コヒーレント光通信でDSPを使うには？

コヒーレント トランスポートの誕生は、光トランスポート ネットワークを変革し、電子デジタル シグナル プロセッサ (DSP) の導入は、MAN および長距離 WDM ネットワークの容量を増加させるための重要な原動力となっています。

以前は、波長容量の増加は光源、変調器、および検出器の速度の進化に依存していましたが、DSP とそれらが実装する関連する複雑な変調符号化は、ネットワーク容量を増加させる主な要因になりました。

光伝送速度がオーバーに達すると 400 Gbps 波ごとに、コヒーレント DSP の重要性の高まりは、光学サプライヤと業界の展望に大きな変化の可能性をもたらします。

DSPとは？ 原理と構成

DSPはデジタル信号処理技術です.DSPチップはデジタル信号処理技術を実装できるチップを指し、高速で強力なマイクロプロセッサであり、情報を即座に処理できるという点でユニークです. プログラムとデータを分離した DSP チップの内部ハーバード構造と、特殊なハードウェア乗算器を使用して、さまざまなデジタル信号処理アルゴリズムを迅速に実装できます。 今日のデジタル時代において、DSP は通信、コンピュータ、家電などの分野の基本的なデバイスになりました。

DSPモジュールの原理

DSP モジュールは、コヒーレント受信機の出力から得られた 2 つの偏波電気信号を処理し、以下に示すように機能モジュールの処理後に元の信号の回復を完了します。 DSP の主なタスクは、アナログ信号をサンプリングして量子化し、アナログ信号をデジタル信号に変換し、光ファイバー リンクの色分散と偏波モード分散を除去し、キャリア周波数オフセットの推定、キャリア位相回復、およびその他の機能、DSP と完全なアナログ アーキテクチャ分析を完了することです。

DSP モジュールの機能ブロック図

DSPモジュール構成

クロック同期および ADC モジュール

シンボル クロック (T) と ADC サンプリング クロック (Ts) は互いに独立しているため、デジタル クロックは通常、補間フィルターを使用して復元されます。 ) 同期、受信機のシンボル サンプリング モーメントを変調する必要があります。

メイン アルゴリズムとしての補間フィルターの使用は、デジタル クロック技術のより成熟した回復であり、デジタル レシーバー出力を正しい採用モデル (シンボル クロックと同期) にするため、つまり、通常はレシーバーのサンプリング モーメントを調整します。開ループ構造のシンボル クロック同期アルゴリズムを使用します。

等化および偏波分離モジュール

偏波信号とチャネルの非理想性との間の干渉に対処するために、信号処理に偏波分離および等化技術を適用する必要があります。 まず、偏波分離機能は、送信中に個々の偏波信号によって生成されるある程度の偏向によって引き起こされる偏波信号間の干渉を打ち消すように設計された構造化フィルターを使用して実装されます。 さらに、適応型イコライゼーション技術は、非理想的なチャネル特性に起因する光ファイバー リンク伝送中に発生する損傷、および主に XNUMX 次偏波モード分散とファイバーによって引き起こされる線形損傷に対処するように設計されています。

周波数オフセット推定および位相回復モジュール

受信信号を正しく復調するためには、搬送波信号の周波数オフセット推定を行う必要があります。主な理由は、コヒーレント光受信機では局部発振信号のフィードバック制御が行われないため、受信信号は局部発振源から周波数的に離れたものになるため、受信機に周波数オフセット推定の方法を実装する必要があるためです。

コヒーレント光通信にDSP技術が使われる理由

コヒーレント検出と DSP テクノロジの組み合わせにより、電気ドメインでのキャリア位相同期と偏波追跡が可能になり、従来のコヒーレント受信に対する XNUMX つの大きな障害が解消されます。 DSPに基づくコヒーレント受信機は、構造が単純でハードウェアの透過性が高く、電気ドメインでのさまざまな伝送損傷を補償し、伝送リンクを簡素化し、伝送コストを削減できます。 また、M 線変調と偏波多重をサポートして、高いスペクトル効率の伝送を実現します。

DSP テクノロジーを使用することの欠点とその解決方法は?

DSP は DAC/ADC とアルゴリズムを導入するため、その消費電力は、アナログ技術に基づく従来の CDR チップよりも高くなければなりません。 これは、モジュールと将来のスイッチ パネルの熱設計の両方にとって大きな課題です。 したがって、その電力管理と低電力設計技術も現在の研究のホットなトピックになっています。 実際の動作では、システムは動作時間の大部分でアイドル状態または低負荷であり、これらの期間中にシステムによって消費される余分なエネルギーは、低電力設計手段によって回避できます。

低電力設計の主な入り口は、必要に応じて処理タスクを完了することを前提として、システム操作の実際の負荷に応じてシステムのパフォーマンスを合理的に調整することにより、システムの低電力操作を実現することです。 . この目標を達成するには、システムに信頼性の高い低パフォーマンスの操作メカニズムを実装し、システムの各コンポーネントを効果的に監視し、システムの電力消費を管理するための合理的な戦略を採用する必要があります。