eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #6/2018
Р.Ибрагимов, В.Конышев, О.Наний, В.Трещиков, Р.Убайдуллаев
Зависимость пропускной способности DWDM-линий с когерентными каналами 100 Гбит/c DP-QPSK от ширины полосы и дальности передачи
Зависимость пропускной способности DWDM-линий с когерентными каналами 100 Гбит/c DP-QPSK от ширины полосы и дальности передачи
Просмотры: 4590
На основе анализа результатов экспериментальных исследований и численного моделирования построена феноменологическая модель DWDM-линии с когерентными 100 Гбит/c DP-QPSK-каналами. В модели наряду с шумом усиленного спонтанного излучения учитываются линейные кросс-канальные помехи от соседних каналов, а также нелинейное самовоздействие и перекрестное взаимодействие DWDM-каналов. Показано, что в линейном режиме, характерном для линий связи с умеренной дальностью (до 2000 км), пропускная способность прямо пропорциональна ширине полосы усиления и слабо зависит от дальности. При использовании усилителей с полосой 200 нм пропускная способность линий связи может превышать 75 Тбит/c. В нелинейном режиме (при дальности более 2000 км) пропускная способность быстро падает с увеличением дальности. Тем не менее при дальности до 4500 км пропускная способность линий связи с полосой 200 нм составляет 35 Тбит/c.
УДК 681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2018.75.6.52.62
УДК 681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2018.75.6.52.62
Теги: awgn ber channel capacity crosstalk dp-qpsk fec osnr osnr operating margin spectral efficiency super-channel емкость канала перекрестные помехи спектральная эффективность суперканал эксплуатационный запас по osnr
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение пропускной способности оптических линий связи продолжает оставаться актуальной задачей благодаря сохранению быстрого роста потребности рынка в объемах передаваемой информации [1, 2]. Проведенные недавно исследования указывают на необходимость экспоненциального роста емкости телекоммуникационных систем для обеспечения потребностей ИТ-рынка [3].
Современное поколение волоконно-оптических линий связи характеризуется различными методами передачи данных, позволяющими существенно увеличить общую производительность таких линий, не меняя кабельную инфраструктуру. Среди методов увеличения пропускной способности наиболее экономичным, а следовательно, наиболее привлекательным решением представляется увеличение используемой для передачи информации полосы при сохранении имеющейся кабельной инфраструктуры. Альтернативные методы, такие как пространственное мультиплексирование и использование сложных многоуровневых форматов, являются более затратными в линиях связи большой протяженности. При использовании пространственного мультиплексирования необходима замена всей существующей кабельной инфраструктуры. А в случае использования многоуровневых форматов может потребоваться установка промежуточных регенераторов или дополнительных усилителей.
В данной статье показано, что максимально достижимая пропускная способность многоканальной, многопролетной (длины пролетов 100 км) системы передачи по одному волокну с использованием транспондеров 100 Гбит/c DP-QPSK может быть увеличена до 75 Тбит/с при использовании усилителей с полосой 200 нм, при этом дальность безрегенерационной передачи достигает 2 500 км. При увеличении дальности пропускная способность сокращается, но остается на уровне более 35 Тбит/с при длине линии до 5 000 км.
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОГЕРЕНТНОГО НЕЛИНЕЙНОГО DWDM-КАНАЛА В ЛИНИЯХ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ БЕЗ КОМПЕНСАЦИИ ДИСПЕРСИИ
Существуют различные подходы к оценке работоспособности DWDM-линий в нелинейном режиме. Нами предложена феноменологическая модель когерентной оптической DWDM-линии, в которой учитывается влияние трех основных факторов, ведущих к деградации оптического сигнала: шума усиленного спонтанного излучения оптических усилителей, нелинейной самомодуляции и кросс-модуляции каналов, а также шума линейных перекрестных помех соседних каналов. Ранее было установлено, что нелинейные эффекты и перекрестные помехи можно приближенно описать как два дополнительных вида шумов, аддитивно складывающихся с шумами усиленного спонтанного излучения.
