Способ компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптической линнии связи
METHOD FOR COMPENSATION OF NONLINEAR AND DISPERSION DISTORTIONS OF OPTICAL SIGNALS IN A FIBER-OPTIC COMMUNICATION LINE

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для компенсации нелинейных и дисперсионных искажений в волоконно-оптических линиях передачи сетей связи.
Известны способы компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи за счет использования для передачи сигналов солитонов [1]. Известны способы [1-3] компенсации нелинейных и дисперсионных искажений в волоконно-оптических линиях передачи, заключающиеся в том, что в волоконно-оптическую линию передачи с заданным интервалом включают оптические усилители и обеспечивают режим распространения солитонов с управлением потерями. Для этого расстояние между оптическими усилителями (длина усилительного участка), параметры оптических сигналов, параметры оптических усилителей и параметры оптических волокон линии передачи выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии передачи выполнялись условия распространения солитонов.  Для практической реализации данных способов, длина усилительного участка должна быть достаточно мала – около 30-50 км, что делает их использование экономически невыгодным.
Известны способы [1, 4-10] компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи, 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 периодически изменяют знак хроматической дисперсии оптических волокон за счет последовательного включения оптических волокон с положительной дисперсионной характеристикой и оптических волокон с отрицательной дисперсионной характеристикой, так, чтобы полная дисперсия линии передачи была близка к нулю. Расстояния между оптическими усилителями, параметры сигнала и параметры оптических волокон линии передачи выбирают так, чтобы обеспечить условия распространения солитонов. Реализация данных способов требует достаточно строгого выполнения условий согласования параметров оптического сигнала и параметров линии, что ведет к увеличению сложности и числа компонентов линии передачи, объемов работ на линии, и, как следствие, требуемых затрат.
Известны способы [11-14] компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи, заключающиеся в том, что на приеме осуществляют цифровую обработку принимаемого сигнала с использованием нелинейного преобразования Фурье. К основным недостаткам указанных способов относятся высокие требования к вычислительным ресурсам (объему памяти, скорости обработки).
Наиболее близким к заявляемому является способ [15] компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи, заключающийся в том, что на приеме принимаемый сигнал пропускают через последовательную цепочку из N цифровых нелинейных фазовых фильтров, каждый из которых состоит из звена цифровой линейной фазовой фильтрации, фазовая характеристика которого является обратной фазовой характеристике линейных искажений в рабочем оптическом волокне линии связи, и звена цифровой нелинейной фазовой фильтрации, фазовая характеристика которого является обратной фазовой характеристике нелинейных искажений в рабочем оптическом волокне линии связи. Реализация данного способа требует значительных вычислительных ресурсов, в частности, больших объемов памяти и скорости обработки сигналов, что увеличивает затраты и приводит к дополнительным задержкам на сетях связи. Причем время обработки сигналов, а, следовательно, и задержки, требования к вычислительным ресурсам возрастают с увеличением длины регенерационного участка и пропускной способности линии связи.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи, на приеме принимаемый сигнал пропускают через последовательную цепочку из N нелинейных фазовых фильтров, каждый из которых состоит из звена линейной фазовой фильтрации и звена нелинейной фазовой фильтрации, при этом для линейной фазовой фильтрации применяют аналоговый оптический фазовый фильтр, дисперсионная характеристика которого имеет знак и наклон противоположные знаку и наклону дисперсионной характеристике рабочего оптического волокна волоконно-оптической линии связи, а для нелинейной фазовой фильтрации оптическое излучение, поступающее с выхода звена линейной фазовой фильтрации, на входе звена нелинейной фазовой фильтрации разделяют на три равные части, одну из которых через первый оптический аттенюатор подают на первый вход первого сумматора оптических сигналов, вторую часть через второй оптический аттенюатор подают на первый вход второго сумматора оптических сигналов, а третью часть вводят в оптическое волокно с повышенной нелинейностью, на выходе которого сдвигают фазу оптического излучения на пи (π) и подают на второй вход второго сумматора оптических сигналов, с помощью второго оптического аттенюатора согласовывают уровни оптического излучения на первом и втором входах второго сумматора оптических сигналов, суммируют во втором сумматоре оптических сигналов оптическое излучение с его первого и второго входов и подают полученное в результате суммирования оптическое излучение на второй вход первого сумматора оптических сигналов, с помощью первого оптического аттенюатора согласовывают уровни оптического излучения на первом и втором входах первого сумматора оптических сигналов, суммируют в первом сумматоре оптических сигналов оптическое излучение с его первого и второго входов и подают полученное в результате суммирования оптическое излучение на выход звена нелинейной фазовой фильтрации.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит цепочку 1 из N нелинейных фазовых фильтров 2, каждый из которых включает звено линейной фильтрации 3, в качестве которого включен оптический фазовый фильтр, дисперсионная характеристика которого имеет знак и наклон противоположные знаку и наклону дисперсионной характеристике рабочего оптического волокна волоконно-оптической линии связи, и звено нелинейной фильтрации 4, которое включает оптический разветвитель 5, первый 6 и второй 7 оптические аттенюаторы, первый 8 и второй 9 сумматоры оптических сигналов (сплиттеры), оптическое волокно с повышенной нелинейностью 10 и оптический фазовый фильтр сдвига фазы на пи (π) – 11.  При этом, N нелинейных фазовых фильтров 2 в цепочке 1 включены последовательно, вход нелинейного фазового фильтра 2 подключен ко входу звена линейной фильтрации 3, выход которого на входе звена нелинейной фильтрации 4 соединен со входом оптического разветвителя 5. Первый выход оптического разветвителя 5 через первый аттенюатор 6 соединен с первым входом первого сумматора оптических сигналов 8, его второй выход через второй оптический аттенюатор 7 соединен с первым входом второго сумматора оптических сигналов 9, а его третий выход подключен ко входу оптического волокна с повышенной нелинейностью 10, выход которого через оптический фазовый фильтр сдвига фазы на пи () – 11 подключен ко второму входу второго сумматора оптических сигналов 9. При этом выход второго сумматора оптических сигналов 9 подключен ко второму входу первого сумматора оптических сигналов 8, выход которого соединен с выходом звена нелинейной фильтрации 2.
