Τι Είναι η Μη Γραμμικότητα των Φυτικών;

Η μη γραμμικότητα των ινών προκύπτει από τα [[LFT:0]]Kerr effect[[LFT:1]]: ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού πυριτίου αλλάζει ελαφρώς με την ένταση του φωτός που διέρχεται από αυτό. Σε πυκνά δίκτυα πολλαπλών διαθλασμάτων μήκους κύματος ⁇ διαίρεσης (DWDM), όπου δεκάδες ή εκατοντάδες οπτικών καναλιών μοιράζονται μία μόνο ίνα, η συνδυασμένη οπτική ισχύς μπορεί εύκολα να υπερβεί το μη γραμμικό κατώφλι. Αυτός ο δείκτης έντασης ⁇ εξαρτώμενος δείκτης διαθλασμού προκαλεί τρία κύρια αποτελέσματα: αυτοφασική διαφοροποίηση (SPM), διαφασική διαφοροποίηση (XPM), και τετραφασική ανάμειξη κυμάτων (FWM).

  • Αυτοφατική διαμόρφωση (SPM): Ένα ενιαίο κανάλι τροποποιεί τη δική του φάση μέσω της έντασης του δικού του παλμού. Το SPM διευρύνει το φάσμα παλμών και, όταν συνδυάζεται με χρωματική διασπορά, οδηγεί σε χρονισμό κρότου και σφυγμού παραμόρφωσης.
  • Διασταύρωση φάσης (XPM): Η ένταση ενός καναλιού ρυθμίζει τη φάση των γειτονικών καναλιών. Σε πυκνά πλέγματα, το XPM εισάγει συσχετιζόμενο θόρυβο φάσης που ομαδοποιεί το χρόνο άφιξης των παλμών, ταπεινώνοντας το SNR.
  • Τέσσερα ⁇ κύμα ανάμειξη (FWM): Όταν αλληλεπιδρούν τρεις οπτικές συχνότητες, δημιουργούν μια τέταρτη συχνότητα μέσω της τρίτης ⁇ τάξης μη γραμμικής ευαισθησίας. Η FWM δημιουργεί πλαστούς τόνους που πέφτουν απευθείας σε συχνότητες καναλιών, δρώντας ως ενδο-συνδεόμενη διασταυρούμενη συνομιλία και περιορίζοντας σημαντικά τον αριθμό των χρησιμοποιήσιμων καναλιών.

Ενώ SPM και XPM είναι κυρίως φάσης-βασισμένες απομειώσεις, FWM είναι ένα αποτέλεσμα μεταφοράς ισχύος. Και τα τρία γίνονται κυρίαρχη όταν η δύναμη ανά κανάλι υπερβαίνει περίπου 0 dBm σε πρότυπο μονότροπο ίνα (SSMF) και όταν η απόσταση καναλιών είναι μικρότερη από 50 GHz. Η κατανόηση ποιο αποτέλεσμα κυριαρχεί είναι το κλειδί για την επιλογή της σωστής στρατηγικής μετριασμού.

Επίδραση στην ποιότητα σήματος του παραλήπτη

Οι μηχανικοί δικτύου βασίζονται σε μετρήσεις όπως ο Q ⁇ factor, ο ρυθμός σφάλματος bit (BER), και ο οφθαλμικός ⁇ ανοίγοντας την ποινή για τον ποσοτικό προσδιορισμό αυτής της αποδόμησης.

Στρέβλωση σήματος και κλείσιμο ματιών

Στο οπτικό διάγραμμα των ματιών, τα μη γραμμικά αποτελέσματα προκαλούν το «μάτι» ⁇ τον ανοιχτό χώρο μεταξύ των ανώτερων και των κατώτερων επιπέδων λογικής ⁇ να κλείσει. SPM διευρύνει το φάσμα του σήματος, το οποίο αλληλεπιδρά με τη διασπορά ινών για να διαδώσει την ενέργεια παλμού σε παρακείμενες υποδοχές bit (intersymbol παρεμβολή). XPM προκαλεί μια χρονική αλλαγή φάσης που, μετά την άμεση ανίχνευση, δημιουργεί θόρυβο πλάτους στις ακμές που αυξάνονται και πέφτουν. Το αποτέλεσμα είναι ένα μικρότερο κάθετο άνοιγμα ματιών και αυξημένη χρονική παρεμβολή, καθιστώντας το κύκλωμα απόφασης πιο επιρρεπή σε σφάλματα.