С помощью численного моделирования и проведенных ранее экспериментов установлены основные свойства трех видов шумов и предложена удобная для практических расчетов феноменологическая модель, описывающая эволюцию характеристик оптического сигнала в протяженной DWDM-линии [4, 5].
Модель основана на следующих допущениях. Во-первых, нелинейные искажения рассматриваются количественно как гауссовский шум, допускающий сложение с шумом спонтанной эмиссии. Во-вторых, перекрестные помехи из-за перекрытия спектров соседних каналов при их сильном сближении также можно представить как избыточный аддитивный шум. В этом случае полная мощность шума просто равна сумме мощностей трех компонент шума (шума усиленного спонтанного излучения, нелинейного шума и шума кросс-канального взаимодействия):
PN.Summ = PASE + PNL + PX. (1)
Здесь PASE = hνBAFN – ASE-шум от N пролетов (не зависит от мощности сигнала), PNL = η (K,Δf) · P3N1+ε – нелинейный шум от N пролетов, PX = kX (Δf) · P – шум кросс-канального взаимодействия, проявляется единожды в фотоприемнике, где
h – постоянная Планка, h = 6,626 · 10–31 мВт · с2;
ν – референсная несущая частота оптического сигнала, ν = 193,1 ТГц;
B – нормализованная ширина полосы, B = 12,5 ТГц;
А – затухание в оптическом пролете;
F – шум-фактор оптического усилителя;
η – коэффициент нелинейности, мВт–2;
kX – коэффициент кросс-канального взаимодействия, безразмерный;
N – число оптических пролетов;
P – мощность канального сигнала на входе в пролет, мВт;
ε – параметр сверхлинейного сложения шумов многопролетной DWDM-линии (в DWDM-линиях без компенсации ε = 0,2) [4].
Если ввести парциальные значения OSNR, равные отношениям мощности сигнала к мощностям соответствующих парциальных компонент шума:
– линейный OSNR;
– нелинейный OSNR;
– кросс-канальный OSNR, обусловленный сближением соседних каналов и перекрытием их спектров [5],
– отношение сигнала к суммарному шуму, определяющее коэффициент ошибок;
то соотношение можно переписать в виде
. (2)
Экспериментально показано, что коэффициент нелинейности η зависит от числа оптических каналов К в DWDM-системе, а также от расстояния между соседними каналами Δf [5], [6]. Эту зависимость удобно представить в следующем виде:
η (К, Δf) = η∞ · F (К, Δf), (3)
где η∞ – коэффициент пропорциональности (для SMF волокна η∞ = 1,15 · 10–4 мВт–2).
На основе обработки экспериментальных результатов для F (К, Δf) получена следующая модельная зависимость:
. (4)
На рис.1 приведены зависимости от количества каналов для типовых значений.
Из рисунка видно, что коэффициент нелинейности возрастает более стремительно с увеличением числа каналов при меньших значениях межканального интервала.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ КАНАЛАМИ НА OSNR BER
Экспериментальное исследование влияния когерентных соседних каналов на канал 100G DP-QPSK при сильном сближении описано в работе [5]. Аппроксимацией приведенных в этой работе данных была получена модельная зависимость коэффициента кросс-канального взаимодействия:
КX (Δf) = 0,069 · (Δf – 30,7)–0.74. (5)
График зависимости приведен на рис.2.
В эксперименте центральный канал окружался двумя каналами по обеим сторонам симметрично на расстоянии 33; 37,5; 50 ГГц.
ЗАВИСИМОСТЬ РАБОЧЕГО ДИАПАЗОНА МОЩНОСТЕЙ И ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ СВЯЗИ ОТ ЧИСЛА ПРОЛЕТОВ
При расчете волоконно-оптической системы связи требуется знать рабочий диапазон мощностей, вводимых в оптические пролеты (Pmax, Pmin), в пределах которого система связи остается работоспособной (OSNRBTB < OSNRBER).