Устройство работает следующим образом. Принятый на приеме оптический сигнал волоконно-оптической линии связи подают на вход цепочки 1 из N нелинейных фазовых фильтров 2. В каждом из N нелинейных фазовых фильтров 2 поступающий на его вход оптический сигнал пропускают через звено линейной фильтрации 3, с выхода которого оптический сигнал на входе звена нелинейной фильтрации 4 подают на вход оптического разветвителя 5, в котором делят его на три части. При этом, одну часть с первого выхода оптического разветвителя 5 через первый оптический аттенюатор 6 подают на первый вход первого оптического сумматора оптических сигналов 8, вторую часть через второй оптический аттенюатор 7 подают на первый вход второго оптического сумматора оптических сигналов 9, а третью часть через оптическое волокно с повышенной нелинейностью 10 и оптический фазовый фильтр сдвига фазы на пи (π) – 11 подают на второй вход второго оптического сумматора оптических сигналов 9. С помощью второго оптического аттенюатора 7 согласовывают уровни оптического излучения на первом и втором входах второго сумматора оптических сигналов 9, суммируют во втором сумматоре оптических сигналов 9 оптическое излучение с его первого и второго входов и подают полученное в результате суммирования оптическое излучение на второй вход первого сумматора оптических сигналов 8, с помощью первого оптического аттенюатора 6 согласовывают уровни оптического излучения на первом и втором входах первого сумматора оптических сигналов 8, суммируют в первом сумматоре оптических сигналов 8 оптическое излучение с его первого и второго входов и подают полученное в результате суммирования оптическое излучение на выход звена нелинейной фазовой фильтрации. Поскольку знак и наклон дисперсионной характеристики противоположны знаку и наклону дисперсионной характеристики рабочего оптического волокна волоконно-оптической линии связи, то в каждом из нелинейных фазовых фильтров 2 звеном линейной фильтрации 3 частично компенсируются линейные искажения оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи. На первый вход второго сумматора оптических сигналов 9 через второй оптический аттенюатор 7 поступает оптический сигнал с той же фазовой характеристикой, что и на входе звена нелинейной фильтрации 4. На второй вход второго сумматора оптических сигналов 9 поступает оптический сигнал, фазовая характеристика которого изменилась за счет нелинейности при прохождении через оптическое волокно с повышенной нелинейностью 10 и сдвинута на пи (π) оптический фазовым фильтром сдвига фазы на пи (π) – 11. Таким образом, при согласовании уровней оптического излучения на первом и втором входах второго сумматора оптических сигналов 9 на его выходе в результате суммирования формируют оптический сигнал с фазовой характеристикой по абсолютной величине равной изменениям фазовой характеристики за счет нелинейности, но противоположной им по знаку. На первый вход первого сумматора оптических сигналов 8 через первый оптический аттенюатор 6 поступает оптический сигнал с той же фазовой характеристикой, что и на входе звена нелинейной фильтрации 4. Соответственно, при согласовании уровней оптического излучения на первом и втором входах первого сумматора оптических сигналов 8 на его выходе в результате суммирования формируют оптический сигнал с фазовой характеристикой, изменения которой относительно фазовой характеристики на входе звена нелинейной фильтрации 4 по абсолютной величине равны изменениям фазовой характеристики за счет нелинейности, но противоположны им по знаку. Этот сигнал и поступает на выход звена нелинейной фильтрации 4. Таким образом, при прохождении звена нелинейной фильтрации фазовая характеристика оптического сигнала претерпевает изменения противоположные изменениям ее при прохождении оптического волокна за счет нелинейности. Как следствие, в каждом из нелинейных фазовых фильтров 2 звеном нелинейной фильтрации 4 частично компенсируются нелинейные искажения оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи.
В отличие от известного способа компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи за счет цифровой нелинейной фазовой фильтрации, которым является прототип для компенсации нелинейных и дисперсионных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи предлагается способ нелинейной фазовой фильтрации аналоговыми оптическими элементами. Это позволяет существенно сократить время обработки оптических сигналов на приеме, что особенно важно, учитывая все возрастающие требования к задержкам на телекоммуникационных сетях в связи с развитием интернета вещей, тактильного интернета, роста потребностей и внедрения сетей со сверхмалыми задержками. Также, предлагаемый способ за счет применения аналоговой оптической нелинейной фазовой фильтрации вместо цифровой позволяет снизить требования к вычислительным ресурсам на приеме волоконно-оптической линии передачи. Все это расширяет область применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом.