Научная статья на тему 'Скоростные параметры оптических телекоммуникационных систем'

Скоростные параметры оптических телекоммуникационных систем Текст научной статьи по специальности «Электроника. Радиотехника»

CC BY
332
65
Поделиться
Ключевые слова
ОПТИЧЕСКИЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ / СКОРОСТЬ / ЭФФЕКТИВНОСТЬ / ФОРМАТ МОДУЛЯЦИИ / КОДОВАЯ ИЗБЫТОЧНОСТЬ

Аннотация научной статьи по электронике и радиотехнике, автор научной работы — Гордиенко Владимир Николаевич, Коршунов Владимир Николаевич, Шишова Надежда Альвиновна

Систематизируются и оцениваются скоростные параметры телекоммуникационных волоконно-оптических систем передачи со спектральным разделением (ВОСП-СР): линейная скорость, скорость передачи информации, канальная скорость, интерфейсная скорость, суммарная скорость системы, скорость передачи символов, битовая скорость, бодовая скорость, спектральная эффективность, спектрально-волновая эффективность, информационная эффективность. Даются аналитические выражения, с применением которых выполняется расчет скоростных показателей, приводятся численные значения. Линейный спектр ВОСП-СР представляется совокупностью спектров оптических каналов в форме приподнятого косинуса с коэффициентом ската r, рассмотрены реализации r = 0; 0,01; 0,1; 0,3; 0,5; 1. Использование параметров линейного спектра и аналитического выражения символьной скорости иллюстрируется на примере расчета типовых бодовых канальных скоростей 28 и 32 ГБод систем класса 100G. Для формата модуляции DP-QPSK, избыточности кодирования 7 и 23%, шагов оптической сетки 50 и 33 ГГц рассчитываются линейная скорость в оптических каналах, информационная скорость в оптических каналах и суммарная скорость передачи информации ВОСП-СР диапазона C+L. Исследуются модификации эффективности ВОСП-СР, имеющие исходным параметром битовую скорость передачи в системе: спектральная эффективность, спектрально-волновая эффективность и информационная эффективность с нормированием скорости передачи к единице шкалы частот, шкалы длин волн и величины предельной скорости. Дается аналитическое и графическое представление взаимного соответствия двух модификаций спектральной эффективности. Значения информационной эффективности, полученные с применением нелинейного предела Шеннона (non-linear Shannon limit) составляют для форматов модуляции DP-QPSK и DP-16QAM соответственно 0,2 и 0,4, что свидетельствует о недоиспользовании ресурса пропускной способности в практических реализациях оптических систем. Рассматриваются примеры достижения скоростей выше 100G. На сетке 200 ГГц созданы суперканалы 1,28 Тбит/с с двумя несущими в формате DP-16QAM при символьной скорости 80 ГБод. 80 спектральных каналов OFDM со скоростями 200 Гбит/с используют в электрическом тракте модуляцию 16QAM и двухполяризационное мультиплексирование оптического канального сигнала. Метод "быстрей Найквиста" (faster-than-Nyquist, FTN) реализован на традиционной инфраструктуре: стандартное одномодовое оптическое волокно G.652, эрбиевые усилители, длина элементарного кабельного участка 80 км; формат модуляции DP-QPSK, частотная сетка 50 ГГц, символьная скорость 56 ГБод, канальная скорость 224 Гбит/с.

Текст научной работы на тему «Скоростные параметры оптических телекоммуникационных систем»

СКОРОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Гордиенко Владимир Николаевич,

д.т.н., профессор кафедры "Многоканальные телекоммуникационные системы", декан факультета "Сети и системы связи", Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ), Москва Россия, mesl@mtuci.ru

Коршунов Владимир Николаевич,

д.т.н., профессор кафедры "Многоканальные телекоммуникационные системы", Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ), Москва Россия, mes@mtuci.ru

Шишова Надежда Альвиновна,

к.т.н., доцент, зав. кафедрой "Многоканальные телекоммуникационные системы", Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ), Москва Россия, nadevda1972@gmail.com

Ключевые слова: оптические телекоммуникационные системы, скорость, эффективность, формат модуляции, кодовая избыточность.

