ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОГЕРЕНТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ OFDM И WDM СИСТЕМ

АННОТАЦИЯ

В данной статье предлагается система, который объединяет CO-OFDM с WDM для достижения скорости передачи данных 400 Гбит / с в одномодовом оптоволокне 1000 км (SMF). Сигнал 400 Гбит/с генери­руется путем мультиплексирования восьми поднесущих OFDM. Мы представляем производительность обратной связи CO-OFDM WDM путем измерения BER и OSNR (отношение оптического сигнала к шуму) и диаграммы созвездий.

Ключевые слова: OFDM, CO-OFDM, WDM, OSNR, BER, IFFT, QAM, DCF.

Введение. Потребность в высоких скоростях передачи данных привела к увеличению интереса к мультиплексированию с ортого­нальным частотным разделением (OFDM) в оптической связи. OFDM предназначен для использования в качестве способа модуляции в широкоу он поддерживает повышенную устойчивость к узкополосным помехам и частотно-избирательному замиранию.

Принцип работы OFDM заключается в том, что он делит потоки высокой скорости передачи данных на более низкие. Затем весь поток с низкой скоростью передачи данных передается одновременно по нескольким поднесущим. Из-за этого увеличивается длительность символа. Следовательно, количество дисперсии, генерируемое из-за разброса задержки многолучевого распространения, будет значительно уменьшено. Поднесущие OFDM могут быть модулированы с использованием различных типов модуляции, таких как квадратурная амплитудная модуляция (QAM) или фазовая манипуляция (PSK) [1].

После этого поднесущие переносятся на высокочастотный носитель (например, 7,5 ГГц). Быстрое преобразование Фурье (FFT) и обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT) являются очень эффективными алгоритмами, которые могут использоваться в OFDM-трансиверах. В системах волоконно-оптической связи OFDM уделяет большое вни­мание в качестве эффективного метода модуляции для преодоления различных ограничений в системах передачи оптического волокна, таких как модовая дисперсия, хроматическая дисперсия (CD), поляризационно-модовая дисперсия (PMD). Когерентный оптический OFDM (COOFDM) стал эффективным методом для высоких скоростей передачи данных выше 100 Гбит/ с. CO-OFDM объединяет преимущества технологии модуляции OFDM и метода когерентного обнаружения и имеют много преимуществ, которые имеют решающее значение для будущего высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи [2].

Одним из основных преимуществ использования CO-OFDM в системе связи оптического волокна является его способность уменьшать влияние хроматической дисперсии (CD) и поляризационно-модовой дисперсии (PMD). Кроме того, он может обеспечивать высокую спектральную эффективность, поскольку спектры поднесущих OFDM не полностью перекрываются. Кроме того, электрическая пропускная способность приемопередатчика CO-OFDM может быть значительно уменьшена за счет прямого преобразования вверх / вниз. Эти функции очень привлекательны для проектирования высокоскоростных цепей. CO-OFDM - это технология, которая имеет большой потенциал для получения высокоскоростных скоростей передачи данных в современных системах передачи [3].

Проектируемая система. Система состоит из трех основных частей: CO-OFDM-передатчик, волоконно-оптический канал и CO-OFDM-приемник. Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) используется для поддержки высокой скорости передачи данных с восемью каналами, расположенными на расстоянии 50 ГГц, для под­держки восьми сигналов OFDM с частотой 50 Гбит / с для достижения скорости передачи данных 400 Гбит / с. Инструмент моделирования OptiSystem используется для полного проектирования и изучения системы.

CO-OFDM-передатчик. Входной сигнал подключается к генератору последовательности 4-QAM и модулируется модулем OFDM. Поднесу­щая OFDM равна 512, число точек БПФ равно 1024, а защитный интервал - 1/8. Результирующий сигнал от модулятора OFDM передается на оптический модулятор I/Q, который состоит из разветвителя оптической мощности, двух модуляторов Маха-Цендера (MZM) и блока объединения мощности. Источник лазера подключен к разветви­телю мощности, а выходные сигналы подаются на два MZM, которые управляются компонентами OFDM. Результирующие сигналы от двух MZM объединяются для передачи на оптическое волокно [4].

Оптическая волоконная связь. Перед оптическим волокном восемь сигналов OFDM мультиплексируются с использованием восьми каналов WDM, а затем запускаются по линии оптического волокна. Используется многопролетное оптическое волокно, состоящее из 9‑пролетов 100-миллиметрового одномодового волокна (SMF). Дисперсия волокна компенсируется с использованием DCF (дисперсион­ное компенсационное волокно) 20 км в каждом пролете. Для компен­сации потерь используются волокна EDFA.

