Диссертация: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА В ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ОДНО- И МНОГОМОДОВЫХ ОПТОВОЛОКОННЫХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ
Информация о документе
- Формат документа
- Кол-во страниц
- 19 страниц
- Загрузил(а)
- Кол-во копий
- 1 копия
- Лицензия
- —
- Доступ
- Всем
- Просмотров
- 14
Предпросмотр документа
Информация о диссертации
- Место защиты (город)
- Россия, Новосибирск
- Место защиты (организация)
- ИВТ СО РАН
- Ведущая организация
- МГУ
- Научный руководитель
- член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Федорук Михаил Петрович
- Учёная степень
- Кандидат наук
- Год публикации
- 2017
- Каталог SCI
- Физика
- Актуальность проблемы
-
Волоконно-оптические линии связи на сегодняшний день являются самыми эффективными информационными системами для передачи больших объёмов данных на большие расстояния с высокой скоростью. В современных дальнемагистральных системах, основанных на стандартном одномодовом волокне, задействуются все имеющиеся степени свободы — время, частота, фаза и поляризация, которые могут быть использованы для модуляции и уплотнения сигналов. Нынешний рекорд скорости для стандартного одномодового волокна равен 101.7 Тб/с при передаче сигналов по трем пролетам длиной 55 км [1], однако дальнейшее увеличение пропускной способности таких систем затруднено в виду различных ограничений.
В настоящий момент наблюдается дисбаланс между ростом общемирового информационного трафика (порядка 40% в год) и ростом совокупной пропускной способности современных волоконно-оптических линий связи, который
составляет лишь 20% в год. При таком развитии событий уже в ближайшие несколько лет существует риск замедления динамики информационного обмена. Развитие систем связи, основанных на многомодовых волокнах, рассматривается в настоящее время в качестве перспективного технологического пути для дальнейшего увеличения пропускной способности за счет одновременной передачи данных по разным модам волокна.Исследование многомодовых линий связи началось совсем недавно, и большинство результатов получено в лабораторных условиях и не применимо для передачи данных на большие расстояния, потому что в этом случае возникают новые эффекты, влияющие на передаваемые сигналы, такие как линейная связь мод, дифференциальная групповая задержка и нелинейные межмодовые эффекты. В последнее время стали появляться работы, посвящённые использованию многомодовых волокон в реальных линиях связи [2, 3]. Однако авторы данных работ либо рассматривают распространение на слишком короткие дистанции, либо используют неполные модели, учитывающие лишь малое числоэффектов. Поэтому в настоящее время являются актуальными исследования,
посвящённые использованию многомодовых волокон в линиях связи в качестве способа увеличения пропускной способности. - Цель работы
-
Целью диссертационной работы является изучение влияния нелинейных эффектов на распространение оптических сигналов в многомодовых линиях связи в режимах сильной и слабой связи мод. Для достижения поставленной
цели был разработан численный алгоритм для решения нелинейного уравнения Манакова с первой производной по медленному времени, проведено сравнение качества передачи данных при распространении сигналов в многомодовых волокнах в режимах сильной и слабой связи мод и разработана схема компенсации нелинейных искажений, основанная на динамических нейронных сетях. - Научна новизна
-
-
Разработана компактная схема повышенного порядка точности для решения нелинейного уравнения Манакова с первой производной по времени, описывающего распространение сигналов в многомодовых волокнах, движущихся
с различной групповой скоростью. -
На основе проведённого сравнения коэффициентов битовых ошибок при передаче сигнала по многомодовым волокнам в зависимости от режима связи показано превосходство случая слабой связи мод над случаем сильной связи.
-
Продемонстрировано существенное повышение качества передачи данных при использовании схемы адаптивной модуляции для передачи 16-QAM сигналов по оптическим линиям связи.
-
Применение впервые предложенной схемы обработки оптических сигналов и компенсации нелинейных искажений, основанной на динамических нейронных сетях, позволило повысить качество передачи данных и увеличить дли ну распространения при сохранении того же уровня ошибок.
-
- Заключение
-
-
Разработана компактная конечно-разностная схема повышенного порядка точности для решения уравнений Манакова с первой производной по времени, описывающих распространение оптических сигналов в многомодовых волокнах. Продемонстрировано, что предложенная схема позволяет сократить время расчетов по сравнению с методом расщепления по физическим процессам при моделировании нелинейного распространения оптических сигналов в многомодовых волокнах в промежуточных режимах связи мод.
-
Разработан программный комплекс для моделирования распространения оптических сигналов в системах передачи данных, основанных на многомодовых волокнах.
-
Для многомодового волокна со ступенчатым профилем показателя преломления проведено сравнение режимов сильной и слабой связи мод и показано, что случай слабой связи обеспечивает лучшее качество передачи данных. Для данного типа волокна также продемонстрировано ухудшение качества передачи данных для сигнала, распространяющегося в моде с малым дисперсионным параметром.
-
Для многомодового волокна с градиентным профилем показателя преломления с “траншеей” в оболочке в режиме слабой связи показано, что добавление новых мод практически не влияет на сигналы, распространяющиеся
в других модах. Продемонстрировано, что в случае, когда сигналы в разных модах движутся с одинаковыми скоростями, увеличение числа мод приводит к ухудшению качества передачи данных. -
Реализована схема адаптивного модулятора, которая по текущему распределению ошибок изменяет вероятность попадания символов на различные круги сигнального созвездия 16-QAM так, чтобы уменьшить коэффициент сим
вольных ошибок. Для данной схемы найдена зависимость между степенью снижения коэффициента символьных ошибок и избыточностью в потоке данных.
Показано, что при увеличении избыточности сообщения качество передачи данных значительно повышается.
- Разработана схема обработки оптических сигналов и компенсации нелинейных искажений в приемнике системы связи, основанная на динамических нейронных сетях. Проведено сравнение качества передачи данных при использовании различных методов компенсации нелинейности и показано превосходство предложенной схемы. Показано, что предложенная схема с динамической нейронной сетью позволяет снизить количество требуемых операций на один переданный бит по сравнению с методом обратного распространения сигнала
при использовании 2 шагов в каждом пролёте.
-