CC BY
21
т
ВЛИЯНИЕ ХРОМАТИЧЕСКОЙ И ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МОДОВОЙ ДИСПЕРСИЙ НА ДИСПЕРССИОННУЮ ДЛИНУ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ФАЗОВОЙ КРОСС-МОДУЛЯЦИИ
DOI 10.24411/2072-8735-2018-10305
Портнов Эдуард Львович,
МТУСИ, Москва, Россия
Рабенандрасана Жослен,
г. Тулиара, Мадагаскар, rjoce3tul@gmail.com
Ключевые слова: хроматическая дисперсия, поляризационная модовая дисперсия, дисперсионная длина, фазовая кросс-модуляция, фазовый сдвиг.
При увеличении скорости передачи и длины регенерационного или усилительного участка, два важных параметра ограничивают эту длину: затухание и дисперсия. При переходе на более высокие скорости передачи выше 10 Гбит/с кроме хроматической дисперсии начиняет интенсивно влиять именно поляризационная модовая дисперсия, особенно при возрастании влияния нелинейных эффектов, таких как фазовая кросс-модуляция. Фазовая кросс-модуляция ограничивает передачу и зависит от ряда факторов: скорости передачи, оптической мощности, количества каналов, формата модуляции, межканального интервала. Уменьшить и ограничить это влияние можно выбором оптического волокна, выбором формата модуляции, выбором оптимального межканального интервала, дисперсионным решением, электронной техники. Последние достижения технологии когерентной цифровой обработки сигналов смещают парадигму волоконно-оптической связи, позволяя ослабить влияние линейных эффектов, таких как хроматическая и поляризационная модовая дисперсии. Тем не менее, при воздействии с фазовой кросс-модуляцией возникают некоторые сложности. Хроматическая дисперсия взаимодействует с нелинейным коэффициентом п2^эфф в направлении ухудшения характеристики системы, вызванных нелинейными оптическими эффектами. Результаты таких взаимодействий отразятся на дисперсионной длине. В данной статье предлагается метод определения дисперсионной длины при влиянии хроматической и поляризационной модовой дисперсий при сильном воздействии фазовой кросс-модуляции, и показать насколько изменится эта длина при увеличении скорости передачи и количества каналов.
Информация об авторах:
Портнов Эдуард Львович, д. т. н., профессор, МТУСИ, Москва, Россия Рабенандрасана Жослен, аспирант, МТУСИ, г. Тулиара, Мадагаскар
Для цитирования:
Портнов ЭЛ., Рабенандрасана Ж. Влияние хроматической и поляризационной модовой дисперсий на дисперссионную длину под действием фазовой кросс-модуляции // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Том 13. №9. С. 17-21.
For citation:
Portnov E.L., Rabenandrasana Jocelin (2019). The effect of chromatic and polarization mode dispersions on the dispersion length under the influence of phase cross-modulation. T-Comm, vol. 13, no.9, pр. 17-21. (in Russian)
У
Введение
Применение оптических кабелей вызвало существенные изменения в проектировании, строительстве и эксплуатации линий связи. Растущая потребность в увеличении скорости и объема передаваемых данных требует от телекоммуникационных компаний по всему миру прокладки десятков тысяч километров оптических кабелей в год. В этой ситуации определяющими становятся новые качественные параметры волоконно-отп ической линии связи (ВОЛС), ограничивающие увеличение пропускной способности линий связи и влияющие на скорость передачи данных. При использовании металлических кабелей основным параметром, который учитывался при определении расстояний между ретрансляторами, было затухание. Затухание оптического кабеля существенно меньше, поэтому большую роль начинают играть другие параметры. Одним из таких параметров является хроматическая дисперсия (ХД). ХД приводит к уширению оптического импульса, тем самым вызывая ограничение скорости и уменьшение дальности передачи без восстановления исходной формы импульса[1]. Поляризационная мо-довая дисперсия (ПМД) проявляется в одномодовом волокне вследствие несовершенства оптического волокна (ОВ). В одномодовом ОВ действует мода НЕ11, а при учете линейной поляризации присутствуют две взаимно ортогональные моды [2]. Если задача уменьшения или устранения влияния ХД и ПМД решается путем применения компенсации дисперсионных искажений. Однако, при присутствии нелинейных эффектов, в частности фазовая кросс-модуляция (ХРМ) эта задача становится сложной. При этом влияние ХРМ является определяющим фактором но ограничению длины протяженных ВОСП-СР из-за изменения дисперсионной длины.
Цель работы: оценить изменение дисперсионной длины при воздействии ХД и ПМД с учетом эффекта ХРМ.
Внедрение каналов связи па скорости выше 40 Гбит/с возрастает внедренное воздействие на каналы данных таких ухудшений качества передачи по волокну, как ХД, ПМД и нелинейность [2, 3].
Эффект ХД увеличивается как квадрат увеличения скорости передачи, что делает ХД важным фактором для систем >40 Гбиг/с по сравнению с системами с более низкой скоростью. Небольшие погрешности в компенсации дисперсии приведут к серьезной потери мощности. В этом случае дисперсионная длина изменится
,ха _._!_
(1)
Влияние ПМД возрастает: с увеличением скорости перс-дачи в канале, с увеличением числа каналов, с увеличением длины пролета.
Учесть поляризационную модовую дисперсию можно в дисперсионной длине
тХД+ПМД
1
В1 1,1 8-1Д-Д1
(2)
Для длинных дистанций ограничением являются нелинейные эффекты. Такие эффекты зависит от ряда факторов: Скорости передачи, оптической мощности, оптического волокна, формата модуляции. Нелинейные эффекты также зависит от длины пролета. Чем дольше длина пролета, тем больше влияние нелинейных эффектов [4, 5|,
Формат модуляции, ХД и ПМД учитываются в дисперсионной длине
д 8 В2|1,1-Д|
с/2 -Т2
"ш ' г,
8-|и А|
(3)
В таблице 1 представлена формула зависимости от формата модуляции.
Таблица 1
Зависимости от формата модуляции
Формат №г/ОР8К ш К7, PI,DPSK
модуляции 50%ЮРКК 66%ЮР$К
1 л -** П 0,25 -Г/ 0,449- Т-
8-|1М| 8 ¡1,1/7,| Ц\Л0г\
2 2-Т: 0,25 -22 ■ Т: 0,449.2- -Г;
8-|1ЛА| 8-|МА|
Определим для стандартного оптических волокон 0,652 и 0.655 допустимые длины по дисперсии при скоростях 10, 40, 100 Гбит/с и при величинах групповых скоростях для ОВ
2
0.652 - 21,7—(Р = 17 "С ), а для ОВ 0.655 -К.М км ■ им
,,«с ПС
4,5- (О = 3,5-
км км-им
) на длине волны 1,55 мкм с уче-
том 11МД. Результаты расчеты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Допустимые длины по ХД для различных скоростей передачи форматов модуляции с учетом ПМД
Скорости (0 10 10 40 40 40 100 100 100
передачи, Гбит/с
Формат N1*7 1*705 1*7066 >тг 05 1*7066 NRZ 1*705 1*7,066
модуляции
Тип ОВ 1д,юк/0,75 ■1-3'км ПРИ = 1,55 мкм
0.652 52,3/39,} 13,09/9,8 23,5/17,6 3,2/2,4 0.81/0,61 1,47/1,1 0.52/0,39 0,13/0,09 0,23/0,17
0.655 252,5/189,3 63,1/47,34 113,3/85 15,7/11,8 3,9/2,9 7,08/5,3 2,52/1,89 0,63/0,47 1,13/0.85
Т-Сотт Том 13. #9-2019
т
Реально нелинейные эффекты также можно учесть в дисперсионной длине
Д1 ^■li.i&lQiVW^/
(4)
Ы
*рф
а
особенно по дисперсионной длине Ьд [7|. А также Ьд и характеризуются длины, на которые дисперсионные и нелинейные эффекты оказывают сильное влияние на распространение импульса по О В [8].
Известно, что результаты влияния ХД, НМД приводит к уширению импульса. Согласно решению Агравала показано, что уш прение гауссовского импульса на входе, не обладающего частотной модуляцией, не зависит от знака дисперсии групповых скоростей. Импульс уширяется одинаково в области как нормальной и аномальной дисперсии и принимает следующий вид:
(5)
При воздействии ХРМ, дисперсионная длина выражается следующей формулой;
rV.
ХД+ПЩ+ХР&1 _
ФШ
, (6)
р <
макс
а
r(l-exp(-a L))(2M-l)
Эффекты дисперсий зависит частично от нелинейных эффектов, в частности ХРМ. В настоящее время нелинейные эффекты^ вызваны эффектом ХРМ в оптических волокнах, являются наиболее значительным фактором, ограничивающим прозрачную зону действий оптических систем [6].
Фазовая кросс-модуля пня (ХРМ) является следствием зависимости показателя преломления от интенсивности сигнала, то есть аналогично 5РМ, но ХРМ появляется, когда по оптическому волокну распространяются две и более оптические волны, использующие различные частотные несущие и мщут взаимодействовать вместе. Это происходит для многоканальных систем ВОСП-СР, особенно для DWDM-систем.