При проектировании такой системы, как правило, предъявляется более жесткое требование. Используется понятие – запас по OSNR (OSNRM). Данный параметр определяется следующим образом:
, (6)
где OSNRL – линейный OSNR, определенный выше, полученный на основе измерений оптическим спектральным анализатором;
OSNRR – требуемый OSNR, минимальное значение линейного OSNR, полученное добавлением в линию шума до величины, при которой система связи перестает быть работоспособной.
Измеренный требуемый OSNR в конфигурации back-to-back принято обозначать OSNRR. В нашем случае OSNRBTB = 11,92 дБ [4].
На основании этого выражения для запаса по OSNR с учетом приобретает вид
. (7)
При проектировании DWDM-линии с запасом OSNRM = m должно выполняться следующее неравенство:
. (8)
Так, диапазон мощностей (Pmax2, Pmin2) соответствует случаю m = 2 (запас 3 дБ) (см. рис.3).
Установлено, что зависимости OSNRBER и OSNRM от мощности сигнала P имеют максимумы, которые достигаются при разных значениях P. По этой причине производят оптимизацию путем вычисления оптимальных мощностей сигнала на входе в каждый пролет двумя способами:
• по критерию максимизации OSNRBER (соответственно минимуму BER), оптимальная мощность PB;
• по критерию максимизации OSNRM (соответственно максимуму запаса по OSNR), оптимальная мощность PM.
При оптимизации согласно второму способу можно строить DWDM-линии, более устойчивые к внесению дополнительного ASE-шума. Вводимая в пролеты мощность в этом случае больше. Таким образом, путем минимизации по P выражения находим PB, а максимизируя, находим PM [4, 7, 10]:
(9)
. (10)
Диапазон разрешенных мощностей позволяет определить максимальное число пролетов, которое может быть достигнуто в когерентной системе с заданной входной мощностью (рис.3).
Ширина рабочего диапазона входных мощностей Pmax – Pmin уменьшается с увеличением числа пролетов [7].
ДАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ШИРОКОПОЛОСНОЙ DWDM-СИСТЕМЫ С ПОЛОСОЙ 40 И 200 НМ
С помощью эмпирических выражений (2), (9), (10) можно произвести оценку дальности проектируемой системы связи для произвольных значений межканального интервала Δf и числа каналов K:
, (11)
где m – определенный ранее энергетический запас в линии (m = 1 – запаса нет, m = 2 – запас 3 дБ).
Выражение позволяет рассчитать максимальную дальность N-канальной DWDM-системы. При этом, опорное значение OSNRBTB = 11,9 дБ получено из ранее проведенных измерений. Зависимости числа каналов от полосы усиления для различных значений предельного расстояния приведены в табл.1. Для справки приведены значения спектральной эффективности. Спектральная эффективность определяется как отношение скорости (в бит/с) передаваемых данных на 1 Гц используемой полосы частот. Для исследуемой нами системы передачи (каналы 100 Гбит/c) спектральная эффективность рассчитывается следующим образом:
, бит/с/Гц, (12)
где W – используемая полоса для передачи, выраженная в нм,
К – число спектральных каналов.
При межканальном интервале, превосходящем 150 ГГц, перекрестное нелинейное влияние каналов пренебрежимо мало и не изменяет значения η, согласно (4).
При добавлении новых оптических каналов определяется максимальная дальность, которую можно обеспечить в данной полосе усиления. Если при данном расстоянии между каналами отсутствует запас по OSNR, то расстояние увеличивается и дальность системы пересчитывается. На рис.4 приведены зависимости для оптической полосы 40 и 200 нм. В расчетах учитывался также запас по OSNR.
Расчет показывает, что при увеличении полосы усиления группового сигнала емкость системы увеличивается практически в пять раз. При этом максимальная дальность системы составляет 7 900 км для полосы в 200 нм. Таким образом, переход от полосы усиления 40 нм к полосе 200 нм резко увеличивает емкость всей системы в целом, особенно это сильно отражается при работе на коротких линиях связи.
