Fiber Optik İletişimdeki doğrusal olmayanlıkları Anlamak

Optik fiber iletişim sistemleri, küresel telekomünikasyon temelini oluşturur, yüksek kapasiteli veri aktarımını kıtalarda ve okyanusların altında sağlar. Ağ operatörleri yüksek veri oranları için iteratif indeksi - kanal başına ve ötesindeki 100 Gbps - uzun mesafelerde önemli olan optik güç seviyelerinin belirlenmesi için gerekli olan hızları anlaması gerekir.Bu yüksek güç seviyelerinde, fiberin kendisi mükemmel bir lineer bir ortam olarak davranmayı reddeder.

Lineer etkiler, cam malzemenin üçüncü sıra dışılığı ile ortaya çıkar. Optik yoğunluk bir eşleme (tipik olarak standart tek mod fiberdeki birkaç miliwatt), ışık ve orta çarpımdaki etkileşimlerin arasındaki etkileşimlerin - modern koherent ve doğrudan devre dışı (SPM) ve farklı sinyallendiricileri (XPM), çapraz modülasyon (XPM), dört milli modülasyon (FWM), dört- dalga karıştırılması (FWM), ve inelastic saçılma süreçleri ile ilgili birincil farkları-

Anahtar doğrusal olmayan etkiler ve onların Mechanisms

Self-Phase Modulation (SPM)

SPM, bir pulun yoğunluğu Kerr etkisi ile kendi aşamasını değiştirirken meydana gelir. Zaman-varlı yoğunluk, narpsiyonun zaman bağımlı bir aşamasını tetikler: lider kenar kırmızı-miz, ve izdüşük kenar başlangıçta mavi-miyolojik bir şekilde genişletilebilir, bu chirp, SPM'ye daha yüksek bir darbeye neden oluyor.

Matematiksel olarak, nonlinear fazı bir fiber uzunluk üzerinde birikmiş gibi değişir:0)L}eff) {{|D|D|D|D|D|D|D|D|D|Düzücük|Döneticileri) ve P[Düzücükler için 10 / 1 x = 10 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Cross-Phase Modulation (XPM)

XPM, SPM'nin çok kanallık bir meslektaşıdır. Gürültü içinde birden çokxing (WDM) sistemler, bir kanaldaki yoğunluk dalgalanmaları Kerr etkisi ile eş-propagating kanallarının aşamasını oluşturur. Bu aşama gürültü, özellikle yoğun WDM (DWDM) şebekeleri oluşturmak üzere hassas olan cezalara dönüştürülür, çünkü 50 GHz veya daha az XPM tarafından yönlendirilir.

XPM'nin davaları genellikle kanal başına dikkatli bir güç bütçeleme gerektirir veya şerit başına 100 Gbps'nin üzerindeki satır oranlarında sayısal olarak tersine çevirilebilir.

Four-Wave Mix (FWM)

FWM, üç optik frekans (fi, fj, fk) dördüncü frekans f[D:0) [Dörtücük dağıtımın sıfıra yakın olduğu zaman (örneğin, sinyal grubu içinde sıfır-disipler arası dalgalar düşerse, C-band'da çalışan fiber sabit sistemlerde çalışan fiber sabitler için çalışır.

100 GHz ile 40 kanal DWDM sistemi içinde, zayıf FWM ürünleri yüzlerce kilometreden fazla bir araya gelebilir. Güç eşitleme ve eşitsiz kanal müdahalesini azaltmak için iki pratik yöntemdir. Sonuçsız spacing, ürünleri karıştıran ürünlerden sağlar, ancak bu teknik kos transceiver tasarım ve nadiren modern esnek ağlarda kullanılır.

Stimated Raman Scattering (SRS)

SRS, bir pompa fotonun daha düşük enerjiye (uzun uzun dalgalar) yayıldığı bir süreçtir. Enerji farkı moleküler bir titreşime transfer edilir (optik nm), bu etki, Raman saçılma için geniştir (~40 THz, daha uzun dalgalar boyunca güç kazanır.

