CC BY
32
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХРОМАТИЧЕСКОЙ И ПОЛЯРИЗАЦИОННО-МОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ НА ДИСПЕРСИОННОЕ УШИРЕНИЕ ПРИ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Передача сигналов по оптическим волокнам может страдать от множества ухудшений, таких, как нескомпенсированные ХР, РМР, оптическая фильтрация в КОДОМ и нелинейность оптоволокна. Эффект этих ухудшений на характеристики передачи может быть зафиксирован как разность между требуемой ОБЫК после передачи и требуемой ОБЫК в отсутствие соответствующего ухудшения. Эта разность называется потерями ОБЫК В большинстве случаев, как только потери ОБЫК достигают нескольких дБ для заданного ухудшения, происходит быстрое увеличение потерь вместе с дальнейшим ухудшением. В некоторых случаях сигнал, поврежденный одним ухудшением передачи, может также стать более уязвимым для другого ухудшения передачи. Поэтому стремятся управлять системой при низких отдельных ухудшениях (как правило, меньших 2 дБ для одного вида ухудшений). Эффект хроматической дисперсии зависит частично от нелинейных эффектов.Например, Рамановское рассеяние зависит от измененния дисперсии как 4о , четырехволновое смешивание зависит от Р. Изменение самофазовой модуляции зависит от большого значения дисперсионного параметра и ОВ с большой эффективной площадью моды, т.е. ОВ С-652. Вместе с тем ОВ для компенсации ХД недостаточно совместимы с при веденным ОВ как по модовому полю, так и по значению километрического затухания. Используя ВОСП-СР данное решение не обеспечивает широкую полосу компенсации, что также можно сказать об усилителях. Увеличения полосы Рамановского усиления требует добавки СвО2 Ь ,для увеличения мо-дового поля ОВ, что уменьшает значение отношение сигнал/шум и уменьшает длину усилительного участка. Увеличение числа усилительных участков приводит к увеличению ПМД линии за счет увеличения числа элементов на линии (усилителей, компенсаторов дисперсии мультиплексоров ввода/вывода и др.) переход на более высокие скорости также увеличивает значение ПМД и следовательно уменьшает допустимую длину линии, определяемую задержкой сигнала.
Портнов Эдуард Львович,
зав. кафедрой НТС, д.т.н., профессор, Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия, portnov@msk.org.ru
Ключевые слова: оптическое волокно, хроматическая дисперсия, поляризационная модовая дисперсия, линейная частотная модуляция.
Для цитирования:
Портнов Э.Л. Определение влияния хроматической и поляризационно-модовой дисперсии на дисперсионное уширение при линейно-частотной модуляции // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - №8. - С. 21-24.
For citation:
Portnov E.L The definition of the broadening of a gaussian pulse with linear frequency modulation taking into account the polarization and chromatic dispersions. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.8, рр. 21-24. (in Russian)
T-Comm Vol. 10. #8-2016
СВЯЗЬ
Передача сигналов по оптическим волокнам может страдать от множества ухудшений. В некоторых случаях сигнал, поврежденный одним ухудшением передачи, может стать более уязвимым для другого ухудшения передачи. Поэтому стремятся управлять системой при низких отдельных ухудшениях (как правило, меньших 2 дБ для одного вида ухудшений) [3],
Длина по хроматической дисперсии без учета поляризационной модовой дисперсии определится:
, _ ТХ T:dj
i->A — — — > KM
Pi 2,11/3, Щ
Эффект хроматической дисперсии зависит частично от нелинейных эффектов. Изменение самофазовой модуляции зависит от большого значения дисперсионного параметра и ОВ с большой эффективной площадью моды, т.е. OB G-652. Вместе с тем ОВ для компенсации ХД недостаточно совместимы с приведенным ОВ как по модовому полю, так и по значению километрического затухания.
Компенсация ОВ +D/-D обеспечивает следующие решения для протяженных и высокоскоростных ВОЛП:
- выбор специальных модуляционных форматов модуляции для обеспечения спектральной эффективности;
- широкополосное усиление для эрбиевых усилителей в полосе шире 30 нм;
- упреждающую коррекцию ошибки для уменьшения требований для отношения сигнал/шум с уменьшенным значением дисперсии ОВ.
