556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИ КОММУТИРУЕМЫХ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ КАНАЛОВ

Плотников А.А. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фокин В.Г., профессор СибГУТИ

На современном этапе развития транспортных сетей технология DWDM все чаще начинает использоваться не только на магистральных, но и на городских и внутризоновых участках сети. Это связано с лавинообразным ростом трафика, который наблюдается в последнее время, что в свою очередь является следствием стремительного развития информационных технологий.

Изначально, основной функцией технологии DWDM являлось спектральное уплотнение волоконно-оптических линий, что позволяло значительно увеличить объем передаваемого трафика в единицу времени, при этом вся коммутация/маршрутизация производилась на электрическом уровне, то есть оптическая составляющая сети оставалась статической.

Помимо этого, с появлением технологии DWDM, начали появляться идеи построения динамических оптических сетей, такие сети получили название ASON — автоматически коммутируемые оптические сети. И, в последнее время, когда объемы передаваемого трафика значительно возросли, использование подобных сетей становится особенно актуально. Это обусловлено так же тем, что для коммутации/маршрутизации растущего объема трафика на электрическом уровне требуются все более мощные процессоры и все бо́льшие объемы оперативной памяти, что значительно усложняет и удорожает используемое оборудование. При этом использование коммутации на оптическом уровне в высокоскоростных сетях более перспективно и со временем приведет к сокращению капитальных и операционных затрат операторов связи.

Во время развертывании оптических сетей проектировщики сталкиваются с рядом проблем, связанных с наличием в оптических транспортных сетях множества факторов, ограничивающих дальность передачи оптических сигналов. В связи с чем, на этапе проектирования необходимо производить детальный расчет параметров таких сетей. При этом, в случае построения динамически коммутируемых оптических сетей, задача предварительных расчетов значительно усложняется, так как необходимо моделировать поведение сети для всевозможных комбинаций маршрутов для всех длин волн одновременно.

При этом, при моделировании подобных сетей необходимо особое внимание уделять параметру отношение оптический сигнал/шум – OSNR, так как, в отличие от других оптических параметров сети, отношение оптический сигнал/шум можно привести в норму только методом электрической регенерации сигнала, то есть его опто-электро-оптического преобразования, что

91

значительно усложнит разрабатываемую сеть и отодвинет нас от создания полностью оптической сети.

В работе представлена модель сети с динамической коммутацией на оптическом уровне. Ввиду наличия в модели регулируемых параметров, возможно создание различных топологий сети с различными характеристиками и отслеживать их поведение. В результате проделанной работы будут разработаны оптимальные типовые топологии оптических сетей с динамической маршрутизацией длин волн. Помимо этого, будут выявлены основные факторы, негативно влияющие на масштабируемость и протяженность подобных сетей, а также будут даны рекомендации по оптимизации данных факторов.

ВЛИЯНИЕ ИЗГИБА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА НА ЗНАЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ МОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ

Резак Е.В., Малинкин В.Б.

ХИИК ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», Хабаровск СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: lenasletter@mail.ru, тел.: +7(909) 854-81-33

В оптическом волокне световая волна представляется в виде двух ортогонально поляризованных мод, каждая из которых перемещается с разной скоростью, таким образом приводя к возникновению временной дисперсии, называемой поляризационно-модовой дисперсией. [1] Последняя, в случае компенсации других видов дисперсии, будет основным фактором, уменьшающим максимально возможную скорость передачи информации. Исследования различных авторов показывают, что для линий большой протяженности компенсация дисперсии такого рода невозможна. [2-4] Необходимо отметить, что появление поляризационно-модовой дисперсии зависит не только от длинной протяженности линии связи, но и от погрешностей волокна, возникающих в процессе эксплуатации линии. Так, например, в местах соединения со временем может возникнуть деформация волокна, приводящая к возникновению изгиба оптического волокна.

Выявление зависимости полязизационно-модовой дисперсии от деформации изгиба одномодового оптического волокна осуществлялось на основе искусственного внесения локального изгиба в оптическое волокно линии связи. Место изгиба устанавливалось в начале линии. Поскольку изгиб ОВ обладает сильным двулучепреломлением [5], то измерения полязизационномодовой дисперсии осуществлялись для трех ориентаций плоскости изгиба в пространстве относительно горизонтальной оси 0 , 45 и 90 . Результаты экспериментального исследования показаны на рисунке.

Эксперимент показал, что изгиб оптического волокна, соединенного с началом линии имеет ярко выраженное влияние на значение параметров поляризоционно-модовой дисперсии. При этом ее значение колеблется между 40 фс до 70 фс. Во всех трех случаях зависимость полязизационно-модовой

92

дисперсии от угла изгиба носит колебательный характер со средней тенденцией к уменьшению полязизационно-модовой дисперсии с увеличением угла изгиба.

