This research paper introduces an advanced optical transmission technology for 5G+ networks that uses high-order quadrature amplitude modulation (QAM) to improve data delivery.
The system uses coherent optical transmission, dual-polarization, advanced DSP algorithms, and FEC to achieve great spectral efficiency, signal integrity, and resistance against optical defects at 16Tbit/s per channel across 200 kilometers. This study shows that high-order QAM can address future connectivity needs and advances optical network development for 5G and beyond. Based on the system developed by the author with a speed of 1 Tbit/s and the application of the Il’in-Morozov’s method, the presented system can be modernized and simplified in its structure, brought to the speeds indicated above due to stream aggregation.
Идентификаторы и классификаторы
Optical transmission systems, high-order quadrature amplitude modulation, 5G+ networks,
coherent optical communication, high-capacity broadband, digital signal processing, forward error correction, spectral efficiency, fiber-optic networks, dual-polarization techniques, have the great potential to transform communication systems. The capacity to handle bandwidths efficiently with low energy consumption addresses requirements of future networks leading to stronger, more scalable and higher capacity optical infrastructure. Solutions with a high data rate are required to accommodate the expanding global mobile traffic. For networks with brief to medium range, such as automated industrial or residential systems, this will necessitate gigabit-capacity channels. In addition to supporting novel services such as Internet of Things (IoT), 5G technology satisfies this demand [1]. Gigabit service per user, minimal latency, and great spectral efficiency are some of the primary goals of the 5G network, which aims to handle traffic one hundred times faster than 4G networks [2-4]. The optical system must be adapted to handle high-speed and capacity data in order to meet the needs of fifth-generation optical fibers. All areas of digital communication now rely on complex higher-order modulation formats based on quadrature amplitude modulation (QAM) to increase the capacity and efficiency of the spectrum and, by extension, transmission bit rates across existing infrastructures [5]. In comparison to lower-order QAM, higher-order QAM is able to transmit more data [6]. Coherent systems employ spectrally efficient advanced modulation forms to maximize the channel bandwidth. Formats such as 16-32-64-128-QAM and quadrature phase-shift keying are a few examples. Smaller constellations up to 64-QAM may soon be used in practical systems, ones up to 256-QAM becoming feasible in five to ten years, as a result of laser phase noise and OSNR limitations [7]. Improving the capacity, cost-per-bit, and bit rate of coherent optical transmission systems COTS is a top research priority for long-distance communications. The effective technique known as wavelength division multiplexing WDM can solve a broad range of problems. In particular, high-capacity data transmission guarantees coverage across large areas, improved flexibility, and long-distance communication. When building transport domains between the baseband unit BBU and the remote radio heads RRH, WDM-PON is usually the major framework used by current 5G mobile access networks [8]. Figure 1 shows 5G bandwidth and latency needs [9].
Список литературы
- Bi Y. Remotely Powered and Reconfigured Quasi-Passive Reconfigurable Nodes for Optical
Access Networks / Y. Bi, S. Shen, J. Jin et al.// Journal of Electrical and Computer
Engineering. - Vol. 2016. - P. 1–10, 2016, doi: 10.1155/2016/2938415. - Byung Gon Kim. Optical fronthaul technologies for next-generation mobile communications/
Byung Gon Kim, S. H. Bae, H. Kim and Y. C. Chung // in 2016 18th International Conference
on Transparent Optical Networks (ICTON), IEEE, Jul. 2016. - P. 1–3, doi:
10.1109/ICTON.2016.7550604. - Udalcovs A. An Insight into the Total Cost of Ownership of 5G Fronthauling / A. Udalcovs
et al. // in 2018 20th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON),
IEEE, Jul. 2018. - P. 1–5, doi: 10.1109/ICTON.2018.8474008. - Kim B. G. Feasibility of RoF-based optical fronthaul network for next-generation mobile
communications / B. G. Kim, S. H. Bae, H. Kim, and Y. C. Chung // in 2017 Opto-Electronics and Communications Conference (OECC) and Photonics Global Conference (PGC), IEEE,
Jul. 2017. - P. 1–2, doi: 10.1109/OECC.2017.8114980. - Kahn J. M. Spectral Efficiency Limits and Modulation/Detection Techniques for DWDM
Systems / J. M. Kahn and K.-P. Ho // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum
Electronics. - V.10, no. 2. - P. 259–272, Mar. 2004, doi: 10.1109/JSTQE.2004.826575. - Sousa I. Fronthaul Design for Wireless Networks / I. Sousa, N. Sousa, M. P. Queluz and A.