Наиболее применяемые волокна для локальных сетей и сетей доступа:
G-652, с депрессированным покрытием и с уменьшенным покрытием;
G-652.5 с низким водяным пиком, All Wave;
G-655, True wave RS, Leaf;
G-655 e отрицательной дисперсией т.е. MetroCor,
Из желаемых решений необходимо, чтобы были малые значения дисперсии 2-6 пс/нм.км в диапазоне 1300-1620 нм, низкая спектральная эффективность G-652.5 и увеличенное модовое поле. Зная все значения по всем элементам и их количество, с учетом значения поляризационной дисперсии оптического волокна, определяем значение поляризационной модовой дисперсии на линии. Сравниваем его с существующими нормами. Зная его возможное превышение относительно существующих норм, уменьшаем длину усилительного участка за счет поляризационной модовой дисперсии и применяем поляризационные компенсаторы дисперсии, Это позволяет уменьшить влияние ПМД на BOJIC [1,2].
Для преодоления негативных воздействий на ООСШ используется упреждающая коррекция ошибок (УКО). Дтя уменьшения влияния ПМД выбирается формат модуляции (RZ-DPSK). Дтя преодоления воздействия хроматической дисперсииии используются компенсирующие ОВ или электронная компенсация, а нелинейность корректируется с помощью формата модуляции.
Для компенсации дисперсии следует использовать Lobkd дисперсионного волокна. В этом случае
L = 0,75Tb2*dm2*(3,331gM)2*(Ql/Q0)2/
8(P2obLob + р2 obkdLobkd)/(Lob+Lobkd)
В результате получено решение по хроматической дисперсии и её компенсации на линии.
Зная длину линии и все элементы без компенсаторов ПМД определим ПМД1 и ПМД2
ПМД1 = л/Ы(т2оЬЬоЬ + т:!obkdLobkd +У ^элементов). При учете угла ввода сигнала в ОВ Значение ПМД изменится и будет равно
ПМД1 = с11ХЛ[(т2оЬЬоЬ + т2оЬкаи>Ькд +У^элементов). Максимальное значение ПМД] будет равно ПМД1 мах = 2,5М'Ы(т2оЬиЬ + т2оЬкс]и>Ьк4 + +£т2э л е м енто в).
Максимальное значение влияния угла ввода сигнала в ОВ определяется значением гиперболического косинуса сЬХ, которое равно при угле 90" 2,58, тогда как вводимый коэффициент безопасности составляет 3,7. Этот коэффициент получен, исходя из условий системы передачи, при функционировании которой ПМД изменяется в раз. Умножая коэффициент максимального угла 2,5 на получим коэффициент безопасности 3,7. В результате получаем: ПМД 1 мах =
т2obkdLobkd +У г элементов), ПМД2 - (ПМД 1^3; (ПМД1)2 + Г1МД2 = ПМД. В результате:
Ь = 0,15*0,9 ТЬ^2т*(3,ЗЗ^М)2*(д1/(30)2/8(р2, (оЬЬоЬ +< |32оЬкаЬоЬкё)/( ЬоЪ+-ЬоЬк(1)+ ((^пмд^оЬ+ЬоЫо!)), где ПМД 1 мах = -2тгс(р2ПмдА.2).
В таблице 1 приведены типовые значения параметров ПМД для оптического волокна без компенсации дисперсии при норме па ПМД 0,1ТВ.
Таблица 1
ПМД, скорость и длина линии
Скорость,Гбит/с 0,5 ПС/VKM 0,1 псЛ/км
10 400 км 10000 км
40 25 км 625 км
100 4 км 100 км
При увеличении скорости передачи выше 10 Гбит/с кроме хроматической дисперсии начинает интенсивно влиять поляризационная модовая дисперсия (ПМД). Особенно это сильно сказывается на стандартном оптическом волокне (ОВ) и па уже установленных оптических волокнах, у которых ПМД параметр в 100-1000 раз больше, чем у самых современных ОВ. Поэтому, целесообразно использовать современные разработки для подавления влияния ПМД на передачу в установленных ОВ. Динамическая компенсация ПМД базируется на следующем принципе: включение линии задержки одной из компонент поляризации фундаментальной моды ЬР0|.
Одним из достижений оптической компенсации ПМД, базируется на оптике в свободном пространстве. Однако, этот метод имеет большое число трудностей, связанных с отражением и выравниванием. Другой метод основан на температурной настройке малых длин ОВ с большим двулу-чепреломлением. Третий метод основан на применении Брегговских решеток. Наиболее эффектным является метод, основанный на оптической линий задержки между ортогонально поляризованными модами в динамическом компенсаторе ПМД, которая может настраивается в широком диапазоне длин волн.
T-Comm Том 10. #8-20 16
СВЯЗЬ
НМД О В составляет О.ЗЗпсЛ'км. НМД системы составляет 0,75лсЛ/км. Эти значения получены при стандартном вводе сигнала в ОВ при угле ввода 0°.Зависимость 11МД от угла ввода подчиняется изменению по закону сЬх, по которому при угле 90° #]МД ОВ и системы увеличиваются в 2,5 раза.