Согласно рисунку, при вертикальном расположении изгиба в начале линии (кривая 1), среднее значение полязизационно-модовой дисперсии с ростом угла изгиба уменьшается. Аналогичные результаты получены для положения изгиба волокна под углом 45 и 90 , отличие состоит в сдвиге максимумов кривых 1, 2 и 3 на рис. 5. Автокорреляционный анализ показал: период повторения кросскорреляционной функции для всех кривых составляет 50 ±5 по углу изгиба.

Расчетный сдвиг фаз ортогональных составляющих света на участке изгиба волокна за счет явления фотоупругости составляет 143 при изгибе одномодового оптического волокна на 180 .

в)

Рисунок – Зависимость значений полязизационно-модовой дисперсии от расположения изгиба оптического волокна во взаимно перпендикулярных плоскостях: а – быстрая ось вертикальна; б – быстрая ось под углом 45°; в – быстрая ось горизонтальна.

Полученный сдвиг фаз соответствует наличию трех максимумов на кривых (рисунок а, б, в) и вызван возникновением чередующихся линейной и круговой поляризаций. То есть, поляризованный свет, прошедший через двулучепреломляющую среду, изгиб волокна, проходит поочередно через

93

состояние линейной и круговой поляризации, так как в изогнутом волокне оптические оси анизотропии располагаются таким образом, что сохраняется постоянная разность показателя преломления обыкновенного и необыкновенного лучей.

Исследования зависимости полязизационно-модовой дисперсии от изгиба одномодового оптического волокна дают основание полагать о возможности компенсации поляризационной модовой дисперсии посредством искусственной деформации волокна. То есть, существует возможность уменьшения полязизационно-модовой дисперсии путем включения в оптический тракт волокна в состоянии двулучепреломления. Согласно полученным экспериментальным данным компенсации может составлять величину порядка 20 фс, что, в свою очередь, позволит увеличить скорость передачи данных по волоконно-оптическому кабелю [6,7].

Литература:

1.Акопов, С. Г. Одномодульные подвесные оптические кабели для широкополосных сетей доступа [Текст] / С. Г. Акопов, Н. А. Васильев, Е. Б. Гаскевич // LIGHTWAVE russian edition, 2007. №3. №3. – С. 23-30.

2.Poole C. D. Polarization effects in lightwave systems [Текст] / C. D. Poole, J. Nagel, I. P. Kaminov, T. L. Koch // Optical Fiber Telecommunications IIIA, eds. (Academic press, San Diego, 1997). - p. 114.

3.Гладышевский, М. А. Чем опасна поляризационная модовая дисперсия [Текст] / М. А. Гладышевский, Д. Д. Щербаткин // LIGHTWAVE russian edition. –2004. – №4. – С 33-34.

4.Поляризационная модовая дисперсия [Текст] // LIGHTWAVE Russian Edition. –2008. – №2. – С 21-22.

5.Резак, Е. В. Фотоупругость на изгибе оптического волокна [Текст] / Е. В. Резак, М. Р. Прокопович // Инновационные технологии – транспорту и промышленности: труды 45-ой Международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, 7-9 ноября 2007 г. в 7 т, под ред. Ю.А. Давыдова. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. – 2007. – Т. 2. – С 146-148.

6.Резак, Е. В. Влияние изгиба оптического волокна на значение поляризационной модовой дисперсии [Текст] / Е. В. Резак, М. Р. Прокопович, И. Н. Смеликова // Сборник трудов международного оптического конгресса «Оптика – ХХI век». Санкт – Петербург. 20 – 24 октября 2008 / Под ред. проф. В.Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова – СПб. – 2008. – Т. 1. – С.278-281.

7.Резак, Е. В. Исследование зависимости поляризационной модовой дисперсии от деформации и места нахождения изгиба [Текст] / Е. В. Резак // Физические и оптические свойства кристаллов и наноструктур: сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строгонова. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. – 2009. – С 64-67.

94

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАФФИКА НА СЕТЯХ СВЯЗИ

Савинов В.В. СибГУТИ, Новосибирск

Научный руководитель – Фокин В.Г., профессор СибГУТИ

В современном мире отрасль телекоммуникаций стала неотъемлемой частью нашей жизни, мы уже и не можем себе представить жизнь к примеру без сотового. Поэтому данная сфера активно развивается и совершенствуется, но улучшение лишь аппаратной части данного вопроса зачастую не позволяет в полной мере использовать возможности сетей, а также удовлетворить все более и более растущие требования клиентов. Если ранее многим пользователям была важна скорость доступа к интернету, то с развитием онлайн игр важной стала характеристика «ping», уменьшать которую и оптимизировать без использования программных разработок практически невозможно.

Данные потребности, а также экономия ресурсов дали существенный толчок к появлению и активному развитию понятия грумминга (оптимального распределения нагрузки на сети связи). Причем можно выделить в корне две разновидности данной области: статическое и динамическое маршрутизирование. Первое обычно используется на этапе проектирования и первичной настройки, второе же уже непосредственно во время работы сети. Также данные виды и отличаются в способе получения информации: статическое используется закладываемые данные и ресурсы, которые определяются заранее для сети, а также используя статистические данные. Динамическое же используется непосредственно онлайн данные реагирует практически мгновенно. Именно с развитием компьютерной техники и ее быстродействию стало возможным в режиме реального времени отлеживать и проводить оптимизацию на сети, но методология пока еще не отработана.

Существует достаточно много теорий и предложений по динамическомумаршрутизированию, в данной работе рассмотрена лишь часть. Так как это очень актуальная тема и достаточно схожая с принципом оптимальной доставке грузов, в случае телекоммуникаций – пакетов, то логично применить именно эти экономические методы для реализации на сетях связи. Представлены несколько вариантов, а также их сравнительный анализ друг с другом.

95

МОДУЛИ КОГЕРЕНТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Фокин В.Г. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: mesos@rambler.ru, тел.: 269-82-52

Для решения задач передачи и приёма оптических канальных сигналов с масштабируемыми по нарастанию скоростью от 2,5Гбит/с до 120Гбит/с и выше до 1Тбит/с требуется использование трансиверов с узкополосными оптическими излучателями (с полосой в пределах до 1МГц), сложных многопозиционных амплитудно-фазовых модуляторов (mQAM, m=8, 16, 32, 64,128 и т.д.) и когерентных приёмников со сложными адаптивными системами восстановления цифровых сигналов. До недавнего времени эти задачи решались путём увеличения числа спектральных каналов с относительно простыми видами модуляции оптического излучения и прямым детектированием сигналов на приёме и применением корректоров ошибок в блоках цифровой обработки.

Последнее поколение трансиверов предусматривает иные возможности по организации передачи в оптических каналах, основанные на мультиплексировании n ортогональных частотных поднесущих, формируемых от одного источника оптического излучения с малым интервалом между ними. При этом каждая из n поднесущих может быть модулирована сигналом в формате mQAM на скорости до 100Гбит/с. Модули получили название CFPмодули - оптические трансиверы, соответствующие новому промышленному стандарту CFP (C-Form-Factor Pluggable). Также на основе их использования разработаны транспондеры и мукспондеры (агрегаторы цифровых высокоскоростных потоков) для когерентных оптических сетей. Их применение резко сократило объёмы оптического оборудования, потребление энергии, снизило стоимость оптических мультиплексоров. Однако с внедрением этих модулей потребовалась разработка методик расчёта характеристик передачи оптических каналов и оптических секций мультиплексирования с учётом многих факторов снижения уровня мощности, дисперсионных искажений, накопления оптических шумов различного происхождения, введения штрафных показателей за формат модуляции и т.д.

В докладе представлены конструкции, схемы и характеристики оптических модулей с различными форматами модуляции, прямого и когерентного детектирования. Также приводится методика оценочного расчёта оптических каналов.

Литература:

1DWDM системы: научное издание/В.Н.Листвин, В.Н.Трещиков. –М.: Наука, 2013.-267с.

2William Shieh. OFDM for Optical Communications. Academic Press is an imprint of Elsevier. 2010. -457pp.

96

3 Thomas E. Stern, Georgios Ellinas, Krisna Bala: Multiwavelength Optical Networks. Architectures, Design, and Control: Cambridge University Press, 2009.- 1006pp.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ LTE-ROF СИСТЕМЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РАССТОЯНИЯХ ПЕРЕДАЧИ

Шушнов М.С., Шушнова Т.В. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: sms@sibsutis.ru, тел.: (383) 269-82-64

Одним из перспективных направлений развития современных сетей доступа является совместное использование беспроводных и оптических технологий. Стандарт LTE был разработан консорциумом 3GPP с целью усовершенствования технологий мобильной передачи данных. Использование оптических сетей в качестве транспортной среды в сетях LTE позволяет обеспечить передачу радиосигналов между базовой станцией и удаленными ретрансляционными узлами с низким затуханием непосредственно на высокой частоте, что в свою очередь позволяет увеличить радиус соты до 60 км.

В данной статье проводится анализ влияния нелинейных искажений при передаче радиосигналов по оптическому волокну в системе LTE-RoF. Анализируемая система представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Система LTE-RoF с возможностью изменения дальности передачи от 10 до 60 км

ПОА – переменный оптический аттенюатор; SMF – одномодовое оптическое волокно; ЭОУ – эрбиевый оптический усилитель EDFA; ФД – фотодетектор; МШУ – малошумящий усилитель

Система на рисунке 1 была смоделирована в пакете прикладных программ MATLAB. При этом учитывались следующие аспекты анализируемой системы:

1)при передаче используются следующие виды модуляции: QPSK, 16QAM, 64QAM;

2)электрооптическое преобразование происходит за счет прямой модуляции интенсивности лазером с распределённой обратной связью (РОСлазер);

97

3) в качестве физической среды для передачи в системе RoF используется одномодовое оптическое волокно SMF.

