Résumé
Rezo kominikasyon fib optik jwe yon wòl enpòtan nan rezo telekominikasyon mondyal la. Sepandan, efè ki pa lineyè nan fib optik la ak bri transceiver anpil limite pèfòmans nan sistèm kominikasyon fib. Nan papye sa a, pwodwi enfòmasyon mityèl (MI) ak lajè kominikasyon yo itilize kòm metrik to enfòmasyon ki ka reyalize (AIR). Yo konsidere pèt MI ki te koze pa transceiver la tou nan travay sa a, epi yo itilize MI ki gen bon konprann, jeneralize enfòmasyon mityèl (GMI), pou kalkile AIR la. Pèt sa a pi enpòtan nan itilizasyon fòma modulasyon ki pi wo yo. Analiz AIR la fèt nan fòma modulasyon QPSK, 16QAM, 64QAM ak 256QAM pou sistèm kominikasyon yo ak diferan bandwidth kominikasyon ak distans transmisyon ki baze sou modèl bri Gaussian (EGN) amelyore. Papye a bay sijesyon pou seleksyon fòma modulation optimal nan diferan senaryo transmisyon.
Grafik Abstract
1. Entwodiksyon
Plis pase 95% nan trafik done dijital yo pote sou rezo fib optik [1]. Pousantaj transmisyon enfòmasyon sistèm kominikasyon fib optik limite pousantaj kominikasyon rezo telekominikasyon mondyal yo. Avèk devlopman teknoloji kominikasyon fib, pi gwo lajè kominikasyon ak pi gwo pousantaj senbòl yo reyalize transmèt plis Bits nan yon segonn. Sepandan, efè grav ki pa lineyè tou rive epi mennen nan mwens bits valab transmèt pa segonn. Pandan se tan, bri faz améliorée egalizasyon (EEPN) diminye plis kalite siyal la [2]. Nan lòt mo, pousantaj kominikasyon efikas limite pa efè ki pa lineyè ak bri transmisyon. Fenomèn sa a pi evidan lè fòma modulation pi wo yo aplike. Anjeneral, yon fòma modulation ki pi wo vle di yon pousantaj erè senbòl ki pi wo (SER) [3, 4]. Sepandan, lè l sèvi avèk fòma modulation wo-lòd ka transmèt plis Bits pa chak senbòl. Se poutèt sa, li pa ase pou itilize radyo siyal-a-bri (SNR) pou evalye pèfòmans sistèm kominikasyon an. Pou mezire rezonab kapasite kominikasyon an, yo ta dwe itilize pousantaj ti transmisyon ke sistèm lan ka efektivman sipòte kòm metrik la. Jeneralize enfòmasyon mityèl (GMI) ka itilize pou mezire to transmisyon efikas sistèm nan. Pou sistèm divizyon longèdonn multiplexed (WDM), plis chanèl ka itilize pou transmèt siyal an menm tan pou reyalize pi gwo pousantaj done. Malgre ke pi gwo lajè a ap diminye plis SNR a akòz entèraksyon entè-chanèl yo, penalite pèfòmans lan se anpil mwens pase benefis nan to enfòmasyon ki rive nan itilize nan plis chanèl [5]. Se poutèt sa, papye sa a anplwaye kantite Bits efektivman transmèt nan yon segonn kòm metrik to enfòmasyon ki ka reyalize (AIR). Modèl amelyore bri Gaussian (EGN) aplike pou analize pèfòmans sistèm fib optik la nan diferan kondisyon. Finalman, fòma modulation optimal la jwenn pa analiz konplè sou diferan senaryo transmisyon. Diskisyon yo fèt bay yon direksyon optimize pou fiti sistèm kominikasyon fib optik gwo kapasite.
Papye sa a evalye diferan senaryo kominikasyon an tèm de pousantaj bit efikas ki ka transmèt avèk efikasite. Sa yo metrik bay yon konparezon jis nan sistèm yo, ak rezilta yo gen enplikasyon fondamantal ak bay sijesyon perspicaces pou rechèch swivi. Konklizyon yo nan papye sa a baze sou sistèm san aplikasyon teknik koreksyon erè (FEC) pou pi devan [6, 7]. Diferan kalite kòd FEC gen diferan kapasite koreksyon erè, ak rechèch nan AIR nan ka sa a sèlman bezwen pote soti nan yon etap pi lwen ki baze sou rezilta nou yo. Anplis, enpak la nan entwodwi kòd koreksyon erè sou pousantaj la transmisyon se lineyè, kidonk konklizyon yo nan papye sa a se perspicaces ak aplikab pou sistèm ak FECs.
