МОДЕЛИРОВАНИЕ В OPTISYSTEM СВЕРХДЛИННОЙ ОДНОПРОЛЕТНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ OFDM ФОРМАТА МОДУЛЯЦИИ

Международная научно-практическая конференция

УДК 004

Миргородский Роман Юрьевич Mirgorodskiy Roman Yurevich, Куликов Евгений Вячеславович Kulikov Yevgeny Vyacheslavovichэт

Магистрант

Master

Кубанский государственный университет Kuban State University

МОДЕЛИРОВАНИЕ В OPTISYSTEM СВЕРХДЛИННОЙ ОДНОПРОЛЕТНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ OFDM

ФОРМАТА МОДУЛЯЦИИ

SIMULATION IN OPTISYSTEM OF SUPERLONG SINGLE-HOP COMMUNICATION LINE USING OFDM MODULATION FORMAT

Аннотация: Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) в настоящее время имеет первостепенное значение в сетях дальней связи из-за его более высокой спектральной эффективности, устойчивости к многолучевому замиранию и устойчивости к помехам. Оптическое мультиплексирование с ортогональным частотным разделением считается перспективной технологией для удовлетворения возросшей потребности в полосе пропускания в широкополосных службах. В этой статье исследуется архитектура системы сверхдлинной однопролетной линии связи с использованием когерентного оптического мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (CO-OFDM) с 4-QAM для передачи на большие расстояния 840 км. Производительность системы изучается путем наблюдения диаграммы созвездия сигнала.

Abstract: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is currently of primary importance in telecommunication networks because of its higher spectral efficiency, resistance to multipath fading, and resistance to interference. Optical orthogonal frequency division multiplexing is considered a promising technology to meet the increased demand for bandwidth in broadband services. This article explores the architecture of an extra-long single-span communication system using coherent optical orthogonal frequency division multiplexing (CO-OFDM) with 4-QAM for transmission over long distances of 840 km. System performance is studied by observing the signal constellation diagram.

18

Новые импульсы развития: вопросы научных исследований

Ключевые слова: BER, CO-OFDM, MZM, OFDM, QAM.

Key words: BER, CO-OFDM, MZM, OFDM, QAM.

1. Введение

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) - это метод многоканальной модуляции, который использует много поднесущих для переноса информации. Основным преимуществом OFDM является его способность преодолевать дисперсию каналов. Кроме того, OFDM имеет возможность передавать информацию с высокими скоростями передачи данных, что делает ее популярной. OFDM использовался во многих различных приложениях в радиочастотной области, таких как цифровое аудиовещание (DAB), цифровое видео вещание (DVB) и беспроводная локальная сеть (WLAN). OFDM был введен в оптическую область в 2005.

Когерентная оптическая OFDM (CO-OFDM) - это технология следующего поколения для оптической связи, поскольку она объединяет преимущества как когерентных систем, так и систем OFDM. CO-OFDM обеспечивает линейное обнаружение и высокую спектральную эффективность. Система CO-OFDM способна преодолеть многие ограничения оптического волокна, такие как хроматическая дисперсия и поляризационная модовая дисперсия. Кроме того, система устойчива к межсимвольным помехам из-за кода циклического префикса [1].

2. Проектирование системы

Однопролетная сверхдлинная линия связи с использованием CO-OFDM моделируется и изучается с использованием инструмента моделирования OptiSystem V.15. Для начала моделирования необходимо настроить глобальные параметры системы. Длина последовательности (Sequence length) 16384 бит, образцы на бит (Samples per bit) 8, количество образцов (Number of samples) 131072. Конструкция состоит из трех основных частей: передатчик CO-OFDM, волоконно-оптическая линия связи и приемник CO-OFDM (рис. 1).

19

Международная научно-практическая конференция

Рис. 1. Схема однопролетная сверхдлинная линия связи с

использованием CO-OFDM модуляции

Рис. 2. Сигнал OFDM после двух MZM

2.1 Передатчик CO-OFDM с когерентным обнаружением

Конструкция передатчика CO-OFDM состоит из генератора PRBS, кодера 4-QAM и модулятора OFDM. Поток битов генерируется генератором PRBS и отображается с помощью кодера 4-QAM, затем результирующий сигнал модулируется модулятором OFDM. Для корректной работы необходимо выставить следующие параметры модулятора OFDM: номер поднесущей 512, IFFT 1024, защитный интервал 1/8. После этого полученный электрический сигнал модулируется к оптическому сигналу с помощью пары модуляторов Маха-Цендера (MZM). На рисунке 2 показан сигнал после двух

20

Новые импульсы развития: вопросы научных исследований MZM, которые будут поданы на оптическую линию. Лазерный источник имеет

ширину линии 0,15 МГц и мощность излучения -5 дБм [2].

