Apakah Komunikasi Optik Koheren?

Disebabkan oleh keterbatasan sumber gentian optik, komunikasi optik koheren semakin matang dan diterima pakai secara meluas. Oleh sebab permintaan terhadap lebar jalur terus meningkat dalam beberapa tahun kebelakangan ini, manakala sumber gentian optik tidak dapat mengimbangi pertumbuhan tersebut, peningkatan kapasiti dan jarak penghantaran tanpa menambah bilangan gentian telah menjadi cabaran bagi industri. Apabila kos dan kerumitan sistem teknologi koheren beransur-ansur menurun, serta dengan peningkatan prestasi peranti optik dan kematangan teknologi DSP, penggunaannya mula berkembang ke pusat data dan rangkaian akses.

Apakah Komunikasi Optik Koheren

Optik koheren komunikasi ialah teknologi komunikasi optik yang berasaskan mekanisme pengesanan koheren.  Berbeza daripada sistem modulasi keamatan/pengesanan langsung tradisional, penerima dalam sistem koheren tidak hanya mengukur keamatan cahaya; sebaliknya, ia memperkenalkan pancaran cahaya rujukan untuk membandingkan dan menganalisis isyarat optik yang diterima.

Dalam sistem koheren, penerima dilengkapi laser pengayun tempatan yang menghasilkan cahaya untuk dicampurkan dengan cahaya isyarat pada penerima. Melalui proses pencampuran ini, sistem boleh mendapatkan semula bukan sahaja maklumat amplitud isyarat tetapi juga mengekstrak maklumat berkaitan fasa dan frekuensi. Keupayaan untuk mendapatkan semula dan mengekstrak maklumat ini tidak terdapat dalam sistem pengesanan langsung tradisional.

Bagaimanakah Pengesanan Koheren Berfungsi

Kita boleh memahami prinsip kerja bagi transceiver koheren dengan memulakan aliran pemprosesan di hujung penerimaan.

Pertama, isyarat optik, selepas merentasi gentian optik jarak jauh, tiba di penerima. Semasa penghantaran, isyarat biasanya dipengaruhi oleh pelbagai faktor yang menurunkan kualiti isyarat, seperti penyebaran gentian, hingar fasa dan perubahan polarisasi, manakala kuasa optik agak rendah. Pada ketika ini, cahaya rujukan dengan frekuensi stabil dan lebar garis sempit dijana oleh laser pengayun tempatan di dalam penerima dan ditindihkan dengan isyarat optik.

Selepas kedua-dua pancaran cahaya ini ditindihkan dalam pengadun optik, kesan gangguan berlaku disebabkan oleh sifat gelombang cahaya. Selepas gangguan, isyarat optik kemudiannya ditukar kepada isyarat elektrik oleh pengesan foto seimbang. Tidak seperti pengesanan langsung tradisional, isyarat elektrik ini bukan sahaja mengandungi variasi keamatan, malah mengekalkan maklumat fasa dan frekuensi isyarat optik berbanding cahaya pengayun tempatan.

Selepas ditukar menjadi isyarat elektrik, ia memasuki pemproses isyarat digital (DSP) untuk diproses. DSP menggunakan algoritma yang kompleks dan sangat canggih untuk mengimbangi serakan, perubahan polarisasi dan hanyutan fasa yang diperkenalkan semasa penghantaran, akhirnya memulihkan isyarat data asal.

Syarat Utama untuk Mencapai Pengesanan Koheren

Untuk mencapai pengesanan koheren yang stabil, beberapa syarat asas mesti dipenuhi antara isyarat optik dengan cahaya pengayun tempatan; jika tidak, pengesanan koheren tidak dapat mengganggu isyarat optik dengan berkesan.

