автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка волоконно-оптических систем передачи с уплотнением поднесущих и спектральным уплотнением

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯМ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

На правах рукописи

Варданян Вардгес Андроникович

Исследование и разработка волоконно-оптических систем передачи с уплотнением поднесущих и спектральным уплотнением

Специальность: 05.12.13 - Системы и устройства

радиотехники и связи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск -1999

Работа выполнена на кафедре многоканальная электросвязь и оптических систем Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент СибГУТИ, Заславский К.Е.

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук,

проф. ТУСУР - Коваленко Е.С.; - кандидат технических наук, доцент кафедры оптических информационных технологий НГТУ - Гужов В.И.

Ведущая организация - Институт лазерной физики СОРАН

Защита состоится "7"декабря 1999 г. в 12.00 часов на заседании Специализированного совета Д118.07.01 в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГУТИ.

Автореферат разослан "__" РЖСШ<ЖШ9 г.

^СЩАРСТШМШ^ oif '

V-OO

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор Б.И. Крук

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время происходит своеобразный ренессанс метода частотного разделения каналов (ЧРК), в частности, применительно к высокоскоростной волоконно-оптической связи. Это обусловлено, с одной стороны, определенной степенью завершенности эволюции цифровых волоконно-оптических систем передачи с прямым фотодетектированием, построенных по принципу временного разделения каналов (ВРК) и приближающихся к теоретическому пределу технических возможностей при современной технологии, а с другой стороны - некоторыми принципиальными преимуществами аппаратуры с ЧРК.

В последнее время в телекоммуникационной индустрии возникли проблемы внедрения новых широкополосных сетей с применением оптического волокна. Такие сети должны быть экономически эффективными, совместимыми с уже существующими системами передачи, должны иметь высокую надежность и способность легко перестраиваться при увеличении нагрузки.

Известно, что полоса пропускания одномодового оптического волокна составляет 10 и 13 ТГц в окрестности длин волн соответственно 1.3 и 1.5 мкм. Пока техника временного уплотнения не может в полной степени использовать такую огромную пропускную способность волокна. Альтернативным способом является спектральное уплотнение оптических волн (или несущих) (УОН) и уплотнение поднесущих (УПН), которое происходит в радиочастотном или в СВЧ диапазоне. Волоконно-оптические системы передачи1" (ВОСП) с использованием УПН и УОН могут обеспечить одновременную передачу десятков телевизионных (ТВ) программ в стандартном вещательном диапазоне, тысяч цифровых телефонных каналов, а также высокоскоростных каналов компьютерной связи. Преимущества таких систем по сравнению с цифровыми ВОСП - прозрачность канала передачи, т.е. независимость от формата модуляции, вида передаваемой информации, числа доставляемых каналов, а также экономичность, получаемая благодаря простой схемотехнике аппаратуры

линейного тракта и отсутствию дополнительного преобразования ТВ сигналов в абонентском приемнике.

Однако, несмотря на расширяющееся внедрение ВОСП с ЧРК, вопросы проектирования указанных систем в соответствии с выбранными критериями качества, особенности оптических передатчиков, процессы распространения многоканальных сигналов (УПН и УОН) по оптическому волокну, влияние различных типов приемников, углубленный анализ искажений сигналов в настоящее время исследованы недостаточно. Поэтому наличие эффективной методики моделирования на ПЭВМ отдельных частей ВОСП с ЧРК для обеспечения требуемого качества упрощает разработку в делом и обеспечивает оптимальный выбор параметров системы. Кроме того, совместное применение УПН и УОН позволяет решать проблемы, связанные с построением широкополосных систем. Гибкость 1фи создании систем передачи и произвольное распределении трафика передаваемых сигналов (аналоговых или цифровых, а также разнообразных их комбинаций), отсутствие синхронизации, в большинстве случаев отсутствие протоколов сигнализации в системе, надежность и открытость позволяют объединять их в будущем с другими локальными и глобальными сетями различного назначения и создавать в городах взаимоувязанную информационную сеть.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка ВОСП с уплотнением поднесущих и спектральным уплотнением, анализ и разработка методов повышения помехозащищенности таких ВОСП, исследование факторов, ухудшающих отношение С/Ш на приеме, разработка высоконадежных ВОСП кольцевой топологии (КВОСП) с применением УПН и УОН......