Систематизируются и оцениваются скоростные параметры телекоммуникационных волоконно-оптических систем передачи со спектральным разделением (ВОСП-СР): линейная скорость, скорость передачи информации, канальная скорость, интерфейсная скорость, суммарная скорость системы, скорость передачи символов, битовая скорость, бодовая скорость, спектральная эффективность, спектрально-волновая эффективность, информационная эффективность. Даются аналитические выражения, с применением которых выполняется расчет скоростных показателей, приводятся численные значения. Линейный спектр ВОСП-СР представляется совокупностью спектров оптических каналов в форме приподнятого косинуса с коэффициентом ската r, рассмотрены реализации r = 0; 0,01; 0,1; 0,3; 0,5; 1. Использование параметров линейного спектра и аналитического выражения символьной скорости иллюстрируется на примере расчета типовых бодовых канальных скоростей 28 и 32 ГБод систем класса I00G. Для формата модуляции DP-QPSK, избыточности кодирования 7 и 23%, шагов оптической сетки 50 и 33 ГГц рассчитываются линейная скорость в оптических каналах, информационная скорость в оптических каналах и суммарная скорость передачи информации ВОСП-СР диапазона C+L. Исследуются модификации эффективности ВОСП-СР, имеющие исходным параметром битовую скорость передачи в системе: спектральная эффективность, спектрально-волновая эффективность и информационная эффективность с нормированием скорости передачи к единице шкалы частот, шкалы длин волн и величины предельной скорости. Дается аналитическое и графическое представление взаимного соответствия двух модификаций спектральной эффективности. Значения информационной эффективности, полученные с применением нелинейного предела Шеннона (non-linear Shannon limit) составляют для форматов модуляции DP-QPSK и DP-I6QAM соответственно 0,2 и 0,4, что свидетельствует о недоиспользовании ресурса пропускной способности в практических реализациях оптических систем. Рассматриваются примеры достижения скоростей выше I00G. На сетке 200 ГГц созданы суперканалы 1,28 Тбит/с с двумя несущими в формате DP-I6QAM при символьной скорости 80 ГБод. 80 спектральных каналов OFDM со скоростями 200 Гбит/с используют в электрическом тракте модуляцию 16QAM и двухполяризационное мультиплексирование оптического канального сигнала. Метод "быстрей Найквиста" (faster-than-Nyquist, FTN) реализован на традиционной инфраструктуре: стандартное одномодовое оптическое волокно G.652, эрбиевые усилители, длина элементарного кабельного участка 80 км; формат модуляции DP-QPSK, частотная сетка 50 ГГц, символьная скорость 56 ГБод, канальная скорость 224 Гбит/с.

Для цитирования:

Гордиенко В.Н., Коршунов В.Н., Шишова Н.А. Скоростные параметры оптических телекоммуникационных систем // T-Comm:

Телекоммуникации и транспорт. - 2015. - Том 9. - №11. - С. 32-37.

For citation:

Gordienko V.N., Korshunov V.N., Shishova N.A. DWDM systems communications rate factors. T-Comm. 2015. Vol. 9. No. 1 1, рр. 32-37.

(in Russian).

Введение

Рост трафика на телекоммуникационных сетях, тренд увеличения потребностей пользователей в объёмах передаваемой информации, обратная зависимость удельной стоимости передачи информации от скорости обусловливают эволюцию повышения скоростных показателей оптических телекоммуникационных систем. Рисунок 1 иллюстрирует эту закономерность [1]: можно видеть, что скорость передачи год от года повышается в экспоненциальной зависимости.

