Моделирование высокоскоростных волоконных линий связи, использующих гибридные схемы у силения и кодирование информации по разности оптических фаз М.П. Федорук 1, С.К. Турицын 2, А.И. Латкин 3, О.В. Штырина 1, А.В. Якасов 4 1 Институт вычислительных технологий СО РАН 2 Университет Астон, Бирмингем, Великобритания 3 Институт автоматики и электрометрии СО РАН 4 Новосибирский государственный университет

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 DPSKдля 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 < 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 < Оптимальные режимы для OOK и DPSK различаются Битовый интервал. Для скорости 40 Гбит/сек T B =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 Ultrawave TM волокон RZ-OOK, 2000 кмRZ-DPSK, 5600 км Максимальная дальность достигается, когда 50-70% потерь компенсируется обратной накачкой

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

Выводы 1.Основной результат – нахождение оптимальных режимов работы конкретных практически важных конфигураций линий связи. Для различных конфигураций оптимальные режимы различные. 2.Важно уметь управлять длительностью передаваемых импульсов. 3.Важно правильно выбирать соотношение между прямой и обратной накачками, долю ВКР усиления.