Papye sa a ranje jan sa a. GMI ak MI yo prezante nan Sect. 2. Seksyon 3 diskite sou modèl EGN. Rezilta yo ak diskisyon yo ka jwenn nan Sect. 4 ak kèk pwopozisyon pou lavni yo prezante nan Seksyon. 5.
2 Jeneralize enfòmasyon mityèl
Enfòmasyon mityèl (MI) se yon mezi kantite enfòmasyon ke de varyab o aza pataje. Li mezire degre nan ki konesans nan yon varyab diminye ensètitid sou lòt varyab la. Pou siyal kominikasyon yo, pi wo MI a ant transmetè a ak reseptè a, se pi bon kalite kominikasyon an. Sa vle di ke plis enfòmasyon yo kòrèkteman transmèt. Limit Shannon yo itilize pou mezire kapasite chanèl la, lè w kalkile MI ki genyen ant siyal yo anvan ou antre nan kanal la ak siyal yo lè w ap kite kanal la. Sepandan, reseptè a ap toujou lakòz pèt nan MI. Se poutèt sa, siyal yo itilize nan kalkil la yo elaji nan sekans ti jan, jan yo montre nan Fig. 1, ak pousantaj enfòmasyon an kalkile ki baze sou GMI.
Fig. 1
Chema MI ak GMI
Imaj gwosè konplè
Sipoze ke siyal la ti jan modulation nan tanlse {c1,l,c2,l,...,cm,l}{c1,l,c2,l,...,cm,l}xlxlxi∈X,kat(X)=Mxi∈ X,kat(X)=Myiyiyi∈Yyi∈Y{L1,l,L2,l,...,Lm,l}{L1,l,L2,l,...,Lm,l}
MI=I(X:Y)=1M∑i=1M∫CNfY|X(y|xi)log2fY|X(y|xi)1M∑Mj{{5} }fY|X(y|xj)dy,MI=I(X:Y)=1M∑i=1M∫CNfY|X(y|xi)log2fY| X(y|xi)1M∑j=1MfY|X(y|xj)dy,
(1)
GMI{{0}}∑k=1mEBk,Y[log2fY|Bk(Y|Bk)12∑b∈{0,1}fY|Bk(Y|b) ]=1M∑k=1m∑b∈{0,1}∑i∈Ibm∫CNfY|X(y|xi)log2∑j∈IbkfY|X(y| xj)12∑Mp=1fY|X(y|xp)dy,GMI=∑k=1mEBk,Y[log2fY|Bk(Y|Bk)12∑b ∈{0,1}fY|Bk(Y|b)]=1M∑k{=1m∑b∈{0,1}∑i∈Imb∫CNfY|X( y|xi)log2∑j∈IkbfY|X(y|xj)12∑p=1MfY|X(y|xp)dy,
(2)
kote Ibm⊂{1,2,...,M}Imb⊂{1,2,...,M}kat(Ibm)=M/2card(Imb)=M/2fY |X(y|x)fY|X(y|x)CNNCBkBkEE
Fig. 2
GMI ak MI nan DP-QPSK, DP-16QAM, DP-64QAM ak DP-256QAM,DP: doub polarizasyon
Imaj gwosè konplè
3 Amelyore modèl bri Gaussian
Akòz egzistans efè ki pa lineyè, pwopagasyon siyal nan fib la trè konplike. Li enposib pou bay ekspresyon eksplisit pou tranzisyon siyal yo. Sepandan, efè ki pa lineyè kanal la pa trè fò tou pre pouvwa optimal, kote konpòtman pwopagasyon siyal la tou pre pwopagasyon siyal lineyè. Sa a se sipozisyon debaz modèl bri Gaussien ki baze sou perturbation. Poggiolini et al. pwopoze modèl EGN pou byen vit estime SNR nan sistèm kominikasyon fib optik [10, 11]. Nan papye sa a, yo itilize modèl EGN pou kalkile SNR chanèl la byen vit, epi apre sa yo ajoute evalyasyon ki baze sou EGN nan entèferans ki pa lineyè ki koresponn lan pou estime GMI sistèm lan. Modèl EGN nan C-band la ka apeprè eksprime kòm [12, 13]
SNR=Pσ2+σ2s-s+σ2s-n, SNR=Pσ2+σs-s2+σs-n2,
(3)
σ2=σ2TRx+σ2ASE,σ2=σTRx{2+σASE2,
(4)
σ2s-s{2}}n�{+1sηP3,σs-s2=�{{{{7{7}}ηP3,
(5)
σ2s-n≈3(Nϵ+1s2+Nϵ+2sϵ{+2)ησ2ASEP2+3Nϵ+1sηκP3,σs-n2≈3 (Nsϵ+12+Nsϵ{+2ϵ+2)ησASE2P2+3Nsϵ+1ηκP3,
(6)
koteP, σ2ASEσASE2σ2TRxσTRx2Ns
ϵ=310log⎡⎣1+6LsLeffsinh−1(π2| 2|R2sN2chLeff)⎤⎦,ϵ=310log[1+6LsLeffsinh−1(π2| 2| Rs2Nch2Leff)],
(7)
η≈827 2Leffπ| 2|R2ssinh−1(π22| 2|LeffN2chR2s)−8081κ 2L2effπ| 2|LsR2s[Φ(Nch+12)+C+1],η≈827 2Leffπ| 2|Rs2sinh−1(π22| 2|LeffNch2Rs2)−8081κ 2Leff2π| 2|LsRs2[Φ(Nch+12)+C{+1],
(8)
kote Leff{{0}}(1−e− Ls)/ Leff=(1−e− Ls)/ 2 2NchNchRsRsC≈0.557C≈0.557 LsLsΦ (x)Φ(x)κκ]. Presizyon modèl EGN nan C-band la te deja verifye pa lòt entelektyèl tou nan travay anvan nou yo [14,15,16,17].
