הבנה של חוסר לינאריות אופטיות בתקשורת

מערכות תקשורת סיבים אופטיים מהוות את הבסיס של התקשורת הגלובלית, המאפשרות העברת נתונים בעוצמה גבוהה ברחבי יבשות ותחת האוקיינוסים. כמו מפעילי רשת לדחוף לשיעורי נתונים גבוהים יותר - 100 Gbps לערוץ ומעבר - רמות הכוח האופטיות הנדרשות כדי לשמור על יחסי אות-לכאורה על פני מרחקים ארוכים גם עלייה. ברמות הכוח הגבוהות הללו, הסיבים עצמם חדלים להתנהג כמדיום ליניארי לחלוטין.

השפעות לא ליניאריות עולות מן הרגישות השלישית של חומר הזכוכית.כאשר אינטנסיביות אופטית עולה על סף (בדרך כלל סביב כמה מילימטרים בסיבים סטנדרטיים חד-פעמי), אינטראקציות בין האור לבין המדיום לייצר עיוותים מצטברים עם מרחק.הסימנים העיקריים שאינם ליניאריים הרלוונטיים למאפיינים קוהרנטים ואמצעי הגנה ישיר כוללים את ה-עצמי (PM), פיזור של ארבעה (אפקטים) ואפקטים שונים (R) באפקטים שונים (אפקטים) (אפקטים שונים) באפקטים שונים (R.

השפעות לא ליניאריות ומכניזם

שינוי עצמי (SPM)

SPM מתרחשת כאשר עוצמת הדופק משנה את השלב שלו באמצעות אפקט הקרר.העוצמה של זמן-הזמן-הזמן גורמת לשינוי שלב תלוי בזמן, אשר מצמיד את הדופק: הקצה המוביל הוא אדום-מעצור, ואת קצה השביל הוא כחול-משתנה (כלומר, עלייה מהירה יותר הדופק), כאשר זה אינטראקציה עם פיזור לדחוס או להרחיב את הדופק, לדוגמה, דחיסה קצרה יותר (psy) אבל גורם בשלב מוקדם יותר דחיסה קצרה יותר).

(בלטינית: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Cross-Phase Modulation (XPM)

XPM הוא העמית הרב ערוצים של SPM. בגליון גל של מערכות מרובותxing (WDM), התנודות האינטנסיביות של ערוץ אחד משנה את השלב של ערוצים משותפים באמצעות אפקט Kerr. זה רעש בשלב זה מומר לרעש מפוספס באמצעות פיזור, יצירת עונשים חמורים במיוחד ב WDM (DWDWDM) עם ערוץ XQD2, במיוחד, במיוחד, כמו קשקשים מתקדמים של קשקשים, כגון קשקשים, 000, כגון קשקשים מדויקים של קשקשים, 000, 000, 000, או ירידה מדויקת של קשקשים, כגון קשקשים, 000.

מיגור XPM לעתים קרובות דורש תקציבי כוח זהירים לערוץ או השימוש בגיבוי דיגיטלי (DBP) במקבלים קוהרנטיים, אשר באופן מספרי הופך את משוואה ההתפשטות הלא לינארית. עם זאת, DBP הוא יקר חישובי ועשוי לא להיות אפשרי לעיבוד בזמן אמת בשיעורים מעל 100 Gbps לכל.

ארבעה-וייב מערבבים (FWM)

FWM מתרחשת כאשר שלושה תדרים אופטיים (fi, fj, fk) אינטראקציה בסיבים כדי ליצור פיאר תדר רביעי freaFLT:0ijkFLT:1 = fj + fj - fk. אם תדירות חדשה זו נופלת בתוך להקת האות, זה פועל כמו צלב קוהרנטי (FWMion) יעילות מוגדל כאשר מצב המיזוג הוא נתקל, כלומר, כאשר התפזרו כ- 0-FDNS) נמוך (n) 0-FD) 0-Fdisd) הוא בדרך כלל, 0-Fund) 0.

במערכת DWDM של 40 ערוצים עם 100 GHz ספאק, אפילו מוצרים FWM חלש יכול לצבור מעל מאות קילומטרים. Power equalization ו uneven ערוצים ספאcing הם שתי שיטות מעשיות כדי להפחית את ההתערבות FWM. Unequal ספאcing מבטיח כי ערבוב מוצרים בין ערוצים, שבו ניתן לסנן.

⁇ Raman Scattering (SRS)

SRS הוא תהליך פיזור אינסטלסטיאלי שבו משאבה פוטון מפוזר לתוך אנרגיה נמוכה (אורך גלי ארוך יותר) פוטון, עם הבדל האנרגיה המועבר לרטט מולקולרי (אופציונלי phonn) ספקטרום הרווח עבור Raman פיזור הוא רחב (40 T ב- siHz), כלומר ערוצי גל קצרים יותר יכולים להגביר ערוצים ארוכים יותר גלי.

