اقرأ في هذا المقال
تمت مؤخراً دراسة اتصالات الألياف الضوئية المتماسكة لمعدلات بيانات تبلغ “100 جيجابت / ثانية” وما بعدها على نطاق واسع؛ لأنّ الحساسية العالية للمستقبلات المتماسكة يمكن أن توسع مسافة الإرسال، كما يمكن استخدام تقنيات التشكيل ذات الكفاءة الطيفية مثل مفتاح إزاحة الطور “M-ary (PSK)” للوصلات البصرية المتماسكة.
أساسيات نظام CPSK
يعد تكامل تنسيقات التعديل متعددة المستويات القائمة على تقنيات متماسكة مع أنظمة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي “WDM” أمراً حيوياً لتلبية الطلب الكلي على النطاق الترددي، وفي المستقبل يتم استخدام مخطط كشف متجانس بتنوع الطور دون قفل طور المذبذب المحلي “LO”، وللتعامل مع انجراف طور الموجة الحاملة يتم تقدير طور الموجة الحاملة من خلال معالجة الإشارات الرقمية “DSP” على الإشارة التي تم الكشف عنها بالتماثل.
نتيجة لذلك يتم تحقيق إرسال غير متكرر يزيد عن “210 كم” بإشارة “QPSK ضوئية” بسرعة “20 جيجابت / ثانية”، وعلاوة على ذلك في بيئة تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي “WDM” يسمح الاكتشاف المتماسك بترشيح قناة الطول الموجي المرغوبة لتعيش بالكامل في المجال الكهربائي، مع الاستفادة من خصائص القطع الحادة للمرشحات الكهربائية.
- “CPSK” هي اختصار لـ “coherent phase-shift keying”.
- “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.
- “WDM” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiplexing”.
- “DSP” هي اختصار لـ “Digital signal processing”.
- “LO” هي اختصار لـ “Local Oscillator”.
مزايا نظام CPSK
- أداء معدل الخطأ في البتات “BER” أفضل من أداء الكشف التفاضلي، ويمكن لهذه الحساسية العالية أن توسع مدى وصول أنظمة الإرسال غير المتكررة، وتقليل الحديث المتبادل بين القنوات متعددة الأطوال الموجية.
- تكون عملية التحويل الإلكتروني البصري خطية، بحيث يمكن معالجة معلومات الإشارة الضوئية بأكملها لاحقًا في المجال الكهربائي.
- هذا المخطط قابل للتطبيق على تنسيقات التشكيل متعددة المستويات مثل “M-array PSK” وتشكيل السعة التربيعية “QAM“، كما يتم تقييم أداء جهاز الاستقبال من خلال عمليات المحاكاة والتجارب المختلفة.
ملاحظة:“BER” هي اختصار لـ “bit error rate” و”QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.
آلية عمل نظام CPSK
يشتمل جهاز الاستقبال للكشف المتسق عن الناقل البصري المشكل “PSK” على كاشف ضوئي ومحولات رقمية إلى تمثيلية ووحدة نمطية رقمية، كما يتم تكوين الكاشف البصري لخلط الحامل البصري المعدل مع مكونين طورين لحامل بصري مرجعي ولإنتاج إشارات ناتج تماثلية ممثلة للإشارات الضوئية الناتجة عن الخلط، كما يتم توصيل المحولات الرقمية إلى التماثلية لاستقبال إشارات الناتج التماثلية ولإنتاج إشارات رقمية من إشارات الناتج التماثلية المستقبلة.
يتم توصيل الوحدة الرقمية لاستقبال الإشارات الرقمية وتنفيذ واحدة لتعويض الإشارات الرقمية المستقبلة عن اختلال الطور المترافق بين المكونات المختلطة، واستخراج طور الإشارات الرقمية المستقبلة وتقدير إزاحة التردد بين الموجتين الحاملة من المستقبل الإشارات الرقمية.
كما يتم التحقق من أداء معدل الخطأ لنظام اتصال بصري متماسك للفضاء الحر مع مفتاح تفاضلي لتغيير الطور عبر قنوات الاضطراب الموزعة، حيث يُعبر عن دالة الكثافة الاحتمالية لتوزيع “M” بدلالة التوسع المتسلسل وتتضمن معاملات هذه السلسلة فقط وظائف أولية ودوال جاما، وللتقييم العددي يتم اقتطاع سلسلة الأس هذه إلى عدد محدود من المصطلحات.
يتم توفير الحد الأعلى لخطأ الاقتطاع المرتبط واستخدامه لتحليل التقارب لتوسيع السلسلة، وفي الخطوة التالية باستخدام نهج وظيفة توليد اللحظة، يتم اشتقاق تعبير معدل خطأ البت “BER” كسلسلة طاقة لا نهائية معممة وأنّ نتائج “BER” الحالية التي تم الإبلاغ عنها لقنوات جاما-جاما ويمكن الحصول على قنوات “K” على أنّها خاصة حالات.
جهاز استقبال بصري متماسك لإزالة تشكيل إشارات مفتاح إزاحة الطور التربيعية “QPSK”، وفي المستقبل يتم استخدام مخطط كشف متجانس بتنوع الطور، ودون قفل طور المذبذب المحلي “LO” للتعامل مع انجراف طور الموجة الحاملة، ويتم تقدير طور الموجة الحاملة من خلال معالجة الإشارات الرقمية “DSP” على الإشارة التي تم الكشف عنها بالتماثل.
