиями. . Для достижения этой цели необходимо внедрить в систему надежный малопроизводительный механизм работы, эффективно контролировать каждый компонент системы и принять разумную стратегию управления энергопотреблением системы.