Эволюция импульеа в ОВ зависит от относительных величин и р3, которые и свою очередь зависят от соотношения между Хо и лсГ, где Хо - оптическая длина волны отсечки, ХлГЦ длина волны нулевой дисперсии при р2 - 0.
При Хо = Ы' р2 ~ 0 и определяющим дисперсионным параметром является Рз и 1А = То5// РУ — Т*б/22,6/ р3.
Эффект дисперсии на скорость сигнала в битах может быть представлен критерием ВДТ<1, где Т - время задержки определится как ДТ = ЭЬДХ, где Г) - дисперсионный параметр, р2 - дисперсия групповых скоростей.
Исходя из этих выражений получим • ВЬ-р|ДХ < 1.
При 0 = 0 мы получаем бесконечное увеличение длины между усилительными участками.
Однако это не так, дисперсия не исчезает полностью при X = ?>,[)=<), так как проявляются дисперсионные эффекты высшего порядка [6]. Дисперсионные эффекты высшего порядка управляются наклоном дисперсионной характеристики
с!Л
г _ О
2V2
- 35,j6Í?C
Параметр дисперсии 0 = 17.
пс
У =
>и/ои С ■ -4
-^=1,53-
1
зд ЩАфф Вт-км Отсюда LHJI = 65,4kvi В результате получим, что
¿нл < L
"Н.Ч
<1
При выборе дайны L> La и L> Lm мы имеем режим,
при котором дисперсия преобладает.
При определении дисперсионной длины было доказано, что гауссовский импульс сохраняет свою форму, подчиняясь Простому закону, а его длительность увеличивается.
Чтобы получить значение потери мощности гауссовского импульса за счет дисперсии, равное 1 дБ, необходимо, чтобы z < /, .При этом, z = 0,707 Ld.
Дисперсионные потери мощности гау с сове кого импульса для каждого формата можно определить из выражения:
т,/г= 1+
\';jd м2
Т,
Сравним полученный результат для формата модуляции NRZ с выражением, полученным Атравалом 11]:
¿№=101gJl +
для узко пол ос пых источников
ли^о р2 = 0 и 8 пропорциональна рз.
Типовая величина 8 ~ 0,07 - 0,09 пс/{нм~*км).
Для источника со спектральной шириной Д^ эффективная величина дисперсионного параметра О становится равной О = ЯД!.
В этом случае ограничение В-Ь будет выражаться в виде ВЬ|8|(Д).): < 1.
Рассмотрим режим для конкретной системы передачи и оптического волокна. Выберем скорость передачи В = 101 *бит/с и ОВ С-6520 по рекомендации МСЭ-Т. Определим рекомендованные параметры:
, = Та = Т), =Т2й/2,77/р2/
= 1л13 р: = рз|То = 2,828 р;/ ТЬ
Для скороста передачи 10 Гбит/с битовый период составляет 100 пс, в этом случае:
В этом случае выражение для узкополосных источников примет вид:
¿,ra=5-=ioigl
>1+
при Я = ¡,55.wk:w
Дисперсионная длина позволяет Определить взаимосвязь не только с нелинейной длиной, но и е затуханием. При этом максимум реальной длины ОВ z при ц = z показывает, что
уширение импульса составляет ^ =HMi а потери мощно-
Т 1 о
сти по дисперсии составляет 1,5 дБ.
В случае линейной частотой модуляции гауссовского импульса с параметром С, получено, что частота увеличивается линейно от переднего фронта импульеа к заднему при С > 0, и уменьшается при С < 0. Учитывая рассматриваемый диапазон длин волн (/?, <0 область аномальной дисперсии) целесообразно, чтобы параметр С был положительным. В результате согласно Агравалу [5] с дополнением формата модуляции:
1
Учитывая соотношение: р = ~ п определим Д:
§ -
2 лС км
Дчя передачи сигнала на одной длине волны:
пс2
k = 1,55-wkw, Д = 21,7——» Р„ = 1 мВт Ll1 =57,6kw few
Диаметр модового поля 10,4 мкм при А = 1,55лиси
лт = = 85м™ 2 "2 = 3'2■10-16СЛ7вт
Щг T¡d%
Взяв отношение в оценке уншрения для дисперсионной дайны, получим решение на сколько уширится сигнал при стандартном уширешш и при уширении при линейной частотной модуляции
т,/гй =
1 +
vMM2;
= lOIgi-
T-Comm Vol. 10. #8-2016
COMMUNICATIONS
При положительном знаке (+) С - начальной частотной модуляции передаваемый гауссовский импульс сначала сжимается, а в дальнейшем происходи его уширение. В этом случае:
11а расстоянии 2 =1д\ ° | С = 0 и в дальнейшем уши-1 +с:
рение происходит обычным образом, как без начальной частотной модуляции. Наилучший эффект достигается при С = 1.