В экспериментах, проводимых ранее, максимальная дальность системы составила 4 000 км для волокна SMF без компенсаторов дисперсии на линии. Эта величина ограничена максимальной хроматической дисперсией (70 000 пс/нм), которую позволяют скомпенсировать транспондеры, имеющиеся в линейке продукции компании "Т8" [8, 9].
ВЫВОДЫ
Рассмотрена принципиальная возможность работы DWDM-системы, использующей усилители с полосой 200 нм.
Описана и обоснована согласующаяся с экспериментальными данными феноменологическая модель, удобная для расчета структуры и параметров линий связи, выполняемого при проведении проектных работ.
При помощи этой модели оценена возможность увеличения пропускной способности DWDM-линий с каналами 100 Гбит/с DP-QPSK за счет увеличения рабочего диапазона спектра (вплоть до 200 нм). Показано, что с учетом используемого при проектировании энергетического запаса до 3 дБ пропускная способность DWDM-линий длиной до 2 000 км может быть увеличена до 75 Тбит/с. При увеличении дальности пропускная способность DWDM-линий уменьшается, но остается на уровне 15 Тбит/с при дальности 5 000 км.
Таким образом, расширение рабочего спектрального диапазона волоконно-оптических линий связи позволяет существенно увеличить их пропускную способность без замены существующей кабельной инфраструктуры. Такое расширение рабочей полосы оптических усилителей с сегодняшних 40 до 200 нм обеспечивает пятикратное увеличение пропускной способности ВОЛС, что продлевает срок их эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леонов А. и др. Тенденции развития оптических систем дальней связи // Прикладная фотоника. 2016. Т. 3. № 2. С. 123–145.
2. Трещиков В. Разработка DWDM-системы емкостью 25 Тбит/c // Фотон-экспресс. 2013. № 3. С. 31–35.
3. Winzer P.J. and Neilson D.T. From scaling disparities to integrated parallelism: A decathlon for a decade // Journal of Lightwave Technology, 2017. V. 35. N 5. P. 1099-1115.
4. Konyshev V.A. et al. Design of high-bit-rate coherent communication links // Quantum Electronics. 2016. V. 46. N 12. P. 1121.
5. Konyshev V.A. et al. Experimental study and numerical modelling of a 3Ч100G DP-QPSK superchannel // Quantum Electronics. 2017. V. 47. N 8. P. 767.
6. Gainov V. et al. Record 500 km unrepeatered 100 Gbps transmission // Laser Physics Letters. 2013. V. 10. N 7. P. 075107.
7. Konyshev V. et al. New method to obtain optimum performance for 100 Gbps multi-span fiber optic lines // Optics communications. 2015. N 355. P. 279–284.
8. Гуркин Н.В. и др. Нелинейный интерференционный шум в системах связи 100 Гбит/с с форматом модуляции DP-QPSK // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 6. P. 550–553.
9. Гуркин Н. и др. Передача DWDM-сигнала // Вестник связи. 2012. № 8. С. 25–27.
Увеличение пропускной способности оптических линий связи продолжает оставаться актуальной задачей благодаря сохранению быстрого роста потребности рынка в объемах передаваемой информации [1, 2]. Проведенные недавно исследования указывают на необходимость экспоненциального роста емкости телекоммуникационных систем для обеспечения потребностей ИТ-рынка [3].
Современное поколение волоконно-оптических линий связи характеризуется различными методами передачи данных, позволяющими существенно увеличить общую производительность таких линий, не меняя кабельную инфраструктуру. Среди методов увеличения пропускной способности наиболее экономичным, а следовательно, наиболее привлекательным решением представляется увеличение используемой для передачи информации полосы при сохранении имеющейся кабельной инфраструктуры. Альтернативные методы, такие как пространственное мультиплексирование и использование сложных многоуровневых форматов, являются более затратными в линиях связи большой протяженности. При использовании пространственного мультиплексирования необходима замена всей существующей кабельной инфраструктуры. А в случае использования многоуровневых форматов может потребоваться установка промежуточных регенераторов или дополнительных усилителей.
