eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #1/2023
Т.О.Базаров, А.Н.Дорожкин, Т.О.Лукиных, О.Е.Наний, М.А.Сенько, В.Н.Трещиков
УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ ЦОС КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМНИКА К БЫСТРОМУ ВРАЩЕНИЮ ПОЛЯРИЗАЦИИ, ВЫЗВАННОМУ ГРОЗОВЫМ РАЗРЯДОМ
УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ ЦОС КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМНИКА К БЫСТРОМУ ВРАЩЕНИЮ ПОЛЯРИЗАЦИИ, ВЫЗВАННОМУ ГРОЗОВЫМ РАЗРЯДОМ
Просмотры: 1119
DOI: 10.22184/2070-8963.2023.109.1.48.54
В работе методом численного моделирования исследуется устойчивость работы алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) когерентного приемника к быстрому вращению поляризации, вызванному ударом молнии в оптический кабель в грозотросе (ОКГТ). Установлено, что скорость изменения состояния поляризации (СП) является наиболее важным параметром, определяющим рост коэффициента ошибок (BER) в приемнике. Детальный анализ работы алгоритмов ЦОС в условиях быстрого вращения СП показал, что причиной роста коэффициента ошибок является ограниченное быстродействие блоков пересинхронизации и адаптивной фильтрации.
В работе методом численного моделирования исследуется устойчивость работы алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) когерентного приемника к быстрому вращению поляризации, вызванному ударом молнии в оптический кабель в грозотросе (ОКГТ). Установлено, что скорость изменения состояния поляризации (СП) является наиболее важным параметром, определяющим рост коэффициента ошибок (BER) в приемнике. Детальный анализ работы алгоритмов ЦОС в условиях быстрого вращения СП показал, что причиной роста коэффициента ошибок является ограниченное быстродействие блоков пересинхронизации и адаптивной фильтрации.
Теги: ber coherent fiber optic transmission systems coherent receiver digital signal processing opwg polarisation rotation волоконно-оптические когерентные системы передачи вращение поляризации когерентный приемник оптический кабель в грозотросе цифровая обработка сигналов
УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ ЦОС КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМНИКА
к быстрому вращению поляризации, вызванному грозовым разрядом
Т.О.Базаров, аспирант НИУ МФТИ,
ведущий инженер-исследователь ООО "Т8",
А.Н.Дорожкин, аспирант МГУ им. М.В.Ломоносова,
инженер-исследователь 1-й категории ООО "Т8 НТЦ",
Т.О.Лукиных, инженер 2-й категории ООО "Т8 НТЦ" / lukashova@t8.ru,
О.Е.Наний, д.ф.-м.н., проф. МГУ им. М.В.Ломоносова,
проф. НИУ МФТИ, начальник научного отдела ООО "Т8 НТЦ",
М.А.Сенько, аспирант МГУ им. М.В.Ломоносова,
инженер-исследователь 2-й категории ООО "Т8",
В.Н.Трещиков, к.ф.-м.н., генеральный директор ООО "Т8 НТЦ"
УДК 681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2023.109.1.48.54
В работе методом численного моделирования исследуется устойчивость работы алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) когерентного приемника к быстрому вращению поляризации, вызванному ударом молнии в оптический кабель в грозотросе (ОКГТ). Установлено, что скорость изменения состояния поляризации (СП) является наиболее важным параметром, определяющим рост коэффициента ошибок (BER) в приемнике. Детальный анализ работы алгоритмов ЦОС в условиях быстрого вращения СП показал, что причиной роста коэффициента ошибок является ограниченное быстродействие блоков пересинхронизации и адаптивной фильтрации.
Введение
В разных странах мира широкое распространение получили воздушные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) с использованием оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос. Такое решение совмещает функцию защиты линии электропередач от ударов молнии и экономичный способ организации связи, позволяющий использовать уже существующие опоры линий электропередачи (ЛЭП).