2.2 Оптическая линия

Волокно передачи обычно является одномодовым волокном в случае передачи на средние или большие расстояния, но также может быть многомодовым волокном для коротких расстояний. Широкополосные оптоволоконные каналы дальнего радиуса действия могут содержать волоконные усилители в определенных точках, чтобы предотвратить падение уровня мощности до слишком низкого уровня. В качестве альтернативы можно использовать распределенный усилитель, реализованный с помощью самого передающего волокна, путем подачи дополнительного мощного луча накачки, который генерирует рамановское усиление. Кроме того, могут быть использованы средства для компенсации дисперсии и для регенерации сигнала. Последнее означает, что восстанавливается не только уровень мощности, но и качество сигнала. Это может быть достигнуто либо с помощью чисто оптической обработки сигнала, либо путем электронного обнаружения сигнала, применения некоторой обработки оптического сигнала и повторной отправки сигнала.

Оптическая линия состоит из 7 пролетов SMF 100 км с коэффициентом дисперсии 16 пс / нм / км, коэффициентом нелинейности 2,6 х 10-20; и затухание 0,2 дБ / км. Дисперсия волокна компенсируется волокном компенсации дисперсии (DCF) в 20 км с коэффициентом -80 пс / нм / км в каждом диапазоне. Ослабление SMF и DCF уравновешивается оптическими усилителями с коэффициентом шума 4 дБ в каждом диапазоне.

2.3 Приемник CO-OFDM с когерентным обнаружением

Основное назначение оптического приемника - обнаруживать сигнал и

преобразовывать полученный сигнал из оптического обратно в электрический. Оптический приемник состоит из фотодиода, который преобразует оптический сигнал в электрический, и электрического демодулятора, который извлекает исходный электрический сигнал, который был отправлен.

21

Международная научно-практическая конференция Когерентный приемник с локальным генератором используется для

преобразования данных в радиочастотную область. Здесь используется гомодинное обнаружение, когда частота гетеродина равна входному сигналу. Наконец данные демодулируются и отправляются на детектор и декодер для измерений BER.

Когерентное обнаружение обеспечивает линейное преобразование с повышением частоты в оптическую, что очень необходимо для OFDM, обеспечивая высокую спектральную эффективность и высокую устойчивость к эффектам дисперсии [3].

3. Результаты

На рисунке 3 показан РЧ-спектр сигнала на стороне передатчика, где мощность РЧ составляет приблизительно -12 дБм.

На рисунке 4 показан спектр РЧ на стороне приемника после 840 км SMF. Мощность ВЧ уменьшается до -50 дБм, это снижение мощности связано с увеличением длины волокна, что увеличивает затухание.

Рис. 3. РЧ-спектр сигнала на стороне передатчика

22

Новые импульсы развития: вопросы научных исследований

й RF Spectrum AnalyzeM

О 10 G

Frequency (Hz.}

Рис. 4. РЧ-спектр сигнала на стороне приемника Визуализатор созвездия является важным инструментом для определения правильности восстановления сигнала. Диаграмма созвездия может определять помехи и искажения, которые произошли с сигналом. На рисунке 5 показана электрическая схема созвездия цифрового модулятора 4-QAM на стороне передатчика [4].

Amplitude - I (а.и.}

Рис. 5. Диаграмма созвездия 4-QAM на стороне передатчика

23

Международная научно-практическая конференция На рисунке 6 показана диаграмма созвездия после 840 SMF.

Electrical Constellation Visualizer 1

•2-1012 Amplitude -1 (a.uj

Рис. 6. Диаграмма созвездия после 840 км

4. Заключение

В этой статье моделировалась однопролетная сверхдлинная линия связи с использованием CО-OFDM. На данном примере доказана возможность использования компьютерного моделирования для исследований таких сложных систем, что дает возможность экономии материальных и временных затрат на проектирование различных компонентов по отдельности и сетей в целом.

Числовые и качественные значения, полученные в ходе моделирования доказывают работоспособность выбранной среды моделирования и пригодности ее к использованию для решения задач по проектированию различных линий связи.

Библиографический список:

1. W. Shieh, H. Bao, Y. Tang. Coherent Optical OFDM: Theory and Design // Optics Express, Том 16, № 2, 2008. С. 841-859.

24

Новые импульсы развития: вопросы научных исследований

2. Величко М.А., Наний О.Е., Сусьян А.А. Новые форматы

модуляции в оптических системах связи // LIGHTWAVE Russian Edition. -2005. - №4.

3. Голиков А.М. Модуляция, кодирование и моделирование в телекоммуникационных системах. Теория и практика / А. М. Г оликов. - СПб.: Лань, 2018. - 419 с.

4. OptiSystem component library [Электронный ресурс]: Product information (Engl) - 2014. - Режим доступа: www.optiwave.com (дата обращения 25.04.2020).

© Р.Ю. Миргородский, Е.В. Куликов 2020

УДК 665.637.6

Сатенов Курмет Гизатуллаевич Satenov Kurmet Gizatullaevich

к.х.н., асс. профессор PhD, associated professor Калиманова Данагуль Жаскайратовна Kalimanova Danagul Zhaskairatovna к.б.н., асс. профессор PhDs in Biology, associated professor Мадиева Любовь Кайпкалиевна Madiyeva Lyubov Kaipkalievna Магистр, преподаватель MSc, lecturer Нажетова Айкумис Аскаровна Nazhetova Aikumis Askarovna MSc, lecturer

Атырауский государственный университет им. Х. Досмухамедова Atyrau State University named after K. Dosmukhamedov

СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА ИЗ НЕФТИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН LUBRICANTS FROM OIL OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN

25