В данной статье показано, что максимально достижимая пропускная способность многоканальной, многопролетной (длины пролетов 100 км) системы передачи по одному волокну с использованием транспондеров 100 Гбит/c DP-QPSK может быть увеличена до 75 Тбит/с при использовании усилителей с полосой 200 нм, при этом дальность безрегенерационной передачи достигает 2 500 км. При увеличении дальности пропускная способность сокращается, но остается на уровне более 35 Тбит/с при длине линии до 5 000 км.
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОГЕРЕНТНОГО НЕЛИНЕЙНОГО DWDM-КАНАЛА В ЛИНИЯХ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ БЕЗ КОМПЕНСАЦИИ ДИСПЕРСИИ
Существуют различные подходы к оценке работоспособности DWDM-линий в нелинейном режиме. Нами предложена феноменологическая модель когерентной оптической DWDM-линии, в которой учитывается влияние трех основных факторов, ведущих к деградации оптического сигнала: шума усиленного спонтанного излучения оптических усилителей, нелинейной самомодуляции и кросс-модуляции каналов, а также шума линейных перекрестных помех соседних каналов. Ранее было установлено, что нелинейные эффекты и перекрестные помехи можно приближенно описать как два дополнительных вида шумов, аддитивно складывающихся с шумами усиленного спонтанного излучения.
С помощью численного моделирования и проведенных ранее экспериментов установлены основные свойства трех видов шумов и предложена удобная для практических расчетов феноменологическая модель, описывающая эволюцию характеристик оптического сигнала в протяженной DWDM-линии [4, 5].
Модель основана на следующих допущениях. Во-первых, нелинейные искажения рассматриваются количественно как гауссовский шум, допускающий сложение с шумом спонтанной эмиссии. Во-вторых, перекрестные помехи из-за перекрытия спектров соседних каналов при их сильном сближении также можно представить как избыточный аддитивный шум. В этом случае полная мощность шума просто равна сумме мощностей трех компонент шума (шума усиленного спонтанного излучения, нелинейного шума и шума кросс-канального взаимодействия):
PN.Summ = PASE + PNL + PX. (1)
Здесь PASE = hνBAFN – ASE-шум от N пролетов (не зависит от мощности сигнала), PNL = η (K,Δf) · P3N1+ε – нелинейный шум от N пролетов, PX = kX (Δf) · P – шум кросс-канального взаимодействия, проявляется единожды в фотоприемнике, где
h – постоянная Планка, h = 6,626 · 10–31 мВт · с2;
ν – референсная несущая частота оптического сигнала, ν = 193,1 ТГц;
B – нормализованная ширина полосы, B = 12,5 ТГц;
А – затухание в оптическом пролете;
F – шум-фактор оптического усилителя;
η – коэффициент нелинейности, мВт–2;
kX – коэффициент кросс-канального взаимодействия, безразмерный;
N – число оптических пролетов;
P – мощность канального сигнала на входе в пролет, мВт;
ε – параметр сверхлинейного сложения шумов многопролетной DWDM-линии (в DWDM-линиях без компенсации ε = 0,2) [4].
Если ввести парциальные значения OSNR, равные отношениям мощности сигнала к мощностям соответствующих парциальных компонент шума:
– линейный OSNR;
– нелинейный OSNR;
– кросс-канальный OSNR, обусловленный сближением соседних каналов и перекрытием их спектров [5],
– отношение сигнала к суммарному шуму, определяющее коэффициент ошибок;
то соотношение можно переписать в виде
. (2)
Экспериментально показано, что коэффициент нелинейности η зависит от числа оптических каналов К в DWDM-системе, а также от расстояния между соседними каналами Δf [5], [6]. Эту зависимость удобно представить в следующем виде:
η (К, Δf) = η∞ · F (К, Δf), (3)
где η∞ – коэффициент пропорциональности (для SMF волокна η∞ = 1,15 · 10–4 мВт–2).
На основе обработки экспериментальных результатов для F (К, Δf) получена следующая модельная зависимость:
. (4)
На рис.1 приведены зависимости от количества каналов для типовых значений.