Однако в высокоскоростных когерентных системах передачи данных прямой удар молнии в грозотрос может привести к кратковременному сбою связи. При ударе в кабель формируется продольное магнитное поле, изменение которого приводит к быстрому вращению состояния поляризации сигнала [1] из-за эффекта Фарадея [2]. Быстрое вращение поляризации приводит к ошибкам на приеме в системах связи, чувствительных к СП, использующих многоуровневые форматы модуляции и поляризационное мультиплексирование.
Обеспечение надежности воздушных ВОЛС с ОКГТ ставит задачи исследования эффекта Фарадея в телекоммуникационных оптических волокнах (ОВ) и анализа влияния формы временной зависимости скорости изменения СП световых сигналов на выходе ОВ. Первая задача рассматривалась в работах [3−7], где представлены математическая модель удара молнии и методика расчета временного профиля быстрых изменений СП.
Анализ влияния линейного двулучепреломления на величину угла поворота СП постоянным магнитным полем был проведен в работе [3]. Необходимость учета динамических эффектов, связанных с конечными временами распространения электромагнитной и световой волн вдоль оптического кабеля, была обоснована в работе [5], в которой на основе модели запаздывающего поля дано более точное описание временных зависимостей СП в модели изотропного волокна. В статье [7] уже рассматривалась математическая модель, учитывающая анизотропию волокна и модель запаздывающего поля.
Первые количественные оценки воздействия ударов молнии на работу когерентных ВОЛС с ОКГТ в целом были приведены в [4]. В настоящей статье методом численного моделирования исследуется работоспособность линии связи при различных параметрах временного профиля вращения СП и выявляются наиболее чувствительные к эффекту Фарадея блоки ЦОС. Для простоты рассматривается изотропная модель волокна.
1. Численная модель удара молнии в изотропное волокно
Удар молнии в оптический грозотрос приводит к быстрому вращению выходного состояния поляризации оптического излучения. Как было показано в модели [7], в случае отсутствия в волокне линейного двулучепреломления скорость вращения СП Ω зависит от параметров ЛЭП (см. табл.1) и пропорциональна силе тока I(t), индуцированного ударом молнии в ОКГТ:
Ω(t) ~ cµ0VI(t), (1)
где с − скорость света в вакууме,
µ0 − магнитная проницаемость вакуума,
V – постоянная Верде.
Учет модели замедленного поля приводит к зависимости Ω от параметров удара молнии. В табл.1 приведены все параметры и величины, влияющие на временной профиль Ω.
В данной статье, как и в [3−7], использовалась модель молнии, описываемая функцией линейного роста:
. (2)
Время нарастания тока реальной молнии на несколько порядков меньше времени его затухания [5], что позволяет в формуле (2) принять бесконечную длительность молнии.
В данной работе рассматриваются удары молнии в опору ЛЭП (x = 0), что определяет характерную, трапециевидную форму временного профиля Ω (рис.1). Для его описания введены параметры, указанные в табл.2.
Следует отметить, что τrise ≤ τ. Также при анализе можно использовать зависимый параметр −
производную dΩ/dt. На участке нарастания Ω:
dΩ/dt = Ωmax/τrise. (3)
Характеристикой для оценки работоспособности ВОЛС является отношение оптического сигнал/шума − OSNR [6], которое взаимно однозначно связано с величиной отношения электрического сигнал/шума − SNR. В данной работе анализировалась величина штрафа по SNR для различных значений параметров временного профиля Ω (табл.2).
Схема численного эксперимента с QPSK-приемником/передатчиком изображена на рис.2. Рассматривается линия, состоящая из 31 пролета по 100 км, потери в каждом пролете полностью компенсируются идеальным усилителем EDFA.
В качестве источника шума используется блок OSNR, на котором устанавливается значение OSNR на QPSK/RX. После приема сигнал поступает на АЦП (ADC). Удар молнии имитируется блоком lightcode, алгоритм которого базируется на математической модели [5]. Необходимые для расчета временных профилей скорости изменения СП параметры приведены в табл.2.
Сигнал подвергается цифровой обработке (DSP). Символьная скорость составляет 32 ГГц. На выходе блока ЦОС по уровню ошибок BER рассчитывается SNR [8]. Выделяются следующие блоки ЦОС:
компенсация межквадратурных задержек [9];
нормализация [9];
компенсация хроматической дисперсии [10];
пересинхронизация [11];
адаптивный фильтр MIMO 4 × 2 с длиной 64 отсчета [12, 13];
принятие решения по поляризации [9];
восстановление частоты несущей [9];
восстановление фазы несущей [14].
