Статья:

ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОЙ КРОСС-МОДУЛЯЦИИ (ФКМ) НА ПЕРЕДАЧУ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТАХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №28(164)

Рубрика: Технические науки

Выходные данные
Ерёмин В.Е., Загайнов А.Г. ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОЙ КРОСС-МОДУЛЯЦИИ (ФКМ) НА ПЕРЕДАЧУ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТАХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2021. № 28(164). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/164/96724 (дата обращения: 29.03.2024).
Журнал опубликован
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОЙ КРОСС-МОДУЛЯЦИИ (ФКМ) НА ПЕРЕДАЧУ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТАХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Ерёмин Владислав Евгеньевич
студент, Академия ФСО России, РФ, г. Орел
Загайнов Алексей Георгиевич
студент, Академия ФСО России, РФ, г. Орел

 

В современном мире, у человека все чаще и чаще в обиходе фигурирует понятие “информация”. Это связано с тем, что на сегодняшний день происходит тенденция развития в области коммуникационных технологий. А в свою очередь и растут требования к скорости и объему передачи информации. Этот неуклонный рост требований обусловлен развитием телекоммуникационных услуг и происходит из-за быстро развивающегося использования информационных технологий различных широкополосных мультимедиа. Из-за этого появляется проблема эффективности использования полосы пропускания, которая решается благодаря использованию технологии WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны). Одной из систем, работающих на платформе WDM, является система передачи DWDM. Принимая во внимание постоянно увеличивающийся объем передаваемых данных, потребность в скорости передачи данных увеличивается примерно в 1,5 раза в год вместе с растущим спросом на качество передачи [2-4].

В данной системе передачи особое влияние на качество оказывает такой нелинейный эффект, как фазовая кросс-модуляция (ФКМ). ФКМ влияет только на фазу сигнала и может вызвать расширение спектра, что приведет к увеличению дисперсии [5].

Нелинейный показатель преломления оптического импульса зависит не только от интенсивности этого луча, но и от интенсивности других распространяющихся импульсов. ФКМ преобразует колебания мощности на определенной длине волны в колебания фазы в других каналах распространения. ФКМ может привести к непропорциональному расширению спектра и искажению формы импульса. Если два или более оптических импульса распространяются одновременно, возникает ФКМ. Эффективный показатель преломления нелинейной среды  можно выразить через входную мощность  и эффективную мощность ввода луча в ОВ как

(1)

где  – внутренний линейный показатель преломления, а - нелинейный показатель преломления [1].

Нелинейные эффекты зависят от отношения светового потока к площади поперечного сечения ОВ.

(2)

где  – постоянная линейного распространения,  - постоянная нелинейного распространения [1].

Сдвиг фазы, вызванный нелинейной постоянной, происходит после прохождения расстояния L внутри ОВ, определяемого как:

(3)

Следовательно, нелинейный фазовый сдвиг определяется выражением:

(4)

Если несколько оптических импульсов совпадают, нелинейный фазовый сдвиг первого канала зависит не только от мощности этого канала, но и от уровня сигнала других каналов. Для N-канальной системы сдвиг для i-го канала выражается соотношением:

(5)

Второй член в приведенном выше уравнении представляет собой форму нелинейной чувствительности и предполагает, что ФКМ вносит свой вклад в два раза больше, чем ФСМ при той же энергии [1]. Первая часть уравнения - это вклад ФСМ, а вторая часть - вклад ФКМ. ФКМ появляется только в том случае, если влияющие сигналы перекрываются во времени. ФКМ ограничивает производительность системы таким же образом, как и ФСМ, то есть частотное «чирпирование» и хроматическую дисперсию.

Для оценки влияние ФКМ на линейный тракт ВОСП была создана в программе OptiSystem 4-канальная DWDM-система (Рис. 1)

 

Рисунок 1. Смоделированная схема передачи 4-канальной DWDM системы

 

Целью моделирования было подавление явления XPM за счет изменения дисперсии в ОВ и неравномерного распределения оптической мощности в соседних каналах. Оптическая сетка с ОВ, усилителем EDFA и компенсатором дисперсии была реализована в следующей конфигурации (рисунок 2): 4 источника оптического излучения с разной мощностью и частотой, DWDM мультиплексор, усилитель эрбиевый (EDFA) установлен на уровне 20 дБм, а ОВ за усилителем на 100 км с потерями 0,33 дБ/км, DWDM демультиплексор. В этой топологии не учитываются ни ФСМ, ни ПМД. Длина легированного эрбием ОВ усилителя EDFA составляет 14 м, и он был выбран в соответствии, что наилучшее усиление достигается именно этой длине ОВ. Отдельные приемные блоки предназначены для фильтрации только желаемого сигнала. Первое моделирование было выполнено с намерением изменить мощность передачи спектра с 193,025 ТГц до 193,175 ТГц с шагом 0,05 ТГц (неравномерная мощность передачи -10 дБм, -30 дБм, -10 дБм, -30 дБм).

Можно заметить, насколько отличается спектр группового сигнала, при его передаче по ОВ:

 

Рисунок 2. График спектра группового сигнала при первом исследовании

 

Рисунок 3. График спектра группового сигнала на входе в демультиплексор при первом исследовании

 

Вторая симуляция была применена к той же схеме, но были изменены мощность передачи всех четырех каналов (неоднородная мощность передачи -10 дБм, -20 дБм, -30 дБм и -40 дБм), а также значение дисперсии в линии на 4 пс/нм/км. На рисунке 4 можно увидеть, как изменение мощности излучения и дисперсии влияет на ФКМ. Уровень и количество дополнительных составляющих спектра несколько уменьшилось.

 

Рисунок 4. Спектр группового сигнала на входе в демультиплексор при втором исследовании

 

Анализируя графики на рисунках 3 и 4, можно сделать вывод о том, что изменяя уровень дисперсии оптического волокна и уровень сигнала на входе, получилось добиться несколько лучших результатов. Уровень и количиество дополнительных составляющих спектра заметно снизилось. То есть методом оптимального подбора мощности и значения диспресии можно добиться подавления влияния нелинейного эффекта ФКМ.

 

Список литературы:
1. Агравал Г.П., Приложения нелинейной волоконной оптики, 2-е издание, 2008 г. 
2. Батагель Б., В. Джаньяни и С. Томазиц, «Проблемы исследования в области оптической связи до 2020 года и далее», Informacije Midem, vol. 44, нет. 3. С. 177–184, 2014.
3. Видмар М. Оптоволоконная связь: компоненты и системы // Информационная безопасность. 31, вып. 4. С. 246–251, 2001.
4. Ковач О., П. Лукач, И. Гладисова, «Классификация текстур на основе DWT», Материалы 28-й Международной конференции «Радиоэлектроника (РАДИОЭЛЕКТРОНИКА) 2018 г.», стр. 1–5, Прага, Чехия, апрель 2018 г.
5. Саитов И. А. Волоконно-оптические системы передачи: основы построения, характеристики оптических компонентов: учебное пособие/ И.А. Саитов, К.И. Мясин, Н.И. Мясин, В.Ю. Головачёв, А.В. Яковлев – Орёл: Академия ФСО России, 2015. – 352 с.
6. Смиеско Дж., Урамова Дж. Определение размеров узла доступа для трафика IPTV с использованием эффективной полосы пропускания // Коммуникация. 14, вып. 2. С. 11–16, 2012.