Способ компенсации искажений оптических сигналов в волоконно-оптической линии передачи
METHOD OF COMPENSATING DISTORTIONS OF OPTICAL SIGNALS IN A FIBER-OPTIC TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для компенсации искажений в волоконно-оптических линиях передачи сетей связи.
Известны способы [1-3] увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающиеся в том, что в линии передачи обеспечивают режим распространения солитонов с управлением дисперсией. Для этого в волоконно-оптической линии передачи периодически включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию линии передачи. Волоконно-оптическая линия передачи с «управляемыми дисперсией солитонами» это линия передачи, в которой хроматическая дисперсия вдоль линии периодически меняет знак так, что результирующая дисперсия на периоде (дисперсионной карте) компенсирует набег фазы на периоде за счет нелинейности [4]. Изменения знака хроматической дисперсии оптических волокон вдоль линии обеспечивают за счет последовательного включения оптических волокон с положительной дисперсионной характеристикой и оптических волокон с отрицательной дисперсионной характеристикой. При этом выбирают расстояния между оптическими усилителями, параметры сигнала и параметры оптических волокон линии передачи, которые обеспечивают условия распространения солитонов. Основная проблема применения данных способов состоит в том, что для поддержания режима передачи солитонов требуется достаточно строгое согласование характеристик передаваемых оптических импульсов и характеристик волоконно-оптической линии. При этом, как правило, для обеспечения необходимых длин усилительных и регенерационных участком требуется увеличивать плотность дисперсионных карт (уменьшать период изменения знака дисперсии). Все это ограничивает область применения данных способов.
Известен способ увеличения пропускной способности волоконно-оптической линии передачи, заключающееся в том, что по концам усилительного участка линии передачи последовательно оптическим волокнам линии передачи включают компенсирующие оптические волокна, хроматическая дисперсия которых имеет знак противоположный знаку хроматической дисперсии оптических волокон линии передачи [5]. При использовании данного способа уменьшается только результирующая хроматическая дисперсия волоконно-оптической линии передачи. Из-за действия факторов нелинейности его возможности по увеличению длины усилительного участка, регенерационного участка и пропускной способности волоконно-оптических линии передачи ограничены. Как следствие, это ограничивает и область применения данного способа.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу компенсации искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях передачи, по концам усилительного участка линии передачи последовательно оптическим волокнам линии передачи включают компенсирующие модули, при этом сначала поступающий из оптического волокна усилительного участка волоконно-оптической линии передачи оптический сигнал усиливают и подают на вход компенсирующего модуля, в котором сначала компенсируют хроматическую дисперсию накопленную в оптическом волокне на усилительном участке, а затем разделяют оптическое излучение на две части, первую часть пропускают по оптическому волокну с повышенной нелинейностью, на выходе которого компенсируют хроматическую дисперсию накопленную на этом оптическом волокне, после чего производят поворот фазы оптического сигнала на 180 градусов и суммируют его с оптическим сигналом второй части оптического излучения, которую предварительно пропускают через оптический аттенюатор, с помощью которого согласовывают уровни суммируемых оптических сигналов, затем результат суммирования подают на выход компенсирующего модуля, усиливают и вводят в оптическое волокно следующего усилительного участка, при этом затухание оптического аттенюатора, усиление оптического сигнала, поступающего на вход компенсирующего модуля, и параметры оптического волокна с повышенной нелинейностью выбирают так, чтобы компенсировать нелинейные искажения в оптическом волокне усилительного участка волоконно-оптической линии передачи.
На фиг.1 и фиг.2 приведены схемы реализации заявляемого способа. На фиг.1 представлена схема включения компенсирующих модулей на волоконно-оптической линии. На фиг.2 приведена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа компенсации искажений.
Устройство содержит необслуживаемые усилительные пункты (НУП) 1, первый каскад линейного оптического усилителя 2, компенсирующий модуль 3, второй каскад линейного оптического усилителя 4, оптическое волокно волоконно-оптической линии передачи 5. Здесь НУПы 1 размещены вдоль волоконно-оптической линии передачи с заданным интервалом. Участок волоконно-оптической линии между НУП есть усилительный участок. Компенсирующий модуль 3 включает первый модуль компенсации хроматической дисперсии 6, первый оптический разветвитель 7, оптическое волокно с повышенной нелинейностью 8, второй модуль компенсации хроматической дисперсии 9, фазовый фильтр с π-сдвигом 10, второй оптический разветвитель 11, оптический аттенюатор 12.