1000

1С —

100

10

2002

2006

2010

Рис. 2. Канальные спектры вида приподнятого косинуса

*■,</> = cos^l 1/1-

1 -г

I-г

К — , (3)

Рис. 1. Эволюция скорости последовательной передачи информации на одной несущей

Скоростные свойства оптических систем характеризуются рядом параметров, к которым относятся: скорость передачи символов (бодовая скорость) В, скорость передачи информации (битовая скорость) V, скорость в спектральном канале волоконно-оптической системы передачи со спектральным разделением (ВОСП-СР) VK, суммарная скорость для системы в целом V, спектральная эффективность у, спектрально-

волновая эффективность информационная эффективность q. Далее проводится исследование перечисленных параметров, рассчитываются значения соответствующих показателей и даётся их оценка.

Битовая и бодовая скорости. Для ВОСП-СР (система WDM, wavelength division multiplexing) с числом спектральных каналов т, суммарная битовая линейная скорость передачи

Vz=mVr -т-p s S, бит/с, (1)

где р — коэффициент поляризационного мультиплексирования; s— количество бит на символ.

Принимая во внимание фактор кодирования (forward error correction FEC), учитываем соотношение между линейной и информационной скоростями:

К„„=0+р)К„Ф> Ш

где р = 0,07. „О, 25 - избыточность кодирования (redundancy).

На рисунке 2 представлено расположение в частотной области оптических каналов ВОСП-СР, имеющих спектры вида приподнятого косинуса, в общем виде и для трех реализаций. Канальные спектры ограничены

2гУ ' 2Т ))' 2Т 11 2Т где Т- тактовый интервал, 7 = 1/2?; г е [0,1] - коэффициент ската (roll/off factor). Ширина канального спектра Ft.=5(l + /-); (4)

при г —> 0 скорость В —» Fkв случае г = 0 спектр

имеет прямоугольную форму. Во временной области сигнал (импульс Найквиста)

со з(лт//Г)

x(t)=sinc(t/T)-

(5)

по частоте полосой области ската:

FK, имеют плоские вершины и

1-4 гг/Г-

При t = ±kT, для к* 0 сигнал хии(0 = 0, т.е., отсутствует межсимвольная интерференция. С уменьшением параметра /"удлиняются хвосты импульсов, однако, как видно из рис. 2, в заданном диапазоне /у может быть реализована большая величина скорости передачи символов В.

Величина символьной скорости [2] при канальном интервале и защитном промежутке между каналами F3, с учетом (4),

в=^(i+r).(i+(*;//;))). (6)

Положив Fkh = 50 ГГц; г= 0,5; Ft / FK = 0,2, по (6)

рассчитываем В - 28 ГБод. При г = 0,3 имеем В =32 ГБод.

Для размера сигнального алфавита М, символьная эффективность (число бит на символ) .v = log, М •

Четырехпозиционный (М = 4) формат модуляции QPSK характеризуется символьной эффективностью 5=2; 16 - позиционный формат 16QAM имеет 5=4. Канальная скорость ВОСП-СР с форматом модуляции DP-QP5K с р = 2, 5 = 2, согласно (1), для бодовой скорости 28 ГБод составляет 2-2'28 = 112 Гбит/с. Для стандартов оптической транспортной сети [3], такую скорость имеет сигнал OTU4 (интерфейсная скорость 111809973 кбит/с), PeK.G.709 МСЭ-Т - транспорт клиентского сигнала 100 Gigabit Ethernet. Сигнал 112 Гбит/с имеет 7% избы-

точность коррекции ошибок. При символьной скорости 32 ГБод канальная скорость системы 100G для формата модуляции DP-QPSK V - 2-2-32 = 128 Гбит/с, избыточность корректирующего кода - 23%.

К путям повышения суммарной скорости передачи ВОСП-СР (1) относится увеличение количества спектральных каналов в заданном диапазоне используемых длин волн; в частности, в полосе 100 ГГц создаются три канальных интервала Fm = 33,3 ГГц. За счет уменьшения величин F3 и г при реализации требуемой бодовой скорости обеспечивается передача канального сигнала 100G с большей спектральной эффективностью. 8 оптической телекоммуникационной системе «Волга» отечественного производителя - компании «Т8» [4] может быть таким путем реализована суммарная скорость передачи информации V = 265'100 « 27 Тбит/с в полосе 70 нм C+L - диапазона,

Спектральная и информационная эффективности. Телекоммуникационные системы характеризуются параметрами эффективности [5], использующими скорость передачи: частотной (спектральной) эффективностью

y~V IF (7)

и информационной эффективностью

Tj — VIC . (8)

в (7)/ (8) F- ширина полосы частот, используемой для передачи сигналов; С = шах V , В ВОСП-СР спектральная эффективность

г =-Ü-= —Ч----(9)

(1 + p)F„, (l + p)FE

где Fv - ширина диапазона частот, занимаемого телекоммуникационной системой в целом. Из (1), (9) следует:

Р-*-В _т-p-s-В {10)

(1+p)Fttl (\ + p)F-Например, в случае двухполяризационного мультиплексирования (р= 2), формата модуляции 16QAM (5 = 4), символьной скорости В ~ 32 ГБод, избыточности кодирования р = 23% и канального интервала Fm = 33 ГГц, согласно (10) спектральная эффективность ^ = 2'4-32/(1,23'33) = 6,3 бит/с/Гц. При общих значениях спектральной полосы mFm и скорости передачи mVK получаем такую же величину у для системы

в целом. В оптическом диапазоне C+L с шириной 1625 - 1530 = 95 нм = 12 ТГц, для рассматриваемого примера имеем суммарную информационную скорость Vz = yF^ = 6,3-12 = 76 Тбит/с.

Удобным инструментом оценки скорости ВОСП-СР может служить параметр спектрально-волновая эффективность [6], устанавливающий непосредственную связь между скоростью передачи и шириной А используемого диапазона длин волн:

Гл=Г/Л, (И)

Из определения двух модификаций спектральной

эффективности (7), (11) оптической телекоммуникационной системы следует соотношение их величин; модуль перехода

= (12)

причем

Р/А = (/2-(Р2/4 ))/с, (13)

где ~ {/а + £.)/2 - центральная частота диапазона с нижней и верхней границами д, р =

с = 3'10й м/с.

При малых значениях относительной ширины полосы частот /=7/,= 1 выражение (13) принимает вид

Р / А = ^ /с ■ Отсюда точное и приближённое значения

модуля перехода составляет соответственно,

К,1=(/а2-(Р2/4))/с, (14)

Относительная погрешность (15)

6= 1/

-1

15)

(16)

Р2/ 4

У /

возрастает с увеличением Р . В частности, для оптического диапазона С имеет место $ =1,2810"'; для общего диапазона 0...и (1260...1675 нм) величина погрешности 2,04■]СГ". Можно видеть, что (15) имеет достаточную точность для оценочных расчетов, и спектрально-волновая эффективность может быть определена при известном значении спектральной эффективности у, как

где модуль переходаЩ = /с = 1,25 -1030 Гц/м = 0,125

ТГц/нм для диапазонов С, I,

Оценим по (11), (17) суммарную скорость при использовании диапазона С (Л = 35 нм) для рассматриваемого примера: У^ = уК^А = 6,ЗЮ,125-35 = 28 Тбит/с.

Графическая зависимость между модификациями спектральной эффективности приведена на рис. 3.

Информационная эффективность (8) показывает [7] степень использования физического ресурса в телекоммуникационном транспорте и характеризует потенциальную перспективу совершенствования последнего. Пропускная способность ВОСП-СР, согласно концепции нелинейного предела Шеннона [8],

С = Р ■ шах ¡1оё, (1 + Ц /(Роу + Рт ))} ,Рсе( 0, оо), (18) где Рс - средняя мощность агрегатного сигнала ВОСП-СР; р - мощность шума оптических усилителей; Рш -

мощность помехи нелинейного взаимодействия компонентных канальных сигналов в оптическом волокне.

Реализуемая спектральная эффективность ВОСП-СР у и ее предельное шенноновское значение уш = С/Р

позволяют определить по (8), (18) количественные величины информационной эффективности;

П = уР/С = у/уш. (19)

H

4 8 12

у; би г/с/Гц

16

Рис. 3. Спектральная и спектрально-волновая эффективности

В качестве ут на одну поляризацию может быть

взята величина 8 бит/с/Гц, при двухполяризационном мультиплексировании - 16 бит/с/Гц, Для канального интервала 33 ГГц, символьной скорости 32 Гбит/с, кодовой избыточности 23%, с применением (10) получаем при формате модуляции DP-QPSK у = 2-2-32/(33-1,23) = 3,2 бит/с/Гц; для DP-16QAM -6,4 бит/с/Гц. Таким образом, j 0,2 для DP-QPSK,

П~ [0,4 для DP-16QAM.

Можно видеть, что ресурс пропускной способности ВОСП-СР недоиспользован. Вместе с тем, играют роль реальные проблемы дальнейшего повышения спектральной эффективности оптических телекоммуникационных систем в части снижения отношения сигнал/шум при многопозиционной модуляции и соответствующего уменьшения дальности передачи без регенерации сигналов.

Скорости выше 100G. В настоящее время производится коммерческое оборудование систем дальнего телекоммуникационного транспорта класса 100G для переноса широкополосных сигналов, таких как 100 Гбит/с Ethernet (100GE). Типовые ВОСП-СР IOOG используют формат модуляции DP-QPSK при частотной сетке 50 ГГц и высокопроизводительную цифровую обработку сигналов. С целью обеспечения растущих потребностей широкополосных служб инфокоммуника-ций в скоростной передаче информации осуществляется дальнейшая эволюция скоростей транспортных магистралей. Для переноса ожидаемого трафика осваиваются скорости передачи 400G и 1Т. Примеры реализации скоростей выше 100G приводятся ниже.

В эксперименте [9] канальный интервал 50 ГГц уплотняется 8-ю подканалами 6,25 ГГц с передачей на 8-ми оптических несущих сигналов формата DP-64QAM с бодовой скоростью 5,71 ГБод, при коэффициенте ската г = 0,01. общая скорость VK = 2'6-5,71-8 = 548 Гбит/с. С учетом избыточности кодирования р = 20%, спектральная эффективность у= 548/(50'1,2) = 9,1 бит/с/Гц.

Передавались 224 канала в диапазоне С-Н- (1530...1625 нм) с тремя усилительными участками и рамановским усилением {длина участка 80 км).

Для ВОСП-СР приемлемым решением может быть формат ОР-160АМ с символьной скоростью 32 ГБод и двумя поднесущими в канальном интервале 100 ГГц, однако имеется указанный выше недостаток - сравнительно низкое отношение сигнал/шум и уменьшение длины регенерационной секции,

С целью снижения количества транспондеров в оборудовании ВОСП-СР и экономии дорогостоящих оптических компонентов, проведен эксперимент [1] с повышенными битовыми скоростями: 107 и 80 ГБод. Сигналы 107 ГБод переданы в формате РР-ОРБК с канальными скоростями 428 Гбит/с на частотной сетке 120 ГГц при кодовой избыточности 7%. Суммарная скорость передачи информации по 10-ти каналам составила 4 Тбит/с, спектральная эффективность у = 3,3 бит/с/Гц. Сигналы 80 ГБод переданы в формате ОР-16СЗАМ. На сетке 200 ГГц были созданы оптические каналы с линейной скоростью 1,28 Тбит/с на двух несущих (рис. 4), содержащие два подканала со скоростями 640 Гбит/с каждый. Пять каналов 1Т в диапазоне длин волн 1548...1557 нм обеспечили суммарную линейную скорость 6,4 Тбит/с; при р = 23% информационные скорости составили соответственно 1,04 Тбит/с и 5,2 Тбит/с (включая служебные сигналы форматирования и т.п.), спектральная эффективность - 5 бит/с/Гц.

