НЕЛИНЕЙНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КАНАЛОВ НА КОГЕРЕНТНЫЕ DWDM СИСТЕМЫ СВЯЗИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-210-211

НЕЛИНЕЙНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КАНАЛОВ НА КОГЕРЕНТНЫЕ DWDM СИСТЕМЫ СВЯЗИ

12 13* 12 3 13 1

Старых Д.Д. ' , Самоделкин Л.А. ' , Наний О.Е. ' ' , Дорожкин А.Н. ' , Трещиков В.Н.

'ООО Т8 НТЦ г. Москва Московский физико-технический институт (ГУ), г. Долгопрудный 3'Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва E-mail: Samodelkin. leonid@list. ru

Повсеместное внедрение высокопроизводительных когерентных систем в волоконно-оптических линиях связи привело к бурному исследованию пределов их работоспособности. Важнейшим ограничением является негативное влияние нелинейных эффектов. Как инструмент их учета в линиях без компенсации дисперсии, использующих исключительно системы с амплитудно-фазовой модуляцией и когерентным детектированием (QAM/CD), хорошо зарекомендовала себя теория аддитивного гауссовского шума [1], позволяющая описывать нелинейные искажения как аддитивный нелинейный шум. В то же время остается широкий пласт смешанных линий, в которых соседствуют QAM/CD каналы и традиционные с модуляцией интенсивности и прямым детектированием (IM/DD). Одной из актуальных задач является учет негативного воздействия IM/DD систем на QAM/CD. Данное воздействие обусловлено нелинейными эффектами в волокне, основную роль при этом играет фазовая кросс-модуляция (ФКМ), приводящая к возникновению дополнительных фазовых шумов [2].

Известно, что основы теории аддитивного гауссовского шума были применены при построении феноменологической модели для расчета эволюции сигналов в ВОЛС без компенсации дисперсии [3]. Нелинейные шумы генерируются в канале, имеют некоторую мощность и ухудшают качество принимаемого сигнала. Величина этой мощности характеризуется коэффициентами нелинейности, которые могут быть измерены экспериментально [4]. Хотя теория аддитивного гауссовского шума создавалась для линий без компенсации дисперсии, было установлено, что данный подход может быть применен и в случае воздействия IM/DD каналов на QAM/CD, потому что наводимые в когерентном канале фазовые шумы подчиняются распределению Гаусса [5]. При этом мощность нелинейного шума в QAM/CD канале пропорциональна произведению его мощности на квадрат мощности воздействующего IM/DD канала. Коэффициент пропорциональности - это коэффициент нелинейности, обозначаемый цФКМ. Он зависит от частоты модуляции IM/DD сигнала, частотного интервала между каналами, накопленной хроматической дисперсии и других параметров.

Целью данной работы стало экспериментальное исследование воздействия IM/DD каналов на QAM/CD каналы в ВОЛС с компенсацией дисперсии. В лабораторной установке был реализован случай, когда в ВОЛС на основе стандартного одномодового волокна распространяются два сигнала: один исследуемый (100G DP-QPSK) и один воздействующий (IM/DD). Из-за неустранимости эффекта фазовой самомодуляции применялась методика разностных измерений, в которой сравнивалась ситуация в присутствие только самовоздействия с ситуацией, когда проявлялись оба нелинейных эффекта. Это позволило выделить кросс-воздействие в чистом виде и определить коэффициенты нелинейности цФКМ. Результаты были опубликованы в статье [6].

Особенностью эксперимента стало исследование влияния попутного рамановского усиления на нелинейное взаимодействие между каналами. Измерения проводились при нескольких значениях коэффициента усиления (КУ) попутного рамановского усилителя (co-DRA), которые численно характеризовались значением эффективной длины Lef как интеграла нормированного продольного профиля мощности исследуемого сигнала по длине волокна.

