Mikä on kuitu Epälineaarisuus?

Kuitu epälineaarisuus syntyy Kerr-efektistä[: silikalasin refraktioindeksi muuttuu hieman valon voimakkuuden mukana. Tiheässä aallonpituudessa - divisioonassa multiplexing (DWDM) -verkoissa, joissa kymmenillä tai sadoilla optisilla kanavilla on yksi kuitu, yhdistetty optinen teho voi helposti ylittää epälineaarisen kynnysarvon. Tämä intensiteetti-riippuvainen refraktioindeksi aiheuttaa kolme pääasiallista vaikutusta: itse-vaihemodulaatio (SPM), vaihemodulointi (XPM) ja 4-aaltoinen sekoitus (FWM).

  • Itse-vaihemodulaatio (SPM):[] Yksi kanava muuttaa omaa vaihettaan oman pulssinsa intensiteetin kautta. SPM laajentaa pulssispektriä ja johtaa kromaattisen dispersion kanssa ajoitukseen ja pulssin vääristymiseen.
  • Cross-vaihemodulaatio (XPM):[] Yhden kanavan intensiteetti muuttaa naapurikanavien vaihetta. Tiheissä ruudukoissa XPM tuo yhteen korreloivan vaiheen melun, joka sekoittaa pulssien saapumisajan ja heikentää SNR:ää.
  • Neljä aaltojen sekoitusta (FWM):[] Kun kolme optista taajuutta ovat vuorovaikutuksessa, ne luovat neljännen taajuuden kolmannen järjestyksen epälineaarisen herkkyyden kautta. FWM luo valheellisia ääniä, jotka kuuluvat suoraan kanavataajuuksille, toimivat inter-kaistan poikkipuhtautena ja rajoittavat vakavasti käytettävissä olevien kanavien määrää.

Vaikka SPM ja XPM ovat ensisijaisesti vaiheisiin perustuvia häiriöitä, FWM on tehonsiirtovaikutus. Kaikki kolme hallitsevat, kun yhden kanavan teho ylittää noin 0 dBm vakioidussa yksimuotokuitutilassa (SSMF) ja kun kanavaväli on alle 50 GHz. Oikean häiriönhallintastrategian valinnassa on tärkeää ymmärtää, mikä vaikutus on hallitseva.

Vaikutus vastaanottajan signaalin laatuun

Kuitu epälineaarisuus heikentää vastaanottimen kykyä palauttaa lähetetyt bitit monin mitattavissa olevin tavoin. Verkkoinsinöörit luottavat mittareihin, kuten []Q-tekijä[], bittivirheluku (BER) ja silmänavausrangaistus tämän hajoamisen kvantifioimiseksi.

Signaalin vääristyminen ja silmien sulkeminen

Optisessa silmäkaaviossa epälineaariset vaikutukset aiheuttavat ... ................................................................................................................................................................................................................................................

Ristikkäiskeskustelu ja melu

FWM tuottaa uusia taajuuksia, jotka ovat päällekkäisiä olemassa olevien kanavien kanssa. 100-kanavaisessa DWDM-järjestelmässä, jossa on 50-GHz-väli, syntyy tuhansia FWM-tuotteita; monet putoavat täsmälleen kanavakeskuksiin, toimivat deterministisenä ristipuheena. Samoin XPM siirtää yhden kanavan voimakkuuden melun toiseen vaiheeseen, joka dispersion kautta muuntamana vähentää optista signaali-ääntä-melusuhdetta (OSNR). Nämä vaikutukset ovat erityisen haitallisia pitkän matkan yhteyksissä, joissa vahvistimet lisäävät omaa ASE-meluaan ja työntävät melun kokonaistasoa korkeammalle.

Bittivirheen nopeus ja Q-tekijä

Vääristymisen, ristivälein ja lisämelun yhteisvaikutus nostaa suoraan bittivirheastetta. Q-kerroin, joka liittyy melun keskihajontaan, laskee 2...6 dB:llä tyypillisten tiheiden verkkojen epälineaarisuuden vuoksi. Q-kertoimen 1-dB:n pudotus vastaa suunnilleen kymmenkertaista lisäystä BER:ssä. Esileveysasetuksen 10−3[ (yhtenäinen nykyajan pehmeän päätöksen kanssa virhekorjaus), mikä tahansa epälineaarinen lisärangaistus pienentää linkkimarginaalia ja lyhentää enimmäiskattavuutta.

Dense-verkkojen hillitsemisstrategiat

Mikään yksittäinen tekniikka ei poista kuitua epälineaarisuudesta kokonaan. Tehokas hillitseminen yhdistää fyysisen kerroksen hallinnan, kehittyneen moduloinnin ja digitaalisen prosessoinnin. Alla ovat tuotantoverkoissa käytetyt käytännönläheiset lähestymistavat.