Из рисунка видно, что коэффициент нелинейности возрастает более стремительно с увеличением числа каналов при меньших значениях межканального интервала.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ КАНАЛАМИ НА OSNR BER
Экспериментальное исследование влияния когерентных соседних каналов на канал 100G DP-QPSK при сильном сближении описано в работе [5]. Аппроксимацией приведенных в этой работе данных была получена модельная зависимость коэффициента кросс-канального взаимодействия:
КX (Δf) = 0,069 · (Δf – 30,7)–0.74. (5)
График зависимости приведен на рис.2.
В эксперименте центральный канал окружался двумя каналами по обеим сторонам симметрично на расстоянии 33; 37,5; 50 ГГц.
ЗАВИСИМОСТЬ РАБОЧЕГО ДИАПАЗОНА МОЩНОСТЕЙ И ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ СВЯЗИ ОТ ЧИСЛА ПРОЛЕТОВ
При расчете волоконно-оптической системы связи требуется знать рабочий диапазон мощностей, вводимых в оптические пролеты (Pmax, Pmin), в пределах которого система связи остается работоспособной (OSNRBTB < OSNRBER).
При проектировании такой системы, как правило, предъявляется более жесткое требование. Используется понятие – запас по OSNR (OSNRM). Данный параметр определяется следующим образом:
, (6)
где OSNRL – линейный OSNR, определенный выше, полученный на основе измерений оптическим спектральным анализатором;
OSNRR – требуемый OSNR, минимальное значение линейного OSNR, полученное добавлением в линию шума до величины, при которой система связи перестает быть работоспособной.
Измеренный требуемый OSNR в конфигурации back-to-back принято обозначать OSNRR. В нашем случае OSNRBTB = 11,92 дБ [4].
На основании этого выражения для запаса по OSNR с учетом приобретает вид
. (7)
При проектировании DWDM-линии с запасом OSNRM = m должно выполняться следующее неравенство:
. (8)
Так, диапазон мощностей (Pmax2, Pmin2) соответствует случаю m = 2 (запас 3 дБ) (см. рис.3).
Установлено, что зависимости OSNRBER и OSNRM от мощности сигнала P имеют максимумы, которые достигаются при разных значениях P. По этой причине производят оптимизацию путем вычисления оптимальных мощностей сигнала на входе в каждый пролет двумя способами:
• по критерию максимизации OSNRBER (соответственно минимуму BER), оптимальная мощность PB;
• по критерию максимизации OSNRM (соответственно максимуму запаса по OSNR), оптимальная мощность PM.
При оптимизации согласно второму способу можно строить DWDM-линии, более устойчивые к внесению дополнительного ASE-шума. Вводимая в пролеты мощность в этом случае больше. Таким образом, путем минимизации по P выражения находим PB, а максимизируя, находим PM [4, 7, 10]:
(9)
. (10)
Диапазон разрешенных мощностей позволяет определить максимальное число пролетов, которое может быть достигнуто в когерентной системе с заданной входной мощностью (рис.3).
Ширина рабочего диапазона входных мощностей Pmax – Pmin уменьшается с увеличением числа пролетов [7].
ДАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ШИРОКОПОЛОСНОЙ DWDM-СИСТЕМЫ С ПОЛОСОЙ 40 И 200 НМ
С помощью эмпирических выражений (2), (9), (10) можно произвести оценку дальности проектируемой системы связи для произвольных значений межканального интервала Δf и числа каналов K:
, (11)
где m – определенный ранее энергетический запас в линии (m = 1 – запаса нет, m = 2 – запас 3 дБ).
Выражение позволяет рассчитать максимальную дальность N-канальной DWDM-системы. При этом, опорное значение OSNRBTB = 11,9 дБ получено из ранее проведенных измерений. Зависимости числа каналов от полосы усиления для различных значений предельного расстояния приведены в табл.1. Для справки приведены значения спектральной эффективности. Спектральная эффективность определяется как отношение скорости (в бит/с) передаваемых данных на 1 Гц используемой полосы частот. Для исследуемой нами системы передачи (каналы 100 Гбит/c) спектральная эффективность рассчитывается следующим образом:
, бит/с/Гц, (12)
где W – используемая полоса для передачи, выраженная в нм,
К – число спектральных каналов.