Методы исследования. В диссертационной работе применены методы моделирования на ПЭВМ с использованием среды визуального программирования Delphi 3, языка Object Pascal и Mathcad 6.0 Plus, методы теории дифференциального и интегрального исчисления, метод гармонического

анализа и быстрого преобразования Фурье (БПФ), методы теории вероятности и математической статистики.

Научная новизна. В диагёртационной работе получен ряд новых научных результатов, среди которых целесообразно выделить следующие:

1. Разработка и реализация на ПЭВМ модели для исследования нелинейных характеристик полупроводниковых инжекционных ЛД при прямой модуляции, основанная на:

- решении скоростных уравнений ЛД, позволяющих определять переходные и частотные характеристики ЛД в зависимости от их параметров и значения приложенного тока;

- спектральном представлении сигналов отечественного стандарта ТВ вещания на выходе ЛД с нелинейной ВАХ с помощью метода БПФ, позволяющего оценить мощность интермодуляционных искажений как в полосе одного канала ТВ, так и во всем диапазоне ТВ вещания.

2. Исследование влияния дисперсии волокна на С/Ш при распространении многоканального сигнала поднесущих, основанное на методе гармонического анализа. Полученные результаты позволяют оценить мощность интермодуляционных и гармонических искажений в зависимости от формата, частотного диапазона, расположения, глубины модуляции поднесущих и коэффициента хроматической дисперсий волокна.

3. Исследована возможность одновременной передачи цифрового потока вместе с групповым сигналом уплотненных поднесущих с использованием прямой модуляции ЛД. Предложена методика расчета характеристик тока модуляции ЛД при заданных параметрах коэффициента ошибок для цифрового потока и С/Ш для поднесущих каналов, основанная на представлении суммарного сигнала поднесущих гауссовским процессом и параболической аппроксимации клишированных импульсов, возникающих в ЛД при превышении тока модуляции уровня порога.

4. Исследована возможность совместного применения техники УПН и У ОН в ВОСП, как с оптическими демультиплексорами на приеме, так и без них.

Аппроксимация спектра излучения многомодового ЛД суммой одинарных продольных мод со спектрами Лоренца, но с разными интенсивностями, позволяет определить разнос между волн в зависимости от требования к С/Ш, ширины излучения ЛД и межмодового расстояния. Расчеты показывают, что использование многомодовых ЛД для передачи поднесущих без применения на приеме демультаплексоров возможно, если разнос длин волн будет превышать частотную область, где существует шум биения между модами разных источников излучения. Для исключения шума биения между модами необходимо использовать одномодовые источники излучения или оптические демультиплексоры на приеме, что позволяет увеличить пропускную способность ВОСП.

5. Разработаны и исследованы высоконадежные волоконно-оптические системы кольцевой топологии с использованием УПН и УОН, структурные схемы узлов, принципы функционирования при обрывах волокна или при выходе из строя узлов. Применение «двойного кольца», пассивное подключение узлов и резервирование каналов УПН обеспечивает надежность функционирования систем. Совместное применение УОН и УПН дают возможность узлам одновременно передавать и принимать разнородные информационные потоки с произвольным распределением трафика передаваемых сигналов, а отсутствие синхронизации и в большинстве случаев отсутствие протоколов сигнализации в системах, позволяют объединять их в будущем с локальными и глобальными сетями разного назначения.

Практическая ценность. Практическая ценность результатов работы заключается в следующем - проведенные исследования и разработанные методики могут быть использованы при проектировании и разработке волоконно-оптических сетей разной топологии, предназначенных для решения задач насыщения стремительно развивающегося рынка весьма емких и гибких мультисервисных информационных систем, а также физического моделирования и статистического исследования волоконно-оптических трактов и их компонентов при передаче по волокну поднесущих разного формата.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в СибГУТИ на кафедре МЭС и ОС и подтверждены актом внедрения.

Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах ее выполнения докладывались и обсуждались на НТК " Информатика и проблемы телекоммуникаций ", г.Новосибирск 1995 - 1999 гг, на межкафедральном семинаре СибГУТИ 20 сентября 1999г.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Компьютерная модель на ПЭВМ для расчета нелинейных характеристик полупроводниковых инжекционных ЛД при прямой модуляции, позволяющая определить переходные и частотные характеристики ЛД в зависимости от параметров ЛД и приложенного тока; оценка мощности интермодуляционных искажений как в полосе одного канала ТВ, так и во всем диапазоне частот ТВ вещания при модуляции ЛД сигналами отечественного стандарта ТВ вещания в зависимости от степени нелинейности ВАХ и глубины модуляции поднесущих.

2. Исследование влияния на С/Ш интермодуляционных и гармонических искажений, возникающих в дисперсионном волокне при передаче уплотненных поднесущих; разработанная методика для расчета мощности этих искажений в зависимости от коэффициента хроматической дисперсии волокна, глубины модуляции и расположения поднесущих.

3. Исследование возможностей одновременной передачи цифрового потока вместе с групповым сигналом уплотненных поднесущих с использованием прямой модуляции ЛД; полученные выражения для расчета вероятности ошибок цифрового потока и С/Ш - для поднесущих каналов; сравнение полученных результатов с приведенной в зарубежной литературе экспериментальной работой. ■-■"

4. Исследование возможностей совместного использования техники УПН и УОН в ВОСП как с оптическими демультиплексорами на приеме, так и без них; полученные выражения для разноса длин волн в зависимости от С/Ш при использовании одномодовых и многомодовых ЛД.

5. Разработанные высоконадежные ВОСП кольцевой топологии с использованием УПН и УОН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографии и приложений. Работа содержит 203 е., в том числе 148 с. текста с рисунками, 31 с. приложений, библиографии из 134 наименований на 23 с.

Краткое содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулирована научная задача, определены цели и методы исследования, указывается структура и содержание диссертации.

Первая глава посвящена исследованию влияний характеристик оптических модуляторов на качество передачи в системах с УПН.

,В разделе 1.1 исследовались возможности применения прямой модуляции инжекционных лазерных диодов (ЛД) для ВОСП с УПН. Разработана компьютерная модель на ПЭВМ для определения переходных и частотных характеристик ЛД, основанная на решении скоростных уравнений. Быстрое включение инверсной населенности приводит к появлению затухающих колебаний интенсивности излучения, как основной моды, так и боковых мод ЛД. Исследования показывают, что даже лазеры, стационарное излучение которых является одномодовым, оказываются многомодовыми в течение первых нескольких наносекунд генерирования при импульсном переходе через порог. Релаксационным колебаниям в переходной характеристике лазера .соответствует резонанс на частотной характеристике ЛД. Такие релаксационные колебания ограничивают полосу модуляции ЛД, так как приходится размещать поднесущие ниже частоты резонанса для минимизации влияния внутренней нелинейности ЛД.

Другим источником нелинейности ЛД является ватт-амперная характеристика (ВАХ). Разработана компьютерная модель на ПЭВМ для

расчета мощности нелинейных и интермодуляционных искажений. В модели,

РОССКЙЙШк^

предложенная нормированная ВАХ имеет вид: 4 * Р^ТвЁЙ *i

где Р - оптическая мощность на выходе лазера, Р см - оптическая мощность при приложенном токе смещения I см, I п - пороговый ток лазера, А - параметр, определяющий степень нелинейности, erf - функция ошибок. Если А-» 0 - это соответствует идеальному лазеру, а при значениях 0< А < 1, ВАХ принимает вид плавно меняющейся кривой. Отметим, что кривые, отклоняющие ВАХ от идеальной, являются касательными к последней и при необходимости могут быть разложены в ряд. При расчетах использован математический аппарат быстрого преобразования Фурье (БПФ) с прореживанием по времени.

