Optik Signal-to-noisenin Önemi Yüksek hızlı Data Transmission
Giriş: Güvenilir Optik İletişimin Vakfı
Bu nedenle, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bir veri kümesinin geri alınması, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan tek bir değişkendir.
Bu makale, OSNR'nin bir yazar, derin araştırmasını sağlar: ne olduğu, daha önce yüksek hızlı iletişimde daha fazla önemli, onu aşağılayan faktörler ve pratik stratejiler mühendisleri bunu korumak için çalışır.Eğer bir ağ mimarı, bir alan mühendisi veya bir iletişim öğrencisi olun, mastering OSNR dinamikleri sizi her zamankinden daha hızlı, daha hızlı ve güvenilir fiber bağlantıları teslim etmeye zorlayacaktır.
Optik Signal-to-Noise Oranı (OSNR) nedir?
OSNR, standart referans bant genişliği içinde ölçülen optik sinyal gücünün oranı olarak tanımlanır. Tipik olarak, referans bant genişliği 0.1 nm (yaklaşık 12.5 GHz'ye 1550 nm) - Uluslararası Ttelekomünikasyon Birliği tarafından belirlenen bir kongre (ITU-T).
[0]OSNR (dB) = 10 × log10 (P signal / P noise)).
[FONT:0]P signal[Dönetici:0][Dönetici:0))[0]P signal[D[Dönetici: 1 ), optik yükselteçlerden daha düşük bir emisyonla daha düşük bir kirlenmeye sahip daha temiz bir sinyale işaret ediyor (ASE) diğer gürültü kaynakları olarak.
Uygulamada, OSNR, sinyal ve gürültüyü kutuplaşmasız alanlardan sonra ölçmüş olan birçok tel ve optik yükselteçle ölçmektedir. Modern optik spektrum analizörleri (OSAs) ve eşanlı alıcılar, doğrudan OSNR rapor edebilirken, çoğu zaman kutuplaşma-boğazlama tekniklerini kullanarak sinyal ve gürültüyü ayırt edebilir veya düzeltme işlemini 100 Gbps coherent bağlantı aralığı için 100 Gbps amplitüdüllü olmayan bölgelerde ölçümle yapabilirler.
OSNR elektrik sinyal-tonoise oranından farklı olduğunu belirtmek önemlidir (SNR). OSNR, yükselticilerden gelen bir tamamen optik alan metriktir; fotodeteksiyondan sonra, elektrik SNR alıcı gürültüye, termal etkilere ve vuran gürültüye bağlıdır. Ancak, en yüksek hızlı sistemlerde, OSNR yükseltici faktör limitli performanstır, çünkü yükselticilerden gelen ASE gürültü her bir yay ile lineer olarak birleşir.
OSNR Yüksek Hızlı Veri İletinde Neden Faktörler
Daha yüksek veri oranları için sürekli talep, OSNR'nin önemini doğrudan güçlendirdi. 10 Gbps'de, mirasın anahtarlama (OOK) sistemleri OSNR'ye 12 dB olarak daha düşüktü çünkü alıcı bant genişliği daraldı ve modulation, ASE tarafından tanıtıldıktan sonra 400 Gbps sistemleri daha hassastı.
Bit Error Rate üzerindeki Etkisi (BER)
Düşük OSNR'nin en doğrudan sonucu yüksek bir miktar hata oranıdır. Her optik yükseltici ASE gürültüyü ekliyor; OSNR'de 1 dB düşüş, yüksek sipariş QAM formatları için on faktöre doğru yükselir. Sonuç olarak, FEC decoder'in düşüklüğünden sonra (tipik olarak 2-4 dB) en az sayıdaki taşıma ağının standart bir şekilde artmasını sağlayabilir.
En büyük Transim Uzaktan
OSNR doğrudan bir optik bağlantıya varılabilir bir azaltımı dikte eder. Çünkü ASE gürültü her bir yükseltici aşama ile lineer bir araya gelir, alıcıdaki OSNR yaklaşık olarak şöyle olabilir:
[0]OSNR receiver ⁇ P out – NF – 10 log10 (N) – 10 log10 (h ⁇ {{f)).
[FONT=0]P out yükseltici çıktı gücüdür, ).NF), gürültü rakamdır, [[Döneticileri = OSNR'yi azaltır, bu yüzden sistem tasarımcılarının uzunluğu, yükselteçmiş enerji ve gürültüyü elde etmek için denge gerekir.
Kapasite Modulation Format ile
ShannonHartley, QPSK'den taşınmak için bize kanal kapasitesinin 1 + SNR'nin logarithm'e doğru orantılı olduğunu hatırlatıyor (Moskova'da ikinci başına notlar) ve her bir işletim için OSNR'ye sıkı bir şekilde bağlı olarak, SDPSK'ye kadar (b/s/Hz) 64-QAM (6 b/s/Hz) 64-s/s/Hz) AGNR'ye kadar limitlerini şekillendirmeye çalışıyor.