SRS-indükli eğim, kazanç şişirme filtreleri kullanarak telafi edilebilir veya kanal başına fırlatma güçlerini ayarlayarak telafi edilebilir. Raman yükselteçlerini (kullanılmış amplifikasyonu) kendileri, etki dengesizliğe karşı dikkatli bir şekilde yönetilmelidir.

Stimated Brillouin Scattering (SBS)

SBSn diğer bir iç içe geçmiş saçılma işlemidir, ancak başlatılan güç, optik fonlardan ziyade akustik fonlar içerir.Gelişmiş ışık, ağır güç dalgalanmalarına neden olur ve SBS'nin baskı altında olduğu yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte hızlanır.

Optik Alıcı Signal Integrity üzerindeki etkisi

Bit Error Rate (BER) ve Eye Closure

Nonlinear dezenfeksiyonları doğrudan yüksek BER'ye tercüme eder. Örneğin, SPM-indüklenmiş bir hata işleminde (DSP), SPM ve XPM'nin taşıyıcı aşaması tahminlerine neden olur, dikey ve yatay olarak kapanıklığa yol açarken, dikey göz kapanması karar marjını azaltır, yatay olarak, 32 Gbaud DP-16QAM sistemi ile standart bir sinyal işleme işlemine kadar, SPM ve XPM'den gelen gürültü aşamasını en iyi şekilde düşürür.

Signal-to-Noise Oran (SNR) Degradasyon

Lineer olmayan müdahale (NLI), yüksek güçlere sahip olmayan katkılardan dolayı katkı sağlayan katkı maddesi olarak ifade edilebilir.The nonlinear response (NLI) mayınsız (Dönetici)) = 1/SNR)ASE)) + 1/SNR)|Düzüksel gürültünün optik yükseltildiği yer, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, NLISNR[D) Bu iki yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte.

WDM Systems'de Interchannel Crosstalk

FWM ve XPM, basit bir filtreleme ile kaldırılamaz bir kanalla ilgili olarak iç içe geçebiliyor. Yoğun bir WDM ızgarasında, FWM ürünleri tam olarak kanal frekanslarında düşebilir, sinyale ekleyen 100 GHz-spaced 40-kanıklı sistemde, her kanalda yüzlerce FWM ürün çakılabilir.

Coherent Alıcı Challenges

Coherent alıcılar kesin bir aşamaya güveniyor ve DSP ile amplitüdül kurtarmayı sağlıyor. Ancak, doğrusal olmayan kanallar bu etkiler için telafi edilebilir, örneğin, SPM ve XPM'den gelen doğrusal olmayan faz gürültüsü, zaman alıcı süper kanal tasarımcıların zaman dönümü olarak görünüyor.

Forward Hatası Üzerine Etkisi (FEC)

Lineer olmayan bozulmalar da hatanın istatistiksel dağılımını analiz edebilir. Çoğu FEC kodları, ekleyici beyaz Gaussian gürültü (kürücük olmayanlar ve hataları tanıtabilir, etkili kodlamaları azaltır. Örneğin, SRS-indüklenen eğimler, bazı kanallarda ağların kenarlarını dengelemesine neden olabilir. Güç devretme elemanları (örneğin, silikonda sıvı kristaller)

Prosedür Stratejileri ve Sistem Tasarımı

Optik Güç Yönetimi

En basit ve en evrensel olarak uygulanan mitigation, kanal başına en uygun başlangıç gücünde çalışmaktır.Bu güç, fiber (tipik olarak yaklaşık 0 dBm kanalına tek mod fiber için kanal başına 0 dBm) ile belirlenir ve böylece nonlineer birikimine göre kanal başına sabit bir güç sağlar.

Dispersion Management

Dispersion management, SPM tarafından üretilen chirp ve chromatic Dağıtım arasındaki etkileşimi azaltır. miras sistemlerinde, dağıtımlı bağlantılar, dijital eşitlemeler yoluyla büyük bir miktar dağıtmaya eklenir. ancak, DCF, FWM için küçük bir etkili alana sahiptir, bu da yüksek güç noktalarına eklenmez.