2. Зависимость штрафа величины критического отношения сигнал/шум от параметров временного профиля скорости вращения поляризации
В численной модели уровень OSNR на входе приемника устанавливается равным 12 дБ. Штраф по SNR рассчитывается как разница SNR без эффекта Фарадея и при ударе молнии в ОКГТ (ΔSNR = SNR(Imax = 0) – SNR(Imax ≠ 0)). В рамках исследования влияния параметров временного профиля Ω на работоспособность линии связи проведено три серии по 10 численных экспериментов.
В первых двух сериях исследовалась зависимость ΔSNR от производной dΩ/dt при фиксированных значениях Ωmax и τpl. Производная варьировалась в диапазоне от 0,68 до 2,04 [Мрад/с]/мкс. Итоговое значение штрафа определялось по всему временному профилю. Результаты расчетов приведены на рис.3 и 4 для Ωmax = 1 Мрад/с и Ωmax = 2 Мрад/с соответственно. Как видно из графиков, при очень маленьких скоростях вращения СП, эффект Фарадея практически не влияет на качество связи: штраф составляет менее 0,5 дБ и варьируется в пределах сотых дБ, что объясняет отсутствие явного тренда в Х-поляризации на рис.3.
Однако при увеличении скорости вращения до 2 Мрад/с штраф достигает 1,4 дБ, но уменьшается с увеличением производной. Увеличение производной при фиксированном Ωmax достигается уменьшением времени нарастания скорости вращения (τrise), следовательно, и воздействия больших значений Ω. Таким образом, именно величина скорости вращения, а не ее производная, влияет на уровень ошибок при передаче информации.
В третьей серии экспериментов для исследования влияния величины Ω на штраф моделировался идеальный прямоугольный временной профиль вращения поляризации; результаты приведены на рис.5. Как следует из представленного на нем графика, наблюдается экспоненциальный рост штрафа с увеличением Ω.
3. Влияние быстрого вращения поляризации на качество работы алгоритмов ЦОС
Быстрое вращение СП влияет на качество работы лишь тех блоков ЦОС, алгоритмы которых чувствительны к поляризации. Определяющей в данном случае является работа блоков пересинхронизации и адаптивной фильтрации, поскольку последующие алгоритмы работают с разнесенными по поляризации сигналами.
Для анализа воздействия быстрого вращения СП сравнивался штраф ΔSNR при идеальной (модельной) пересинхронизации (рис.6) и произведенной по алгоритму Гарднера [11] (рис.5). Чрезвычайно низкий уровень ошибок, полученный при идеальной пересинхронизации, говорит о том, что адаптивная фильтрация сама по себе не чувствительна к воздействию эффекта Фарадея на линию. К сбою приводят ошибки в работе алгоритма пересинхронизации. Поиск или разработка наиболее устойчивого к быстрому вращению СП алгоритма является отдельной трудоемкой задачей.
Заключение
Проведенный в данной работе анализ влияния параметров временного профиля вращения СП в приближении изотропного волокна на работу ВОЛС с ОКГТ показал, что скорость изменения состояния поляризации является наиболее важным параметром, определяющим рост коэффициента ошибок на приемнике. Без использования алгоритма подавления вращения СП уже при скорости вращения поляризации 2 Мрад/с штраф превышает 3 дБ, что больше величины эксплуатационного запаса.
Критическим для работоспособности линии является влияние эффекта Фарадея на алгоритм пересинхронизации при ЦОС. Представляется актуальной разработка новых алгоритмов пересинхронизации, устойчивых к быстрому вращению поляризации.
Кроме того, вычислительный аппарат, разработанный в рамках данного исследования, может быть использована для анализа устойчивости линии к воздействию молний различных характеристик и форм.