4 Rezilta ak diskisyon
Pou yon sistèm kominikasyon optik ak espas Nyquist, dapre teyorèm echantiyon Nyquist, yo ka mezire kantite senbòl ki transmèt pa segonn atravè Pleasant sistèm lan. Valè GMI reprezante kantite efikas bit nan yon senbòl. Miltipliye Pleasant la pa GMI a bay kantite efikas nan Bits pou chak segonn, transmèt sou chak mòd polarizasyon. Papye sa a etidye senaryo kominikasyon yon sistèm kominikasyon fib 32 GBaud 80 km pa span ak diferan fòma modulasyon, distans transmisyon ak bandwidth. Rezilta AIR kont distans transmisyon ak bandwidth yo montre nan Fig. 3.
Fig. 3
AIR kont distans transmisyon ak Pleasant kominikasyon. To senbòl se 32 GBaud ak chak span fib se 80 km
Imaj gwosè konplè
Degradasyon MI nan reseptè a se patikilyèman grav pou fòma modulasyon ki pi wo yo, jan yo montre nan Fig. 2. Lè SNR a ba, GMI nan fòma modulasyon segondè-lòd la tonbe sevè, epi li ka menm pi ba pase sa yo ki. fòma ki ba-lòd nan rejyon SNR ki ba. Anplis, fòma modulasyon ki pi wo yo pi siyifikativman afekte pa bri a, sa ki lakòz yon degradasyon GMI pi grav. Li demontre ke fòma modulasyon ki pi wo yo montre avantaj yo nan ka pi kout distans transmisyon oswa pi piti bandwidth kominikasyon. Pou sistèm ki gen distans transmisyon long ak gwo bandwidth, kèk fòma modulation ba-lòd ka pi solid ak apwopriye. Figi 4 montre fòma modulation optimal pou diferan sitiyasyon transmisyon.
Fig. 4
Fòma modulation optimal yo anba distans transmisyon diferan ak bandwidth kominikasyon. To senbòl se 32 GBaud ak chak span fib se 80 km
Imaj gwosè konplè
Pou sistèm kominikasyon terrestres, longè fib komen an se 80 km, ak distans transmisyon an se mwens pase 10000 km. Lè pousantaj senbòl la se 32 GBaud ak distans transmisyon an depase 2000 km, fòma modulation 16QAM ka toujou jwenn AIR ki pi wo a. Lè distans transmisyon an redwi a ant 240 ak 2000 km, konplo modulasyon 64QAM vin fòma ki pi apwopriye. Siyal 256QAM a ka depase twa lòt fòma modulation sèlman lè distans transmisyon an pi ba pase 240 km.
Pou etidye pi wo sistèm pousantaj senbòl, nou fikse distans transmisyon an kòm 8000 km. Figi 5 montre GMI a ak diferan pousantaj senbòl ak diferan bandwidth kominikasyon nan distans transmisyon nan 8000 km ak span fib nan 80 km.
Figi 5
AIR pou chak transmetè kont pousantaj senbòl ak Pleasant kominikasyon. Distans transmisyon se 8000 km ak chak span fib se 80 km
Imaj gwosè konplè
Chak koub nan Fig. 5 prèske menm jan liy dwat, e sa vle di ke GMI a fèb korelasyon ak pousantaj senbòl la. Sepandan, ogmantasyon nan pousantaj kominikasyon an ka sove kantite chanèl pou transmisyon WDM e pakonsekan sove pri seri eleman ki gen rapò. Se poutèt sa, transmetè ki pi wo yo gen AIR pi efikas pou chak transmetè. Pandan se tan, GMI a konpòte prèske poukont pousantaj senbòl la, e konsa 16QAM ka toujou jwenn pi bon pèfòmans nan 8000 km jan yo montre nan Fig. 4.