Rodrigues // Applied Science. - Vol. 10, no. 14. - P. 4754, Jul. 2020, doi:10.3390/app10144754. - Fibre Optic Communication / H. Venghaus and N. Grote, Eds. // in Springer Series in Optical Scienc161. - Cham: Springer International Publishing. - 2017. - doi: 10.1007/978-3-319-42367-8. 331942368. Almufti A. M. 1Tbit/s per Lambda High order Quadrature Amplitude Modulation (128-256QAM) Coherent Optical Transmission System Design to Support (5G+) / A. M. Almufti
and O. G. Morozov // in 2023 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing
in Telecommunications (SYNCHROINFO), Jun. 2023. - IEEE - P. 1–4, doi:10.1109/SYNCHROINFO57872.2023.10178605. - Shbair W. Coherent Passive Optical Network technology for 5G / W. Shbair and F. El Nahal//
in 2019 IEEE 7th Palestinian International Conference on Electrical and Computer
Engineering (PICECE), Mar. 2019. - IEEE. - P. 1–4. doi: 10.1109/PICECE.2019.8747183. - Tamura Y. Lowest-Ever 0.1419-dB/km Loss Optical Fiber / Y. Tamura et al. // in Optical
Fiber Communication Conference Postdeadline Papers, Washington, D.C.: OSA, 2017. -
P. Th5D.1, doi: 10.1364/OFC.2017.Th5D.1. - UN specialized agency for ICTs / ITU-T Recommendations / ITU-T Rec. G.694.1, 2020.
https://www.itu.int/ITU-T/recommendations/rec.aspx?rec=11&lang=en - Il’In G.I. Theory of symmetrical two-frequency signals and key aspects of its application
/ G.I. Il’In., O.G. Morozov, A.G. Il’In //в сборнике: Proceedings of SPIE - The International
Society for Optical Engineering. - 2014. - С. 91560M. - Morozov O.G. RZ, CS-RZ and soliton generation for access networks applications: problems
and variants of decisions / O.G. Morozov // in Proceedings of SPIE - The International Society
for Optical Engineering. - 2012. - С. 84100P.
Выпуск
В 1 номере 2024 года будут представлены расширенные версии основных пленарных докладов конференции XI Молодежная международная научно-техническая конференция «Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы – 2024» (ПРЭФЖС-2024).
Другие статьи выпуска
The versatility of optical frequency combs in test and measurement has grown. Spectroscopy,
metrology, precision distance measuring, sensing, optical and microwave waveform synthesis, signal processing, and communications are examples. Bandwidth optimization is crucial. Our unique and simple method for C-band millimeter-wave double-sideband vector signal creation was tested. This approach cascades one single-drive and one push-pull Mach-Zehnder modulator. After driving the first one with a 2, 4, 8, 16, 32, 64 GHz RF pulse, an optical frequency comb with six flat carriers was formed.
The outputs were evaluated after each of the five stages following careful tuning to meet optical system harmonics. Multiple frequencies can be sent in one channel, making this architecture adaptable and scalable. For the suggested approach, experimental results match theoretical and simulation assessments.
В работе дано понятие сверхузкополосного пакета дискретных частот, как базовому инструменту радиофотонного анализа. Предложена концепция и разработана теория и техника сверхузкополосного пакета дискретных частот, как зондирующего излучения нового типа, применимого как к векторному анализу оптоволоконных устройств и систем, так и к контролю датчиков в оптоволоконных сенсорных системах. Дано теоретическое обоснование метрологических, технико-экономических и функциональных преимуществ использования предложенного инструмента.
Целью работы является проектирование системы измерения мгновенной частоты
(СИМЧ), реализующих измерительное преобразование «частота-амплитуда», для оборонных приложений и телекоммуникационных сетей связи поколения 5G и выше с минимизированной структурой и простым управлением, которая позволит достичь результатов, лучших или близких, получаемых в аналогичных системах с использованием комплексных двухпортовых, сдвоенных, поляризационных модуляторов Маха-Цендера (ММЦ) и других более сложных модуляторов. Указанные модуляторы стали недоступны в условиях санкционного давления или высокой цены поставщиков. Разрабатываемые в данной статье СИМЧ содержат в минимальной структуре одночастотный лазер, однопортовый ММЦ и фотодетектор, а обеспечение работы системы впервые, на наш взгляд, основано на спектральном или поляризационном преобразовании амплитудно-модулированного излучения с составляющими измеряемой частоты в скалярном и векторном брэгговском частотном дискриминаторе. Оценки и контрольные эксперименты показывают возможность достижения в минимизированной структуре разработанных
СИМЧ погрешности измерений ±0,01 ГГц, что на порядок лучше, чем у большинства известных СИМЧ существенно более сложной конфигурации с исключением перекрестных искажений в каналах при их поляризационном разделении.
Приводится обоснование создания и первые шаги развития в КНИТУ-КАИ инновационной научно-образовательной платформы спортивной инженерии на базе НИИ Медикобиологической и спортивной инженерии (НИИ МБиСИ) и кафедры физической культуры и спорта при поддержке кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, НИИ Прикладной электродинамики, фотоники и живых систем (НИИ ПРЭФЖС). Научнообразовательная платформа создается для проведения фундаментальных теоретических и прикладных экспериментальных исследований, подготовки специалистов в различных областях науки с акцентом на приложение полученных ими результатов и компетенций в спорте высоких достижений, а также для решения задач профилактики заболеваний спортсменов и их реабилитации. Образовательные задачи планируется реализовать на новой кафедре «Спортивная инженерия» сначала в рамках магистратуры, а затем по полному циклу уровней от бакалавра до аспиранта.
Издательство
- Издательство
- КАИ
- Регион
- Россия, Казань
- Почтовый адрес
- 420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10
- Юр. адрес
- 420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10
- ФИО
- Алибаев Тимур Лазович (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@kai.ru
- Контактный телефон
- +7 (843) 2384110
- Сайт
- https://kai.ru