Pertama, frekuensi isyarat optik dan cahaya pengayun tempatan perlu cukup hampir. Jika perbezaan frekuensi antara kedua-duanya terlalu besar, ia akan menghasilkan ofset frekuensi yang sukar dikendalikan selepas pencampuran. Perbezaan fasa juga mesti berada dalam julat yang boleh dijejaki bagi memastikan DSP dapat melakukan pemulihan fasa. Selain itu, keadaan polarisasi cahaya secara langsung mempengaruhi kecekapan koheren; jika polarisasi tidak sepadan, hal ini akan menyebabkan pengurangan ketara dalam kualiti isyarat.

Pada peringkat awal, komunikasi optik koheren sukar dilaksanakan disebabkan oleh keadaan ini. Walau bagaimanapun, dengan kematangan teknologi DSP, keupayaan pampasan dinamiknya menjadikan keadaan ini kurang kritikal, dengan bergantung pada pampasan dinamik DSP dan bukannya ketepatan optik. Ini merupakan asas teknologi utama untuk penggunaan komunikasi optik koheren secara berskala besar.

Seni Bina Lazim Sistem Komunikasi Optik Koheren

Sistem komunikasi optik koheren terdiri daripada dua bahagian: pemancar dan penerima.

Pemancar menggunakan laser boleh tala dengan lebar garis sempit sebagai sumber cahaya dan, digabungkan dengan struktur modulasi koheren seperti pemodulat IQ, memetakan isyarat elektrik kepada amplitud dan fasa pembawa optik. Ini membolehkan sokongan untuk format modulasi peringkat tinggi seperti QPSK dan 16QAM, yang membolehkan penghantaran modul 100G, 400G, 800G, malah 1.6T, dengan membawa lebih banyak data dalam lebar jalur yang terhad.

Penerima terdiri daripada laser pengayun tempatan, pengadun optik, pengesan seimbang dan cip DSP. Cip DSP merupakan teras keseluruhan sistem, dan prestasinya menentukan secara langsung prestasi sistem koheren dari segi jarak penghantaran, kelajuan dan kestabilan. Ringkasnya, kualiti cip DSP menentukan secara langsung kualiti sistem komunikasi optik koheren.

Mengapa Komunikasi Optik Koheren Tidak Boleh Digantikan

Berbanding dengan sistem IM/DD tradisional, sistem komunikasi optik koheren menawarkan peningkatan yang melangkaui sekadar kadar data yang lebih tinggi. Dengan menggunakan pengayun tempatan dalam proses pengesanan, kepekaan penerima sistem meningkat dengan ketara. Ini bermakna, dalam keadaan kuasa optik yang sama, sistem komunikasi optik koheren boleh menyokong jarak penghantaran yang lebih jauh. Selain itu, penggunaan format modulasi tertib lebih tinggi meningkatkan kecekapan spektrum isyarat optik dengan ketara.

Selain itu, apabila digabungkan dengan cip DSP, sistem koheren mempunyai keupayaan yang kukuh untuk mengimbangi serakan gentian dan gangguan berkaitan polarisasi. Hal ini membolehkan sistem mengekalkan prestasi penghantaran yang stabil dan boleh dipercayai walaupun dalam persekitaran pautan yang kompleks, sebab itulah komunikasi optik koheren secara beransur-ansur menjadi pilihan arus perdana dalam rangkaian tulang belakang, rangkaian kawasan metropolitan dan pusat data.

Kesimpulan

Komunikasi optik koheren bukan sekadar kaedah pengesanan baharu yang berbeza daripada kaedah tradisional. Dengan memperkenalkan dimensi fasa dan polarisasi serta menggabungkannya dengan pemprosesan isyarat data berprestasi tinggi, kaedah ini meningkatkan prestasi keseluruhan sistem komunikasi optik. Selain itu, dengan perkembangan teknologi yang berterusan dan kos yang semakin menurun, sistem komunikasi optik koheren berkembang daripada senario penghantaran jarak jauh tradisional kepada lebih banyak lapisan rangkaian dan akan memainkan peranan penting dalam rangkaian komunikasi optik berkelajuan tinggi pada masa hadapan.