Doğru olmayanlara karşı
Yüksek OSNR sadece ASE gürültülerine karşı bir savunma değildir - aynı zamanda her bir aşamalı modulation (SPM) ve çapraz faz modulation (XPM) için sinyal gücü artırıldığında, doğrusal olmayan etkiler daha güçlü hale gelir, her bir kesintiye yakın olarak “optimum başlatıcısı”nın kökenidir: çok düşük ve OSNR acı çeker; çok yüksek ve doğrusal olmayan cezalar, sinyal kalitesi.Modern sistemler dijital doğrusal olmayan tazminatlar kullanır.
OSNR'nin Arttığı Faktörler
OSNR bozulması, herhangi bir optik olarak geliştirilmiş bir ağda kaçınılmazdır, ancak kök nedenlerini anlamak, mühendislerin karşıtlığı tasarlamalarına izin verir. Aşağıdaki faktörler en etkili olanıdır.
Amplifier Gürültü Şekil ve ASE
Her erbium-doped fiber yükselteç (EDFA), yükselticinin gürültü rakamını (NF) ile ilişkilendirir, genellikle OSNR'yi geliştirmek için 4 ve 6 dB arasında kullanılabilir.
Fiber Attenuation and Span Length
Optik fiber kaybı (tipik olarak 0.2 dB/km, standart tek mod fiber için 1550 nm) yükselticinin ne kadar kazanacağını belirler. Longer spans, daha yüksek bir kazanç gerektirir, bu nedenle dönüş daha düşük parlaklık fiber kullanarak daha fazla ASE gürültüyü azaltmaktadır (örneğin, saf silik çekirdeği fiber ile <0.18 dB/km) doğrudan OSNR'yi geliştirir çünkü yükselteç kazanır - ve böylece birik olarak azalır - birik olarak azalır.
Kompozisyon Kalitesi ve Bağlantıları Kayıp
Zavallı splices, kirli konektörler ve aşınma optik bileşenler, kuvvet yükselteçlerinin daha sıkı çalışması için yükseltilmesini sağlar.Tek 0,5 dB aşırı kaybı, tüm OSNR'yi çok gelişmiş bir bağlantıda 0,5 dB'yi azaltabilir, onlarca kilometreye kadar yükseltebilirsiniz. Düzenli denetim ve düşük parlaklık füzyon splices'i kullanmak için, ucuz ama son derece etkili OSNR koruma uygulamaları.
Dispersion ve PMD
chromatic dağılımı (CD) ve kutuplaşma modu dağılımı (PMD) doğrudan gürültü ekmiyor, zaman içinde sinyal yayıyor ve intersymbol müdahalesine neden oluyor. Lineer olmayan etkilerle bir araya geldiğinde, bu orantısız etkiler etkili OSNR marjını azaltabilir, çünkü alıcı gürültüyü eşitlemeli, bu da baskı modülleri (DCMs) veya dijital tazminatlar yüksek hızlarda OSNR bütünlüğü korumak için önemlidir.
Interference ve Crosstalk
Yoğun dalga boyun eğlendirici sistemlerde, 50 GHz veya 25 GHz'de yer alan kanallar, özellikle de birden fazla optik eklenti ile filtrelenen çoklu dalga boyun eğlendiricileri (ROADMs) ile doğrusal bir şekilde sabitlenebilir.
Fiber Nonlinearities
Daha önce de belirtildiği gibi, AGNR'yi artırmak için üst başlangıç güçleri doğrusal olmayan bozulmalara neden oldu (örneğin, dört dalgalı karışım, çapraz-fak modülasyon). Bu bozulmalar alıcıdaki gürültü benzeri cezalar gibi görünüyor ve basit filtreleme ile kaldırılamaz.ASE ve doğrusal olmayan sistemler arasındaki etkileşim karmaşıktır, ancak net etki OSNR'nin artan güç saturateslerinden dolayı iyileşmesidir - ve sonunda Gaussian gürültüyü kullanarak doğru modelleme.
Modern Coherent Systems'de OSNR
Eşdeğer algılama devrimi OSNR yönetiminin gelişi. Coherent alıcılar hem optik alanın amplitüdünü hem de aşamasını yakalarlar, doğrusal bozulmaların dijital tazminatını sağlar ve yüksek sipariş modülasyonunu kullanın. Ancak, OSNR gereksinimleri daha sıkı ve ölçüm yöntemleri daha fazla nuanced.
Coherent vs. Direkt Tespit
Precoherent sistemleri doğrudan algılamayı kullandı ve OSNR'ye optik spektrum analizörü ile ölçüldü. Eş zamanlı sistemlerde, dijital sinyal işlemcisi (DSP) hem ASE gürültülerini kullanarak ASE'nin sinyalini ayırabilir ve hızlı Fourier dönüşümlerini içerir.G-OSNR'nun tüm gürültü benzeri bozulmaları içerir.[G-OSNR)[DFLT:1, hem ASE hem de doğrusal olmayan gürültü katkılarını hesaba katarak daha doğru bir şekilde konumlandırır.