Приемник CO-OFDM. Приемник CO-OFDM, состоит из четырех сбалансированных PIN-фотодетекторов и локального лазера с длиной волны, равной центру каждой полосы. Шумоподавление выполняется с помощью сбалансированных детекторов. Выходной сигнал от линии оптического волокна принимается четырьмя сбалансированными прием­никами для выполнения оптического контроля I/ Q до электрического обнаружения. Результирующий сигнал передается на демодулятор OFDM для демодуляции и удаления защитного интервала. После этого результирующий сигнал передается на генератор последовательности 4-QAM [4].

Рисунок 1. Радиочастотный спектр для CO-OFDM в передатчике

Рисунок 2. Радиочастотный спектр для CO-OFDM в приемнике

Рисунок 3. Спектр 8 сигналов CO-OFDM после мультиплексора WDM

Рисунок 4. Диаграмма созвездия в передатчике CO-OFDM

Рисунок 5. Диаграмма созвездия B2B CO-OFDM в приемнике

Рисунок 6. Диаграмма созвездия CO-OFDM в приемнике после 1000 км и до использования DCF

Рисунок 7. Схема созвездия CO-OFDM в приемнике после использования DCF

Рисунок 8. Отношение BER и расстояния передачи

На рис. 2 показан радиочастотный спектр приемника CO-OFDM; сигнал распространяется более чем на 1000 км SMF. Мощность уменьшается до -34 дБм, что ухудшает мощность, возникающую из-за увеличения затухания из-за высокого увеличения длины волокна.

На рис. 3 показаны восемь спектров OFDM после системы WDM. Восемь каналов WDM начинаются с 193,05 ТГц до 193,4 ТГц с канальным пространством 50 ГГц.

Диаграмма созвездий демонстрирует сигнал с цифровой модуляцией и отображает его как двумерную диаграмму рассеяния. Измерения диаграмм созвездий определяют влияние искажения и помех в сигнале.

На рис. 4 передаваемый сигнал четко показан электрической схемой созвездий для цифрового модулятора 4-QAM на передатчике CO-OFDM.

На рис. 5 показана диаграмма созвездия системы CO-OFDM с обратной связью без использования волокна; как видно из рисунка, сигнал доставляется успешно.

На рис. 6 показана диаграмма созвездий системы после SMM 1000 км, как видно из рисунка, сигнал искажается по сравнению с диаграммой диаграммы B2B 8; это искажение сигнала произошло из-за хроматической дисперсии и нелинейных эффектов из-за увеличения скорости передачи данных и расстояния передачи. Для преодоления этой проблемы используется компенсация дисперсии волокна.

На рис. 7 показана диаграмма созвездия системы на стороне передатчика после использования DCF для компенсации дисперсии волокна. Изучается высокая скорость передачи данных с высокой скоростью передачи данных, наблюдая и анализируя взаимосвязь скорости битовых ошибок (BIR) и расстояния передачи. Кроме того, изучая влияние оптического сигнала на коэффициент шума (OSNR) на производительность системы и BER.

На рис. 8 показано влияние расстояния передачи на BER. По мере того, как расстояние передачи увеличивается, BER увеличивается из-за увеличения дисперсии волокна, которое будет создавать межсимвольные помехи, которые будут влиять на передачу сигнала.

Заключение. В этой статье изучается и анализируется интеграция когерентного оптического OFDM с WDM. Использование WDM помогло увеличить пропускную способность системы и достичь высокой скорости передачи данных 400 Гбит/с. Система была разработана восемью каналами, расположенными на частоте 50 ГГц для поддержки восьми сигналов OFDM с частотой 50 Гбит/с для достижения скорости передачи данных 400 Гбит/с. Предлагаемая система дает четкие результаты, и результаты подтверждают надежность системы. Полученные данные подтвердили эффективность системы CO-OFDM-WDM, которая может обеспечить значительно высокие скорости передачи данных. Результаты показывают, что при увеличении длины волокна BER будет увели­чиваться, и требуется больше OSNR для поддержания BER менее 10^-3. В будущем исследовании системы для повышения производительности системы будут использоваться различные методы модуляции, такие как 16-QAM и 64 QAM.

Список литературы:

1. Shiehт W., Bao H. Coherent optical OFDM: theory and design, 2008.
2. Bharti M. Study of Nonlinearity in CO-OFDM for Single Channel and WDM System, 2012.
3. Keiser G. Optical Fiber Communications, 2011.
4. Jian Z. Transmission of 4-ASK optical Fast OFDM with chromatic dispersion compensation, 2012.