Διασταύρωση ⁇ Μίλα και Θόρυβος

Σε ένα σύστημα DWDM 100 καναλιών με 50-GHz διαπόσταση, χιλιάδες προϊόντα FWM παράγονται? πολλοί πέφτουν ακριβώς σε κέντρα καναλιών, ενεργώντας ως deterministic crosstalk. Ομοίως, XPM μεταφέρει τον θόρυβο έντασης του ενός καναλιού στη φάση του άλλου, η οποία, όταν μετατραπεί σε θόρυβο πλάτους μέσω διασποράς, μειώνει την οπτική σχέση σήματος-θορύβου (OSNR). Αυτά τα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα επιβλαβή σε μακρές συνδέσεις, όπου ενισχυτές προσθέτει το δικό τους θόρυβο ASE, πιέζοντας το σύνολο του δαπέδου θορύβου υψηλότερη.

Βαθμός σφάλματος bit και Q ⁇ Factor

Ο συντελεστής Q, ο οποίος σχετίζεται με το άνοιγμα των ματιών με την τυπική απόκλιση θορύβου, μειώνεται κατά 2-6 dB λόγω μη γραμμικότητας σε τυπικά πυκνά δίκτυα. Μια πτώση 1 ⁇ dB σε Q ⁇ παράγοντας αντιστοιχεί περίπου σε μια δεκαπλάσια αύξηση του BER. Για τα συστήματα που στοχεύουν σε ένα BER πριν από το FEC 10 ⁇ 3 (κοινή με τη σύγχρονη διόρθωση σφαλμάτων προς τα εμπρός μαλακά, η όποια πρόσθετη μη γραμμική ποινή μειώνει το περιθώριο σύνδεσης και μειώνει τη μέγιστη δυνατή επίτευξη.

Στρατηγικές μείωσης για τα Δίκτυα Πυκνής Πυκνότητας

Καμία ενιαία τεχνική δεν εξαλείφει εντελώς τη μη γραμμικότητα ινών. Αποτελεσματική μετριασμός συνδυάζει τη φυσική διαχείριση ⁇ στρώματος, την προηγμένη διαφοροποίηση, και την ψηφιακή επεξεργασία.

Συνθήκες Διαχείρισης και Έναρξης Ενέργειας

Η απλούστερη στρατηγική: μείωση της ισχύος που εκτοξεύεται ανά κανάλι. Επειδή η κλίμακα μη γραμμικών εφέ με ένταση, μειώνοντας την ισχύ κατά 2 dB μπορεί να μειώσει κατά το ήμισυ την ποινή SPM και XPM. Ωστόσο, αυτό μειώνει επίσης το OSNR, έτσι ώστε οι μηχανικοί πρέπει να βρουν την ] βέλτιστη ισχύ εκτόξευσης[[LFT:1]]] που ισορροπεί τη μη γραμμικότητα έναντι του θορύβου ενισχυτή. Ευφυής αλγόριθμοι δύναμης ⁇ εξίσωσης σε επαναρυθμιζόμενους οπτικούς προσθέτουν ⁇ drop multiplexers (ROADMs) μπορεί να διατηρήσει αυτή την ισορροπία σε δυναμικά φορτία κυκλοφορίας.

Διαχείριση Διασποράς

Με τον προσεκτικό σχεδιασμό του χάρτη διασποράς (χρησιμοποιώντας εναλλασσόμενα διαστήματα των θετικών και αρνητικών ινών διασποράς ή διασποράς ⁇ αντιστοιχώντας τις ενότητες), η αναντιστοιχία φάσης μεταξύ των καναλιών αυξάνεται, καταστέλλοντας τις FWM. Τα σύγχρονα δίκτυα συχνά αναπτύσσουν μεγάλες αποτελεσματικές ⁇ απορροφητικές ίνες (LEAF) ή μη μηδενική διασπορά ⁇ μετατόπιση ινών[ (NZDSF) για να μειώσουν την ένταση στον πυρήνα και να τροποποιήσουν την κλίση διασποράς, ελαχιστοποιώντας περαιτέρω τη μη γραμμική παραγωγή προϊόντων.

Προχωρημένες μορφές διαμόρφωσης

Η ανίχνευση συνυφασμένου με προηγμένες μορφές όπως [[LFT:0]]] η τετραγωνική φάση πολωσης παρέχει ανθεκτικότητα κατά του μη γραμμικού θορύβου φάσης. Αυτές οι μορφές κωδικοποιούν πληροφορίες σε φάση και πόλωση, που επιτρέπουν στον δέκτη να διαχωρίσει και να αντισταθμίσει ορισμένες μη γραμμικές αποδυναμώσεις. Μορφές με χαμηλότερη αναλογία ισχύος ⁇ προς ⁇ μέση αναλογία ισχύος (π.χ., προβλεπτικής μορφής αστερισμούς) υποφέρουν επίσης λιγότερο από SPM. ⁇ του διαύλου διαπόστασης σε μη-μη-ομοιόμορφο δίκτυο μπορεί να αποφύγει τις χειρότερες ⁇ συντονίσεις FWM.

