Fokin_Kogerentnye_opticheskie_seti_

PNL – спектральная плотность мощности нелинейных помех. Для систем с оптическими усилителями шумовая и нелинейная плотность спектральной мощности зависит от числа усилительных участков Na. G – коэффициент усиления; nsp – шум-фактор спонтанной эмиссии; с – скорость света; h – постоянная Планка; ν – оптическая несущая частота; D – хроматическая дисперсия в волокне; γ – нелинейный коэффициент; Leff – эффективная длина нелинейного взаимодействия (на каждом усилительном участке); Δf – полоса частот каждого оптического канала nch WDM.

Пример расчета спектральной эффективности в условиях нелинейных ограничений Шеннона приведен в [67] в сравнении двух различных технологий ка-

нального кодирования (QAM и IPM, Iterative Polar Modulation) (рис. 4.41). График показывает возможность достижения спектральной эффективности 5,5бит/с/Гц при уровне мощности в оптическом канале 100 Гбит/с около −6…−7 дБм.

Рис. 4.41. Пример расчета спектральной эффективности

в нелинейном пределе Шеннона для различных видов модуляции QAM, IPM на скорости 100 Гбит/с при использовании FEC и вероятности ошибки 10-3 [67]

Детальное исследование роли каждого из нелинейных эффектов на ограничение спектральной эффективности приведено в [30] (рис. 4.42). Исследование показывает, что наихудшие условия создают эффекты фазовой кроссмодуляции (XPM) и четырехволновое смешивание (FWM). Эти явления ограничивают спектральную эффективность 8 бит/с/Гц при соотношениях сигнал/шум 20–25 дБ и дисперсии 17 пс/нм×км для волокон SMF.

191

Рис. 4.42. Пример расчета предела спектральной эффективности для DWDM системы с учетом нелинейности волокна [30]

Удвоение спектральной эффективности возможно с применением двух ортогональных плоскостей поляризации оптической несущей частоты (рис. 4.43), что соответствует расчетам, отображенным на рис. 4.40.

Рис. 4.43. Оптические частотные каналы с ортогональной организацией

Открытым для поиска ответа остается вопрос о реальной спектральной эффективности OFDM и, не смотря на наличие ряда научных работ, приближенных вычислений и практических результатов пока нет.

Среди проблем многопозиционной фазовой и амплитудной модуляции необходимо отметить фазовые и амплитудные шумы, вызываемые рядом факторов: шумы спонтанной эмиссии, фазовые флуктуации в каналах модуляторов, фазовый шум из-за нелинейных оптических эффектов, температурный дрейф характеристик модуляторов и др. Итогом этих дестабилизирующих факторов являются амплитудно-фазовые шумы, приводящие к расширению спектра ка-

192

нального оптического сигнала (рис. 4.44), что требует увеличения оптического соотношения сигнал/шум при увеличении числа состояний фаз и амплитуд

(см. рис. 4.40, табл. 4.1).

Рис. 4.44. Проблема фазового шума модуляции

Табл. 4.1. Скорость передачи и спектральная эффективность оптических высокоскоростных каналов

Среди проблем формирования оптических сигналов выделяются проблемы их устойчивости: к шумам спонтанной эмиссии, к хроматической и поляриза- ционно-модовой дисперсии, к нелинейным искажениям. В ряде исследований представлены результаты подобных оценок в сравнении различных форматов. На рис. 4.45–4.48 для наглядности представлены примеры исследований от компании Fujitsu1.

1 URL: www.fujitsu.com (дата обращения: 27.01.2015).

193

Рис. 4.45. Пример характеристик устойчивости сигналов (BER) различных форматов передачи к шумам (OSNR) на скорости 40 Гбит/с

Рис. 4.46. Пример характеристик устойчивости сигналов (штраф) различных форматов передачи к хроматической дисперсии разных знаков на скорости 40 Гбит/с

194

Рис. 4.47. Пример характеристик устойчивости сигналов (штраф) различных форматов передачи к поляризационной дисперсии на скорости 43 Гбит/с

Рис. 4.48. Пример характеристик устойчивости сигналов (штраф) различных форматов передачи к нелинейным оптическим эффектам, ограничивающим уровень мощности в одном оптическом канале на скорости 40 Гбит/с

Если провести сравнительный анализ графических результатов исследований, то нетрудно заметить явные преимущества фазовых методов модуляции (RZ-DPSK, RZ-DQPSK) по отношению к шумам, ПМД, нелинейным искажениям в волокне. Только в случае оценки устойчивости к хроматической дисперсии у DB формата лучшие показатели.

195

4.6.Характеристики промышленных когерентных передатчиков

Вмире телекоммуникаций многими компаниями (Avago, Cisco, Civcom, Emcore, Finisar, Fujitsu, JDSU, NeoPhotonics, Oclaro, Oplink, Opnext, Source Photonics, SHF, Sumitomo, WTD, Yokogawa и другими) налажен выпуск моду-

лей оптических передатчиков и приемников для когерентных систем. Модули, как правило, размещаются в конструкциях транспондерных блоков. При этом лазерный источник передатчика может использоваться в качестве оптического гетеродина для когерентного приема.

Ниже в качестве примеров представлены схемы, конструкции и характеристики некоторых образцов продукции для построения аппаратуры когерентных систем передачи и сетей.

