Μέθοδοι κωδικοποίησης για οπτική ψηφιακή μετάδοση ινών;

Η ψηφιακή μετάδοση οπτικών ινών χρησιμοποιεί διάφορες μεθόδους κωδικοποίησης για να αντιπροσωπεύει τα ψηφιακά δεδομένα (0s και 1s) ως παραλλαγές στα σήματα φωτός. Η επιλογή της μεθόδου κωδικοποίησης εξαρτάται από παράγοντες όπως η απόσταση μετάδοσης, ο ρυθμός bit, το απαιτούμενο εύρος ζώνης και το κόστος. Εδώ είναι μερικά κοινά:

1. Δυαδική κωδικοποίηση:

* on-off πληκτρολόγηση (ook): Η απλούστερη μέθοδος. Ένας φωτός παλμός αντιπροσωπεύει ένα «1» και η απουσία παλμού αντιπροσωπεύει ένα «0». Εύκολο στην υλοποίηση, αλλά ευαίσθητο σε διακυμάνσεις θορύβου και εξουσίας. Συχνά χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μικρής εμβέλειας.

* επιστροφή προς μηδέν (RZ): Ένας παλμός αντιπροσωπεύει ένα «1» και η επιστροφή στο μηδενικό επίπεδο (χωρίς φως) αντιπροσωπεύει ένα «0». Ο παλμός έχει μικρότερη διάρκεια από την περίοδο των δυαδικών ψηφίων. Βελτιωμένη ανοσία θορύβου σε σύγκριση με το OOK, καθώς η κατάσταση «0» ορίζεται ρητά.

* μη επιστροφή προς μηδέν (NRZ): Παρόμοια με το RZ, αλλά το φως παραμένει για ολόκληρη την περίοδο bit για ένα «1». Είναι απλούστερο να εφαρμοστεί από το RZ, αλλά ενδεχομένως πάσχει από ζητήματα θορύβου χαμηλής συχνότητας (DC Bias). Το NRZ-L (επίπεδο) και το NRZ-I (ανεστραμμένοι) είναι παραλλαγές.

2. Κωδικοποίηση πολλαπλών επιπέδων:

Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν περισσότερα από δύο επίπεδα έντασης φωτός ή πόλωση για να αντιπροσωπεύουν πολλαπλά bits ανά σύμβολο, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα του εύρους ζώνης.

* Διαμόρφωση εύρους παλμού πολλαπλών επιπέδων (PAM): Τα διαφορετικά επίπεδα έντασης φωτός αντιπροσωπεύουν πολλαπλά bits. Για παράδειγμα, το 4-PAM θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει δύο bits ανά σύμβολο (00, 01, 10, 11). Το PAM υψηλότερης τάξης (όπως 8-PAM ή 16-PAM) μπορεί να επιτύχει ακόμη μεγαλύτερη απόδοση εύρους ζώνης, αλλά είναι πιο ευαίσθητη στον θόρυβο.

* Διαμόρφωση θέσης παλμού πολλαπλών επιπέδων (ppm): Η θέση ενός φωτός παλμού μέσα σε μια χρονική υποδοχή αντιπροσωπεύει διαφορετικά bits. Παρόμοια με την PAM όσον αφορά την αποτελεσματικότητα του εύρους ζώνης, αλλά προσφέρει διαφορετικά χαρακτηριστικά θορύβου.

3. Διαφορική κωδικοποίηση:

Αυτές οι μέθοδοι κωδικοποιούν τις πληροφορίες που βασίζονται στην αλλαγή μεταξύ διαδοχικών δυαδικών ψηφίων και όχι στο απόλυτο επίπεδο του φωτός. Αυτό είναι ισχυρό ενάντια στις αργές παραλλαγές στην οπτική ισχύ.

* Διαμόρφωση κώδικα διαφορικού παλμού (DPCM): Μόνο η διαφορά μεταξύ διαδοχικών δυαδικών ψηφίων μεταδίδεται. Αυτό μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα του εύρους ζώνης και να μειώσει την ευαισθησία στις αργές παραλλαγές στην ληφθείσα οπτική ισχύ.

* Διαφορική μετατόπιση φάσης (DPSK): Η φάση του φορέα φωτός μετατοπίζεται για να κωδικοποιεί πληροφορίες. Μια μετατόπιση φάσης αντιπροσωπεύει μια «1» και καμία μετατόπιση φάσης δεν αντιπροσωπεύει ένα «0». Ισχυρή ενάντια στον θόρυβο και τις αργές διακυμάνσεις της ισχύος.

4. Πολυπλεξία μήκους μήκους κύματος (WDM):

Αυτό δεν είναι αυστηρά μια μέθοδος κωδικοποίησης, αλλά ένας τρόπος να αυξήσει σημαντικά τη χωρητικότητα μεταδίδοντας ταυτόχρονα πολλαπλά σήματα σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός μέσα σε μία ίνα. Κάθε μήκος κύματος φέρει ένα σήμα που κωδικοποιείται χρησιμοποιώντας μία από τις μεθόδους που αναφέρονται παραπάνω.

5. Πολυπλεξία πολυπλεξίας-διαίρεσης (PDM):

Παρόμοια με το WDM, αλλά χρησιμοποιεί δύο ορθογώνιες πόλωση του φωτός για να μεταδώσει δύο σήματα ταυτόχρονα στο ίδιο μήκος κύματος. Αυτό διπλασιάζει την ικανότητα χωρίς να απαιτεί πρόσθετα μήκη κύματος.

Επιλέγοντας μια μέθοδο κωδικοποίησης:

Η επιλογή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Για παράδειγμα:

* απόσταση: Το OOK μπορεί να αρκεί για μικρές αποστάσεις, ενώ απαιτούνται πιο εξελιγμένες μέθοδοι όπως το DPSK για τη μετάδοση μεγάλων αποστάσεων.

* ρυθμός δυαδικών ψηφίων: Οι υψηλότεροι ρυθμοί των δυαδικών ψηφίων συχνά απαιτούν πιο σύνθετα σχήματα κωδικοποίησης όπως η PAM ή οι εκλεπτυσμένες μορφές διαμόρφωσης.

* Κόστος: Οι απλούστερες μέθοδοι όπως το OOK είναι φθηνότερες για την εφαρμογή.

* Ανοσία θορύβου: Μέθοδοι όπως το DPSK και το RZ προσφέρουν καλύτερη ανοσία θορύβου από το OOK.

* Αποδοτικότητα εύρους ζώνης: Οι τεχνικές κωδικοποίησης πολλαπλών επιπέδων προσφέρουν υψηλότερη αποτελεσματικότητα εύρους ζώνης.

Πολλά σύγχρονα συστήματα οπτικών ινών χρησιμοποιούν εξελιγμένους συνδυασμούς αυτών των μεθόδων, μαζί με τη διόρθωση σφαλμάτων προς τα εμπρός (FEC) για τη βελτίωση της αξιοπιστίας και την επίτευξη εξαιρετικά υψηλών ρυθμών δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις.