CC BY
20ВКВО-2019- ВОСПИ
СОДЕРЖАНИЕ СОЛИТОНОВ В СТАНДАРТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ OFDM СИГНАЛАХ
Седов Е.В.1*, Редюк А.А.1'2, Федорук М.П.1,2, Турицын С.К.1,3
1 Новосибирский Государственный Университет, г. Новосибирск 2Институт вычислительных технологий СО РАН, г. Новосибирск 3 Астонский университет, г. Бирмингем, Великобритания * E-mail: e.sedov@g.nsu.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16053
Нелинейное уравнение Шредингера применяется для описания распространения лазерных импульсов в оптоволоконных линиях связи. В общем случае, данное уравнение описывает совместное существование как дисперсионных волн, так и солитонных импульсов. Поэтому, распространение сигнала в таком нелинейном канале принципиально отличается от линейных систем. В данной работе демонстрируется, что стандартные сигналы с применением мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) при уровнях мощности, используемых в современных оптических системах, могут содержать солитонные компоненты, возникшие статистически из-за случайных процессов, соответствующих информационному содержанию.
Применяя спектральную задачу Захарова-Шабата [1] к одиночному OFDM символу с несколькими поднесущими, мы можем количественно подсчитать эффект от статистического возникновения солитонов в таком информационном сигнале. Мы проанализировали OFDM сигналы с QPSK и 16,64,1024-QAM модуляцией, а также с количеством поднесущих, меняющимся от 16 до 1024, и обнаружили, что в стандартных OFDM сигналах возникают солитоны, которые могут влиять на распространение сигнала по оптоволокну. Также определили характеристики Рис.1 Зависимость вероятности существования которых в сигналах присутствуют солитоны, а
солитонов от средней мощности сигнала в OFDM сигнала и пороговые значения мощности, при символе с длительностью 10 нс и 128 поднесущими значит и дискретные собственные значения в нелинейном спектре для задачи Захарова-Шабата. Полученные результаты показали, что в сигналах с 16-, 64-, 1024-QAM солитоны начинают генерироваться при меньших значениях мощности, чем в сигналах с QPSK модуляцией, при прочих равных параметрах. Это соответствует тому, что при увеличении количества бит информации, закодированной в одном символе, средняя мощность сигнала, необходимая для существования солитонов, уменьшается. Такой эффект сохраняется при изменении числа поднесущих. При увеличении количества поднесущих, средняя мощность одного символа, необходимая для существования солитонов, пропорционально увеличивается. Было обнаружено, что удельная энергия на одну поднесущую, при которой существуют солитоны, не зависит от их количества. Полученные результаты согласуются с существующими аналитическими критериями [2]. Рисунок 1 демонстрирует, что для OFDM сигнала со 128 поднесущими уровень мощности, при котором в сигнале присутствуют солитоны, равен -15 дБм. Это соответствует максимальному значению Q2 фактора для сигнала с данными характеристиками, при распространении на 1000 и 2000 км. Полученные результаты подтверждают предположение, что нелинейные эффекты присутствуют в используемых каналах связи, и необходимо принимать во внимание влияние когерентных структур на распространение сигнала. Понимание факта наличия солитонов может повлиять на способы кодирования и модуляций сигналов в оптической коммуникации, а также может привести к улучшению эффективности оптических линий связи.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 17-72-30006). Литература
1. Zakharov V. E, Shabat A. B, Soviet Physics JETP. 34, 62 (1972)
2. Klaus M, Shaw J. K. J. Math. Anal. 34, 759-773 (2003)
110
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