Следует отметить, что коэффициент битовых ошибок (ВЕК) возрастает при увеличении вводимой мощности в ОВ из-за нелинейности. Это приводит к потерю информацию. При расчете длины пролета системы передачи учитываются
ограничения по нелинейной длине =—— (где
ГР,\
У = "Т~Т~~ )• эффективной длине =—(1^ехр(-аг)1| и
Для расчетов используем три вида оптического волокна G. 652, G.655 и волокно TFX1 м Corning для формата модуляции NRZ при />= I мВт.
Таблица 3
Характеристики OB и значение L
хд+пщ
, Lm И L
ТипОВ G.652 G.655 Волокно TXF™
дБ а,— KAI 0,275 0,35 0,168
Ä,— КМ 21,7 5,6 29,3
А „Нг л 'кл , ~ 80 60 125
7 м~ ,- Вт 2,6x10'20 2,3x10'3" 2,1x10'г"
1 Г' д Вт-км 1,32 1,55 0,71
К*>т 75,7 64.5 140,8
15,8 12,3 25,6
К 0,20 0.19 0,17
L j, км (В = 40 Гош» / с) 3.6 12,6 2,6
При выборе длины I- < Ь и ¿)ш < Ь мы имеем режим,
при котором хроматическая дисперсия преобладает и требуется длина £, определяемая затуханием сигнала, хотя она ограничена хроматической и поляризационной моДовой дисперсиями:
_ Э - 2ап -
5s L
(8)
Результат расчёт представлен в табл. 4 для грех типов ОВ при применении упреждающей коррекции ошибок (РНС) третьего поколения (блок турбокодов).
Таблица 4
Значение L„
где ФХРМ =уР^зфф{2М-1) - фазовый сдвиг в результате
воздействия ( М - количество каналов).
Максимальное значение входной мощности „тля многоканальных систем можно оценить по формуле (7), при условии, что максимальное значение сдвига фазы составляет меньше 1 (Ф т1 < 1):
Скорость передачи, Гбит/с La , KL«
G.652 G.655 Волокно TXFIM
10 116 100 208 BER=10"5
40 96 82 172
100 83 71 148
T-Comm Vol.13. #9-2019
7ТТ
Y
С учетом межканального интервала дисперсионная длина принимает следующий вид;
A.Ï 2 ~
8-|1Д-А|
(9)
где Д/ - межканальный интервал.
Результаты расчёт по формуле (6) с учетом выражения (8) приведены в табл. 5.
Таблица 5
Значение Ь и для различных скоростей передачи и количеств каналов при с/,„ = 1 и р = 1 мВт
Скорость передачи Количество каналов; M еж канал ь-вый интервал, ГТц тХЗ+ЛЩ+ХРМ Значение L ,хм Д
G.652 G.655 Волокно TXF™
10 Гбит/с 40; 100 51,04 201,8 36,7
80; 50 47,3 198,7 31,5
160; 25 36,2 186,7 19,8
40 Гбнт/с 40; 100 1,8 11,8 1,53
80; 50 1,06 9,8 0,9
160; 25 0,48 5,7 0,46
100 Гбит/с 40; 100 0,2 1,49 0,22
80; 50 0,12 0,83 0,138
160; 25 0,07 0,41 0,07
Значение
Скорость передачи Количество каналов; Межканальный интервал, ГГц Значение г/, %
G.652 G.655 Волокно TXF™
10 Гбит/с 40; 100 2,4 0,34 4,9
80; 50 9,56 1,87 18,34
160; 25 30,7 7,8 48,5
40 Гбит/с 40; 100 43,7 6,9 36,5
80; 50 66.8 22,7 62,8
160; 25 85 55 80,9
100 Гбит/с 40; 100 61,5 26,2 42,1
80; 50 76,9 58,9 63,6
160; 25 86,5 79,7 81,5
Выразим через r¡ в процентах соотношение между
[Хд*пмд и ^.ха+пщ+хрм
л а
табл. 6
и результат расчет приведен в
гХД+ПШ ил
Заключение
-L
ХД+ПМД+ХРМ
я
тХД+ПЩ
•100%.
(10)
Таблица 6
t. Исследован новый метод определения дисперсионной длины при воздействии фазовой кросс-модуляции ;
2. Результат расчетов показывает, что дисперсионная длина уменьшает при увеличении скорости передачи, увеличении количества каналов и уменьшении расстояния между каналами;
3. ОптическОё Волокно TXFIM имеет наибольше значение !] из-за высокого коэффициента ХД, но это можно устранить путем использования компенсации дисперсии;
4. Для высокоскоростной системы передачи и для подавления влияния нелинейных эффектов, в частности фазовой кросс-модуляции, необходимо применить OB со сверхнизким затуханием и увеличенной эффективной площадью, такое как волокно TXFIM.
Литература
1. Аджемов A.C.. Хромой ВН. Обеспечение единства измерений хроматической дисперсии в оптическом волокне // T-Coiiim: Телекоммуникации и транспорт. 2014. Том 8. №9. С. 8-10.