На НУПе 1 оптическое волокно волоконно-оптической линии передачи 5 в конце усилительного участка подключено ко входу первого каскада линейного оптического усилителя 2 выход которого соединен со входом компенсирующего модуля 3, а выход компенсирующего модуля  3 подключен ко входу второго каскада линейного оптического усилителя 4, выход которого соединен с оптическим волокном волоконно-оптической линии передачи 5 в начале следующего усилительного участка волоконно-оптической линии передачи. На входе компенсирующего модуля выход первого каскада линейного оптического усилителя 2 подключен ко входу первого модуля компенсации хроматической дисперсии 6, выход которого соединен со входом первого оптического разветвителя 7. Один выход первого оптического разветвителя 7 соединен с оптическим волокном с повышенной нелинейностью 8, другой конец которого подключен ко входу второго модуля компенсации хроматической дисперсии 9. Выход модуля компенсации хроматической дисперсии 9 соединен со входом фазового фильтра с π-сдвигом 10, выход которого соединен с первым входом второго оптического разветвителя 11. Другой выход первого оптического разветвителя 7 соединен со входом оптического аттенюатора 12, выход которого соединен со вторым входом второго оптического разветвителя 11. Выход второго оптического разветвителя 11 на выходе компенсирующего модуля 3 подключен ко входу второго каскада линейного оптического усилителя 4.
Устройство работает следующим образом. Искаженный в оптическом волокне волоконно-оптической линии передачи 5 на усилительном участке оптический сигнал усиливается в первом каскаде оптического усилителя 2 и поступает в первый модуль компенсации хроматической дисперсии 6, в котором компенсируются линейные искажения на усилительном участке из-за хроматической дисперсии. После компенсации потерь и хроматической дисперсии комплексная огибающая оптического сигнала на входе первого оптического разветвителя 7 в первом приближении равна , где   - комплексная огибающая неискаженного сигнала, а  - фазовый сдвиг, обусловленный нелинейными искажениями в оптическом волокне волоконно-оптической линии передачи 5 на усилительном участке. При достаточно малых нелинейных искажениях на усилительном участке, что, как правило имеет место, справедливо:
<img file="00000004.jpg" he="7" wi="76" img-content="undefined" img-format="jpg" />.
Этот оптический сигнал разделяется первым оптическим разветвителем 7 на две части.
Одна часть через аттенюатор подается на второй вход второго оптического разветвителя 11. Комплексная огибающая оптического сигнала на втором входе второго оптического разветвителя 7 описывается как:
<img file="00000005.jpg" he="7" wi="52" img-content="undefined" img-format="jpg" />.
(1)
Здесь  - коэффициент деления, а - коэффициент, учитывающий затухание аттенюатора.
Вторая часть оптического излучения распространяется в оптическом волокне с повышенной нелинейностью 8 и поступает на вход второго модуля компенсации хроматической дисперсии 9, в котором компенсируются линейные искажения в оптическом волокне с повышенной нелинейностью 8 из-за хроматической дисперсии. После чего оптический сигнал проходит фазовый фильтр с π-сдвигом 10 и поступает на первый вход второго оптического разветвителя 11. Комплексная огибающая оптического сигнала на первом входе второго оптического разветвителя 7 описывается как:
<img file="00000008.jpg" he="7" wi="71" img-content="undefined" img-format="jpg" />.
(2)
Здесь - фазовый сдвиг, обусловленный нелинейными искажениями в оптическом волокне с повышенной нелинейностью;  - коэффициент деления, а - коэффициент, учитывающий потери в оптическом волокне с повышенной нелинейностью 8, втором модуле компенсации хроматической дисперсии 9 и фазовом фильтре с π-сдвигом 10.
На выход второго оптического разветвителя 11 поступает сумма оптических сигналов с его первого и второго входов. Затухание аттенюатора выбирают так, чтобы . При этом условии, как следует из (1) и (2), фазовый сдвиг комплексной огибающей этой суммы оптических сигналов будет равен . Усиление первого каскада линейного оптического  усилителя 2 и параметры оптического волокна с повышенной нелинейностью 8 выбирают так, чтобы выполнялось условие .  Тогда, как следует из (1) и (2), комплексная огибающая оптического сигнала на выходе второго оптического разветвителя 11 будет приближенно равна  и, соответственно, с выхода модуля компенсации 3 на вход второго каскада линейного оптического усилителя 4 поступает  восстановленный оптический сигнал, для которого накопленные на усилительном участке линейные и нелинейные искажения скомпенсированы.
В отличие от известного способа, которым является прототип, в предлагаемом способе периодически компенсируются не только линейные, но и нелинейные искажения, что позволяет либо увеличить пропускную способность, либо длину регенерационного участка волоконно-оптической линии передачи по сравнению с прототипом. А это, в свою очередь, расширяет область применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кившарь Ю.С., Агравал Г.П. Оптические солитоны. От волоконных световодов к фотонным кристаллам. - М.: Физматлит, 2005.- 648.
2. US 5642215.
3. US 7151880.
4. RU 2173940.
5. US 5218662.