Исследования показывают, что эффект клиширования (срезания) при превышении групповым сигналом (сумма некогерентных поднесупщх частот со случайной фазой) значения порогового тока ЛД слабее искажает поднесущие, чем при ВАХ с плавно меняющимися кривыми. Приведены количественные оценки искажений на примере отечественного стандарта ТВ вещания в качестве группового сигнала. Расчеты показывают, что для АМ-ОБП сигналов целесообразно использовать глубину модуляции до 5 - 6 %, так как с увеличением глубины модуляции увеличивается мощность нелинейных искажений в канале и уменьшается требуемое отношение С/Ш.

Существенными факторами, влияющими на технические характеристики ВОСП с УПН, являются фазовый шум ЛД, интенсивный шум, шум модового распределения (для многомодового ЛД) и шум, обусловленный отраженным светом. Исследования показывают, что для ВОСП с УПН, использующих методы частотной модуляции (ЧМ) поднесугцих, эти шумы менее значительны, чем шумы приемника. Для систем, использующих методы амплитудной модуляции (AM) поднесущих, эти шумы могут стать доминирующими ограничивающими факторами, кроме того, исследования показывают

невозможность (без специальных мер минимизации шумов интенсивности) применения прямой модуляции ЛД АМ поднесущими в гигагерцовом диапазоне.

В разделе 1.2 исследовались возможности применения внешней модуляции в ВОСП с УПН. Применяемые в системах с УПН обыкновенные модуляторы, основанные на интерферометре Маха - Цандера, в основном, создают сильные интермодуляционные искажения (ИМИ) третьего порядка. Дальнейшая линеаризация модуляторов приводит к уменьшению или исключению ИМИ третьего порядка и преобладанию составляющих ИМИ пятого порядка, что в свою очередь приводит к увеличению отношения С/Ш. Исследования показывают, что улучшение в отношении С/Ш не однозначно влияет на чувствительность приемника для систем с разными методами модуляции поднесущих. При использовании линеаризованного модулятора для систем с АМ поднесущими каналами, которые должны работать с С/Ш > 50 дБ, улучшение в чувствительности приемника составляет более чем 8.1 дБ, а для систем с частотными методами модуляции поднесущих каналов, работающих с С/Ш = 16 - 20 дБ, линеаризованный модулятор ухудшает чувствительность. Следовательно, применение линеаризованного оптического передатчика более приемлемо в системах с большим значением С/Ш, например, для передачи телевизионных АМ-ОБП сигналов по оптическому волокну, что нельзя утверждать для систем с частотными методами модуляции поднесущих, где требования к С/Ш составляют менее 25 дБ.

Во второй главе исследовались влияния дисперсии волокна при передаче уплотненных поднесущих в ВОСП с прямым фотодетектированием. В разделе 2.1 рассматривалось влияние на поднесущие преобразованных фазовых шумов лазера в шум интенсивности при распространении по дисперсионному волокну. Исследования показывают, что с увеличением коэффициента хроматической дисперсии волокна или ширины спектра излучения лазера увеличивается мощность шума интенсивности в поднесущем канале, что вынуждает при

проектировании таких систем ограничивать длину волокна несколькими десятками километров.

В разделе 2.2 рассматривалось влияние гармонических искажений (ГИ) и ИМИ на распространение поднесущих из-за дисперсии волокна. Разработанная методика расчета ГИ и ИМИ основана на разложении группового многоканального сигнала в ряд Фурье. Предполагается, что существует некая частота со н такая, что все поднесущие кратны ей, т.е. со т ^ = к • ш н , где множитель к может принимать любое целочисленное значение и зависит от расположения поднесущих. Следовательно, если за независимую переменную выбрать а , то, учитывая вышесказанное, групповой сигнал становится периодическим со стандартным периодом 2п.

На приемной стороне принятый фототок (1ф) будет пропорционален интенсивности и определяется:

оо

Іф ~ |£(0Г = С0 + £ С, соз[/й>„/- /<*>, + .9,3 .

Коэффициенты С! характеризуют уровни составляющих спектра сигнала на частотах <о і = 1 • © н и находятся в зависимости от коэффициента хроматической -дисперсии.