Обобщённые параметры анализируемой системы представлены в таблице.

Таблица – Параметры анализируемой LTE-RoF системы

Врезультате проведённого моделирования системы LTE-RoF, представленной на рисунке 1, были получены зависимости потерь мощности от выходной мощности оптического излучения для разных расстояний передачи трёх видов модуляции стандарта LTE (рисунок 2).

Из рисунка 2 следует, что распространение сигнала по оптическому волокну можно условно разделить на три участка:

I – линейный участок (влияние нестабильности частоты излучения РОСлазера и хроматической дисперсии);

II – смешанный участок (компенсация влияния нестабильности частоты излучения РОС-лазера и хроматической дисперсии за счёт фазовой самомодуляции и вынужденного рассеяния Бриллюэна);

III – нелинейный участок (нелинейные искажения за счёт фазовой самомодуляции и вынужденного рассеяния Бриллюэна).

Вывод, следующий из рисунка 2: оптимальным является участок II при мощности оптического излучения от –2 до +2 дБм. Данный вывод применим как при минимальной дальности передачи 10 км, так и при максимальной – 60 км для всех трёх видов модуляции (QPSK, 16-QAM, 64-QAM).

Врезультате проведённого анализа можно сказать, что работоспособность системы LTE-RoF с максимальным радиусом соты 60 км обеспечивается при условии, что выходная оптическая мощность будет находиться в пределах от –2 до +2 дБм, не требуя при этом дополнительной оптической коррекции нелинейных искажений при передаче по оптическому волокну. Поддержание оптической мощности в требуемых пределах в рассматриваемой системе

98

непосредственно связано с регулировкой мощности передаваемого радиосигнала. Что в свою очередь является отдельным аспектом для рассмотрения в данном направлении.

Рисунок 2 – Зависимости потерь мощности от мощности оптического излучения для трёх видов модуляции: а) QPSK, б) 16-QAM, в) 64-QAM

Литература:

1. Theoretical and Experimental Optimum System Design for LTE-RoF Over Varying Transmission Span and Identification of System Nonlinear Limit. W.P Ng, T. Kanesan, Z. Ghassemlooy, C. Lu // IEEE Photonics Journal, Vol.4, №4, October 2012. – p. 1560-1571.

99

Секция 7

РАДИОСВЯЗЬ

ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ МОДУЛЯЦИИ ДЛЯ БОРЬБЫ С ПОСЛЕДСТВИЯМИ МНОГОЛУЧЕВОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Быстрова О.А. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: alexandredottir@gmail.com, тел.: (383) 269-82-54

Сигналы от приемника к передатчику распространяются не только по прямой, но и испытывают многочисленные отражения от окружающих объектов и поверхности. Следствием многолучевого распространения может стать ряд нежелательных эффектов. Например, более быстрое убывание интенсивности сигнала с расстоянием по сравнению с убыванием в свободном пространстве.

Кроме того, радиосигналы, прошедшие по разным путям и имеющие в точке приема различные фазы, при сложении могут дать результирующий сигнал как несколько выше среднего уровня, так и заметно ниже, причем такие замирания сигнала могут быть достаточно глубокими. При этом отношение сигнал/шум падает настолько сильно, что полезная информация может существенно искажаться шумами, вплоть до полной ее потери.

В том случае, когда более или менее синфазные сигналы с соизмеримыми амплитудами значительно отличаются по разности хода так, что один сигнал будет перекрывать соседний, появляются искажения результирующего сигнала, или межсимвольная интерференция.

Одним из методов борьбы с данным явлением является передача сигналов с расширением спектра, т.е. применение спектральной модуляции, при которой результирующий сигнал занимает более широкий спектр частот и является шумоподобным. Также данный метод позволяет получить высокие скорости передачи данных, т.к. в определенной полосе частот могут передаваться несколько независимых сигналов.

При использовании спектральной модуляции можно добиться ряда положительных эффектов:

-уменьшение влияния периодически изменяющейся пространственной интерференционной картины при перемещении приемника вследствие того, что на разных частотах в пределах широкого спектра создаются разные интерференционные картины, что вызывает выравнивание результирующего сигнала;

-несинфазное изменение уровня сигнала на разных частотах спектра сигнала приводит к значительному уменьшению влияния характеристик среды распространения, что особенно заметно при прохождении сигналом больших расстояний.

100