Apa Itu Ketidak-linearitas Fiber?

Fiber nonlinearitas yang muncul dari Kerr efek: indeks refraktif perubahan kaca silika sedikit dengan intensitas cahaya yang melewatinya. Dalam panjang gelombang padat ⁇ divisi multiplexing (DWDM) jaringan, di mana puluhan atau ratusan saluran optik berbagi serat tunggal, kekuatan optik gabungan dapat dengan mudah melebihi ambang nonlinear. Intensitas ⁇ detensitas ini secara bebas pelapukan memberikan peningkatan menjadi tiga efek pokok: self ⁇ fase mod (SPM), modul crossphase (PM), dan empat ⁇ MWwave pencampuran (MW).

  • [ENONOFLT:0]]Ubahself ⁇ fase (SPM): Sebuah saluran tunggal memodifikasi fase sendiri melalui intensitas pulsa sendiri. SPM memperlebar spektrum pulsa dan, ketika dikombinasikan dengan penyebaran kromat, mengarah ke ke ketarungan waktu dan distorsi pulsa.
  • Keamatan satu saluran memodulasi fase saluran tetangga. Dalam kisi padat, XPM memperkenalkan kebisingan fasa berkorelasi yang mengocok waktu kedatangan pulsa, mendegradasi SNR.
  • Kemudahan pencampuran gelombang (FWM):] Ketika tiga frekuensi optik berinteraksi, mereka menghasilkan frekuensi keempat melalui susepsi nonlinear ketiga ⁇ order . FWM menciptakan nada yang memacu yang jatuh langsung pada frekuensi saluran, bertindak seperti dalam ⁇ band crosstalk dan sangat membatasi jumlah saluran yang dapat digunakan.

Sementara Teoza SPM dan XPM terutama merupakan ketidakseimbangan berbasis fase ⁇ fase, FWM adalah efek power ⁇ transfer. Ketiganya menjadi dominan ketika kekuatan per ⁇ channel melebihi sekitar 0 dBm dalam serat tunggal ⁇ mode standard (SSMF) dan ketika jarak saluran kurang dari 50 GHz. Pengertian efek yang mendominasi adalah kunci untuk memilih strategi mitigasi yang tepat.

Impact pada Kualitas Sinyal Penerima

Ketidak-linearitas Fiber senilai urun kemampuan penerima untuk memulihkan bit yang ditransmisikan dengan beberapa cara yang terukur. Insinyur jaringan mengandalkan metrik seperti Q ⁇ factor[, bit error rate (BER), dan eye ⁇ opening penalti untuk mengkuantifikasi degradasi ini.

Pengalihan Isyarat Isyarat Isyarat Isyarat Isyarat dan Penutup Mata

Dalam diagram mata optik, efek nonlinear menyebabkan \"mata\" ⁇ ruang terbuka antara tingkat logika atas dan bawah ⁇ untuk menutup. SPM memperluas spektrum sinyal, yang berinteraksi dengan penyebaran serat untuk menyebarkan energi pulsa ke slot bit yang berdekatan (intersimbol intersimesi). XPM menginduksi pergeseran fase yang berjangka waktu ⁇ mengubah pergeseran fase yang, setelah deteksi langsung, menciptakan kebisingan amplitudo pada tepi naik dan jatuh. Hasilnya adalah bukaan mata vertikal yang lebih kecil dan meningkatnya perhitungan waktu, membuat keputusan lebih rentan terhadap kesalahan.

Silang ⁇ Bicara dan Hingar

FWM voice baru yang tumpang tindih dengan saluran yang ada. Dalam sistem 100 ⁇ saluran DWDM dengan jarak 50 ⁇ GHz, ribuan produk FWM dihasilkan; banyak jatuh tepat pada pusat saluran, bertindak sebagai crosstalk deterministik. Demikian pula, XPM memindahkan kebisingan intensitas satu saluran ke fase lain, yang, ketika dikonversi ke kebisingan amplitudo melalui dispersi, mengurangi sinyal optik ⁇ to ⁇ noise rasio (OSNR). Efek ini sangat berbahaya dalam panjang ⁇ haul link dimana penguat menambah suara ASE mereka sendiri, mendorong total kebisingan yang lebih tinggi.

Laju Bit Error dan Q ⁇ Faktor

Dampak gabungan dari distorsi, crosstalk, dan penambahan kebisingan secara langsung menaikkan tingkat kesalahan bit. Faktor Q ⁇ , yang menceritakan pembukaan mata terhadap penyimpangan standar kebisingan, penurunan 2 ⁇ 6 dB karena nonlinearitas dalam jaringan padat tipikal. Turunnya 1 ⁇ dB dalam Q ⁇ faktor, yang kurang lebih sesuai dengan peningkatan sepuluh kali lipat dalam BER. Untuk sistem menargetkan pre ⁇ FEC BER dari 10] ⁇ 3] (kommon dengan soft ⁇ decision forward error koreksi), setiap tambahan nonlinear link mengurangi margin pendek dan jangkauan maksimum.

Strategi Mitigasi Mitigasi untuk Jaringan Genap

Teknik tunggal tidak ada yang menghilangkan nonlinearitas serat secara keseluruhan.Mitigasi efektif menggabungkan manajemen fisik ⁇ lapisan, modulasi lanjutan, dan pemrosesan digital.Di bawah ini adalah pendekatan paling praktis yang digunakan dalam jaringan produksi.