Ψηφιακή μη γραμμική αποζημίωση

Στον ψηφιακό επεξεργαστή σήματος του δέκτη, αλγόριθμοι όπως back ⁇ propagation[[LFT:1]] λύνουν την εξίσωση του nonlinear Schrödinger στην αντίστροφη, αναιρέοντας αποτελεσματικά SPM και XPM. Πιο πρόσφατες προσεγγίσεις που βασίζονται στη μάθηση (π.χ., μη γραμμικότητα ⁇ αισθανόμαστε ισοσταθμιστές) μαθαίνουν τη λειτουργία μη γραμμικής μεταφοράς του καναλιού και εφαρμόζουν αποζημίωση σε πραγματικό χρόνο. Αν και υπολογιστικά δαπανηρές, αυτές οι μέθοδοι μπορούν να ανακτήσουν 2,4 dB του συντελεστή Q, που επεκτείνουν άμεσα την επίτευξη ή την αύξηση της ικανότητας.

Συνεκτίμηση του σχεδιασμού δικτύου

Τα ζοφερά δίκτυα επωφελούνται από τον προσεκτικό σχεδιασμό: χρησιμοποιώντας ίνες με μεγαλύτερη αποτελεσματική περιοχή, αποφεύγοντας την υπερενίσχυση στον πομπό, και χρησιμοποιώντας χάρτες διασποράς που διατηρούν το τοπικό παλμικό χιρπ χαμηλό. Οι ελεγκτές λογισμικού ⁇ ορισμένων δικτύων (SDN) μπορούν δυναμικά να ρυθμίσουν τη μορφή διαμόρφωσης, την ισχύ και τη δρομολόγηση για να αποφύγουν μη γραμμικά «καυτά σημεία» κατά τη διάρκεια της κυκλοφορίας αιχμής.

Looking Ahead: Μη γραμμικότητα στα μελλοντικά δίκτυα έντασης

Καθώς η βιομηχανία ωθεί προς 1,6 Tb/s ανά κανάλι και πέρα, η μη γραμμικότητα των ινών παραμένει το κυρίαρχο όριο παραγωγικής ικανότητας σε μακρούς δεσμούς. Η έρευνα σε [[LFT:0]]φύλλο ⁇ μοντ [[LFT:1]] και πολυπυρηνικές ίνες[[LFT:3]]] ελπίζει να πολλαπλασιάσει την ικανότητα χωρίς αύξηση της ανά πυρήνα ισχύος, αλλά αυτές οι νέες ίνες εισάγουν διατροπικές και δια-πυρηνική μη γραμμική διασταυρωτική συνομιλία. Ομοίως, [[LFT:4]]μη γραμμική Fourier transform[]] (NFT) με βάση τη μετάδοση στοχεύει στην κωδικοποίηση δεδομένων σχετικά με τις μη γραμμικές «ιθαγενείς αξίες» της ίνας, δυνητικά μετριάζοντας εντελώς τη μη γραμμικότητα.

Συμπέρασμα

Η μη γραμμικότητα των ινών είναι ένας κρίσιμος παράγοντας που περιορίζει την ποιότητα του σήματος του δέκτη σε πυκνά οπτικά δίκτυα. Αυτοφασική διαμόρφωση, διαφασική διαμόρφωση και τετρακύμαση στρεβλώνουν τους παλμούς, δημιουργούν διασταυρούμενα λόγια και αυξάνουν τα ποσοστά σφάλματος. Μέσω προσεκτικής διαχείρισης ισχύος, προηγμένων σχεδίων ινών, ισχυρών μορφών διαμόρφωσης και ψηφιακής αντιστάθμισης, οι μηχανικοί μπορούν να υπερνικήσουν αυτές τις δυσλειτουργίες για να δημιουργήσουν αξιόπιστους, υψηλού δυναμικού συνδέσμους. \" κατανόηση και διαχείριση της μη γραμμικότητας είναι απαραίτητη για οποιονδήποτε σχεδιάζει ή βελτιστοποιεί τη ραχοκοκαλιά των σύγχρονων τηλεπικοινωνιών.

Για περαιτέρω ανάγνωση, εξερευνήστε το φαινόμενο Kerr στην οπτική, την RP Photonics incyclopaedia intection on four ⁇ wave mixing, και το φροντιστήριο στο Optics & Photonics News ⁇ Nonlinearity in Fiber Communications].