Исследования показывают, что для поднесущих частот, не перекрывающих спектральный диапазон более одной октавы, суммарные составляющие ИМИ сравнимы с ГИ того же порядка, в то время как разностные составляющие ИМИ могут на один или два порядка быть ниже. Анализ показывает, что если держать под контролем гармонические и суммарные интермодуляционные составляющие, то разностные интермодуляционные составляющие не влияют на работу системы. При передаче поднесущих, перекрывающих диапазон более одной октавы, появляется необходимость определенного выбора частот поднесущих в частотной области (касающаяся в основном АМ поднесущих из-за их низкой помехоустойчивости) для минимизации влияния ГИ и ИМИ в

зависимости от формата, частотного диапазона, глубины оптической модуляции поднесущих и коэффициента хроматической дисперсии.

В третьей главе исследованы параметры системы с УПН для оптимального фотодетектирования поднесущих, приводятся количественные оценки изменения чувствительности при использовании на приемной стороне p-i-n и лавинных фотодиодов (ЛФД). Анализ показывает, что доя ВОСП с АМ поднесущими предпочтительно использование p-i-n фотодиодов, так как использование ЛФД приводит к ухудшению чувствительности приемника более чем на 0.5 дБ и является источником дополнительных нелинейных : искажений. Для ВОСП с 4M поднесущими предпочтительно использование на приемной стороне ЛФД, что приводит к увеличению чувствительности.

Другим важным параметром ВОСП с УПН является оптимальный выбор глубины оптической модуляции поднесущих каналов - m. Увеличение m приводит к увеличению мощности сигнала, что в свою очередь ведет к росту уровня шумов и генерации нелинейных искажений, связанных с нелинейностью оптического модулятора, передающей среды и оптического приемника, следовательно, выбор оптимального значения m от зависит от реальных характеристик системы. В качестве примера анализируются ВОСП сигналов стандартного ТВ вещания с АМ-ОБП поднесущими и 20-и канальная ВОСП с ЧМ-поднесущими со скоростью передачи в каждом канале 100 Мбит/с. Расчеты показывают, что для систем ТВ с АМ-ОБП поднесущими необходимо поддерживать глубину оптической модуляции на один канал около значения 0.05. Для систем с цифровыми поднесущими каналами, значение m опт находится около значения 0.1, но при соответствующем выборе поднесущих частот возможна минимизация ИМИ второго порядка или их полное исключение (если полоса частот не превышает одну октаву), что дает возможность увеличения глубины модуляции на канал до 0.2. Расчеты показывают, что при требовании С/Ш à 50 дБ (например, для поднесущих с АМ-ОБП), система функционирует ближе к пределу клиппирования и дальнейшее улучшение линейности ВАХ ЛД не дает ощутимых результатов в

увеличении С/Ш. Основным способом увеличения С/Ш является обеспечение большой выходной мощности ЛД и низкого уровня интенсивного шума, чего можно достичь используя внешнюю модуляцию.

В четвертой главе исследуется возможность одновременной передачи цифрового потока вместе с групповым сигналом УПН при прямой1 модуляции ЛД. Разработана методика расчета характеристик тока модуляцйи ЛД, что позволяет выбрать параметры системы дгм обеспечения требуемого значения коэффициента ошибок для цифрового сигнала и С/Ш для поднесущих каналов. Для цифровых данных вероятность ошибок выражается:

где В - скорость передачи цифровых данных бит/с; ):а и ^ - соответствуют нижней и верхней частоте группового сигнала УПН; ст 2 - мощность группового сигнала УПН; I о - смещение тока модуляции по отношении к пороговому току ЛД при передаче логического 'О'; I а - амплитуда тока модуляции при передаче логической 'Г; у - коэффициент, характеризующий качество тракта.

