CC BY
128
Упреждающая коррекция ошибки при скоростях передачи 10-100 Гбит/с при форматах модуляции Ы^, ^ и С^
Рассматривается упреждающая коррекция ошибки при скоростях передачи 10-100 Гбит/с при форматах модуляции ^ С1£. Проблема состоит в том. чтобы показать влияние
упреждающей коррекции ошибки при разных форматах модуляции и поляризационной модовой дисперсии и также зависимость дисперсионной длины от этих характеристик.
Григорьян А.К.,
аспирант МТУСИ
Известно[1], что при упреждающей коррекции ошибки широко используются коды Рида-Соломона и турбокоды. Также известно, что при увеличении скорости передачи с 10 Гбит/с до 40 Гбит/с мы уменьшаем дисперсионную длину в 16 раз и, следовательно, для одного и того же оптического волокна увеличиваем необходимость компенсации дисперсии на длине элементарного кабельного участка в 16 раз большей по сравнению с длиной при скорости передачи 10 Гбит/с. Вместе с тем при увеличении скорости передачи в 4 раза средняя оптическая мощность уменьшается в 2 раза, т.е. на 3 дБ. Кроме того, если ориентироваться на допустимое значение по уширению гауссовского импульса 0,25Тб, то необходимо принять длину ЭКУ по дисперсии 0,751д длины при потерях на дисперсию 1дБ при значении Оэ фактора 7,1.
Определим для стандартного оптического волокна Э-652 и оптического волокна Э-655 допустимые длины по дисперсии при скоростях передачи 10, 40,100Гбит/с и при величинах групповых скоростей для ОВ Э-652 — 22,4 пс2/км (Р=18пс/нм.км), а для ОВ Э-655 -5 пс^/км (Р=4пс/нм.км) на длине волны 1550 нм без учета поляризационной модовой дисперсии [4]. Результаты расчета приведены в табл. 1.
Во всех рассмотренные расчетах Оэ-фак-тор будет равен 7,1, что соответствует коэффи-
циенту битовых ошибок 10-12. При средней постоянной оптической мощности сигнала оптический импульс при формате модуляции 1^05 будет иметь удвоенную пиковую мощность по сравнению с форматом модуляции N1^. Увеличение мощности возникает вследствие того, что оптические усилители входят в режим насыщения; в результате усиление будет соизмеримо со средней входной мощностью, а фототок фотодетектора пропорционален оптической мощности. Поэтому принимаемая электрическая мощность пропорциональна квадрату оптической мощности.
Так, если принять среднюю оптическую мощность формата модуляции N1^ равной Р при передаче "1", то при передаче "1" 1^50% мощность будет 2Р, то есть на 3 дБ больше ( в 2 раза). Вместе с тем происходит повышение электрической энергии на бит и дробовый шум приемника также увеличивается для импульса с большой амплитудой. Это уменьшает эффект преимущества до 2,5 дБ (1,78 раз) Другими словами, если при использовании формата модуляции 1^50% уменьшаем расстояние между усилителями за счет хроматической дисперсии в 4 раза по сравнению с форматом модуляции N1^, то по мощности мы увеличиваем это расстояние в 1,78 раз [3]. Если принять затухание оптического волокна с учетом неразъемных соединений, равным 0,275 дБ/км, то увеличение длины будет равно 9 км для формата модуляции 1^50% по сравнению с форматом модуляции N1^ [2]. Ясно, что данные рассуждения могут быть применимы при скоростях передачи
Таблица 1
Допустимые длины по хроматической дисперсии для различных скоростей передачи и форматов модуляции
Тип ОВ ЮГбит/с NRZ Цд,км|0,75 Ьд, км ЮГбит/с RZ05 Ьд,км/0,75 1_д, км 40 Гбит/с NRZ Ьд,км/Ьд,к м 40Гбит/с RZ05 Ьд,км/Ьд, км ЮОГбит/с NRZ Ьд,км/Ьд, км ЮОГбит/с RZ05Lfl,K м/Цд, км