Согласно статистике [15] в ВОЛС с ОКГТ длиной 1000 км попадает примерно 500 молний в год при частоте до 5 молний/год на 1 кв. км. Таким образом, исследования воздействия удара молнии на ВОЛС с ОКГТ необходимы для разработки новых и усовершенствования существующих концепций построения линии и алгоритмов ЦОС.
В свою очередь приведенные результаты могут быть полезны для решения обратной задачи: восстановления параметров удара молнии по измеренному временному профилю скорости вращения СП.
ЛИТЕРАТУРА
Charlton D. et al. Field measurements of SOP transients in OPGW, with time and location correlation to lightning strikes // Optics Express. 2017. Vol. 25. No 9. PP. 9689−9696.
Verdet E. Recherches sur les propriétés optiques developées dans les corps transparents par l’action du magnétisme. Imprimerie de Mallet-Bachelier, 1863.
Конышев В.А. и др. Влияние магнитного поля на поляризацию света в оптическом волокне со случайным распределением линейного двулучепреломления // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 8. С. 773−776.
Конышев В.А. и др. Влияние ударов молнии на работу когерентной системы связи на основе ВОЛС-ВЛ // Прикладная фотоника. 2020. Т. 7. № 2. С. 118−129.
Konyshev V.A. et al. Retarded field model for fast polarization rotations caused by lightning events // Laser Physics Letters. 2021. Vol. 18. No. 11. P. 115101.
Акопов С. и др. Влияние молнии на работу когерентных ВОЛС // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 4. С. 24–31.
Горбатов Д.В. и др. Влияние анизотропии одномодового волокна на вызванное ударами молний вращение поляризации светового сигнала в оптическом кабеле грозотроса // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 1. С. 87−93.
Proakis J.G., Salehi M. Digital communication through band-limited channels // Digital Communications. New York, NY: McGraw-Hill, 2008. PP. 597–688.
Savory S.J. Digital filters for coherent optical receivers // Optics express. 2008. Vol. 16. No 2. PP. 804−817.
Xu T. et al. Frequency-domain chromatic dispersion equalization using overlap-add methods in coherent optical system // Journal of Optical Communications. 2011. Vol. 32. No. 2. PP. 131–135.
Zhou X., Chen X. Parallel implementation of all-digital timing recovery for high-speed and real-time optical coherent receivers // Optics Express. 2011. Vol. 19. No. 10. PP. 9282–9295.
Faruk M.S., Kikuchi K. Frequency-domain adaptive equalizer with rational oversampling rates in coherent optical receivers // 2014 The European Conference on Optical Communication (ECOC). P. 3.22.
Rios-Müller R., Renaudier J., Charlet G. Blind receiver skew compensation for long-haul non-dispersion managed systems // 2014 The European Conference on Optical Communication (ECOC). Th. 2.3.1.
Magarini M. et al. Pilot-symbols-aided carrier-phase recovery for 100-G PM-QPSK digital coherent receivers // IEEE Photonics Technology Letters. 2012. Vol. 24. No. 9. PP. 739−741.
The Optical Networking and Communication Conference & Exhibition OFC-2016. Coriant White Paper. Lightning Strikes and 100G Transport 74C.0133. Rev. A 03/16.
к быстрому вращению поляризации, вызванному грозовым разрядом
Т.О.Базаров, аспирант НИУ МФТИ,
ведущий инженер-исследователь ООО "Т8",
А.Н.Дорожкин, аспирант МГУ им. М.В.Ломоносова,
инженер-исследователь 1-й категории ООО "Т8 НТЦ",
Т.О.Лукиных, инженер 2-й категории ООО "Т8 НТЦ" / lukashova@t8.ru,
О.Е.Наний, д.ф.-м.н., проф. МГУ им. М.В.Ломоносова,
проф. НИУ МФТИ, начальник научного отдела ООО "Т8 НТЦ",
М.А.Сенько, аспирант МГУ им. М.В.Ломоносова,
инженер-исследователь 2-й категории ООО "Т8",
В.Н.Трещиков, к.ф.-м.н., генеральный директор ООО "Т8 НТЦ"
УДК 681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2023.109.1.48.54
В работе методом численного моделирования исследуется устойчивость работы алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) когерентного приемника к быстрому вращению поляризации, вызванному ударом молнии в оптический кабель в грозотросе (ОКГТ). Установлено, что скорость изменения состояния поляризации (СП) является наиболее важным параметром, определяющим рост коэффициента ошибок (BER) в приемнике. Детальный анализ работы алгоритмов ЦОС в условиях быстрого вращения СП показал, что причиной роста коэффициента ошибок является ограниченное быстродействие блоков пересинхронизации и адаптивной фильтрации.