T2d2 / = " "' -
* ß2 2,77/7,
Т d Т d
' OS'am _ п ",„
m
i+
у
VdM ЬД
1 -
Cz
/
В результате получено решение по изменению дисперсионной длины с учетом линейной (начальной) частотной модуляции, которое позволяет выявить положительный эффект в рассматриваемых условиях.
При этом, поляризационная модовая дисперсия заложена в параметре ß;.
Литература
1. Г. Агравал, Нелинейная волоконная оптика, — М.: МИР, 1996. -323 с.
2. Р.Фриман. Волоконно-оптические системы связи. - М. Техносфера. 2003. - 440 с.
3. Портнов Э.Л. Принципы построения первичных сетей и оптические кабельные линии связи. — M.: Горячая линия-Телеком, 2009. - 545 с.
4. Kaminow IP,, Koch T.L. Optical fiber Telecommunication ША. Academic Press 1997. San Diego. 595 p.
5. Agrawal G,P. Fiber-optic communication systems. Second edition John wiley and sons №4 1997, 555 p.
6. Гпигорьян A.K. Портнов Э.Л. Алгоритмическая методика определения поляризационной модовой дисперсии на волоконно-оптической линии связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - №8. - 2013. - С. 99-101.
7. Menyuk C.R., Galtarossa A. Polarization mode dispersion, Springer, 2005, 298 p.
THE DEFINITION OF THE BROADENING OF A GAUSSIAN PULSE WITH LINEAR FREQUENCY MODULATION TAKING INTO ACCOUNT THE POLARIZATION AND CHROMATIC DISPERSIONS
Eduard L. Portnov, Phd, MTUCI, Moscow, Russia, portnov@msk.org.ru
Abstract
Transmission of signals by optical fibers can suffer from many impairments, such as uncompensated CD, PMD, optical filtering in ROADMs and the nonlinearity of optical fiber. The effect of these impairments on transmission characteristics may be noted as the difference between the required OSNR after transmission and the required OSNR in the absence of deterioration. This difference is called the loss of OSNR. In most cases, once losses reach several dB OSNR for a given degradation, there is a rapid increase of losses with further deterioration. In some cases, the signal, corrupted by one deterioration of the transmission, may also become more vulnerable to other impairment of the transmission. So, I try to operate the system at lower individual impairments (typically less than 2 dB for a single species regressions). The effect oPchromatic dispersion partially depends from nonlinear effects. For example Raman scattering depends on change of dispersion as , four-wave mixing depends on D. Change self-phase modulation depends on large values of the dispersion parameter and S with a large effective mode area, i.e. S G-652. However compensation AVAILABLE for CD compatibility with shows like S mode on the field, and the value of the physical principle behind the attenuation. Using the WDM of this solution does not provide broad band compensation, that can also be said about the amplifiers. Increase band Raman amplification requires the addition of GeO2 b, to increase mode field AVAILABLE, which reduces the value of the ratio signal/noise and reduces the length of the amplification plot. The increase in the number of amplifying sections leads to an increase in mine action line by increasing the number of items per line (amplifiers, dispersion compensators multiplexers I/o, etc.) transition to a higher speed also increases the value of mine action and therefore reduces the max length of the line defined by the signal delay.
Keywords: optical cable, chrromatic dispersion, linear frequency modulation. References
1. G.Agrawal. Nonlinear fiber optics. Moscow: MIR,I996, p. 323. (in Russian)
2. P. Freeman. Fiber-optic communication systems. Moscow: Technosphere 2003, 440 p. (in Russian)
3. Portnov Uh.L. Principles of primary networks, and optical cable lines of communication. Moscow: Hot line-Telecom, 2009, 545 p. (in Russian)
4. Kaminow I.P., Koch T.L. Optical fiber Telecommunication IIIA. Academic Press 1997. San Diego. 595 p.
5. Agrawal G.P. Fiber-optic communication systems. Second edition, john wiley and sons No. 4, 1997, 555 p.
6. Grigor'yan A.K., Portnov E.L Algorithmic method of determining polarization mode dispersion in fiber-optic communication lines / T-Comm. No. 8-2013, pp. 99-101. (in Russian)
7. Menyuk C.R., Galtarossa A. Polarization mode dispersion, Springer, 2005, 298 p.
r \