При межканальном интервале, превосходящем 150 ГГц, перекрестное нелинейное влияние каналов пренебрежимо мало и не изменяет значения η, согласно (4).
При добавлении новых оптических каналов определяется максимальная дальность, которую можно обеспечить в данной полосе усиления. Если при данном расстоянии между каналами отсутствует запас по OSNR, то расстояние увеличивается и дальность системы пересчитывается. На рис.4 приведены зависимости для оптической полосы 40 и 200 нм. В расчетах учитывался также запас по OSNR.
Расчет показывает, что при увеличении полосы усиления группового сигнала емкость системы увеличивается практически в пять раз. При этом максимальная дальность системы составляет 7 900 км для полосы в 200 нм. Таким образом, переход от полосы усиления 40 нм к полосе 200 нм резко увеличивает емкость всей системы в целом, особенно это сильно отражается при работе на коротких линиях связи.
В экспериментах, проводимых ранее, максимальная дальность системы составила 4 000 км для волокна SMF без компенсаторов дисперсии на линии. Эта величина ограничена максимальной хроматической дисперсией (70 000 пс/нм), которую позволяют скомпенсировать транспондеры, имеющиеся в линейке продукции компании "Т8" [8, 9].
ВЫВОДЫ
Рассмотрена принципиальная возможность работы DWDM-системы, использующей усилители с полосой 200 нм.
Описана и обоснована согласующаяся с экспериментальными данными феноменологическая модель, удобная для расчета структуры и параметров линий связи, выполняемого при проведении проектных работ.
При помощи этой модели оценена возможность увеличения пропускной способности DWDM-линий с каналами 100 Гбит/с DP-QPSK за счет увеличения рабочего диапазона спектра (вплоть до 200 нм). Показано, что с учетом используемого при проектировании энергетического запаса до 3 дБ пропускная способность DWDM-линий длиной до 2 000 км может быть увеличена до 75 Тбит/с. При увеличении дальности пропускная способность DWDM-линий уменьшается, но остается на уровне 15 Тбит/с при дальности 5 000 км.
Таким образом, расширение рабочего спектрального диапазона волоконно-оптических линий связи позволяет существенно увеличить их пропускную способность без замены существующей кабельной инфраструктуры. Такое расширение рабочей полосы оптических усилителей с сегодняшних 40 до 200 нм обеспечивает пятикратное увеличение пропускной способности ВОЛС, что продлевает срок их эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леонов А. и др. Тенденции развития оптических систем дальней связи // Прикладная фотоника. 2016. Т. 3. № 2. С. 123–145.
2. Трещиков В. Разработка DWDM-системы емкостью 25 Тбит/c // Фотон-экспресс. 2013. № 3. С. 31–35.
3. Winzer P.J. and Neilson D.T. From scaling disparities to integrated parallelism: A decathlon for a decade // Journal of Lightwave Technology, 2017. V. 35. N 5. P. 1099-1115.
4. Konyshev V.A. et al. Design of high-bit-rate coherent communication links // Quantum Electronics. 2016. V. 46. N 12. P. 1121.
5. Konyshev V.A. et al. Experimental study and numerical modelling of a 3Ч100G DP-QPSK superchannel // Quantum Electronics. 2017. V. 47. N 8. P. 767.
6. Gainov V. et al. Record 500 km unrepeatered 100 Gbps transmission // Laser Physics Letters. 2013. V. 10. N 7. P. 075107.
7. Konyshev V. et al. New method to obtain optimum performance for 100 Gbps multi-span fiber optic lines // Optics communications. 2015. N 355. P. 279–284.
8. Гуркин Н.В. и др. Нелинейный интерференционный шум в системах связи 100 Гбит/с с форматом модуляции DP-QPSK // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 6. P. 550–553.
9. Гуркин Н. и др. Передача DWDM-сигнала // Вестник связи. 2012. № 8. С. 25–27.
Отзывы читателей