Введение
В разных странах мира широкое распространение получили воздушные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) с использованием оптического кабеля, встроенного в грозозащитный трос. Такое решение совмещает функцию защиты линии электропередач от ударов молнии и экономичный способ организации связи, позволяющий использовать уже существующие опоры линий электропередачи (ЛЭП).
Однако в высокоскоростных когерентных системах передачи данных прямой удар молнии в грозотрос может привести к кратковременному сбою связи. При ударе в кабель формируется продольное магнитное поле, изменение которого приводит к быстрому вращению состояния поляризации сигнала [1] из-за эффекта Фарадея [2]. Быстрое вращение поляризации приводит к ошибкам на приеме в системах связи, чувствительных к СП, использующих многоуровневые форматы модуляции и поляризационное мультиплексирование.
Обеспечение надежности воздушных ВОЛС с ОКГТ ставит задачи исследования эффекта Фарадея в телекоммуникационных оптических волокнах (ОВ) и анализа влияния формы временной зависимости скорости изменения СП световых сигналов на выходе ОВ. Первая задача рассматривалась в работах [3−7], где представлены математическая модель удара молнии и методика расчета временного профиля быстрых изменений СП.
Анализ влияния линейного двулучепреломления на величину угла поворота СП постоянным магнитным полем был проведен в работе [3]. Необходимость учета динамических эффектов, связанных с конечными временами распространения электромагнитной и световой волн вдоль оптического кабеля, была обоснована в работе [5], в которой на основе модели запаздывающего поля дано более точное описание временных зависимостей СП в модели изотропного волокна. В статье [7] уже рассматривалась математическая модель, учитывающая анизотропию волокна и модель запаздывающего поля.
Первые количественные оценки воздействия ударов молнии на работу когерентных ВОЛС с ОКГТ в целом были приведены в [4]. В настоящей статье методом численного моделирования исследуется работоспособность линии связи при различных параметрах временного профиля вращения СП и выявляются наиболее чувствительные к эффекту Фарадея блоки ЦОС. Для простоты рассматривается изотропная модель волокна.
1. Численная модель удара молнии в изотропное волокно
Удар молнии в оптический грозотрос приводит к быстрому вращению выходного состояния поляризации оптического излучения. Как было показано в модели [7], в случае отсутствия в волокне линейного двулучепреломления скорость вращения СП Ω зависит от параметров ЛЭП (см. табл.1) и пропорциональна силе тока I(t), индуцированного ударом молнии в ОКГТ:
Ω(t) ~ cµ0VI(t), (1)
где с − скорость света в вакууме,
µ0 − магнитная проницаемость вакуума,
V – постоянная Верде.
Учет модели замедленного поля приводит к зависимости Ω от параметров удара молнии. В табл.1 приведены все параметры и величины, влияющие на временной профиль Ω.
В данной статье, как и в [3−7], использовалась модель молнии, описываемая функцией линейного роста:
. (2)
Время нарастания тока реальной молнии на несколько порядков меньше времени его затухания [5], что позволяет в формуле (2) принять бесконечную длительность молнии.
В данной работе рассматриваются удары молнии в опору ЛЭП (x = 0), что определяет характерную, трапециевидную форму временного профиля Ω (рис.1). Для его описания введены параметры, указанные в табл.2.
Следует отметить, что τrise ≤ τ. Также при анализе можно использовать зависимый параметр −
производную dΩ/dt. На участке нарастания Ω:
dΩ/dt = Ωmax/τrise. (3)
Характеристикой для оценки работоспособности ВОЛС является отношение оптического сигнал/шума − OSNR [6], которое взаимно однозначно связано с величиной отношения электрического сигнал/шума − SNR. В данной работе анализировалась величина штрафа по SNR для различных значений параметров временного профиля Ω (табл.2).
Схема численного эксперимента с QPSK-приемником/передатчиком изображена на рис.2. Рассматривается линия, состоящая из 31 пролета по 100 км, потери в каждом пролете полностью компенсируются идеальным усилителем EDFA.
В качестве источника шума используется блок OSNR, на котором устанавливается значение OSNR на QPSK/RX. После приема сигнал поступает на АЦП (ADC). Удар молнии имитируется блоком lightcode, алгоритм которого базируется на математической модели [5]. Необходимые для расчета временных профилей скорости изменения СП параметры приведены в табл.2.
Сигнал подвергается цифровой обработке (DSP). Символьная скорость составляет 32 ГГц. На выходе блока ЦОС по уровню ошибок BER рассчитывается SNR [8]. Выделяются следующие блоки ЦОС:
компенсация межквадратурных задержек [9];
нормализация [9];
компенсация хроматической дисперсии [10];
пересинхронизация [11];
адаптивный фильтр MIMO 4 × 2 с длиной 64 отсчета [12, 13];
принятие решения по поляризации [9];
восстановление частоты несущей [9];
восстановление фазы несущей [14].
2. Зависимость штрафа величины критического отношения сигнал/шум от параметров временного профиля скорости вращения поляризации
В численной модели уровень OSNR на входе приемника устанавливается равным 12 дБ. Штраф по SNR рассчитывается как разница SNR без эффекта Фарадея и при ударе молнии в ОКГТ (ΔSNR = SNR(Imax = 0) – SNR(Imax ≠ 0)). В рамках исследования влияния параметров временного профиля Ω на работоспособность линии связи проведено три серии по 10 численных экспериментов.
В первых двух сериях исследовалась зависимость ΔSNR от производной dΩ/dt при фиксированных значениях Ωmax и τpl. Производная варьировалась в диапазоне от 0,68 до 2,04 [Мрад/с]/мкс. Итоговое значение штрафа определялось по всему временному профилю. Результаты расчетов приведены на рис.3 и 4 для Ωmax = 1 Мрад/с и Ωmax = 2 Мрад/с соответственно. Как видно из графиков, при очень маленьких скоростях вращения СП, эффект Фарадея практически не влияет на качество связи: штраф составляет менее 0,5 дБ и варьируется в пределах сотых дБ, что объясняет отсутствие явного тренда в Х-поляризации на рис.3.
Однако при увеличении скорости вращения до 2 Мрад/с штраф достигает 1,4 дБ, но уменьшается с увеличением производной. Увеличение производной при фиксированном Ωmax достигается уменьшением времени нарастания скорости вращения (τrise), следовательно, и воздействия больших значений Ω. Таким образом, именно величина скорости вращения, а не ее производная, влияет на уровень ошибок при передаче информации.
В третьей серии экспериментов для исследования влияния величины Ω на штраф моделировался идеальный прямоугольный временной профиль вращения поляризации; результаты приведены на рис.5. Как следует из представленного на нем графика, наблюдается экспоненциальный рост штрафа с увеличением Ω.
3. Влияние быстрого вращения поляризации на качество работы алгоритмов ЦОС
Быстрое вращение СП влияет на качество работы лишь тех блоков ЦОС, алгоритмы которых чувствительны к поляризации. Определяющей в данном случае является работа блоков пересинхронизации и адаптивной фильтрации, поскольку последующие алгоритмы работают с разнесенными по поляризации сигналами.
Для анализа воздействия быстрого вращения СП сравнивался штраф ΔSNR при идеальной (модельной) пересинхронизации (рис.6) и произведенной по алгоритму Гарднера [11] (рис.5). Чрезвычайно низкий уровень ошибок, полученный при идеальной пересинхронизации, говорит о том, что адаптивная фильтрация сама по себе не чувствительна к воздействию эффекта Фарадея на линию. К сбою приводят ошибки в работе алгоритма пересинхронизации. Поиск или разработка наиболее устойчивого к быстрому вращению СП алгоритма является отдельной трудоемкой задачей.