Yo etidye tou yon sistèm kominikasyon soumaren ki gen yon longè 50 km. Konpare ak sistèm nan ak 80 km span, mantèg span a 50 km ka siyifikativman amelyore sistèm nan SNR [14], se konsa fòma yo pi wo-lòd modulation ta ka benefisye de sa a. Yo montre rezilta a nan Fig. 6.
Figi 6
AIRs kont distans transmisyon ak bandwidth kominikasyon. To senbòl se 32 GBaud ak chak span fib se 50 km
Imaj gwosè konplè
Entèseksyon ki genyen ant koub ak koulè diferan nan menm gwoup la deplase nan direksyon yon distans kominikasyon ki pi long lè yo itilize modulasyon pi wo. Sa a pwouve ke fòma modulation ki pi wo a jwenn plis amelyorasyon pase fòma ki pi ba a ak ogmantasyon SNR sistèm lan. Depi senaryo transmisyon aktyèl la refere a yon sistèm soumaren, nou konsantre sou senaryo kote distans kominikasyon an depase 8000 km. Lè longè span a se 50 km, li ka jwenn ke fòma modulation QPSK ka prèske rive nan maksimòm GMI (2 bit/sym/polarization). Sa a se tou rezon ki fè fòma QPSK lajman itilize nan kominikasyon soumaren aktyèl yo. Sepandan, fòma modulation 16QAM tou jwenn yon gwo amelyorasyon, ak itilizasyon fòma 16QAM nan 12000 km ka siyifikativman amelyore sistèm AIR, espesyalman pou pi gwo Pleasant.
An rezime, pousantaj senbòl gen ti efè sou GMI sistèm lan, men aplikasyon an nan yon pousantaj senbòl ki pi wo ka efektivman redwi kantite transceivers ki nesesè yo ak konpozan lyen. Pou sistèm kominikasyon terès long distans (2000–10000 km) ak 80 km pou chak span, fòma 16QAM ka jwenn AIR ki pi wo a. Pou sistèm kominikasyon soumaren yo ak chak span fib 50 km [18], 16QAM a montre amelyorasyon pèfòmans ki pi enpòtan konpare ak fòma QPSK la. Nan yon sistèm kominikasyon terrestres oswa yon sistèm kominikasyon soumaren, li ka wè ke Pleasant kominikasyon an gen efè majinal sou SNR a, jan yo montre nan Fig. 5. Se poutèt sa, komès-off ant transmetè gwo vitès ak kantite chanèl enpòtan. lè w ap desine nouvo sistèm fib optik. Pou konvenyans nan itilizasyon, nou lis rezilta yo (seleksyon optimal nan fòma modulasyon an) pou Pleasant ki depase 2.4 THz tankou nan Tablo 1 ak 2 sa yo.
Tablo 1 Fòma modulation optimal pou lajè plis pase 2.4 THz ak distans span 80 km
Tablo gwosè konplè
Tablo 2 Fòma modulasyon optimal pou lajè plis pase 2.4 THz ak distans span 50 km
Tablo gwosè konplè
5 Pwopozisyon pou lavni
MI fòma modulation wo-lòd la toujou pi wo pase fòma ba-lòd la. Sepandan, GMI fòma modulation ki pi wo a ta ka pi ba pase fòma pi ba a akòz pèt enfòmasyon ki te koze pa transceiver la. Se poutèt sa, itilizasyon transceivers ki pi avanse kapab yon solisyon efikas. An reyalite, diferans SNR ant chak fòma modulasyon piti anpil, sitou lè lòd modulasyon an pi wo pase 4 (egal a oswa pi wo a 16QAM) [19]. Metòd divès kalite ki ka diminye pèt enfòmasyon sou bò reseptè a oswa chanje entèseksyon ant liy solid ak koulè diferan (fòma modulation) sou bò gòch la (rejyon SNR ki ba) nan Figi 2 pral yon direksyon rechèch enteresan pou pwochen jenerasyon kominikasyon fib. sistèm yo. Nan lòt men an, yon lòt direksyon rechèch cho sèvi ak divès apwòch, tankou fòm konstelasyon ak fòm ond [20], pou amelyore GMI nan sistèm fib optik la, kidonk deplase liy pwentiye a nan Figi 2 pi pre limit Shannon (la). liy gri). Sistèm kominikasyon fib optik, malgre yo toujou gen yon fason lontan pou ale, pral evantyèlman vin poto prensipal rezo telekominikasyon nan lavni.
Disponibilite done ak materyèl
Done ki sipòte rezilta etid sa a disponib nan men otè ki koresponn lan, sou demann rezonab.