OSNR cezaları 1. ve Alıcı Imperfections
Modern transponders, OSNR cezalarını verici lazer çizgisi genişliğinden, modülel önyargılı sürüklenme ve DAC / C ölçüm hataları nedeniyle tanıtmaktadır. 64-QAM sistemi için, lazer hattı genişliği yüksek performanslı limanlardan kaçınmak için 100 kHz altında olmalıdır.
OSNR'yi Geliştirmek için Stratejiler
Mühendislerin ağ yaşam döngüsü boyunca OSNR'yi en üst düzeye çıkarmak için zengin bir araçta bulunuyorlar. Aşağıdaki stratejiler devam eden operasyonlar yoluyla tasarım aşamasından uygulanır.
LowNoise Amplifier ve Raman Pumping
EDFA'ları 4.5 dB'nin altındaki bir gürültü rakamla (veya hatta denizaltı yükselteçleri için daha düşük) seçmek, ultra uzun süreli ve denizaltı bağlantıları için, Raman amplifikasyonu (DRA) dağıtılır: yüksek güç pompa lazer, yüksek çözünürlükte enerji sağlar, ancak OSNR'nin verimli bir noktadan daha düşük olması gerekir.
Span Uzunluklarını optimize edin ve Power Start
En iyi aralığı kullanarak (tipik olarak 80-100 km karasal sistemler için) dengeler yükseltici maliyet ve OSNR performans. Güç, "100 km başına 1 dB" kuralını kullanarak ayarlanabilir. Probabilistic formda (kazanma) modu dinamik olarak mevcut OSNR marjını eşleştirebilir, ulaşılabilecek şekilde işlem hacmini ayarlayabilirsiniz.
İşsiz İleri Hata Düzeltme (FEC)
Sertleştirme ve yumuşak-decision FEC algoritmaları önemli hale geldi. Modern FEC kodları (örneğin, LDPC, staircase decoding) FEC kazancından sonra "net OSNR gereksinimini 10-3 dB'ye etkili bir şekilde azaltılabilir.
Dispersion ve Nonlinearity Management
Eş zamanlı alıcılarda dijital sinyal işleme yoluyla tazminat, yüksek güç bağlantılarında OSNR marjının 1-2 dB'ye kadar geri ödeme yapılmasını sağlar.
Temiz Optik Pat Patlama
Düzenli olarak incelenen ve temizlik kabloları, minimizleme splice kayıplar ve düşük parlaklıklı yama kablolar kullanılarak düşük maliyetli alışkanlıklar da düşük ölçekli etkilerle çalışır. Fiber yaş ve virajlar da iyileştirilmiş OSNR; modern s duyarsız fiberler, 0.1-0.2 dB'yi her yere tıraş edebilecek mikro-saç kayıpları azaltır.
Canlı Ağlarda OSNR'yi Takip Et
Sürekli OSNR izleme, ROADM'da hata tespiti ve kapasite optimizasyonu için vazgeçilmezdir. Tarihsel olarak, OSNR'nin aşırı test edicileri (OSA) ölçülen OSNR'yi doğrudan kanal arasındaki gürültü zeminini kullanarak ölçebilir. Ancak, 50 GHz kanalıyla, aynı kanalda sinyal ve gürültü gücü ölçer ve gürültüyü ölçer ve gürültüyü ölçer.
Yazılımlı ağ (SDN) transponders'den otomatik olarak modulation, pre-emphasis veya bir hata meydana gelmeden önce yeniden rotalama trafiği ayarlamak için gerçek zamanlı OSNR verilerini kullanmaktadır.Bu kapalı-loop kontrolü, otonom optik ağdan önemli bir olanak sağlar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Optik sinyal oranı, yüksek hızlı veri iletiminin temel taşı olarak fiber üzerinde kalır. Veriler 400 Gbps'nin ötesine kadar 40 Gbps'nin ötesine geçer, OSNR'ye olan hassasiyet daha akut hale gelir. Mühendisler ASE birikiminin fiziği, ticaret dışı olmayan ağlar ve gerekli performansı güvenilir bir şekilde sunmak için kalite bileşeninin etkisinden daha ileri sürebilirler: Raman amplifikasyonu gibi modern araçlar ile güçlü bir bağlantı, güçlü FEC ve coherent DSP tabanlı- OSNR izleme, bugün ağlar OSNR izleme ağları her zamankinden daha fazla zorlayabilirler.
OSNR temelleri ve modern uygulamaları hakkında daha fazla okuma için, [[Dönetici:0)IEEE standartları), [[Dönetici:2|Corning'in fiber kaynak kütüphanesi) ve [[Fujitsu optik ağ teknolojisi portalı).