Кяма.1 1 Тон i/c

п

пг

L

J

По л несущие

154Я Дли на волны, нм 1557

Рис. 4. Спектр пяти 1Т каналов на двух поднесущих

Многочастотная модуляция с ортогональными поднесущими {orthogonal frequency division multiplexing OFDM) рассматривается как перспективный вариант формирования канальных сигналов ВОСП-СР классов 400G и выше. Применяется электронное формирование OFDM-сигналов с последующим переносом в оптическую область. В системе [10] с использованием 80-ти спектральных каналов OFDM со скоростями 200 Гбит/с достигается суммарная скорость 16 Тбит/с. В каждом спектральном канале 512 поднесущих модулируются в формате 16QAM с двухполяризационным мультиплексированием канального сигнала. Спектральная эффективность составляет 7,14 бит/с/Гц,

В экспериментальном образце [11] были сформированы в диапазоне 1548..1557 нм на частотной сетке

50 ГГц 20 каналов DP-QPSK с канальными скоростями 224 Гбит/с и кодовой избыточностью р = 7%. 8 передаче использовалась традиционная инфраструктура: стандартное одномодовое волокно G.652 и эрбиевые усилители, 38 участков по 80 км. Особенность заключалась в превышении предела Найквиста: В = 56 ГБод >50 ГГц = Fm, использовался метод «быстрей Найквиста» [12]. Согласно этому методу, тактовый интервал последовательной передачи символов г берётся меньше интервала Т между равноотстоящими моментами нулевых значений импульсного отклика тракта передачи. Символы теряют ортогональность, возникает принципиально обязательная межсимвольная интерференция. Для снижения последней в приёмнике осуществляется соответствующим образом обработка сигнала. При передаче импульсов постоянного тока с прямоугольным спектром оптимальным с целью минимизации среднеквадратической величины межсимвольной интерференции является значение г = 0,802Т; при этом В = \ /(0,3027*) = 1,247 ■ (1 / Г) - предел Мазо. Для модулированных сигналов с передачей двух боковых полос частот, таким образом, предел Мазо составляет около 1,25 бода на 1 герц полосы частот тракта передачи (предел Найквиста - один бод на герц), в случае импульсов со спектром прямоугольной формы. Величина г варьируется выбором значения параметра ската г спектра кореньквадратичного приподнятого косинуса (Хт(/)У® передаваемых символов. В [11] для формирования канального спектра был применён цифровой фильтр с тремя отводами, имеющий коэффициент передачи вида кореньквадратичного косинуса, г = 0,1. В приёмном оборудовании устранение межсимвольной интерференции осуществлялось по алгоритму BOR (Bahl - Соске - Jelinek - Raviv). Была реализована спектральная эффективность 4 бит/с/Гц.

Заключение

Скорость передачи информации, реализуемая в оптических телекоммуникационных системах, растет в экспоненциальной зависимости. В настоящее время освоено и внедряется коммерческое оборудование 100G с символьными скоростями 28 и 32 ГБод, используется формат двухполяризационного мультиплексирования и четырехпозиционной фазовой манипуляции DP-QPSK. При этом в диапазоне C+L для частотной сетки ВОСП-СР 50 ГГц и ЗЗГГц потенциальная суммарная скорость передачи информации составляет около 30 Тбит/с при спектральной эффективности около 3 бит/с/Гц.

Для реализации скоростей 400G и 1Т предлагается ряд методов передачи оптических сигналов, в том числе многопозиционные форматы модуляции (16QAM, 64QAM), формирование оптического канала в виде совокупности спектрально-разделенных подканалов, ортогональное

частотное мультиплексирование OFDM, метод «быстрей Найквиста». В экспериментальных исследованиях получена спектральная эффективность 4...9 бит/с/Гц.

С использованием выражений (1), (2), (6), (10), (17), (19) могут быть рассчитаны значения скоростных параметров оптических телекоммуникационных систем: линейная скорость и скорость передачи информации для спектрального канала ВОСП-СР и системы в целом, спектральная эффективность, спектрально-вол новая эффективность, информационная эффективность. Информационная эффективность для реализуемых оптических телекоммуникационных систем имеет величину 0,2...0,4, что свидетельствует о потенциальных перспективах повышения степени использования физического ресурса в телекоммуникационном транспорте.