G-652 55,8/41,9 14/10,5 3,5/2,6 0,9/0,65 0,56/0,42 0,14/0,1
G-655 250/187,5 62,5/46,9 15,6/11,7 3,9/2,9 2,5/1,9 0,625/0,47
10-100 Гбит/с. Как увеличить расстояние между усилителями без компенсирующих элементов на линии:
— замена оптического волокна G-652 на ОВ G-655 и при скорости передачи10 Гбит/с, принять расстояние между усилителями при формате модуляции NRZ, равным дисперсионной длине. Однако, при переходе на скорость передачи 40 Гбит/с при тех же равных условиях следует применить упреждающую коррекцию ошибки. Из таблицы 1 видно, что длина усилительного участка по хроматической дисперсии для ОВ G-655 для скорости передачи 40 Гбит/с для формата модуляцииNRZ больше в 4 раза , чем для формата модуляции RZ50% и равно всего 13 км. Используем 1-е поколение упреждающей коррекции ошибки: код Рида-Соломона имеет избыточность 6,7% (255239/239 = 6,7%) Это позволяет использовать при BER = 10-12 Оэ = 11,5дБ, т.е. Оэ = 3,6, что соответствует коэффициенту битовых ошибок
I,8 10-4. В результате получим увеличение длины по дисперсии для формата модуляции NRZ до 14,4 км:
L = Tb2d2m/4Q2oP2 = 14,4 км
При использовании второго поколения упреждающей коррекции ошибки при избыточности 11,1% и полученном коэффициенте битовых ошибок 210-2 (239-229/229 + 255-239/239) = 0,04367 + 0,06694 =
II,1%, Оэ = 2,65. В этом случае для формата модуляции NRZ при скорости передачи 40 Гбит/с для ОВ G-655 получим расстояние по хроматической дисперсии , равное 15,5 км. При отрицательном кодировании усиления, при этом, получим 11 дБ, т.е. увеличение расстояния по затуханию на 40 км.
При третьем поколении упреждающей коррекции ошибки получаем избыточность 23,6%, Оэ = 2,05 и увеличение длины по хроматической дисперсии, равное 14,3 км.
В результате допускается уширение передаваемого импульса Т1 к Тб при первом поколении упреждающей коррекции ошибки:
Т1/Тб = V1 + 4/Оэ = 1,453 , т.е. можно допустить уширение импульса, равное 1,453
вместо 1,25 и допустимые потери вырастут до 1,62 дБ вместо 1 дБ.
При втором поколении упреждающей коррекции ошибки уже Т1/Тб = 1,584, т.е. допустимые потери вырастут до 2дБ.
При третьем поколении упреждающей коррекции ошибки: Т1/Тб = 1,72 т.е. допустимые потери вырастут до 2,35 дБ.
Во всех трех случаях отрицательное кодирование усиления позволяет увеличить длину элементарного кабельного участка свыше 40 км. Избыточность определяет процент увеличения длины элементарного кабельного участка по затуханию.
Значение отрицательного кодирования усиления определяется выражением:
17,3 - Оэ + 10 1д! к <1
Так, например, при первом поколении кодирования к = 239/255 = 0,937, при втором поколении 1к= (229/239)(239/255) = 0,958 .0,937 = 0,898.
При использовании формата модуляции С!^ получим решение в виде :
L = Т2М2т.(1+С2)/4О2оР2
При скорости передачи 40 Гбит/с, С = 1, (т = 05, 02=5пс2/км и Оэ=3,6 получим значение L = 8,2 км, а при втором поколении I = 9,6 км. Эти значения в 2 раза превышают значения, полученные для формата модуляции 1!7.
Полученные результаты позволяют определить значения длины элементарного кабельного участка, при которой нет необходимости компенсировать хроматическую дисперсию. Однако, длина ЭКУ возрастает значительно за счет кодирования в данном случае усиления на
Таблица 2
40 км и более.
