CC BY
15ВКВО-2019- ВОСПИ
МАЛОМОДОВАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ИСКАЖЕНИЙ НА ЛИНЕЙНЫХ
УСИЛИТЕЛЯХ
*
Бурдин В.А. , Бурдин А.В., Волков К.А., Еремчук Е.Ю.
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Самара
* E-mail: burdin@psati.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16052
К настоящему времени стандартные одномодовые оптические волокна, на которых построены современные сети связи, уже практически приблизились к пределу своих возможностей по увеличению пропускной способности, который определяется «нелинейным пределом Шеннона» [1]. В качестве одного из вариантов решения проблемы преодоления данного предела предполагается использовать системы пространственного мультиплексирования [1,2]. Это требует применения новых типов ОВ. Рассматриваются варианты либо многосердцевинных, либо маломодовых оптических волокон. С точки зрения построения сетей связи более перспективны маломодовые решения [2,3]. Но для их практической реализации необходимо решить ряд проблем. Одним из наиболее существенных факторов, ограничивающих применение маломодовых ОВ, является совместное действие связи мод с дифференциальной модовой задержкой, хроматической дисперсией и нелинейностью.
При использовании пространственных мультиплексоров ввода/вывода линейно-поляризованных мод опять-таки из-за связей мод необходимо применение системы MIMO и, соответственно, специальных алгоритмов обработки сигналов [4]. При этом требования к вычислительным ресурсам для MIMO растут с увеличением дифференциальной модовой задержки. Но, учитывая тенденции перехода к сетям со сверхмалыми задержками и связанные с этим требования по уменьшению задержек на сети желательно сократить время обработки сигналов на приеме. С этой целью предпринимаются попытки создать оптические волокна с минимизированной дифференциальной модовой задержкой [5]. Также, известны способы, заключающиеся в том, что вдоль волоконно-оптической кабельной линии с некоторым периодом включаются устройства компенсации дифференциальной модовой задержки [6]. В частности, устройства на основе набора волоконно-оптических линий задержки. Для двумодовых линий предлагаются также схемы скрещивания (переключения) мод. Очевидно, что применение подобных схем влияет и на качество передачи волоконно-оптической линии связи. Естественно возникает интерес по определению возможностей такого подхода к повышению качества передачи информации и оцениванию степени его снижения, если это происходит.
Из опыта эксплуатации одномодовых волоконно-оптических линий связи хорошо известна эффективность управления дисперсией волоконно-оптических линий передачи на дисперсионных картах. В [7] показано, что даже при компенсации хроматической дисперсией на грубых картах при размещении модулей компенсации на линейных оптических усилителях через 100 км динамический диапазон маломодовой волоконно-оптической линии передачи протяженностью 1000 км увеличивается на 3 - 4 дБ. Можно предположить, что применение совместной компенсации хроматической дисперсии и дифференциальной модовой задержки на линейных оптических усилителях волоконно-оптической линии передачи будет еще эффективнее.
Известно, что искаженный в волоконно-оптической линии передачи сигнал может быть восстановлен цепочкой последовательно включенных звеньев, включающих линейный и нелинейный фазовые фильтры, с фазовыми характеристиками инверсными фазовым характеристикам оптического волокна, определяемыми его дисперсией и нелинейностью, соответственно [8, 9]. Это позволяет предположить, что включение на линейных оптических усилителях нелинейных фазовых фильтров с фазовой характеристикой инверсной изменениям фазы за счет нелинейности в оптических волокнах позволит улучшить характеристики волоконно-оптической линии передачи в целом. Учитывая прогресс в создании оптических метаматериалов [10, 11] можно допустить возможность создания подобных инверсных нелинейных фазовых фильтров. Тем более, что уже известны решения для управляемых нелинейностью солитонов. В частности, рассматривалось управление нелинейностью при включении волокон с отрицательной нелинейной восприимчивостью [12].
В данной работе представлены результаты моделирования для двумодовой волоконно-оптической линии связи с компенсацией искажений на линейных усилителях с применением компенсаторов дифференциальной модовой задержки, хроматической дисперсии и искажений за счет
108 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВО-2019 ВОСПИ
нелинейности. Процесс распространения сигнала в маломодовом оптическом волокне с учетом линейных и нелинейных связей мод, дисперсии, дифференциальной модовой задержки и нелинейности описывали системой связанных нелинейных уравнений Шредингера, которые решали методом расщепления по физическим процессам [13]. Применяемые модель и алгоритм подробно описаны в работе [14].
Для сравнения качества работы маломодовой линии передачи использовали концепцию порога эффективности корректирующих кодов (FEC limit) [15]. По результатам моделирования строили зависимости вероятности ошибок (BER) в оптическом модовом канале на приёме от пиковой мощности на передаче, по которым оценивали динамический диапазон, полагая, что для значений BER ниже порога сигнал на приеме полностью восстанавливается. Значение порога BER полагали равным 4.7 10-3 [15].
В данной работе рассматривалась двумодовая волоконно-оптическая линия связи протяженностью 1000 км, с установленными через каждые 100 км эрбиевыми оптическими усилителями. Среднее значение строительной длины оптического кабеля принималось равным 5 км. Моделирование производилось для оптического сигнала с форматом модуляции DP-DQPSK для канальной скорости 100 Гбит/с по двумодовому оптическому волокну.
Литература
I. Essiambre R. J., et al, J. Lightwave Technology, ZB (4), 66Z-7ü1 (ZÜ1Ü) Z. Li A., et al, J. Lightwave Technology, 3Ü(Z4), 3B53-3B64(Zü1Z)
3. Richardson D. J., Phil. Trans. R. Soc., A 374, ZÜ14Ü441 (ZÜW)
4. Ank S.O., et al, J. Lightwave Technology 34(11), ZBв7-ZBBÜ(ZÜ1в)
5. Grüner-Nielsen L., et al, J. Lightwave Technology, 3Ü(Z3), 3вB3-3вBB(ZÜ1Z) в. Ye F., et al, OSA OFC/NFOEC Technical Digest, OM3B.3.pdf (ZÜ13)
7. Andreev V.A., et al, IEEE Conf. Proc. Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board
Communications, 1- 4(Z01B)
B. Turitsyn S.K., et al, Optica, 4(3), 3Ü7-3ZZ(ZÜ17)
B. Бурдин В А,, и др., T-Comm. 5, 1B-Z4(ZÜ13) 1Ü. Urbas A. M., et al, Journal ofOptics, 1B(B), üB3üü5(Zü16)
II. Soukoulis C. M., et al, Science, 315, 47-4B(ZÜÜ7)
1Z. Malomed B. A. Soliton Management in Periodic Systems, Springer, 1Bü(Züü6)
13. Ferreira F., et al, IEEE Photonics Technology Letters, Z4(4), Z4Ü-Z4Z(ZÜ1Z)
14. Андреев В А, и др., Вычислительные технологии, ZZ(6), 4-ll(ZÜlB)
15. Alvarado A., et al, J. Lightwave Technology, 33(ZÜ), 433B - 435Z(ZÜ15)
№6 2G19 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2G19» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 109