הטיה המושרה של SRS ניתן לפצות באמצעות מסננים מנפחים או על ידי התאמת כוחות השיגור לערוץ. במערכות המעסיקות את מגברי ראמן (הפצה את ההגברה) עצמם, יש לנהל בזהירות את ההשפעה כדי למנוע חוסר יציבות.

ברילוטון Scattering (SBS)

SBS הוא תהליך פיזור לא-רשמי, אבל זה כרוך phonons אקוסטיים ולא פוני אופטיים. רוחב הפס רווח הוא צר מאוד (-20 MHz), וכוח הסף של SBS הוא בדרך כלל כמה מילימטרים עבור אות גלי ארוך-גל. כאשר הכוח השגרתי עדיין עולה על סף SBS, האור האחורי-scattered יכול לקלקל את האות קדימה, גורם חזק יותר ויותר חזק של לייזר (S) על ידי קו רוחביטרנטיבות רחב יותר.

השפעה על מקבל אופטית אות אינטגרity

bit Error Rate (ER) ו- Eye Closure

עיוותים לא ליניאריים מתרגמים ישירות ל- ER.לדוגמה, הדופק המושרה SPM מרחיבה את שולי ההחלטה ישירות על מערכת ההפעלה (OOK) גורם לדמיון העין קרוב אנכי ואופקי.סגר העין אנכית מקטין את שולי ההחלטות, בעוד שסגר אופקית גורמת לתזמון לא-RLimittation עם עיבוד אותות דיגיטליים (DSP), רעש בשלב SPM ו- XPMDS ל-DIDIDS בשלב זה יש סימנים סטנדרטיים של 216 ל-S.

אותות ל-Noise Ratio (SNR) Degradation

(ההתערבות הלא ליניארית (NLI) מתנהגת כמו מקור רעש תוספתי המעלה את כוח האותות (SNR) הכולל ב המקלט ניתן לבטא כ-1/SNRIRFLT:0tottureFLT:1= 1/SNRIRFLT:2ASEFLT 3/SNRFIRECT 1/SRFIRLT:0 ל-LF:5, שבו רוב הזמן הזה שולט בצוללות גבוהות במיוחד.

ארכיון תגיות WDM Systems

FWM ו- XPM יוצרים צולב בין-ערוצי שאינו ניתן להסיר על ידי סינון פשוט.ברשת WDM צפופה, מוצרי FWM יכולים ליפול בדיוק בתדרי ערוצים, יצירת צולב פנימי המוסיפה לסימן. זה in-bandtalk מזיק במיוחד משום שהוא אינו מהסס מהאות המקורי ומקיף את מסנן אופטי של המקלט.

אתגרים קבלנים

מקלטים קוהרנטיים מסתמכים על שלב מדויק והחלמה מ-DSP. עם זאת, אי-לינאריות מציגים עיוותים רדיניסטיים המפרים את מודל הערוץ ליניארי הנתפס על ידי רוב האלגוריתמים השוויוניים.לדוגמה, רעש שלב לא ליניארי מ-SPM ו- XPM מופיע כסיבוב זמן-varying של קבוצת הכוכבים.P) יכול לפצות על ההשפעות האלה, דורש לעתים קרובות את הידע של פרמטרים של מערכת ההפעלה CPT-B-P-R.

השפעה על תיקון שגיאות (FEC)

עיוותים לא ליניאריים יכולים גם להשפיע על ההפצה הסטטיסטית של שגיאות לאחר זיהוי.רוב ה-Multilla מניחים רעש גאוסי לבן (AWGN) סיבים שאינם לינאריות מציגים הפרעות מתואמים וטעויות פורצות, צמצום הרווח הקידוד היעיל. לדוגמה, SRS-המוטה המושרה על פני ערוצים עלול לגרום לכמה ערוצים לפעול מתחת לסף ה-Ficate בעוד אחרים יש שולי (למשל, סיליקון), טכנולוגיות של אובדן חשמל (LCSLCS) אבל הן יכולות להוסיף: 0SLCS) אך להוסיף את העלות של 1LCSLCS) אך הן יכולות להוסיף את ה-RLCSLCSLCS) אך להוסיף את ה-R.

אסטרטגיות חישובים של מערכת ושיקולים

ניהול כוח אופטי

ההפחתה הפשוטה והטובה ביותר היא לפעול בכוח ההשקה האופטימלי לערוץ.כוח זה נקבע על ידי סף לא ליניארי של הסיבים (בדרך כלל סביב 0 dBm לערוץ עבור סיבים חד-פעמיים סטנדרטיים מעל 1000 ק"מ) שליטה בעוצמה דינמי יכול להתאים את כוח ההשקה per-channels מבוסס על עומס תנועה, אבל ברשתות סטטיות, תוכנית כוח קבוע משמש גם.

