রিসিভার: PIN, APD, TIA ও কোহেরেন্ট ডিটেকশন

লিংক কত দুর্বল সংকেত সহ্য করতে পারবে, তা ঠিক করে রিসিভার। প্রায় সব কাজ করে দুই ধরনের ফটোডায়োড, একজোড়া অ্যাম্প্লিফায়ার তাদের কারেন্টকে বিটে পরিণত করে, আর সবচেয়ে দীর্ঘ লিংকে এগুলোর জায়গা নেয় মূলত ভিন্ন একটি পদ্ধতি, কোহেরেন্ট ডিটেকশন।

ফটোডায়োড

PIN ডায়োড প্রতিটি ফোটনকে সর্বোচ্চ একটি ইলেকট্রনে রূপান্তর করে; এটি সরল, লিনিয়ার, বিস্তৃত ডাইনামিক রেঞ্জের এবং কম বায়াস ভোল্টেজের। APD ব্রেকডাউনের কাছাকাছি (কয়েক দশ ভোল্টে) চালানো হয়, ফলে প্রতিটি ফোটন ইলেকট্রনের একটি অ্যাভালাঞ্চ ঘটায় এবং সংবেদনশীলতা 5–10 dB বাড়ে; বিনিময়ে বায়াস তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে, নয়েজ বেশি হয় এবং ওভারলোড বিন্দু নেমে আসে। এই বাড়তি সংবেদনশীলতাই 40 km-এর মডিউলকে 80 km-এর মডিউলে পরিণত করে, অথবা PON OLT-কে 1:64 স্প্লিটারের ভেতর দিয়ে ONU-এর সংকেত শনাক্ত করতে দেয়।

রিসিভারের প্যারামিটার: রেসপন্সিভিটি (A/W, InGaAs-এ ~0.8–0.9), ব্যান্ডউইথ (সিম্বল রেট ধরতে পারার মতো হতে হয়: 10G-এর জন্য ~7 GHz, 25G NRZ / 50G PAM4-এর জন্য ~25 GHz), ডার্ক কারেন্ট (নয়েজ ফ্লোর), ওভারলোড (স্যাচুরেশন পাওয়ার, সাধারণত −1…+3 dBm; অতিরিক্ত আলোও এরর ঘটায়)।

কারেন্ট থেকে বিট

ফটোডায়োড ──► TIA ──► LA (NRZ)  অথবা  লিনিয়ার অ্যাম্প ──► ADC ──► DSP (PAM4) ──► CDR ──► হোস্ট

• TIA (ট্রান্স-ইম্পিডেন্স অ্যাম্প্লিফায়ার) মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ার মাত্রার ফটোকারেন্টকে যথাসম্ভব কম নয়েজ যোগ করে ভোল্টেজে রূপান্তর করে; রিসিভারের সংবেদনশীলতা মূলত এটিই ঠিক করে।
• LA (লিমিটিং অ্যাম্প্লিফায়ার) NRZ লিংকে ওয়েভফর্মকে পরিষ্কার 1/0 স্তরে কেটে দেয়।
• লিনিয়ার TIA + ADC + DSP: PAM4-এ চারটি স্তর, তাই DSP ইকুয়ালাইজ করে স্লাইস করার আগ পর্যন্ত সংকেতকে লিনিয়ার থাকতে হয়; এ কারণেই PAM4 মডিউলের দাম ও বিদ্যুৎ খরচ বেশি।
• বার্স্ট-মোড রিসিভার (PON-এর OLT দিকে) বিভিন্ন ONU-এর টাইম স্লটের মাঝখানে দ্রুত গেইন ও থ্রেশহোল্ড রিসেট যোগ করে (PON ট্রান্সিভার)।
• মাল্টি-লেন ROSA লেন্স অ্যারে বা ডিমাল্টিপ্লেক্সারের পেছনে 4- বা 8-এলিমেন্টের PIN অ্যারে ব্যবহার করে, প্রতিটি লেনের নিজস্ব TIA চ্যানেল থাকে; তাই DDM-এ প্রতি লেনের Rx পাওয়ার পাওয়া যায় (প্রতি লেনের ডায়াগনস্টিকস)।

সংবেদনশীলতা, OMA ও FEC

সংবেদনশীলতা একটি লক্ষ্য বিট এরর রেশিওর জন্য উল্লেখ করা হয়: ক্লাসিক NRZ লিংকে 10⁻¹², কিন্তু 25G+ ও PAM4-এ স্পেসিফিকেশন বিন্দু হলো প্রি-FEC BER (যেমন 2.4×10⁻⁴), যা RS-FEC ঠিক করতে পারে; তাই “−10 dBm সংবেদনশীলতার” একটি 100G মডিউল FEC চালু থাকলেই ব্যবহারযোগ্য (FEC ও লিংক ট্রেনিং)। মাল্টিমোড স্পেসিফিকেশনে সংবেদনশীলতা প্রায়ই গড় পাওয়ারের বদলে OMA-তে দেওয়া হয়; পার্থক্য ~3 dB হতে পারে (ক্যালিব্রেশন)।

