Моделирование высокоскоростных волоконных линий связи, использующих гибридные схемы усиления и кодирование информации по разно

Источник накачки для компенсации потерь в волоконных линиях связи
Секция линии связи
с гибридным усилением
ВКР накачка
Сосредоточенный
усилитель
сигнал
~1550нм
~1455нм
Требуется компенсировать затухание
в линии связи. ВКР позволяет
преобразовывать энергию накачки
в энергию сигнала
Стандартное
одномодовое
волокно
Дисперсионно
компенсирующее
волокно

Достоинства ВКР накачки
Волокно
Усилитель
Волокно
ВКР накачка
Основное преимущество ВКР накачки перед сосредоточенными усилителями
– более равномерное распределение мощности, лучшее соотношение сигнал/шум
Расстояние
Энергия

Распространение сигнала по оптоволокну
Дисперсия
групповых скоростей
Дисперсионный
наклон
Керровская
нелинейность
Линейные
потери
A(z,t) – медленно меняющаяся огибающая электрического поля. Характерная ширина импульса T ~ 10 пс, мощность P ~ 1 мВт,
Усиление
ВКР усиление

Форматы кодирования информации:
Без возвращения к нулю (NRZ)
C возвращением к нулю (RZ)
Качество передаваемых данных
сильно страдает из-за нелинейных
искажений
Время
Уединенные импульсы более устойчивы к
внутрисимвольным нелинейным искажениям
При скорости 40 Гбит/сек в ООК
Существенны межсимвольные
нелинейных эффектов (ЧВС, ФКМ).
В формате DPSK более равномерное
распределение мощности во времени

Важнейшие параметры линии связи и сигнала
Доля потерь, компенсируемых прямой и обратной накачкой и EDFA:
для DPSK
для OOK
2. Средняя мощность:
3. Средняя дисперсия:
Duty cycle =
Основные параметры:
Длительность,
,
,
- ВКР/все потери
- обратная/вся ВКР
1. Длительность:

Коэффициент ошибки
BER (bit error rate) - количество ошибочных бит по отношению ко всем битам,
характерный критерий качества линии связи BER < 10-9. Прямое вычисление BER
Затруднительно, пользуются упрощенной моделью Q-фактора.
Для ООК:
- среднее значения и дисперсия интенсивностей «0» и «1» на приемнике
Для DPSK:

Оптимизация
За счет более равномерного
распределения мощности в
битовой последовательности, DPSK
формат увеличение дальности передачи
Оптимизация – выбор параметров линии связи (средняя дисперсия, доля ВКР усиления и пр.) и сигнала (мощность, длительность импульса), обеспечивающих максимальную дальность передачи данных.
Дальность передачи – максимальное расстояние при котором BER < 10-9
Оптимальные режимы для OOK и
DPSK различаются
Битовый интервал. Для скорости
40 Гбит/сек TB=25 пс
OOK 2000км
DPSK 4000км

Влияние распределения усиления
Только обратная
ВКР накачка в SMF
Потери в SMF полностью
компенсируются ВКР накачкой

Форматы с дополнительным сдвигом фазы
Дополнительный сдвиг фазы
позволяет уменьшить влияние
межсимвольных взаимодействий
в ООК и DPSK (внутриканальное
ЧВС), существенных при скорости
40 Гбит/сек и выше

Оптимизация линий, использующих
π/2 APRZ OOK и π/2 AP-RZ DPSK форматы
APRZ OOK 2000км
APRZ DPSK 6000км
Ширина импульсов T=12.5 пс

Влияние длительности импульса на дальность передачи
Дальность передачи падает для широких импульсов
Для более широких импульсов требуется большая средняя мощность и средняя дисперсия

Оптимальные параметры для различных длительностей импульсов
Длительность импульса изменяется от 8 пс до 17пс

Оптимизация линий связи на основе UltrawaveTM волокон
RZ-OOK, 2000 км
RZ-DPSK, 5600 км
Максимальная дальность
достигается, когда 50-70% потерь
компенсируется обратной накачкой

Оптимизация линий связи на основе TeralightTM волокон
RZ-DPSK, 5000 км
Максимальная дальность
достигается, когда потери в TL
волокне недокомпенсируются
ВКР накачкой
TL
IDF