تطور نظام CPSK
إنّ أداء الاتصال البصري للفضاء الحر المتماسك “CFSO” مع تعديل الطور محدود بسبب كل من تقلبات الطور والتلألؤ الشديد الناجم عن الاضطرابات الجوية، ولتحسين أداء النظام تتمثل إحدى الطرق الفعالة في استخدام تقدير المرحلة الرقمية، واستخدام نظام اتصالات “CFSO” مع تعديل مفتاح إزاحة الطور التربيعي، كما أنّه يتم استخدام تأثيرات تقلبات السعة اللوغاريتمية العادية وتقلبات طور غاوس ومخطط تقدير طور ناقل القدرة “CPE” على مرحلتين.
تُظهر نتائج المحاكاة أنّه يمكن إيقاف ضوضاء الطور بشكل كبير بواسطة هذا المخطط ويمكن أن يكون أداء معدل خطأ رمز النظام، ومع القدرة “Mth CPE” ذات المرحلتين أقل بثلاث مرات من قدرة “Mth” أحادية المرحلة “CPE”، لذلك يمكن أن يساهم “CPE” المكون من مرحلتين في تحسين أداء نظام اتصالات
CFSO” ويحدد إحساساً توجيهياً لتطبيقه الفعلي.
يتم استكشاف مفاضلات التصميم بين التعديل المشفر المتماسك مقابل غير المتماسك المصمم للاتصالات التعاونية، وبشكل أكثر تحديداً يتم التحقق أولاً من التعديل المشفر المتماسك مقابل غير المتماسك المصمم للاتصالات التقليدية من نقطة إلى نقطة، كما يترتب الإهتمام بالتشكيل المشفر المتماسك عند الاتصال عبر الضوضاء الغوسية البيضاء المضافة “AWGN” وقنوات تلاشي رايلي غير المرتبطة، ومتبوعاً بالتحقيق في التعديل المشفر التكيفي “ACM”.
عند الإرسال عبر كل من شبه ثابت وكذلك فوق الظل وسريع قنوات رايليغ المتلاشية، وعلاوة على ذلك يُقترح تشكيل مشفر غير متماسك بمساعدة قرار مرن مصمم لكل من الأساليب الثابتة، والأنماط التكيفية وبشكل أكثر تحديداً فإنّ السعة التفاضلية التي تساعد على اتخاذ القرار الناعم ومفتاح تغيير الطور “DAPSK” للاتصالات اللاسلكية منخفضة التعقيد، ونظراً لأنّها تتخلى عن تقدير القناة عالي التعقيد.
- “CFSO” هي اختصار لـ “Coherent free space optical communication”.
- “ACM” هي اختصار لـ “Avaya Communication Manager”.
- “AWGN” هي اختصار لـ “Additive white Gaussian noise”.
- “CPE” هي اختصار لـ “customer-provided equipment”.
مبدأ عمل نظام CPSK
يتم البدء من خلال تصميم إزالة التشكيل القائمة على القرار الناعم لـ “DAPSK” من 16 مستوى أو تعديل اتساع تربيع النجوم “بمستوى 16″، والذي يتم استدعاؤه بعد ذلك من أجل الكشف التكراري عن طريق التعديل المشفر بالبت “BICM-ID”، كما أنّ مخطط “BICM-ID” المقترح المستند إلى “16 DAPSK” يحقق كسباً في الترميز يبلغ “14 ديسيبل” تقريباً مقارنةً بمخطط “BICM” المتماثل ذي 16 مستوىاً “16DPSK” بمساعدة نظام “BICM” عند نسبة خطأ بت “BER” من “10-6”.
بعد ذلك يتم اشتقاق معادلات احتمالية المخرجات اللينة المطلوبة لعملية إزالة التشكيل القائمة على القرار الناعم لـ “DAPSK” عالي الترتيب، من أجل تسهيل الاكتشاف التكراري عن طريق تبادل المعلومات الخارجية مع رمز “Turbo” خارجي “TC”، وعلاوة على ذلك عند زيادة حجم كتلة “TC” يعمل النظام بالقرب من سعة القناة، كما يُنظر أيضاً في الإزاحة “DAPSK” من أجل تسهيل استخدام مواصفات مضخم قدرة خطية أقل قوة في المرسل.
بالمقارنة مع نظام “TC” المتماثل الذي يدعمه “64-ary” التفاضلي المرحلة التحول “64-DPSK”، فإنّ ترتيب “TC 64-ary DAPSK”، والقائم على “4 حلقات” يحتوي على تحسين في كفاءة الطاقة يبلغ “4.2 ديسيبل” بمعدل “BER 10- 5″، وعلاوة على ذلك عند زيادة حجم كتلة “TC” يعمل النظام بالقرب من سعة القناة.
وبشكل أكثر تحديداً عند استخدام طول كتلة “TC” يبلغ “400 رمزاً مُعدَّلاً”، ويكون مخطط “64 DAPSK” أي “4 و16” بعيداً عن منحنى السعة بمقدار “11.25 ديسيبل”، بينما يعمل في نطاق “2.7 ديسيبل” من السعة عند استخدام طول كتلة “TC” أطول يبلغ “40000 رمز”، وعلاوة على ذلك من أجل تحسين كفاءة الطاقة تم استخدام الأنماط التكيفية لتعديل مشفر غير متماسك.
- “BICM-ID” هي اختصار لـ “Bit-interleaved-coded-modulation-with-iterative-decoding”.