কোহেরেন্ট ডিটেকশন

~80–120 km-এর বেশি দূরত্বে, অথবা প্রতি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে 100G+ হলে, ডিরেক্ট ডিটেকশনের বাজেট ফুরিয়ে যায়। কোহেরেন্ট রিসিভার আগত আলোকে একটি লোকাল-অসিলেটর লেজারের আলোর সঙ্গে 90° অপটিক্যাল হাইব্রিডে মেশায় এবং দুটি পোলারাইজেশনই ব্যালান্সড ফটোডায়োড জোড়ায় শনাক্ত করে; ADC ফলাফলকে ডিজিটাইজ করে, আর DSP অ্যাম্প্লিচিউড, ফেজ ও পোলারাইজেশন পুনরুদ্ধার করে এবং ক্রোমাটিক ডিসপারশন ও PMD ডিজিটালভাবে পুষিয়ে দেয়। সংবেদনশীলতা 15–20 dB বাড়ে, আর মডুলেশন হতে পারে QPSK বা 16/64-QAM। 400ZR/ZR+ ও ট্রান্সপোর্ট মডিউলের ভেতরে এই রিসিভারই থাকে (কোহেরেন্ট অপটিক্স)।

SOA-সহায়ক রিসিভার

কিছু দীর্ঘ-পাল্লার PAM4 মডিউল (400G ER, কিছু 100G) আলোকে প্রি-অ্যাম্প্লিফাই করতে ফটোডায়োডের আগে একটি সেমিকন্ডাক্টর অপটিক্যাল অ্যাম্প্লিফায়ার বসায়। এটি APD ও কোহেরেন্টের মাঝামাঝি পথ, বাড়তি বিদ্যুৎ খরচ ও দামের বিনিময়ে।

DDM-এ রিসিভার আপনাকে কী জানায়

• Rx পাওয়ার ফটোডায়োডের নিজের পরিমাপ, DDM-এর একমাত্র মান যা প্রায় সবসময় বাস্তব (DDM-এর মাত্রা)।
• নিম্ন Rx অ্যালার্ম থ্রেশহোল্ড মোটামুটি রিসিভারের সংবেদনশীলতার সমান; উচ্চ Rx অ্যালার্ম তার ওভারলোডের সমান (থ্রেশহোল্ড ও অ্যালার্ম)।
• LOS সক্রিয় হয় যখন Rx লস-অব-সিগন্যাল স্তরের নিচে নামে; এটি TIA আউটপুটে বসানো একটি হার্ডওয়্যার কম্পারেটর, যেকোনো DDM রিডের চেয়ে দ্রুত।
• রিসিভারের অবনতি (APD গেইনের সরে যাওয়া, TIA-এর এজিং) ধরা পড়ে স্বাভাবিক Rx পাওয়ারে এরর বাড়া হিসেবে; শুধু DDM দিয়ে তা ধরা যায় না, এরর কাউন্টারের সঙ্গে মিলিয়ে দেখুন।

CodingBox-এ

DDM স্ক্রিন প্রতি লেনের Rx পাওয়ার দেখায় মডিউলের সংবেদনশীলতা ও ওভারলোড থ্রেশহোল্ডের পাশাপাশি, আর Check transceiver স্ক্রিন পাল্লা ও রেটের যে কোডগুলো PIN বা APD রিসিভারের ইঙ্গিত দেয়, সেগুলো ডিকোড করে। মডিউল পুনরায় কোড করার সময় কোডগুলো যেন মডিউলে আসলে থাকা রিসিভারের সঙ্গে মেলে, তা নিশ্চিত করুন।

প্রতিটি ইন্টারফেসের সংবেদনশীলতা ও ওভারলোড উইন্ডো এবং DDM রিডিং থেকে অ্যাটেনুয়েটরের মান ঠিক করার পদ্ধতি: Rx পাওয়ার ও লিংক বাজেট, সাধারণ মান।

ফটোকারেন্টকে বিটে পরিণত করা TIA, লিমিটিং অ্যাম্প্লিফায়ার ও সিগন্যাল-ডিটেক্ট সার্কিট এবং RX_LOS পিন: মডিউলের ইলেকট্রনিক্স; PAM4 রিসিভারের লিনিয়ার ফ্রন্ট এন্ড ও DSP: মডুলেশন ও DSP।