4.6.1. Когерентный транспондер CIVCOM

Транспондер 100G DP-(D)QPSK Coherent Tunable Transponder C-band, 40.000ps/nm

рассчитан на применение в оптических сетях OTN/DWDM/ROADM/Ethernet любого масштаба (магистральных, внутризоновых и местных сетей)1. Поддерживаются две скорости линейного сигнала: 111,81 Гбит/с и 127,16 Гбит/с и два формата модуляции DP-DQPSK, DP-QPSK. Компенсация дисперсии предусмотрена в диапазоне ±40 000 пс/нм. Рабочий диапазон волн – С. Стандартная сетка частот оптических каналов 50 ГГц. В состав транспондера входят (рис. 4.49): цифровой синальный процессор DSP и демультиплексор DeMUX, используемый для компенсации хроматической и поляризационной модовой дисперсии 1 и 2-го порядков и также для выполнения операций упреждающей коррекции ошибок FEC с целью поддержки требуемого отношения OSNR в оптической сети. Также в коплекте схема формирователя линейного сигнала ASIC, далее в последовательности мультиплексор 20:4MUX, схема управления оптическим модулятором QUAD Driver и оптический модуль Optical MOD, в котором излучение лазера CW Tunable laser преобразуется в сигнал выбранного формата DP-(D)QPSK. Комплект транспондера выполнен согласно международному стандарту OIF-MSA-100GLH в интерфейсе MDIO стандартной карты. В качестве передатчика используется перестраиваемый лазер во всем C-диапазоне. Для когерентного приема предусмотрен отдельный перестриваемый лазерный гетеродин (локальный осциллятор, LO). В модуле поддерживается формат модуляции NRZ. В модуле расположены контроллеры согласования с электронными схемами передачи/приема информационных сигналов (OTU4, Ethernet 100 Гбит) и управления (Control Block).

1 URL: www.civcom.com (дата обращения: 27.01.2015).

196

Рис. 4.49. Структура когерентного транспондера CIVCOM

Рабочий диапазон температур 0–700С, требуемый диапазон напряжений электропитания 11,4–12,6 В, потребляемый ток 8 А, общая потребляемая мощ-

ность 80 Вт. Размеры 177.8 × 127 × 33 мм (рис. 4.50).

Технические характеристики передатчика (TX) и приемника (RX) транспондера представлены в табл. 4.2.

Табл. 4.2. Оптические характеристики когерентного транспондера

SMSR, Side-Mode Suppression Ratio (lasers) – подавление боковых мод в одномодовом лазере.

RIN, Relative intensity noise (lasers) – относительная интенсивность шума лазера.

Рис. 4.50. Конструкция когерентного транспондера

4.6.2. Оптический передатчик

Communication Technologies AG Optical DP-QAM Transmitter SHF 46215 B

Оптический передатчик SHF 46215 B1 представляет собой блок формирования сигналов QAM с двумя плоскостями поляризации (X- и Y-поляризация) скоростных режимов до 32 Гсимвол/с оптических данных и с общей скоростью до 256 Гбит/с. На выходе блока формируется модулированное излучение в двух ортогональных плоскостях с битовой синхронизацией во времени. Основу блока составляют оптические модуляторы Маха–Зендера (рис. 4.51), совмещенные с фазовращателями, электронная схема управления модуляторами (Data drivers) и система автоматического мониторинга работоспособности блока

(uC Control).

Изделие представляет собой корпус с размерами 59 × 213 × 450 мм с расположенными на передней панели коннекторами для подключения 6 оптических сигналов (коннекторы FC/PC) (рис. 4.52). Один вход излучения от CW (перестраиваемого полупроводникового лазера), один выход и 4 входа для управления излучения от источника закодированных данных. Последние предусмотрены для передачи четырех высокоскоростных потоков короткими оптическими линиями, оснащенными модулями CFP. Масса изделия 3,3 кг, общая потребляемая мощность 20,5 Вт, рабочий диапазон температур от 100С до 350С.

В табл. 4.3 представлены технические характеристики SHF 46215 B.

1 URL: http://www.shf.de (дата обращения: 27.01.2015).

198

Рис. 4.51. Структура блока SHF 46215 B

Рис. 4.52. Конструктивное исполнение DP-QAM Transmitter SHF 46215 B

Табл. 4.3. Спецификация SHF 46215 B

Продолжение табл. 4.3.

Абсолютные характеристики схемы передатчика определены для мощности вводимого излучения +17 дБм и +18 дБм, для мощности вводимых данных усилителя +4 дБм, мощности тактирующего RZ сигнала драйвера +4 дБм.

4.6.3. Технические характеристики транспондера Cisco 100G CP-DQPSK

Транспондерная карта Cisco 100G CP-DQPSK Coherent DWDM Trunk Card (рис. 4.53) предназначена для использования в составе оптической мультисервисной платформы ONS15454 100 Гбит/с с поддержкой плотного спектрального мультиплексирования (спектральный интервал 50 ГГц или 0,4 нм), перестройкой в дивпвзоне С на 96 волн и совокупной скорости до 9,6 Тбит/с1. Максимальное перекрываемое расстояние передачи в оптическом канале до 3000 км. Передача сигналов на скорости 100 Гбит/с может производиться в волокнах низкого качества, т. е. с повышенной ПМД (0,5 пс/√км). В транспондерную карту входят три блока (рис. 4.54): блок согласования клиентской нагрузки

(CXP 100GBASE-SR10); блок коррекции ошибок (100GFEC ASICS); оптиче-

ский канальный (линейный) блок (CP-DQPSK Trunk Module).

1 URL: www.cisco.com (дата обращения: 27.01.2015).

200