Передача сверхширокополосных сигналов по волокну Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА

ПЕРЕДАЧА СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

ПО ВОЛОКНУ

Сперанский Валентин Сергеевич,

МТУСИ, Москва, Россия, speranskyv@yandex.ru

Абрамов Степан Владимирович,

НТЦ "ОРИОН", Москва, Россия

Клинцов Олег Иванович, Ключевые слова: сверхширокополосные сигналы,

НТЦ "0РИ0Н", М0сква, Россия оптический фидер, модуляция, лазер.

Цель работы - анализ высокоскоростной передачи данных по волокну с использованием сверхширокополосных сигналов. Объемы передаваемых данных постоянно повышаются, поэтому должна увеличиваться скорость передачи. Этому требованию удовлетворяют системы передачи со сверхширокополосные сигналами (СШПС). Ширина спектра этих сигналов составляет 3-10,5 ГГц, либо более 500 МГГц. Однако, при передаче по радиоканалу дальность системы составляет десятки метров. Для обеспечения связи на большие расстояния перспективна передача радио по волокну (Radio over Fider). Передача радио-по волокну предлагается в ряде работ, в частности, методы передачи рассмотрены в работе авторов доклада. При передаче СШП радиосигналов по волокну используются две технологии формирования сигналов: первая на основе сверхкоротких импульсов (СКИ,) вторая -в виде многочаст отных сигналов, в частности технологии OFDM. Параметры модуляции определяются выбранным стандартом. Несущая частота та же 60-120 ГГц. Радиосигнал подается оптический модулятор, где преобразуется в оптический и далее поступает в оптический фидер. Система с технологией OFDM обладает высокой спектральной эффективностью и более устойчива к хроматической дисперсии.

Оптические сверхкороткие импульсы для передачи данных по волокну можно формировать без радиоканала. Система включает формирователь оптических СКИ, полосовой фильтр, далее два канала: в первом находится лазерный источник оптической несущей, на второй с поляризационной модуляцией поступают передаваемые данные. Суммарный канал подается в оптический фидер. Перспективна передача данных при формировании сигналов с OFDM прямо в оптическом виде. Обе последние системы обладают повышенной скоростью передачи по сравнению с использованием радиоканала. Ограничением является скорость ввода данных. Все вышеперечисленные системы передачи данных по оптике имеют свои особенности преимущества и недостатки, поэтому выбор конкретного способа передачи необходимо делать с учетом назначения и особенностей системы.

Информация об авторах:

Сперанский Валентин Сергеевич, профессор, ктн., МТУСИ Москва, Россия

Абрамов Степан Владимирович, начальник отдела, ктн., НТЦ "ОРИОН" Москва, Россия

Клинцов Олег Иванович, заместитель начальника отдела, ктн. НТЦ "ОРИОН" Москва, Россия

Для цитирования:

Сперанский В.С., Абрамов С.В., Клинцов О.И. Передача сверхширокополосных сигналов по волокну // T-Comm: Телекоммуникации и

транспорт. 2017. Том 11. №12. С. 18-20.

For citation:

Speransky V.S., Abramov S.V., Klintsov O.I. (2017). Transmission of ultra-wide band signals over fiber. T-Comm, vol. 11, no.12, рр. 18-20.

(in Russian)

T-Comm Том 11. #1 2-20 1 7

ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА

Цель работы - анализ высокоскоростной передачи данных по волокну с использованием сверхширокополосных сигналов. Объемы передаваемых данных постоянно повышаются, поэтому должна увеличиваться скорость передачи. Этому требованию удовлетворяют системы передачи со сверхширокополосные сигналами (СШ11С). Ширина спектра этих сигналов составляет 3-10,5 ГГц, либо более 500 МГц. Однако, при передаче по радиоканалу дальность системы составляет десятки метров. Для обеспечения связи на большие расстояния перспективна передача радио по волокну (Radio over Fider). Передача радио-по волокну предлагается в ряде работ, в частности, методы передачи рассмотрены в работе авторов доклада [ 11.