Известно, что при скоростях 10-100 Гбит/с существующая поляризационная модовая дисперсия приобретает существенное значения, оказывая влияние на длину ЭКУ вследствие увеличения уширения передаваемого импульса. В первую очередь уменьшается дисперсионная длина и уменьшается общая длина линии. В таблице 2 приведены типовые значения параметров ПМД для оптического волокна без компенсации дисперсии при норме на ПМД 0,1 Тб. Если норму увеличить до 0,3 Тб, то допустимые значения длин, приведенных в табл. 2, увеличатся в 9 раз. Более целесообразный путь увеличить норму для ПМД до
0,15 Тб.
При расчетах не учитывается ПМД усилителей и компенсирующих оптических волокон.
1лмд = (То/Рпмд)2 = (0,1Тб/2.83.х.Рхд)2, где То = 0,1Тб/2,83.
Аналогично можно принять ,что Ымд = (0,1Тб/2,83х/Р2/.2лсД2)2 При определении влияния ПМД на длину ЭКУ следует ориентироваться на допустимые значения.
В результате получим У = Т2Мт/8.(1+х)Р2, где х = Ррт(.^2/Р22пс
Так, при Рпмд = 0,5 пс/^км, Р2 = 5 пс2/км получим х = 0,125.
= 222 км с учетом влияния ПМД вместо 250 км без ПМД для скорости передачи 10 Гбит/с и формата модуляции Ы1!7.
При применении различных форматов модуляции и упреждающей коррекции ошибки необходимо учитывать влияние ПМД на дисперсионную длину и, следовательно, на длину компенсирующих оптических волокон.
Литература
1. Г. Агравал. Нелинейная волоконная оптика. — М.: Изд-во "Мир", 1996. — 324 с.
2. Портов ЭЛ, Кроп АЯ., Зелютков ЕА Влияние поляризационной модовой дисперсии на передачу сигнала // Труды Московского технического университета связи и информатики. — М.: "ИД Медиа Паблишер", 2008. — Т.1. — С.341-344.
3. Портов ЭЛ., Зелютков ЕА. О дисперсионной длине и отношении сигнал/шум // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2008. — №5. — С.37-38.
4. Волоконно-оптическая техника: Современное состояние и перспективы. 2-е издание, переработанное и дополненное / Под ред. Дмитриева СА и Слепова Н.Н. — М.: ООО "Волоконно-оптическая техника", 2005. — С.575.
Forward error correction on systems 10-100 Gbits/s with modulation formats NRZ, RZ, CRZ
Grigorian A.K.
Abstract
Consider forward error correction under rate 10-100 GBit/s with modulation format. NRZ, RZ, CRZ. The problem put in that to demonstrate influence on forward error correction of modulation formats and polarization mode dispersion, also dependence dispersion length from that characteristics.
References
1. G. Agrawal. Nonlinear Fiber Optics [Nelinyejnaya volokonnaya optika]. — Moscow: Publishing House "Mir", 1996. — 324 p.
2. Portnov EL, Crop AYa, Zelyutkov EA Influence of polarization mode dispersion on the signal transduction [Vliyanie polyarizatsionnoj modovoj dis-persii na peredachu signala] // Proceedings of MTUCI. — M.: "Foreign Media Pablisher", 2008. — Vol.1. — P341-344.
3. Portnov EL, Zelyutkov EA On the dispersion length and the signal / noise [O dispersionnoj dline i otnoshenii signal/shum] // T-Comm: Telecommunications and Transport, 2008. — №5. — R37-38.
4. Fiber-optic technology: Current status and prospects. 2-nd edition.[ Volokonno-opticheskaya tekhnika: Sovremennoe sostoyanie i perspektivy. 2-oe izdanie]. — Moscow: OOO "Fiber-optic technology", 2005. — P575.