1. Raybon, G.j Adamiecki, A. and Winzer, PJ. (2014), "High symbol rate coherent optical transmission systems: 80 and 107 Gbaud", Journal of Lightwave Technology, vol,32, no. 4, pp. 824-831.

2. Коршунов В.Н. Скорость передачи информации по оптическим магистральным кабелям // Кабели и провода. - 2014. — №3,-С.15-20,

3. Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Многоканальные телекоммуникационные системы. - М.: Горячая линия - Телеком, 2013.

4. трещиков В.Н., Марченко КВ. 8 Тбит/с DWDM сделали, 25 Тбит/с - в ближайших планах // Первая миля. - 2014. - №1. - С,4-18.

5. Аджемов А.С., Назаров М.В., Парамонов Ю.В., Санников В.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации.-М.: МТУСИ, 1997.

6. Коршунов В.Н. Модификации спектральной эффективности ВОСП // Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного форума информатизации МФИ-2010, - М.: МТУСИ, 2010. - С.150-151.

7. Коршунов В.Н., Шишова Н.А. Информационная эффективность волоконно-оптической системы передачи со спектральным разделением // Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» Международного форума информатизации МФИ-2014. - М.: МТУСИ, 2014. - С.72-73.

8. Гордиенко В.Н., Коршунов В.Н. Спектральная эффективность волоконно-оптической системы передачи // Электросвязь. - 2012. - №1. - С.53-56.

9. Sano, A., Kobayashi, Т. and Miyamoto, К (2012), "400 Gb/s/ch high capacity transport technologies", 38 European Conference and Exhibition on Optica! Communication, Amsterdam, The Netherlands, 16- 20 September 2012, pp. 129-131.

10. Zhang, X.G. and Zhang S. (2013), "Study of 16 Tbit/s WDM transmission system derived from the CO-OFDM with PDM 16-QAM", Optoelectronics Letters, vol.9, no. 2, pp. 124-126.

11. Li, L, Lu, Y-, Liu, L, Chang, D., Xiao, Z. and Wei, Y. (2014), "20x224 Gbps (56 Gbaud) PDM-QPSK transmission in 50 GHz grid over 3040 km G.652 fiber and EDFA only link using soft output faster than Nyquist technology", Optical Fiber Communications Conference and Exhibition, San Francisco, California, USA, vol. 3, 09-13 March 2014, pp. 2256-2258.

12. Anderson, J.B., Rusek, F. and OwaH V. (2013), "Faster-than-Nyqulst signaling", Proceedings of the IEEE, vol.101, no. 8, pp.18171830.

Литература

COMMUNICATIONS

DWDM SYSTEMS COMMUNICATIONS RATE FACTORS

Gordienko Vladimir Nikolayevich, Moscow Technical University of Communications and Informatics, dean of the 'Telecommunications Systems and Networks" faculty, full doctor of technical science, professor of the "Telecommunication Systems" chair, Moscow, Russia, mes1@mtuci.ru

Korshunov Vladimir Nikolayevich, Moscow Technical University of Communications and Informatics, full doctor of technical science, professor of the "Telecommunication Systems", Moscow, Russia, chair mes@mtuci.ru

Shishova Nadejda Alvinovna, Moscow Technical University of Communications and Informatics, PhD, associate professor, head of the "Telecommunication Systems" chair, Moscow, Russia, nadevda1972@gmail.com

Abstract

The main communications speed factors of DWDM systems are being estimated and systematized: line data transfer rate, information transfer rate, channel rate, interface rate, total transfer rate, symbol rate, bitrate, baud rate, spectral efficiency, spectrum - wave efficiency and information efficiency. General expressions for communications speed factors and the results of calculations are represented. The line spectrum of DWDM systems is represented as a combination of optical channels spectrums of raised-cosine form for different roll-off factor values: 0, 0.01, 0.1, 0.3, 0.5 and 1.0. Spectral and information efficiencies are calculated for rates 28 and 32 Gbaud - typical for 100G class systems. Line, information and total transfer rates are calculated for DWDM channels using DP-QPSK modulation on 7% and 23% code redundancy and 50 GHz and 33 GHz steps of frequency grid. Obtained scores of information efficiency - 0.2 for DP-QPSK and 0.4 for DP-16QAM - demonstrate available resource of the modern systems transmission capacity. Examples of investigations results for bitrates above 100G obtained are being analyzed. Superchannels 1.28 Tbit/s are realized using DP-16QAM modulation upon two carriers and 200 GHz grid on symbol rate 80 Gbaud. 16QAM modulation in the aggregate with the dual - polarized multiplexing is used to form 80 carrier OFDM channel with 200 Gbit/s per carrier rate. Faster-than-Nyquist method is realized on conventional base - single-mode optical fiber G.658, erbium amplifiers, DP-QPSK modulation - providing channel rate 224 Gbit/s on 50 GHz grid, cable length 80 km.

