A گیرنده تنوع قطبی سازییک گیرنده نوری پیشرفته است که در آن استفاده می شودسیستم های ارتباطی نوری منسجم، کجاقطبشاز سیگنال نوری یک عامل مهم . در این سیستم ها ، هر دودامنهوتمرحلهاز داده های حمل سیگنال ، وقطبشسیگنال ممکن است به دلیل اثرات انتقال مانند متفاوت باشدپراکندگی حالت قطبی (PMD)یا تأثیرات زیست محیطی .
برای مقابله با این ، یک گیرنده منسجم تنوع قطبی سازی از دو کانال تشخیص جداگانه برای دریافت مستقل و پردازش استفاده می کندافقیوتعمودیاجزای قطبی سازی سیگنال نوری ورودی . این باعث بهبود گیرنده می شودوابسته بهبه نوسانات قطبی سازی و توانایی آن در تخریب دقیق سیگنال {{0}
مزیت اصلی این نوع گیرنده توانایی آن استهر دو مؤلفه قطبی سازی را بازیابی کنیداز سیگنال در یک تنظیم واحد ، امکان بیشتربازیابی اطلاعات کارآمدو به حداقل رساندن تخریب سیگنال ناشی ازنوسانات قطبیدر حین انتقال .
انواع گیرنده های منسجم تنوع قطبی سازی
گیرنده منسجم دو قطبی
ساختار:با استفاده از دو فوتودکتور متعادل ، یکی برای هر قطبش (افقی و عمودی) {{0}
اصل کار:سیگنال نوری ورودی با استفاده از a به دو مؤلفه (قطبش افقی و عمودی) تقسیم می شودتقسیم پرتو قطبش. این مؤلفه ها سپس به عکس های جداگانه منتقل می شوند ، که به طور مستقل تشخیص می دهنددر فاز (من)وتفاز چهارگوش (Q)مؤلفه های سیگنال .
برنامه ها:ایده آل برایارتباط از راه دورسیستم هایی کهپراکندگی حالت قطبیقابل توجه است ، ومدولاسیون دو قطبی دو قطبیاستفاده می شود .
گیرنده همودین نوری با تنوع قطبی سازی
ساختار:ادغام کردنتنوع قطبی سازیباتشخیص همودین نوری، جایی که سیگنال نوری با a مخلوط می شودنوسان ساز محلیدر گیرنده .
اصل کار:سیگنال ورودی با مخلوط کردن آن با a به طور منسجم تشخیص داده می شودنوسان ساز محلی. سیگنال نوری سپس به دو مؤلفه قطبی سازی تقسیم می شود ، و هر مؤلفه توسط فوتودکتور متعادل مربوطه . شناسایی می شود
برنامه ها:در سیستم هایی که نیاز دارند استفاده می شودحساسیت بالاو توانایی رسیدگیقطبش های متعددهمزمان ، مانندشبکه های نوری با سرعت بالایاارتباط کوانتومیسیستم .
گیرنده تنوع قطبی یکپارچه یکپارچه
ساختار:این نوع گیرنده ادغام می شودتنوع قطبی سازیوپردازش سیگنال دیجیتال (DSP)قابلیت ها در یک ماژول جمع و جور واحد .
اصل کار:گیرنده با تقسیم سیگنال نوری در هر دو مؤلفه قطبی ، تشخیص منسجم را انجام می دهد.قطبشوتاطلاعات فاز.
برنامه ها:مناسب برایتقسیم طول موج متراکم (DWDM)سیستم ها وسیستم های ارتباطی نوری نسل بعدیکه به راندمان بالا و فاکتور فرم کوچک . نیاز دارند
گیرنده تنوع قطبی با میکسر فیبر نوری
ساختار:شامل یکمیکسر فیبر نوریهمراه با تشخیص تنوع قطبی برای رسیدگی به هر دوقطبشوتتغییر فاز.
اصل کار:سیگنال با یک نوسان ساز محلی با استفاده از a مخلوط می شودمیکسر فیبر نوری، و تنوع قطبی سازی با تقسیم سیگنال به مؤلفه های قطبی سازی متعامد .}} این مؤلفه ها به طور مستقل شناسایی و پردازش می شوند {{1}
برنامه ها:استفاده شده درحوالهسیستم های ارتباطی فیبر نوری وارتباطات از راه دورکجاعملکرد کم نوسانوتعدم حساسیت قطبیبسیار مهم .