При передаче СШП радиосигналов по волокну используются две технологии формирования сигналов: первая на основе сверхкоротких импульсов (СКИ), вторая - в виде многочастотных сигналов, в частности технологии OFDM.

Схема передачи сверхкоротких импульсов по волокну представлена на рис. i. Данные поступают на формирователь СКИ. Затем производится модуляция на радиочастоту 60-120 ГГц. При этом применяются различные виды модуляции: амплитудная, ОФМ, по положению импульсов. Полученные радиосигнала преобразуются в оптические сигналы в оптическом модуляторе (Маха-Цандера). Световой сигнал поступает с лазера. Далее сигналы поступают в оптический фидер. На приемной стороне производятся обратные преобразования. Радиосигналы подаются на базовую станцию и передаются абонентам. Указанная система кроме передачи данных может использоваться для оценки место положения подвижных объектов [2],

фидер Опто-

данные

Формирователь

СКИ

Радио модулятор

Генератор несущей

Оптич. модулятор

ЛАЗЕР

Рис, 1, Передача сверхкоротких импульсов по волокну

На рисунке 2 показана схема передачи радио по волокну на основе формирования сигналов на радиочастоте по технологии OFDM [3, 4]. Параметры модуляции определяются выбранным стандартом. Несущая частота та же 60-120 ГГц. Радиосигнал подается оптический модулятор, где преобразуется в оптический и далее поступает в оптический фидер . Система с технологией OFDM обладает высокой спектральной эффективностью и более устойчива к хроматической дисперсии.

фидер

Формирователь OFDM

Радио модулятор

Оптич. модулятор

Генератор несущих

ЛАЗЕР

Оптические сверхкороткие импульсы для передачи данных по волокну можно формировать без радиоканала [5J (см. рис. 3). Система включает формирователь оптических СКИ, полосовой фильтр, далее два канала: в первом находится лазерный источник оптической несущей, па второй с поляризационной модуляцией поступают передаваемые данные. Суммарный канал подается в оптический фидер.

Перспективна передача данных при формировании сигналов с OFDM прямо в оптическом виде [6]. Обе последние системы обладают повышенной скоростью передачи по сравнению с использованием радиоканала.

А А К

II

Формирователь СКИ ПФ

ЛАЗЕР

А А К

Поляр, модулятор

фидер

....... Г W

V VV * '

данные

1'нс. 3. Передача оптических СКИ по волокну

Ограничением является скорость ввода данных.

Кроме спектральной эффективности целесообразна оценка спектрально-волновой эффективности Усв= \С/ X2, где V - частотная эффективность, С скорость света, X - длина волны, В таблице приведены скорости передачи при различных значениях спектральной эффективности и спектрально-волновой эффективности.

У. 5цт/сГи 0,1 1 2 4 6

0,0125 0,125 0,25 0,5 0,75

vj^/c 0,22 2,2 4,37 8,75 13,12

Рис. 2. Схема передачи сигналов OFDM по волокну

Скорость передачи в системах передачи с ШСП но волокну с использованием радиоканала определяются скоростью передачи по радиоканалу - 100 МГц/с. В случае чисто оптической передачи скорости достигают 2 Тбит/с.

Выводы

1. I [ередача сверхширокополосных сигналов по волокну обеспечивает сверхвысокие скорости передачи.

2. Формирование СШП сигналов непосредственно в оптике позволяет поучить скорости передачи на порядок выше, чем при формировании на радиочастоте. Однако, узким местом является реализация потока данных. С появлением новых технологий цифровой элементной базы (нанотехноло-гии, элементы на графене, квантово-оптичесжие устройства и др.) проблема решается.

Все вышеперечисленные системы передачи данных по оптике имеют свои особенности преимущества и недостатки, поэтому выбор конкретного способа передачи необходимо делать с учетом назначения и особенностей системы.

T-Comm Vol. 11. #12-201 7

ELECTRONICS. RADIO ENGINEERING

Литература

1, Сперанский B.C. Клинцов О.И. Передача радио по волокну // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2015, Т. 9. № 10.