Virranhallinta- ja laukaisuolosuhteet

Yksinkertaisin strategia: pienennä laukaisutehoa kanavaa kohti. Koska epälineaaristen vaikutusten asteikko intensiteetillä voi puolittaa SPM:n ja XPM:n rangaistuksen. Tämä vähentää kuitenkin myös OSNR:ää, insinöörien on löydettävä [] optinen laukaisuteho[], joka tasapainottaa epälineaarisuuden vahvistimen melua vastaan. Älykäs tehon tasausalgoritmit uudelleensäädettävissä optisissa lisä-drop multiplexers (ROADM) voivat ylläpitää tätä tasapainoa dynaamisten liikennekuormitusten välillä.

Dispersion hallinta

Dispersio ja epälineaarisuus ovat vahvasti vuorovaikutuksessa. Suunnittelemalla huolellisesti dispersiokartta (käyttämällä positiivisten ja kielteisten dispersiokuitujen tai dispersiota kompensoivien moduulien vuorovaikutteisia spatteja) kanavien välinen vaiheero lisääntyy, mikä tukahduttaa FWM:n. Modernit verkot ottavat usein käyttöön [] suuren tehokkaan alueen kuitua[ (LEAF) tai [ non-nolladispersiota siirtävän kuidun[ (NZDSF) vähentääkseen intensiteettiä ytimessä ja muuttaakseen hajautumiskulmaa, minimoiden ei-lineaarisen tuotetuotannon.

Kehittyneet muokkausmuodot

Johdonmukainen havaitseminen yhdistettynä edistyneisiin muotoihin, kuten ]kaksinkertaiseen polarisaation quadrature-siirtymän näppäimistö[ (DP-QPSK) tai 16-QAM[], antaa myös häiriönsietokyvyn epälineaarista vaihemelua vastaan. Nämä muodot koodaavat tiedot vaiheittain ja polarisaation avulla, jolloin vastaanottimen voi erottaa ja kompensoida tietyt epälineaariset viat. Muotoilut, joissa on pienempi huippu-keskivoimasuhde (esim. probabilistisesti muotoillut konstellaatiot), kärsivät myös vähemmän SPM:stä. Kanavavälin asettaminen ei-yhtenäiseen verkkoon voi välttää pahimman tapauksen FWM-resonanssia.

Digitaalinen epälineaarinen korvaus

Johdonmukaisessa vastaanottimessa ........................................................................................................................................................................................................................................................

Verkkosuunnitteluun liittyvät näkökohdat

Dense-verkot hyötyvät huolellisesta suunnittelusta: käyttämällä kuituja, joilla on suurempi tehokas alue, välttämällä yliamplisointi lähettimessä ja käyttämällä dispersiokarttoja, jotka pitävät paikallisen pulssikirppujen matalana. Ohjelmiston määrittelemät verkko-ohjaimet voivat dynaamisesti säätää modulaatiomuotoa, tehoa ja reititystä välttääkseen epälineaarisia .

Katse eteenpäin: Epälineaarisuus tulevaisuuden Dense verkostoissa

Kun toimiala ajaa kohti 1.6 Tb/s kanavaa ja sen jälkeen, kuitu ei-lineaarisuus on edelleen määräävä kapasiteettiraja pitkän matkan lenkeissä. Tutkimus [[]few-modode fibr[] ja ]multi-core fibr[] toivoo lisäävänsä kapasiteettia lisäämättä ydintehoa, mutta nämä uudet kuidut tuovat mukanaan kuitujen intermodaali- ja inter-core nonlineaarisia ristipuheita. Samoin [ epälineaarinen Fourier transform[] (NFT) -pohjaisen siirtojärjestelmän tavoitteena on koodata tietoja ei-lineaarisista .

Päätelmät

Kuitu epälineaarisuus on kriittinen tekijä, joka rajoittaa vastaanottimen signaalin laatua tiheissä optisissa verkostoissa. Itsevaihemodulaatio, transfer-vaihemodulaatio ja neliaaltosekoitus vääristävät pulssia, luovat ristipuhetta ja nostavat virhetasoja. Huolellisen tehonhallinnan, kehittyneiden kuitumallien, vankan modulaatioformaatin ja digitaalisen kompensoinnin avulla insinöörit voivat voittaa nämä puutteet luodakseen luotettavia, suuren kapasiteetin linkkejä. Epälineaarisuuden ymmärtäminen ja hallinta on välttämätöntä kaikille, jotka suunnittelevat tai optimoivat nykyaikaisen televiestinnän selkärankaa.

Lisätietoja saa -kerr-efekti optiikka[]-, RP-photonics-tietosanakirjamerkintä neliaaltosekoituksella ja [-opetusohjelmalla.Optikat ja fotoniikka Uutiset ...