Для аналоговых поднесущих каналов отношение С/Ш уменьшается из-за эффекта клиширования в ЛД и присутствия цифрового потока. Это уменьшение выражается формулой:

(С / ШГ = (с / Ш):: + {(С / Ш)ш - 201§[£ / (101 а)]-1},

где К = (/„ + у1а)I <у , (С/Ш)а- представляет собой С/Ш аналоговых систем передачи с учетом всех нелинейных процессов и интенсивного шума ЛД, а также термического и квантового шума приемника, но не учитывающий

передачу цифрового потока, (С / Ш)т - отношение сигнала к шуму клиппирования, возникающему при превышении током модуляции значения порога; при параболической аппроксимации клиппированных импульсов

(С /Ш)ы выражается равенством:

(С/Ш)л = -¿(/0 /о-)3ехр(702/2^).,

где Ха и хь - нормированные параметры, соответствующие частотам fa и ^ , а нормированная функция у(х) характеризует зависимость спектральной плотности мощности юхиппированных импульсов от частоты.

В качестве примера были рассчитаны параметры тока модуляции ЛД для системы с одновременной передачей 2 Гбит/с цифрового потока в коде N112 вместе с 10 ТВ сигналами непосредственного спутникового вещания в диапазоне «С». Сравнение полученных результатов с приведенными в зарубежной литературе экспериментальными данными подтверждает эффективность данной методики.

В пятой главе исследуются возможности совместного применения УПН и УОН в ВОСП. При проектировании таких систем важен выбор расстояния между оптическими каналами и мощности в каждом канале. В общем случае расстояние между волнами является функцией от нескольких параметров, таких как: частотная характеристика мультиплексора/демультиплексора оптических волн; отношение СУШ; ширина излучения и стабильность излучения ЛД; частотные характеристики волокна и оптических фильтров и т.д. В системах с УПН и УОН количество оптических волн, вводимых в волокно, ограничивается расстоянием между волнами и граничной оптической мощностью в волокне, связанной с появлением нелинейных явлений - вынужденного Рамановского и Бриллюэновского рассеяния (ВКР и ВРМБ).

В разделе 5.1 исследуется влияние оптической интерференции на поднесухцие без применения оптических демультиплексоров на приемной стороне. Выведена общая формула для определения С/Ш для поднесущих при передаче N оптических несущих с одинаковыми лоренцовыми спектрами:

с /ш - ХЩ&У- < т? »/ (£±±- *)(1 + (^Щ^Г) ,

10 о к=11=о ¡»о ¿V

где 8 ,., - относительные уровни интенсивности мод, т - количество мод; Дf - частотная полоса моды; 5/ - расстояние между оптическими несущими по оси частот; В - полоса полезного сигнала; < > /2 - детектированная средняя мощность; А - межмодовое расстояние.

Расчеты показывают, что с увеличением разницы между центрами оптических волн увеличивается С/Ш, а на определенных расстояниях между волнами, где некоторые моды от разных источников излучения имеют одинаковые длины волн, имеем шум в виде биения. Расчеты показывают, что прием аналоговых ТВ каналов при N = 10 без применения демультиплексоров возможен, если выбрать разнос между десятью волнами не менее 5 нм при использовании одномодового ЛД с шириной спектра ( на уровне 3 дБ) 10 ГГц и не менее 7 нм при использовании многомодового ЛД с шириной спектра 5 нм для обеспечения С/Ш > 50 дБ. Однако ситуация становится благоприятной для передачи цифровых поднесущих при помощи одномодовых ЛД, где требование к С/Ш > 16.5 дБ. Так, например, для передачи цифровых 100 Мбит/с потоков на поднесущих с 10 УОН необходимо выбрать разнос волн не менее 0.3-0.4 нм при М = 10 ГГц. Выбор разноса волн 8/ (ДА.) при использовании многомодовых ЛД для передачи цифровых поднесущих аналогичен системе с аналоговыми сигналами, так как, в широком диапазоне АХ имеем максимум шумов биения мод.

В разделе 5.2 исследуется влияние оптической интерференции на поднесущие с применением оптических демультиплексоров на приемной стороне, что позволяет исключить шум биения при использовании многомодовых ЛД на передающей стороне, уменьшить интерференцию соседних оптических каналов и увеличить пропускную способность ВОСП.

В разделе 5.3 исследуется влияние характеристик демультиплексора на появление в системе шумов модового распределения. Увеличение крутизны зависимости затухания от длины волны и мощности излучения ЛД могут привести к значительному приросту шумов модового распределения.