2. Пор/иное ЭЛ., Фатхулин Т.Д. Окно работоспособности и дисперсионная длина. Международная научно-техническая конференция. Москва, МИР'}А // 1NTHRMATIC -2016. С. 127-13 L
3. Kaminaw L.P., Li T.. Willner A .E. Optical Fiber Télécommunications VB. Systems and Networks. N.Y.: Academic, 2008.
4. Портнов Э.Л.. РабенандрасанО Ж. Совместное воздействие хроматической, поляризационной модовой дисперсий на дисперсионную длину // T-Comiïi: Телекоммуникации и транспорт, 2019. Том 13. №2. С. 31-35.
5. Bob Chomycz. Flanning fiber optical fiber networks. Mc Graw-Hill. 2009.401 p,'
6. Alberto P., Rafael C. F., Andrea С., Eduardo de Soma Ä. Optical Communications. Advanced Systems and Devices for next Generation. Springer, Switzerland, AG 2019.
7. Рабенандрасана Ж. Изменение окна работоспособности под действием нелинейных эффектов // Технология информационные общества. М: М'ГУСИ, 2019. С. 83-84.
8. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. М.; МИР, ¡996. 323 с.
T-Comm Том 13. #9-2019
Y
THE EFFECT OF CHROMATIC AND POLARIZATION MODE DISPERSIONS ON THE DISPERSION LENGTH UNDER THE INFLUENCE OF PHASE CROSS-MODULATION
Eduard L. Portnov, Head of the Department DTE, Doctor of Technical Sciences, MTUCI, Moscow, Russia Rabenandrasana Jocelin, graduate student, MTUCI, Toliara, Madagascar, rjoce3tul@gmail.com
Abstract
By increasing the transmission rate and the length of the regeneration or amplifier section, two important parameters limit this length: attenuation and dispersion. By the transition to higher transmission rate above 10 Gbit/s except chromatic dispersion becomes heavily influence is Polarization mode dispersion, especially when the influence of nonlinear effects, such as phase cross-modulation, increases. Phase cross-modulation limits transmission and depends on a number of factors: transmission speed, optical power, number of channels, modulation format and interchannel spacing. This influence can be reduced or limited by the choice of optical fiber, the choice of modulation format, the choice of the optimal interchannel spacing, the dispersion solution, and electronic equipment. The recent advances in coherent digital signal processing have shifted the paradigm of fiber-optic communication, making it possible to attenuate the effects of linear effects such as chromatic and polarization mode dispersion. However, with phase-cross-modulation effects, some difficulties arise. Chromatic dispersion interacts with a nonlinear coefficient n2/Aeff in the direction of deteriorating system performance caused by nonlinear optical effects. The results of such interactions will be reflected in the dispersion length. This article proposes a method for determining the dispersion length under the influence of chromatic and polarization mode dispersions with a strong effect of phase cross-modulation and show how much this length will change with increasing transmission speed and number of channels.
Keywords:: chromatic dispersion, polarization mode dispersion, dispersion length, phase cross-modulation, phase sift.
References
1. Adzhemov A.S., Khromoy B.P. (2014). Ensuring the uniformity of measurements chromatic dispersion in optical fiber. T^omm, vol. 8, № 9, pp. 8-10. (in Russian)
2. Portnov, Fatkhulin T.D. (2016). Window of operability and dispersion length. International Scientific and Technical Conference. Moscow, MIREA. INTERMATIC, pp. 127-131. (in Russian)
3. Kaminow I.P., Li T., Willner A.E. (2008). Optical Fiber Telecommunications VB. Systems and Networks. N.Y.: Academic.
4. Portnov E.L., Rabenandrasana J. (2019). The combined effect of chromatic dispersion, polarization mode dispersion and phase self-modulation on the dispersion length. T-Comm, vol. 13. no.2, pp. 31-35. (in Russian)
5. Bob Chomycz. (2009). Planning fiber optical fiber networks. Mc Graw-Hill. pp. 401.
6. Alberto P., Rafael C.F., Andrea C., Eduardo de Souza R. (2019). Optical Communications. Advanced Systems and Devices for next Generation. Springer, Switzerland, AG.
7. Rabenandrasana J. (2019). Change the window of operability under the influence of nonlinear effects. TIO. Moscow, MTUCI, pp. 83-84. (in Russian)
8. Agrawal G. (1996). Nonlinear fiber optics. Moscow: MIR, pp. 323. (in Russian)
Information about authors:
Eduard L. Portnov, Head of the Department DTE, Doctor of Technical Sciences, MTUCI, Moscow, Russia Rabenandrasana Jocelin, graduate student, MTUCI, Toliara, Madagascar, rjoce3tul@gmail.com
