Оптические сигналы в оптоволоконных линиях связи c федингом
Keywords:
емкость, оболочка, стержень, уширение задержки оптических пульсов, дисперсионные кривые, дисперсионные диаграммы оптических мод, оптоволокно, кабель со степенным профилем рефракции, многомодовая дисперсия, линейно-поляризационные моды, фактор материальной дисперсии, многомодовая временная дисперсия, невозвратный к нулю код, численная апертура, оптические моды кабеля, индекс рефракции, возвратный к нулю код, условие существования единственной моды, спектральная эффективность, кабель с пошаговым профилем рефракцииAbstract
Введение: исследование параметров сигналов в оптоволоконных каналах связи и дисперсионных свойств оптических сигналов, обусловленных неоднородностью материала и многомодовым характером распространения оптических сигналов в данных типах проводной связи, является актуальной проблемой для создания современных систем проводной связи 4-го и 5-го поколений, подверженных федингу, вызванному вышеупомянутым выше фактором, с большой скоростью в условиях многочисленного контингента пользователей.
Цель: исследование характера многомодовой дисперсии на основе анализа распространения волноводных оптических волн вдоль оптоволокна с различным профилем показателя рефракции внутреннего оптического кабеля относительно внешней оболочки, а также дисперсионных свойств оптоволокна за счет неоднородности материала оболочки вдоль длины кабеля для двух типов сигналов в последовательности кодов, передаваемых через оптический кабель: возвратных и невозвратных к нулю кодов.
Методы: дисперсионные свойства многомодового распространения внутри оптоволоконного кабеля проанализированы введением трехмерной модели распространения оптической волны в заданной направляющей структуре. Эффекты многомодовой дисперсии и материальной дисперсии, вызывающих «уширение» времени запаздывания оптических сигналов вдоль кабеля, исследовались аналитически и численно.
Результаты: получены и проиллюстрированы свойства временной дисперсии двух видов оптоволоконных структур: с пошаговым и степенным профилем показателя преломления, — вызванной многомодовым (многолучевым) распространением и неоднородностью материала вдоль кабеля, а именно интерференцией мод, распространяющихся по оптическому кабелю, и нарушением зеркального отражения мод от стенок кабеля на неоднородностях материала стенок. Их воздействие на емкость и спектральную эффективность потока сигналов с данными, пропускаемого подобной направляющей структурой, проиллюстрировано для произвольных индексов рефракции внутреннего (стержень) и внешнего (оболочка) элементов оптического кабеля. Применен новый метод нахождения и оценки эффектов временной дисперсии оптических сигналов, распространяющихся в различных видах оптоволоконных структур. Предложен алгоритм оценки потерь в спектральной эффективности, измеряемой в битах на секунду на герц на один километр, вдоль длины кабеля для произвольного представления кодовых сигналов в потоке данных, невозвратных к нулю и возвратных к нулю. Все практические проверки были проиллюстрированы с использованием программы MATLAB.