Gelişmiş Modulation and Coding

Daha düşük zirveye sahip modlama biçimleri (PAPR), puanlar için takımyıldızlara daha az duyarlıdır, örneğin, 8PSK 16-QAM. Probabilistic takım şekillendirme (ücretli), Dar ve Feder) tarafından yüzde 15 ila 15 arasında ortalama gücü azaltmıştır.

Ayrıca, "bağlantılı Kanal" tekniği ve Volterra bazlı eşitizerler alıcı DSP'de uygulanabilir. Bu yöntemler performans için karmaşıklık ve ASIC teknolojisi ilerlemeleri olarak daha uygulanabilir hale gelmektedir.

Optik Aşama Konjugasyon (OPC)

OPC, doğrusal olmayan bir element kullanan orta ölçekli bir tekniktir (örneğin, laboratuvardaki önemli performans kazanımlarla birlikte periyodik olarak kutuplu bir lityum niobate dalga kılavuzu) optik alandan vazgeçilir. OPC'den sonra, bağlantının ilk yarısında bir araya gelen nonlinear distasyonun neredeyse tamamen iptal edilmesi gerekir.OPC, önemli performans kazanımlarla laboratuvar kurulumlarında (bakım:0) Bu 2017 çalışma Optika), pratik dağıtım yüksek kaliteli faz konjugasyon gerektirir ve düşük ekleme kaybı ve dikkatli bir araştırma alanı olarak kalır.

Spasal Mode Multixing

Daha uzun vadeli bir çözüm, çekirdek başına birkaç mod fiber veya çok çekirdekli fiber kullanmak, birden fazlaxingin şarj edilmesine izin vermek için, bu nedenle çift çekirdekli çok sayıda fiber veya çok çekirdekli fiberler, doğrusal olmayan bozulmalar, daha düşük, ancak temel-core haçlı haçlı haçlar yeni cezalar getiriyor.

Network Opera Opera Operatörler için Pratik Örnekler

Ağ planlayıcıları için, fiber doğrusal olmayanlıkları anlamak bağlantı mühendisliği için önemlidir. Modern planlama araçları Gaussian-noise (GN) modeli içerir, Gaussian gürültülerini P3'e kadar bir güçle ilgili olarak yaklaşık olarak ölçemez.P kanalsız bağlantılar ve eşleyici algılama. Operatörler, doğrusal olmayan eşikleri veya ticaret kapasitelerini sınır dışı etmek için kapasiteye yakın olarak seçmek zorundadır.

Alan destekli sistemler de dinamik değişikliklerle karşı karşıya kalır: kanalları eklemek XPM ve FWM ortamında değiştirir. ROADMs (öneticili optik eklentiler birden fazlaxers) hata patlamalarından kaçınmak için ortaya çıkan gücü eşitleştirmeyi yönetmek gerekir.

Future Trends and Research

Endüstri 800 Gbps ve 1.6 Tbps'ye kadar hareket ettiğinde, fiber doğrusal olmayanları yönetmenin önemi sadece hava çekirdeği ve dolayısıyla uygun olmayan bir tazminat için incelenecektir.Bu fiberler hala yüksek oranda zarar ve maliyetle acı çekmez, diğer vaat eden bir yön, tüm optik depolama alanı ile entegre edilmiş bir şekilde sabit olmayan bir şekilde yeniden yükleme işlemine olanak sağlar.

Özetle, fiber doğrusal olmayanlar temel olarak modern optik iletişim sistemlerinin performansını sınırlandırır. Self-faksiyon, çapraz-faklama, dört dalga karıştırma ve tüm transkript işlemlerinin tüm alıcıya katkıda bulunmaya ve sistem marjlarını azaltmaya yardımcı olur. Güç yönetimi, dağıtım mühendisliği, gelişmiş modulation, dijital tazminat ve optik aşama konjugasyon, sağlam ağların oluşturulması için gereklidir.