اصل کار گیرنده منسجم تنوع قطبی سازی
تقسیم قطبش:
سیگنال نوری ورودی ، که به طور معمول استقطبش چند برابر، از طریقتقسیم پرتوی قطبش (PBS)یاالیاف رنگ آمیزی قطبش. PBS سیگنال را به دو حالت قطبی سازی متعامد تقسیم می کند:افقیوتعمودیمؤلفه ها .
اختلاط نوری با نوسان ساز محلی:
دو مؤلفه تقسیم (قطبش های افقی و عمودی) هر یک با یک مخلوط شده اندنوسان ساز محلی (LO)درمیکسر نوری. LO فاز به سیگنال منتقل شده . نتیجه یک فرکانس ضرب و شتم است که برای بازیابی هر دو استفاده می شوددامنهوتمرحلهاطلاعات .
عکسهای متعادل:
هر مؤلفه قطبی سازی (I و Q) به a ارسال می شودنوری متعادل. این عکس های فوتودکتورها شدت سیگنال نوری را در هر دو اندازه می گیرنددر فاز (من)وتفاز چهارگوش (Q)مؤلفه ها .
دو فوتودکتور متعادل (یکی برای هر قطبش) به اطمینان حاصل می شودیکپارچگی سیگنال بالاو تحریفات ناشی از نوسانات قطبش . را به حداقل برسانید
پردازش سیگنال دیجیتال (DSP):
سیگنال های الکتریکی از photodetectors توسط پردازش می شوندپردازش سیگنال دیجیتال (DSP)مدارها . DSP وظایفی را انجام می دهدتخریب سیگنال, تصحیح خطاوتهمگام سازیبرای بازیابی داده های اصلی رمزگذاری شده در سیگنال نوری {{0}
DSP نیز اجرا می کندجبران قطبشبا ردیابی و تنظیم مداوم برای تغییر در حالت قطبی سیگنال {{0}
خروجی داده ها:
پس از تخریب سیگنال ، داده های پردازش شده به صورت خروجی هستندداده های دیجیتالییا برای پردازش بیشتر به مرحله بعدی سیستم منتقل شد ، مانندانتقال داده ها, مسیریابی شبکه، یاتجزیه و تحلیل سیگنال.
وظایفگیرنده تنوع قطبی سازی
تشخیص تنوع قطبی:
عملکرد اصلی گیرنده جدا کردنقطبش(افقی و عمودی) سیگنال ورودی ، اطمینان حاصل می کند که نوسانات قطبی سازی کیفیت سیگنال شناسایی شده {{0} را تخریب نمی کند
تشخیص منسجم:
گیرنده انجام می دهدتشخیص منسجم، جایی که هر دومرحلهوتدامنهاز سیگنال برای بازیابی داده های منتقل شده استفاده می شود ، عملکرد قابل توجهی در مقایسه با سیستم های تشخیص فقط با تغییر شدت.
تخریب و بازیابی سیگنال:
گیرنده با بازیابی هر دو سیگنال را از بین می برددر فاز (من)وتفاز چهارگوش (Q)مؤلفه ها . این امکان را برای کارآمدتر فراهم می کندبازیابی اطلاعاتو به کاهش اثرات نویز . کمک می کند
جبران قطبش:
گیرنده به طور مداوم برای تغییر در حالت قطبش سیگنال تنظیم می شود ، در نتیجه بهبود می یابدقابلیت اطمینان سیگنالوتوفاداری داده هادر سیستمهایی که قطبش به دلیل عوامل محیطی یا فاصله انتقال .}}
تصحیح خطا و کاهش سر و صدا:
گیرنده استفاده می کندالگوریتم اصلاح خطادر DSP برای جبران هرگونه تخریب سیگنال ، اطمینان ازیکپارچگی داده هاحتی در حضور نویز و اعوجاج {{0}
کاربردهای تنوع قطبی سازی گیرنده منسجم
سیستم های ارتباطی نوری با مسافت طولانی:
برنامه:درحوالهسیستم های ارتباطی نوری ، توانایی گیرنده در رسیدگی به نوسانات قطبی سازی ، قابل اعتماد را تضمین می کندانتقال داده هابیش ازمسافت های گسترده.
مثال:استفاده شده درکابل های زیرزمینی, پیوندهای فیبر نوری فراتر از اقیانوس اطلسوتشبکه های ارتباطات با سرعت بالا.