Manajemen Tenaga dan Persyaratan Peluncuran

Strategi paling sederhana: mengurangi daya yang diluncurkan per saluran. Karena skala efek nonlinear dengan intensitas, menurunkan daya oleh 2 dB dapat memotong penalti SPM dan XPM. Namun, ini juga mengurangi OSNR, sehingga insinyur harus menemukan optimal daya peluncuran yang menyeimbangkan nonlinearitas terhadap noise amplifier.Kekuatan Intelligent ⁇ samaan algoritma dalam optik yang dapat dikonfigurasi menambah ⁇ drop multiplexers (ROADMs) dapat mempertahankan keseimbangan ini di seluruh beban lalu lintas dinamis.

Manajemen Beban

Dispersi dan nonlinearitas berinteraksi kuat. Dengan merancang secara cermat peta penyebaran (menggunakan rentang berselang-seling serat penyebaran positif dan negatif atau dispersi ⁇ mempersiapkan modul), fase ketidakcocokan antar saluran ditingkatkan, menekan FWM. Jaringan modern sering kali mengerahkan Besar efektif ⁇ area serat (LEAF) atau non ⁇ nol dispersi ⁇ dispersi terpisah] (NZDSF) untuk mengurangi intensitas dalam inti dan memodifikasi kemiringan penyebaran, meminimalkan produk nonlinear.

Format Modulasi Lanjutan Uflak

Deteksi koherent dikombinasikan dengan format lanjutan seperti dual ⁇ polarisasi kuadrature fase ⁇ shift keying[ (DP ⁇ QPSK) atau 16 ⁇ QAM menyediakan ketahanan terhadap kebisingan fase nonlinear. Format ini mengenkode informasi dalam fase dan polarisasi, yang memungkinkan penerima untuk memisahkan dan mengkompensasi impairment nonlinear tertentu. Format dengan puncak yang lebih rendah ⁇ ke ⁇ rataan rasio daya (contoh, konstelasi probabilis) juga menderita SPM. Pengaturan saluran yang kurang dari non-uniform dapat menghindari pencairan grid terburuk ⁇ Wance.

Kompensasi Digital Nonlinear

Dalam prosesor sinyal digital penerima koherent, algoritme seperti back ⁇ propagasi memecahkan persamaan Schrödinger nonlinear secara terbalik, secara efektif membatalkan SPM dan XPM. Lebih banyak mesin terbaru ⁇ belajar ⁇ berdasarkan pendekatan (misalnya, nonlinearitas ⁇ aware equalizers) mempelajari fungsi transfer nonlinear saluran dan menerapkan kompensasi secara real time. Sementara komparatif mahal, metode ini dapat memulihkan 2 ⁇ 4 dB dari Q ⁇ , memperpanjang secara langsung mencapai atau meningkatkan kapasitas.

Pertimbangan Desain Jaringan

Jaringan lusen yang menguntungkan dari perencanaan yang cermat: menggunakan serat dengan area efektif yang lebih besar, menghindari lebih dari ⁇ amplifikasi di pemancar, dan mempekerjakan peta dispersi yang menjaga agar kip pulsa lokal tetap rendah. Perangkat lunak ⁇ definisi jaringan (SDN) pengendali dapat menyesuaikan format modulasi, daya, dan routing secara dinamis untuk menghindari \"titik panas\" nonlinear selama lalu lintas puncak.

Olivier Looking Ahead: Nonlinearitas dalam Jaringan Kesenapan Masa Depan

Sebagai perangkat lunak, industri mendorong ke arah 1,6 Tb/s per saluran dan seterusnya, nonlinearitas serat tetap batas kapasitas dominan dalam link panjang ⁇ haul. Penelitian ke dalam few ⁇ mode serat[ dan multiliar ⁇ core serat berharap untuk memperbanyak kapasitas tanpa peningkatan daya per ⁇ core, tetapi serat baru ini memperkenalkan antar ⁇ mode dan antar ⁇ core nonlinear lintas ⁇ talk. Demikian pula, nonlinear Empat transformasi] (N) berbasis transmisi data pada non-linear yang memperkenalkan \"genitrik\" dan anti-linear, berpotensi untuk tidak bergerak secara otomatis, hingga ke lapisan yang dewasa, hingga ke titik-titik yang lebih tinggi akan terus berlanjut pada operator yang telah dijabarkan.

Kekecualian Kesimpulan

Fiber nonlinearitas adalah faktor kritis yang membatasi kualitas sinyal penerima dalam jaringan optik padat. Modulasi Self ⁇ fase, modulasi cross ⁇ fase, dan empat ⁇ wave mixing mendistorsi pulsa, membuat crosstalk, dan menaikkan tingkat kesalahan. Melalui manajemen daya yang cermat, desain serat canggih, format modulasi yang kuat, dan kompensasi digital, insinyur dapat mengatasi impairment ini untuk membangun link yang dapat diandalkan, tinggi ⁇ kapacity. Pengertian dan mengelola nonlinearitas sangat penting bagi siapa pun merancang atau mengoptimasi tulang punggung telekomunikasi modern.

Untuk pembacaan lebih lanjut, jelajah the Kerr efek dalam optik, RP Ensiklopedia fotonik entri pada empat ⁇ gelombang mixing, dan tutorial pada Optics & Photonics News ⁇ Nonlinearitas dalam Fiber Communications.