نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء في الاتصالات OSNR

تم الكشف عن طرق لرصد وقياس نسب الإشارة الضوئية إلى الضوضاء في أنظمة الاتصالات الضوئية، كما تتضمن إحدى الطرق النموذجية الإدخال المتعمد لرموز قدرة صفرية في تيار إشارة ضوئية، بحيث يمكن اكتشاف الفترات الزمنية التي يتم فيها إرسال رموز قدرة صفرية فقط ومقارنتها بالفترات الزمنية، والتي يتم فيها اكتشاف الإشارات المشكَّلة بمعلومات بما في ذلك الإشارة والضوضاء بحيث يمكن تحديد “OSNR”.

ما هي نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء OSNR

نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء “OSNR”: هي نسبة قوة الإشارة إلى قوة ضوضاء قناة بصرية بعد المرور عبر شبكة بصرية، ويوفر تقديراً لمدى سوء تأثير قوة الضوضاء على قدرة الإشارة، وكلما ارتفع كان ذلك أفضل للنظام ككل.

يُعد “OSNR” مقياساً رئيسياً لجودة الإشارة في اتصالات الألياف البصرية لمسافات طويلة، وقيم “OSNR” هي تعبيرات عن تدهور الإشارة الناجم عن ضوضاء الانبعاث التلقائي المضخم “ASE”، والمضافة بواسطة المكونات البصرية مثل المكبرات على طول رابط الإرسال.

• “OSNR” هي اختصار لـ “Optical signal-to-noise ratio”.

• “ASE” هي اختصار لـ “Automatic amplified emission”.

أساسيات نسبة OSNR

تم التحقيق في طريقة جديدة لقياس نسبة الإشارة الضوئية إلى نسبة الضوضاء “OSNR” في الأنظمة التي تستخدم إرسال الاستقطاب متعدد الإرسال، كما يمكن حساب “OSNR” من الارتباط بين المكونات الطيفية في الطيف البصري لإشارة الإرسال.

تُستخدم نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء “OSNR” لقياس درجة تداخل الضوضاء الضوئية على الإشارات الضوئية، وهي نسبة قوة إشارة الخدمة إلى قوة الضوضاء ضمن عرض نطاق صالح وعندما يتم تضخيم الإشارة بواسطة المضخم البصري “OA”، مثل “EDFA” تنخفض نسبة “OSNR” وهذا هو السبب الأساسي أن يكون لديك عدد محدود من “OAs” في الشبكة.

تكون قيم “OSNR” الأكثر أهمية عند جهاز الاستقبال لأنّ قيمة “OSNR” المنخفضة تعني أنّ جهاز الاستقبال لن يكتشف أو يستعيد الإشارة على الأرجح، كما يُعد حد “OSNR” أحد المعلمات الرئيسية التي تحدد المدى الذي يمكن لطول الموجة أن ينتقل إليه قبل التجديد.

ويعمل “OSNR” كمؤشر معياري لتقييم أداء أنظمة النقل البصري، وتحتاج شبكات “DWDM” إلى العمل فوق حد “OSNR” الخاص بها لضمان التشغيل الخالي من الأخطاء، كما توجد علاقة مباشرة بين “OSNR” ومعدل خطأ البت “BER”، حيث أنّ “BER” هي القيمة النهائية لقياس جودة الإرسال.

تعتمد قيمة “OSNR out” اللازمة لتلبية النظام المطلوب “BER” على العديد من العوامل مثل معدل البت وما إذا كان يتم استخدام “FEC” ونوعه، وحجم أي تداخل أو عقوبات غير خطية في مقاطع خط “DWDM” والمكبرات البصرية مثل مضخمات الألياف المشبعة بالإربيوم تستخدم عادة في الشبكات الضوئية للتعويض عن خسائر الإرسال عبر مسافات طويلة، ومع ذلك إلى جانب توفير الكسب البصري تضيف “EDFA” أيضاً ضوضاء انبعاث تلقائي مضخم غير مرغوب فيه “ASE” إلى الإشارة الضوئية.

وعلاوة على ذلك يؤدي تتابع عناصر “EDFA” إلى تراكم ضوضاء “ASE” وعادةً ما يتم قياس ضوضاء “ASE” بواسطة “OSNR”، وهي واحدة من أهم المعلمات التي يجب مراقبتها في الشبكات الضوئية نظراً لأنّ “BER” يرتبط ارتباطاً مباشراً بإشارة “OSNR”، وعلاوة على ذلك فهي تلعب دوراً محورياً في تشخيص الأعطال وكمقياس للصحة العامة للروابط في شبكة بصرية.

• “EDFA” هي اختصار لـ “Erbium-doped fiber amplifier”.

• “BER” هي اختصار لـ “Bit error rate”.

• “FEC” هي اختصار لـ “Forward error correction”.

• “DWDM” هي اختصار لـ “Dense wavelength-division multiplexing”.

• “OA” هي اختصار لـ “Optical amplifier”.

خصائص نسبة OSNR

• إّنها معلمة رئيسية لتقدير أداء الشبكات الضوئية.

• يساعد في حساب “BER” للنظام البصري.

• يُعد “OSNR” مهماً لأنّه يشير إلى درجة من الضعف عندما يتم نقل الإشارة الضوئية بواسطة نظام إرسال بصري يتضمن مضخمات بصرية.

• إذا تم معرفة “OSNR” والنطاق الترددي فيمكن إيجاد “Q” و”BER”.

• يمكن رؤيته على أنّه جودة الخدمة “QoS” في الطبقة المادية للشبكات الضوئية، كما ترتبط “OSNR” ارتباطاً مباشراً بمعدل خطأ البت، ممّا يؤدي إلى فقد الحزم الذي تشاهده الطبقات العليا.

• تعكس “OSNR” بشكل غير مباشر معدل “BER” ويمكن أن توفر تحذيراً من تدهور محتمل لمعدل “BER”.

• تم التعرف على “OSNR” منذ فترة طويلة كمؤشر أداء رئيسي لشبكات الإرسال عالية السرعة المضخمة لضمان أداء الشبكة وموثوقيتها، وهي مرتبطة بالعديد من معلمات التصميم مثل الرقم أو مكرر أو المضخمات والوصول وتنسيقات التعديل المتاحة وما إلى ذلك.

ملاحظة:“QoS” هي اختصار لـ “Quality of Service”.

مبدأ عمل نسبة OSNR

عادةً ما يكون معدل الخطأ في البتات “BER” معلمة مقبولة لتحديد جودة نظام الإرسال جنباً إلى جنب مع قياسات تحليل عامل “Q” ومخطط العين البصري، ومع ذلك مع استخدام تقنية “CWDM” و”DWDM” على نطاق واسع لأنظمة الاتصالات متوسطة وطويلة المدى، ويصبح من الصعب إجراء قياسات تحليل مخطط العين البصري والعامل “Q”، كما سيتعين على المرء إلغاء تعدد إرسال جميع القنوات وإجراء هذه القياسات على كل قناة على حدة.

وقد يكون هذا مضيعة للوقت وصعباً ومكلفاً خاصةً إذا كان لديك العديد من القنوات متعددة الإرسال معاً في جهاز الإرسال، كما يمكن أن يكون تحليل الطيف البصري سريعاً ومفيداً لقياس أداء جميع القنوات في وقت واحد، ويسمح هذا بحساب التداخل الذي تسببه القنوات المجاورة في هذه الأنظمة ويسمح تحليل الطيف بحساب “ASE” لكل قناة، ويمكن أن يساعد مصممي النظام على تصميم وتوسيع شبكاتهم لتلبية أي متطلبات مستقبلية.

يمكن قياسه باستخدام محلل الطيف البصري “OSA” وهناك العديد من طرق قياس “OSNR” اعتماداً على معدلات البيانات وأنواع الإشارات، وبالنسبة لاتصالات “10G” مع وجود “ROADM” يفضل الأسلوب داخل النطاق، كما تُعد نسبة الإشارة الضوئية إلى الضوضاء “OSNR” معلمة مهمة تحدد أداء نظام النقل البصري وبالنسبة للشبكات الضوئية الذكية المستقبلية.

وتصبح المراقبة في الوقت الفعلي لـ “OSNR” أكثر أهمية لإدارة النظام، كما تظهر تقنيات مراقبة “OSNR” الخاصة بناءً على قياس طاقة التردد اللاسلكي وهو بسيط وفعال من حيث التكلفة، وبعد اكتشاف الإشارة الضوئية والضوضاء عن طريق الكشف عن قانون المربع تتحول العلاقة بين الإشارة الضوئية والضوضاء إلى علاقة بين الإشارة الكهربائية والضوضاء، ويمكن إزالة الإشارة في كل من المجال الكهربائي والمجال البصري، وفي المجال الكهربائي يتم بإزالة الإشارة عن طريق الطرح المتوازن بين الإشارات المترابطة ممّا يترك ضوضاء فوز غير مرتبطة.

وفي المجال البصري يمكن إزالة الإشارة الضوئية بواسطة المرشح، وبعد إزالة الإشارة على نطاقات كبيرة سيكون الجزء المتبقي هو المسيطر على الضوضاء، والذي يمكن استخدامه لتقدير قدرة الضوضاء وعندما يصاحب التشتت اللوني الناجم عن الارتباط الليفي “CD” والتشتت في وضع الاستقطاب “PMD” الإشارة الضوئية، ستتأثر مكونات التردد العالي لإشارة التردد اللاسلكي المستقبلة بالقرص المضغوط المتبقي و”PMD” مما يؤدي إلى حدوث خطأ في مراقبة “OSNR”.

يتم استخدام كاشف الصور ذي النطاق الترددي المنخفض في مخطط المراقبة والذي لا يمكن أن يقلل التكلفة فحسب بل يقلل من تأثيرات القرص المضغوط و”PMD”، ومعدلات نقل البيانات للجيل التالي من الشبكات البصرية الذكية عالية وتطبيقات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف “DWDM” ومضاعف الإرسال الإضافي البصري القابل لإعادة التكوين “ROADM”، تمكن من الإشارة الضوئية التقليدية خارج النطاق إلى نسبة الضوضاء “OSNR” تقنيات المراقبة غير مناسبة.

• “ROADM” هي اختصار لـ “Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer”.

• “CWDM” هي اختصار لـ “Coarse wavelength division multiplexing”.