CC BY
7ВКВ0-2023- ВОЛС
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ МНОГОПРОЛЕТНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
1 3* 12 12 12 3
Самоделкин Л.А. ' , Горбашова М.А. ' , Старых Д.Д. ' , Наний О.Е. ' ' ,
Трещиков В.Н. 1
1 ООО «Т8», г. Москва 2 Московский физико-технический институт (ГУ), г. Долгопрудный 3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва * E-mail: Samodelkin.leonid@list.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-66-67
Многоканальные многопролетные линии связи играют ключевую роль в глобальной системе телекоммуникаций. В современных когерентных системах связи основными причинами искажения сигнала является воздействие шумов эрбиевых волоконных усилителей и воздействие нелинейных эффектов [1], возникающих непосредственно в волокне. Также влияние на качество сигнала оказывают такие эффекты как хроматическая и поляризационная модовая дисперсия, чувствительность приемника и оптическая фильтрация [2]. Все эти эффекты должны корректно учитываться в моделях, применяемых для проектирования волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) или в системах непрерывной оценки их производительности [3]. Апробация используемых моделей расчёта ВОЛС позволяет оценивать точность используемых методик расчёта, а также наметить дальнейшие пути их развития.
В данной работе предложена методика верификации моделей, используемых для оценки качества сигнала в ВОЛС [4]. Для ВОЛС общей длинной 4000 км на основе одномодового волокна стандарта G.652D была проведена серия экспериментальных измерений. В качестве исследуемого использовался когерентный сигнал с полезной нагрузкой 100 Гбит/с и форматом модуляции DP-QPSK. Четыре таких канала: 27, 31, 42, 58, ITU-T сетки распространялись совместно с 76 каналами подсветки, которые эмулировались с помощью шума усиленной спонтанной люминесценции (ASE) в C-диапазоне и оптического фильтра. Суммарно через ВОЛС проходило 80 каналов (с 21 по 60.5) с 50 ГГц межканальным интервалом. Схема формирования канальной нагрузки изображена на Рис. 1, где также схематично показан формируемый спектр сигнала и установленный предперекос спектра на входе в ВОЛС. Периодически данный предперекос восстанавливался с помощью эквалайзеров - спектрально-селективных оптических переключателей (WSS).
EDFA
ASE
Перестраиваемый оптический фильтр
ЕЭгрХ-*- TX -*-
TX IRX-4- W
— та1 MRX-* -W
— I^JjEX-* -w
Рис. 4. Схема формирования многоканального сигнала. ASE - источник шумов усиленной спонтанной люминесценции, MUX - оптический мультиплексор, TP - транспондер, EDFA - эрбиевый волоконный усилитель, ROADM - перестраиваемый мультиплексор ввода вывода
Оценка качества сигнала производилась по уровню битовых ошибок на приемнике (BER), который может быть связан с оптическим отношением сигнал-шум (OSNR) по формуле [5]:
B
OSNR
2
х 2 х (erfcinv(2 х BER)) , где erfcinv(erfc(x)) = x
BER
12.5
(1)
Здесь B - символьная скорость исследуемого канала в ГГц, а erfc - функция ошибок.
В данной работе приближенные формулы модели аддитивного гауссовского шума, известной как ОК-модель [1, 6], использовались совместно с известными выражениями для учёта влияния собственных шумов EDFA. Последние определяются формулой для линейного OSNR в дБ):
66 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023vv» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВО-2023- ВОЛС
osnrL = pin - nf - hvAv
(2)
где рп - канальная мощность сигнала, п/ - шум-фактор ВОЛС, ^Ау - мощность квантового шума. Значение п/ было рассчитано из шум-факторов отдельных элементов по формуле Фрииса. Дополнительно в модели учитывается влияние хроматической дисперсии, штрафы из-за мощности сигнала на приемнике и оптической фильтрации.
При проведении расчётов были учтены результаты экспериментальных измерений основных характеристик оптоволокна, значения мощностей на входе в пролёты, коэффициенты усиления/ослабления сигнала на оптических элементах. На Рис. 2 показано, что применение для усилителей консервативной величины шум-фактора, не зависящего от длины волны, приводит к существенной переоценке искажений для коротковолновой части С-диапазона. Использование в формулах реального спектра шум-фактора усилителей позволяет с высокой точностью прогнозировать запас по OSNR в ВОЛС.
Рис. 5. Сравнение зависимостей запаса по OSNR в многопролетной линии от длины волны для двух типов расчета и эксперимента для линии 4000 км
Согласно полученным результатам, исследуемая модель расчёта ВОЛС дает консервативную оценку OSNR на приемнике когерентного транспондера и обеспечивает запас по OSNR в 1,0 - 1,7 дБ. Показано, что учёт экспериментально измеренной формы спектра усилителей и их шум-факторов позволяет увеличить точность расчета и снизить консервативность до 0,4-0,5 дБ.
Литература
1. Poggiolini. P. et al. OFC 2019 M1I.4 (2019)
2. Bazarov T. O. et al. Laser Physics Letters 19, 075101, 1-7 (2022)
3. Kaeval, Kaida, et al., OFC 2022 W4G.4 (2022)
4. Konyshev V.A. et al., Quantum Electron. 12, 46, 1121-1128 (2016)
5. Убайдуллаев, Р.Р., Lightwave russian edition 1, 22-28 (2003)
6. Poggiolini P. et al., J. Light. Technol., 32, 4, 694-721 (2014)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 67
