المستقبلات: PIN وAPD وTIA والكشف المتماسك (coherent)

يحدد المستقبل مدى ضعف الإشارة التي تتحملها الوصلة. ويؤدي نوعان من الثنائيات الضوئية تقريبًا كل العمل، ويحوّل زوج من المضخمات تيارهما إلى بتات، وفي أطول الوصلات يحل محلهما مخطط مختلف جوهريًا — الكشف المتماسك.

الثنائيات الضوئية

يحوّل ثنائي PIN كل فوتون إلى إلكترون واحد على الأكثر — بسيط، وخطي، وذو مدى ديناميكي واسع، وجهد انحياز منخفض. أما APD فيُشغَّل قرب نقطة الانهيار (عشرات الفولتات) بحيث يطلق كل فوتون انهيارًا من الإلكترونات، فيكسب 5–10 dB من الحساسية مقابل انحياز يعتمد على درجة الحرارة، وضوضاء أكثر، ونقطة تشبع أدنى. وهذه الحساسية الإضافية هي ما يحوّل وحدة 40 km إلى وحدة 80 km، أو يتيح لـOLT في PON سماع ONU عبر مقسم 1:64.

المعلَمات الأساسية: الاستجابية (A/W، ~0.8–0.9 لـInGaAs)، وعرض النطاق (يجب أن يغطي معدل الرموز — ~7 GHz لـ10G، و~25 GHz لـ25G NRZ / 50G PAM4)، والتيار المظلم (أرضية الضوضاء)، والتشبع (قدرة الإشباع، عادة −1…+3 dBm؛ فالضوء الزائد أيضًا يسبب أخطاء).

من التيار إلى البتات

الثنائي الضوئي ──► TIA ──► LA (NRZ)  أو  مضخم خطي ──► ADC ──► DSP (PAM4) ──► CDR ──► المضيف

• TIA (مضخم مقاومة الانتقال) يحوّل التيار الضوئي بالميكروأمبير إلى جهد بأقل ضوضاء مضافة ممكنة — وهو ما يحدد إلى حد كبير حساسية المستقبل.
• LA (المضخم المحدِّد) يقطّع الموجة إلى مستويات 1/0 نظيفة لوصلات NRZ.
• TIA خطي + ADC + DSP — لدى PAM4 أربعة مستويات، لذا يجب أن تبقى الإشارة خطية حتى يعادِلها DSP ويقطّعها؛ ولهذا تكلف وحدات PAM4 أكثر وتستهلك أكثر.
• مستقبلات وضع الدفعات (جانب OLT في PON) تضيف إعادة ضبط سريعة للكسب والعتبة بين الفترات الزمنية القادمة من ONU مختلفة (وحدات الإرسال والاستقبال في PON).
• تستخدم ROSA متعددة المسارات مصفوفات PIN من 4 أو 8 عناصر خلف مصفوفة عدسات أو مفكِّك تضميم، ولكل مسار قناة TIA خاصة به — ومن هنا قدرة Rx لكل مسار في DDM (التشخيص لكل مسار).

الحساسية وOMA وFEC

تُذكر الحساسية عند معدل خطأ مستهدف في البتات: 10⁻¹² لوصلات NRZ الكلاسيكية، لكن بالنسبة إلى 25G+ وPAM4 فإن نقطة المواصفة هي BER قبل FEC (مثل 2.4×10⁻⁴) التي يمكن لـRS-FEC تصحيحها — لذا فإن وحدة 100G بحساسية «−10 dBm» لا تُستخدم إلا مع تفعيل FEC (FEC وتدريب الوصلة). وكثيرًا ما تذكر مواصفات تعدد الأنماط الحساسية بـOMA بدل متوسط القدرة؛ وقد يبلغ الفرق ~3 dB (المعايرة).

الكشف المتماسك

بعد ~80–120 km، أو عند 100G+ لكل طول موجي، تنفد ميزانية الكشف المباشر. ويمزج المستقبل المتماسك الضوء الوارد مع ليزر مذبذب محلي في هجين ضوئي 90°، ويكشف الاستقطابين كليهما على أزواج ثنائيات ضوئية متوازنة؛ وتُرقمن المحوّلات ADC النتيجة، ويستعيد DSP السعة والطور والاستقطاب — ويعوّض التشتت اللوني وPMD رقميًا. وتتحسن الحساسية بمقدار 15–20 dB، ويمكن أن يكون التضمين QPSK أو 16/64-QAM. وهذا هو المستقبل داخل وحدات 400ZR/ZR+ ووحدات النقل (الضوئيات المتماسكة).

المستقبلات المعزَّزة بـSOA

تضع بعض وحدات PAM4 الطويلة المدى (400G ER، وبعض 100G) مضخمًا ضوئيًا من أشباه الموصلات أمام الثنائي الضوئي لتضخيم الضوء مسبقًا — وهو طريق وسط بين APD والمتماسك، بقدرة وتكلفة إضافيتين.

ما الذي يخبرك به المستقبل في DDM

• قدرة Rx هي قياس الثنائي الضوئي نفسه — وهي القيمة الوحيدة في DDM التي تكاد تكون حقيقية دائمًا (مستويات DDM).
• عتبة إنذار Rx المنخفض هي تقريبًا حساسية المستقبل؛ وإنذار Rx المرتفع هو تشبعه (العتبات والإنذارات).
• يُفعَّل LOS عندما تنخفض Rx دون مستوى فقدان الإشارة — وهو مقارن عتادي على خرج TIA، أسرع من أي قراءة DDM.
• يظهر تدهور المستقبل (انجراف كسب APD، وتقادم TIA) على هيئة أخطاء متصاعدة عند قدرة Rx طبيعية — ولن يلتقطه DDM وحده؛ فاجمعه مع عدادات الأخطاء.

في CodingBox

تعرض شاشة DDM قدرة Rx لكل مسار مقابل عتبتي الحساسية والتشبع للوحدة، وتفك شاشة Check transceiver ترميز رموز المدى والسرعة التي تدل ضمنًا على مستقبل PIN أو APD. وعند إعادة ترميز وحدة، حافظ على صدق تلك الرموز مع المستقبل الذي تحمله فعليًا.

نوافذ الحساسية والتشبع لكل واجهة، وكيفية تحديد حجم مخفِّف من قراءات DDM: قدرة Rx وميزانية الوصلة، القيم النمطية.

TIA والمضخم المحدِّد ودارة كشف الإشارة التي تحوّل التيار الضوئي إلى بتات، وطرف RX_LOS: إلكترونيات الوحدة؛ والطرف الأمامي الخطي وDSP في مستقبلات PAM4: التضمين وDSP.