ניהול משמעת

ניהול Dispersion מקטין את האינטראקציה בין SPM-- המושרה צ'יפפול ופיזור chromatic. במערכות מורשת, פיזור סיבים (DCF) מודולים מוכנסים מעת לעת כדי להביא את הפיזור הנקי קרוב ל- אפס.עם זאת, DCF יש אזור יעיל קטן, אשר יכול להחמיר את האופטימיזציה הלא לינארית אם הוא מוכנס בנקודות כוח גבוהות.

שינוי מתקדם וקידוד

פורמטים של שינוי עם יחס כוח עליון נמוך יותר (PAPR) רגישים פחות לאי-לינאריות.לדוגמה, 8-PSK יש נמוך יותר PAPR מאשר 16-QAM, גיבוש קבוצות כוכבים פרוביביליסטיות (PCS) צמח כטכניקה חזקה לשיפור סובלנות לא לינארית.

בנוסף, תוכניות פיצוי דיגיטליות שאינן לינאריות כמו טכניקת "קישורים" ו-וולטרה מבוססי שווים ניתן ליישם ב-Fredit DSP. שיטות אלה לסחור המורכבות לביצועים והופכים להיות יותר בר קיימא כמו הטכנולוגיה ASIC מתקדמת.

שלב אופטי (OPC)

OPC היא טכניקת אמצע-זמן המשתמשת אלמנט לא ליניארי (למשל, ליתיום ניטראט גל מונחה) כדי לגוון את השדה האופטי לאחר OPC, עיוותים לא לינאריים המצטברים במחצית הראשונה של הקישור הפוך במחצית השנייה, וכתוצאה מכך כמעט ביטול מוחלט.

מצב ספאטי מספרxing

פתרון ארוך טווח הוא להשתמש סיבים מרובים או סיבים רב-core כדי להפחית את צפיפות החשמל למצב או הליבה, ובכך להפחית את יעילות לא ליניארי coefficient. in Coupled-core סיבים, ליקויים לא לינאריים לכל הליבה נמוכים, אבל ליבת-לקצה הליבה מציגה עונשים חדשים.

השלכות מעשיות עבור מפעילי רשת

עבור מתכננים רשת, הבנת סיבים שאינם לינאריות חיונית להנדסת קישורים.כלי תכנון מודרניים משלבים את מודל Gaussian-noise (GN), אשר משוער התערבות לא לינארית כמו רעש Gaussian עם כוח פרופורציה כוח ל- P3 (שם P הוא כוח ערוצים) מודל זה מדויק עבור קישורים לא מתואמים וגילוי משותף.

מערכות סודיות גם מתמודדות עם שינויים דינמיים: הוספת או זריקת ערוצים משנה את סביבת XPM ו- FWM. ROADMs (reconfigurable Opt-drop multiplexers) חייב לנהל את השינויים הנובעים משינויי הכוח כדי למנוע התפרצויות שגיאה.הכוח המהיר השווה באמצעות נייר לבן FLT:0Cisco על אופטימיזציה גמישה של ROMADFLT, 1 טיפוסי לגישות דינמית.

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

בעוד התעשייה נעה לכיוון 800 Gbps ו-1.6 Tbps לכל אורך הגל, החשיבות של ניהול סיבים שאינם לינאריות רק יגדל.טכניקות למידת מכונה (ML) נחקרות עבור פיצוי לא לינארי, שבו רשתות עצביות לומדות את מודל הערוץ ו טרום-distort או שווה את האות.עוד מבטיח כי שימוש ב-Switchapgaps חלולה, אשר יש ליבה ו- soable עלות עבור כל שיפורי של כוח מתמשך, אך עדיין יכול לגרום להפחתה גבוהה של חומרים אלה עדיין יכול לגרום להפחתה גבוהה.

לסיכום, סיבים לא לינאריות מגבילים באופן יסודי את הביצועים של מערכות תקשורת אופטיות מודרניות. Self-phase Modulation, cross-phase Modulation, ארבע גלי תערובת, ועורר תהליכים מפוזרים לתרום לירידה אות ב המקלט, העלאת שיעורי שגיאה מעט וצמצום שולי המערכת. . Mitigation אסטרטגיות כגון ניהול כוח, פיזור הנדסה, התאמה מתקדמת, פיצוי דיגיטלי, ותיקון שלב אופטי הם הכרחי עבור טכנולוגיות מתקדמות כדי להגביר את הצמיחה של מדיה.