Длительные эксперименты показали хорошую воспроизводимость данных, используемых для определения цФКМ. На Рисунке 1а представлены аппроксимации зависимости мощности нелинейного шума от произведения мощности QAM/CD сигнала на квадрат мощности IM/DD сигнала при различных частотах модуляции Rs воздействующего канала. Установлено, что коэффициенты нелинейности цФКМ увеличиваются с ростом КУ co-DRA и, как представлено на Рисунке 1б, с высокой точностью пропорциональны квадрату эффективной длины.

Подробно исследована зависимость от частоты модуляции Rs воздействующего канала. На Рисунке 1в видно, что с увеличением Rs цФКМ уменьшаются, девиации значений при повторных

210 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

экспериментах не воспроизводятся (синие и зеленые точки), накопленная на IM/DD и QAM/CD каналах хроматическая дисперсия практически не влияет на величину цФКМ •

Эксперименты показали, что с ростом частотного интервала между каналами цФКМ уменьшаются (см. Рисунок 1г). Это объясняется увеличением разности групповых скоростей каналов, приводящим к уменьшению времени взаимодействия импульса IM/DD канала с символом, передаваемым на QAM/CD канале.

Коэффициент усиления 22 дБ

,io-

*7фКМ (Leff ) пРи df = 100 ГГц

o

у Rs = б ГГц

Аппроксимация Ж Rs = 9 ГГц

■ — Аппроксимация у Rs = 12 ГГц

■ — Аппроксимация

Л

Л-

o.o5 P

*P 2 , мВт

QAM/CD IM/DD

4

,io'

(а)

Коэффициент усиления 15 dB

(б)

io б Коэффициент усиления 22 дБ

Э.б J» \(

Э Л

2.б

• IM/DD - 0 пс/нм, QAM/CD - +5100 пс/нм

« IM/DD - 0 пс/нм, QAM/CD - +5100 пс/нм

■ IM/DD - +5100 пс/нм, QAM/CD - +5100 пс/нм А IM/DD - 0 пс/нм, QAM/CD - 0 пс/нм

■ Аппроксимация

ST 1.б

ф Rs = 1.7 ГГц _ — Аппроксимация ^ Rs = 4.7 ГГц _ — Аппроксимация | Rs = 7.7 ГГц

— — Аппроксимация ^ Rs = 10.7 ГГц

— — Аппроксимация

t ^^

io 12

Rs, ГГц df, ГГц

(в) (г)

Рисунок 1. (а) - зависимости мощности нелинейного шума от произведения мощности QAM/CD сигнала на квадрат мощности IM/DD сигнала при различных частотах модуляции, (б) — зависимость цФКМ от квадрата эффективной длины волокна, (в) — зависимость цФКМ от частоты модуляции воздействующего канала при различных значениях накопленной хроматической дисперсии на IM/DD и QAM/CD каналах, (г) — зависимость Пфкм от частотного интервала между каналами

Проведенные обширные измерения позволили построить феноменологическую модель воздействия амплитудно-модулированных каналов на когерентные системы в линях с компенсацией дисперсии. Ее универсальность заключается в том, что она имеет один и тот же вид при любых значениях накопленной хроматической дисперсии.

Литература

1. Poggiolini P. et al., J. Light. Technol., 32, 4. 694-721 (2014)

2. Carena A. et al., Conf. Opt. Fiber Commun. Tech. Dig. Ser. IEEE, 2-4 (2009)

3. Konyshev V.A. et al., Quantum Electron., 12, 46, 1121-1128 (2016)

4. Жителев А.Е. и др. Квантовая электроника, 12, 47, 1135-1139 (2017)

5. Bononi A. et al., J. Light. Technol., 18, 27, 3974-3983 (2009)

6. Старых Д.Д. и др. LAST MILE Russ. 1, 93, 34-38 (2021)

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

211

s

б

б

4

4

2

o

o

2

4

б

Э

22 L , км

eff

Э

2

2

o

o

ioo

i5O

2oo

25o

300

350

400

2

4

б

s