تقسیم طول موج متراکم (DWDM):
برنامه:گیرنده های منسجم تنوع قطبی در اهمیت زیادی دارندDWDMسیستم ها ، کجاچندین کانال نوریبا طول موج های مختلف از طریق یک فیبر واحد منتقل می شود. حساسیت قطبی سازی می تواند باعث تداخل بین کانال ها شود ، بنابراین رسیدگی به هر دو حالت قطبش عملکرد کلی سیستم را بهبود می بخشد .
مثال:استفاده شده درشبکه های با ظرفیت بالابرایارائه دهندگان از راه دوروتزیرساخت ستون فقرات اینترنتی.
شبکه های نوری با سرعت بالا:
برنامه:پشتیبانی از گیرنده های تنوع قطبی سازیچند تاییوتشبکه های نوری با سرعت بالا، جایی که دست زدن به قطبش به طور مؤثر برای آن بسیار مهم استانتقال داده های کارآمد.
مثال:استفاده شده درارتباطات مرکز دادهوتمحاسبات ابریشبکه هایی که سرعت و قابلیت اطمینان ضروری هستند .
سیستم های ارتباطی کوانتومی:
برنامه:درارتباط کوانتومیوتتوزیع کلید کوانتومی (QKD)سیستم ها ، قطبش نقش مهمی در رمزگذاری و تشخیص اطلاعات . گیرنده های تنوع قطبی سازی تضمین می کندایمن کردنوتدقیقتشخیص سیگنال .
مثال:استفاده شده درارتباطات دولتی را ایمن کنیدوترمزگذاری کوانتومیبرایمؤسسات مالی.
ارتباط ماهواره ای:
برنامه:سیستم های ارتباطی ماهواره ای اغلب استفاده می کنندقطبش چند برابربرای افزایش توان داده . یک گیرنده منسجم تنوع قطبی سازی ، کنترل کارآمد نوسانات قطبش را در آن تضمین می کندپیوندهای ماهواره ای با سرعت بالا.
مثال:استفاده شده درسیستم های ارتباطی ماهواره ای باند پهنبرایمناطق دور افتادهوتوابسته به پزشکی از راه دور.
سیستم های نظامی و دفاعی:
برنامه:گیرنده های منسجم تنوع قطبی درسیستم های ارتباطی نوریدر داخلشبکه های نظامی، جایی که قابلیت اطمینان سیگنال و امنیت بسیار مهم .
مثال:استفاده شده درکانال های ارتباطی ایمنبرایعملیات نظامیوتجمع اطلاعاتی.
سنجش نوری و لیدر:
برنامه:درسنجش نوریوتLIDAR (تشخیص نور و محدوده)سیستم ها ، گیرنده های تنوع قطبی سازی ، تشخیص دقیق تر ازفاصلهوتسرعتبا جبران تغییرات قطبی در هنگام بازتاب سیگنال {{0}
مثال:استفاده شده دروسایل نقلیه خودمختاربرایحس محیطیوتناوبری.
مزایایگیرنده تنوع قطبی سازی
انعطاف پذیری قطبی:گیرنده جبران می کندنوسانات قطبی، بهبودصداقت سیگنالدر محیط های چالش برانگیز .
نرخ داده های بالاتر:تشخیص منسجم با تنوع قطبی سازی ، نرخ داده های بالاتر و استفاده کارآمدتر را امکان پذیر می کندپهنای باند فیبر نوری.
کیفیت سیگنال بهبود یافته:با بازیابی هر دودامنهوتمرحلهاطلاعات سیگنال نوری ، گیرنده تضمین می کندوفاداری بالاتروتنرخ خطای پایین تر.
مسافت انتقال طولانی تر:این گیرنده ها با کاهش سیستم های ارتباطی نوری گسترش می یابندپراکندگی حالت قطبیجلوه های .
چالش
پیچیدگی:طراحی و اجرای گیرنده نیاز به پیشرفته داردپردازش سیگنالوتمدیریت قطبی، که می تواند به پیچیدگی {{0} اضافه شود
هزینه:گیرنده های تنوع قطبی به دلیل آنها می توانند گرانتر از گیرنده های سنتی باشندفناوری پیشرفتهوتعملکرد بالاتر.
مصرف برق:تشخیص و پردازش سیگنال با کارایی بالا نیاز داردقدرت بیشتر، که باید در سیستم های در مقیاس بزرگ. مدیریت شود