Keywords: DWDM, bitrate, spectral efficiency, modulation, code redundancy.

References

1. Raybon, G., Adamiecki, A. and Winzer, P.J. (2014), "High symbol rate coherent optical transmission systems: 80 and 107 Gbaud", Journal of Lightwave Technology, vol.32, no. 4, pp. 824-831.

2. Korshunov, V.N. (2014), "Information Transfer Rate Over the Optical Fibers", Kabely I Provoda [Cables and Wires], no 3, pp.15-20.

3. Gordienko, V.N. and Tveretskiy, M.S. (2013), Mnogokanal'nye telekommunikacionnye sistemy [Multichannel Telecommunication Systems], Goryachaya liniya (Hotline) - Telecom, Moscow, Russia. (in Russian)

4. Treschikov, V.N. and Marchenko K.V. (2014), "8 Tbit/s DWDM is made, 25 Tbit/s - in the nearest plans", Pervaya milya [The First Mile], no. 1, pp.4-18. (in Russian)

5. Adjemov, A.S., Nazarov, M.V., Paramonov, Y.V. and Sannikov V.G. (1997), Pomekhoustojchivost' i ehffektivnost' sistem peredachi informacii [Noise immunity and efficiency of information transfer systems], MTUCI, Moscow, Russia. (in Russian)

6. Korshunov, V.N. (2010), "Modifications of spectral efficiency of WDM systems", Proceedings of the "Telecommunication and Computational Systems" conference of the International Informatization Forum IIF-2010, Moscow, Russia, 1 December 2010, pp.150-151. (in Russian)

7. Korshunov, V.N. and Shishova, N.A. (2014), "Information Efficiency of the WDM System", Proceedings of the "Telecommunication and Computational Systems" conference of the International Informatization Forum IIF-2014, Moscow, Russia, 26 November 2014, pp.72-73. (in Russian)

8. Gordienko, V.N. and Korshunov V.N. (2012), "Spectral Efficiency of the Fiber - Optical Telecommunication System", Electrosvyaz, no. 1, pp.53-56. (in Russian)

9. Sano, A., Kobayashi, T. and Miyamoto, Y. (2012), "400 Gb/s/ch high capacity transport technologies", 38 European Conference and Exhibition on Optical Communication, Amsterdam, Netherlands, 16-20 September 2012, pp. 129-131.

10. Zhang, X.G. and Zhang S. (2013), "Study of 16 Tbit/s WDM transmission system derived from the CO-OFDM with PDM 16-QAM", Optoelectronics Letters, vol.9, no. 2, pp. 124-126.

11. Li, L., Lu, Y., Liu, L., Chang, D., Xiao, Z. and Wei, Y. (2014), "20x224 Gbps (56 Gbaud) PDM-QPSK transmission in 50 GHz grid over 3040 km G.652 fiber and EDFA only link using soft output faster than Nyquist technology", Optical Fiber Communications Conference and Exhibition, San Francisco, California, USA, vol. 3, 09-13 March 2014, pp. 2256-2258.

12. Anderson, J.B., Rusek, F. and Owall V. (2013), "Faster-than-Nyquist signaling", Proceedings of the IEEE, vol.101, no. 8, pp.1817-1830.

^^^^^ _ _ ___

37

T-Comm Vol.9. #11-2015