2, Lnrente R.. Morant М. UWB Radio-over Fiber Generation for Venicular Communications - Univ. Valencia, 2011.

3, Lite IV.. ShaoT., Yao Jianping. Ultra-Wideband and 60 GHr Generation and Transmission Over a Wavelength Division Multiplexing -

Passive Optical Network // J. Opt. Commun. Netw, 2013, vol. 5, №9, pp. 1076-1082.

4. Ghanbarisabagh M, Using LCDF - TEQ to Reduce CP Length for 20.48 Gb/s Direct Detection Optrical OFDM Systems over 1200km ofSMF//IEEE J. ol'Quantum F.lectr, 2013, №2.

5. Xîcmg P., Zhang X.. Zhang H.. XiongJ. A novel Appoacli to All Optical Generation of Ul Integratcdtra-Widc Band Signals// Fiber and Integrated Opric, 2013, 32, pp. 222-232.

TRANSMISSION OF ULTRA-WIDE BAND SIGNALS OVER FIBER

Valentin S. Speransky, MTUCI, Moscow, Russia, speransky.v@yandex.ru Stepan V. Abramov, NTC "ORION", Moscow, Russia Oleg I. Klintsov, NTC "ORION", Moscow, Russia

Abstract

In this paper, we analyze the high-speed data transfer over fiber method that involves using Ultra-Wideband signals. To support the ever-increasing amounts of data traffic, we should increase the data transfer rate. One of the ways to do that is to use communication systems that employ Ultra-Wideband signals. These signals have the spectral width from 500 MHz (usually 3-10.5 GHz). However, the range of these systems in radiochannels is tens of meters. A technology named Radio-over-Fiber can be used to employ UWB over long distances.

There are two general ways that can be used for generating the UWB signals. One way is to use short-pulse (SP) electromagnetic waveforms and the second way is to use multi-carrier technologies such as OFDM.

Modulation is defined by specific standard. The carrier frequency is selected from 60-120 GHz range. RF signal is converted to optical and then transferred using fiber optic cable. UWB systems that employ OFDM have high spectral efficiency and less sensitive to chromatic dispersion. Optical short-pulse signals can be generated without RF signal. Short-Pulse UWB system employs short optical pulse generator, optical band-pass filter and two optical channels. The first channel contains optical carrier frequency, and the second channel contains polarization modulated data. The sum of both signals is transferred in the fiber optic cable.

Optical OFDM is another perspective way of signal generation in UWB systems. Both systems support higher data rate compared to RF channels, they are limited by maximum input data rate. Radio-over-fiber systems described in the paper have their own pros and cons. The choice of particular system depends on specific field of application.

Keywords: Ultra-Wide Band signals, optical fiber, modulation, laser. References

1. Speransky V.S., Klintsov O.I. (2015). Transmission Radio-over-Fiber. T-Comm, vol. 9, no.10.

2. Lorente R., Morant M. (2011). UWB Radio-over Fiber Generation for Venicular Communications. Univ. Valencia.

3. Lue W., ShaoT., Yao Jianping. (2013). Ultra-Wideband and 60 GHr Generation and Transmission Over a Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network. J. Opt. Commun. Netw, vol. 5, no. 9, pp. 1076-1082.

4. Ghanbarisabagh M. (2013). Using LCDF - TEQ to Reduce CP Length for 20.48 Gb/s Direct Detection Optrical OFDM Systems over 1200km of SMF. IEEE J. of Quantum Electr, no. 2.

5. Xiang P., Zheng X., Zhang H., Xiong J. (2013). A novel Appoach to All Optical Generation of Ul Integratedtra-Wide Band Signals. Fiber and Integrated Opric, 32, pp. 222-232.

Information about authors:

Valentin S. Speransky, MTUCI, Professor, Moscow, Russia Atepan V. Abramov, NTC "ORION", Ph. D., Moscow, Russia Oleg I. Klintsov, NTC "ORION", Ph. D., Moscow, Russia

7T>