Заключение
Проведенный в данной работе анализ влияния параметров временного профиля вращения СП в приближении изотропного волокна на работу ВОЛС с ОКГТ показал, что скорость изменения состояния поляризации является наиболее важным параметром, определяющим рост коэффициента ошибок на приемнике. Без использования алгоритма подавления вращения СП уже при скорости вращения поляризации 2 Мрад/с штраф превышает 3 дБ, что больше величины эксплуатационного запаса.
Критическим для работоспособности линии является влияние эффекта Фарадея на алгоритм пересинхронизации при ЦОС. Представляется актуальной разработка новых алгоритмов пересинхронизации, устойчивых к быстрому вращению поляризации.
Кроме того, вычислительный аппарат, разработанный в рамках данного исследования, может быть использована для анализа устойчивости линии к воздействию молний различных характеристик и форм.
Согласно статистике [15] в ВОЛС с ОКГТ длиной 1000 км попадает примерно 500 молний в год при частоте до 5 молний/год на 1 кв. км. Таким образом, исследования воздействия удара молнии на ВОЛС с ОКГТ необходимы для разработки новых и усовершенствования существующих концепций построения линии и алгоритмов ЦОС.
В свою очередь приведенные результаты могут быть полезны для решения обратной задачи: восстановления параметров удара молнии по измеренному временному профилю скорости вращения СП.
ЛИТЕРАТУРА
Charlton D. et al. Field measurements of SOP transients in OPGW, with time and location correlation to lightning strikes // Optics Express. 2017. Vol. 25. No 9. PP. 9689−9696.
Verdet E. Recherches sur les propriétés optiques developées dans les corps transparents par l’action du magnétisme. Imprimerie de Mallet-Bachelier, 1863.
Конышев В.А. и др. Влияние магнитного поля на поляризацию света в оптическом волокне со случайным распределением линейного двулучепреломления // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 8. С. 773−776.
Конышев В.А. и др. Влияние ударов молнии на работу когерентной системы связи на основе ВОЛС-ВЛ // Прикладная фотоника. 2020. Т. 7. № 2. С. 118−129.
Konyshev V.A. et al. Retarded field model for fast polarization rotations caused by lightning events // Laser Physics Letters. 2021. Vol. 18. No. 11. P. 115101.
Акопов С. и др. Влияние молнии на работу когерентных ВОЛС // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 4. С. 24–31.
Горбатов Д.В. и др. Влияние анизотропии одномодового волокна на вызванное ударами молний вращение поляризации светового сигнала в оптическом кабеле грозотроса // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 1. С. 87−93.
Proakis J.G., Salehi M. Digital communication through band-limited channels // Digital Communications. New York, NY: McGraw-Hill, 2008. PP. 597–688.
Savory S.J. Digital filters for coherent optical receivers // Optics express. 2008. Vol. 16. No 2. PP. 804−817.
Xu T. et al. Frequency-domain chromatic dispersion equalization using overlap-add methods in coherent optical system // Journal of Optical Communications. 2011. Vol. 32. No. 2. PP. 131–135.
Zhou X., Chen X. Parallel implementation of all-digital timing recovery for high-speed and real-time optical coherent receivers // Optics Express. 2011. Vol. 19. No. 10. PP. 9282–9295.
Faruk M.S., Kikuchi K. Frequency-domain adaptive equalizer with rational oversampling rates in coherent optical receivers // 2014 The European Conference on Optical Communication (ECOC). P. 3.22.
Rios-Müller R., Renaudier J., Charlet G. Blind receiver skew compensation for long-haul non-dispersion managed systems // 2014 The European Conference on Optical Communication (ECOC). Th. 2.3.1.
Magarini M. et al. Pilot-symbols-aided carrier-phase recovery for 100-G PM-QPSK digital coherent receivers // IEEE Photonics Technology Letters. 2012. Vol. 24. No. 9. PP. 739−741.
The Optical Networking and Communication Conference & Exhibition OFC-2016. Coriant White Paper. Lightning Strikes and 100G Transport 74C.0133. Rev. A 03/16.
Отзывы читателей