Стремление выбирать затухание демультиплексора ближе к идеальному приводит к резкому уменьшению шумов модового распределения.

В разделе 5.4 исследуется влияние нелинейных явлений в волокне на передачу многоканального сигнала с УОН. Дана оценка влияния ВКР на каналы при помощи дифференциального уравнения, описывающего изменение мощности канала по мере распространения сигнала по волокну. Расчеты показывают, что передача 10 уплотненных каналов с мощностями в каждом не более 10 мВт по оптическому волокну возможна на расстояние до 90 км, где потери из-за ВКР не будут превышать 1 дБ. Увеличение количества оптических каналов приводит к серьезным потерям по мощности, так например, увеличение числа каналов в два раза (И = 20) при тех же условиях, приводит к ограничению длины тракта до 20 км.

Другим нежелательным нелинейным процессом в волокне является ВРМБ. Оно проявляется в виде генерации стоксовой волны, распространяющейся в обратном направлении, но анализ показывает, что удержание мощности в волокне ниже порога ВКР для ВОСП с УПН и УОН, обеспечивает слабую генерацию стоксовой волны.

Шестая глава посвящена разработанным высоконадежным кольцевым волоконно-оптическим системам передачи (КВОСП) с применением технологии УПН и УОН. Применение «двойного кольца» и пассивного подключения узловых станций, двукратной модуляции и резервирования каналов УПН обеспечивают надежность функционирования при обрывах волбкна и / или при выходе из строя узлов. Разработаны структурные схемы узлов и описывается функционирование систем.

В разделе 6.1 рассматривается высоконадежная частично-пассивная КВОСП с коммутацией поднесущих (рис.1). Система состоит из центральной станция (ЦС), которая нарушает непрерывность волоконного кольца и пассивно подключенных N узлов. Все узлы имеют физический доступ к волоконному коЯьцу через пассивные оптически-избирательные ответвители, настроенные на определенные волны.

ПФ

ФД _

ЇЇ..........*и

Фотодиод

ФД

ПФ

1 х 2

МОХ

БШиХ

цс

V , »1» чі- X ^ ^ /

мих ПЕМЧХ

оших мих

Полосовой фильтр

Оптический переключатель

Оптический мультиплексор

Оптический демультиплексор

1 *1.....

% іг X 2 ФД ПФ »

.....^.....^

Рис.1

В КВОСП используется принцип соединения «каждый узел с каждым» при помощи коммутации поднесущих каналов, которая происходит на ЦС. Все электронные элементы узловых станций идентичны и настроены на одни и те же поднесущие частоты (ґі, ґг, что удешевляет систему. Так как

узлы передают и могут принимать информацию и по часовой (ПЧС) и против часовой стрелки (ПрЧС), система является надежной и самовосстанавливающейся при повреждениях волокна. Разработана структурная схема ЦС (рис.2).

В разделе 6.2 рассматривается высоконадежная КВОСП, использующая переприем поднесущих в промежуточных узлах. По сравнению с предыдущей системой, здесь отсутствует ЦС и функции ЦС равномерно распределены между N узлами, что намного поднимает живучесть системы.

Узловые станции имеют физический доступ к волоконному кольцу с помощью оптических коммутаторов (ОК) (рис.3). В каждом узле поднесущие частоты выбираются таким образом, что, делая многократные прыжки через другие узлы, они достигают точки назначения. Разработан алгоритм выбора поднесущих частот, при котором реализация переприема через промежуточные узлы упрощается.

Отметим, что КВОСП работает с одной оптической волной, т.е. каждая пара узловых приемников и передатчиков настроена на одну и ту же волну. Узловые ОК, не имеющие селективности по длине волны, управляются приложенным напряжением II, и имеют коэффициент ответвления:

(1 при нормальном функционировании узла «(У) = < „

[О при выходе из строя узла

£

^МС 1

ОК1

ок

лд

матрицы М_

ФД

ПФ

СтрокаТТ матрицы Мт

Строка 1

| матрицы Мт

ПФ

Рт,и1=<*(0)Р.Х1

ФД

^ / Строка 1

РА ^матрицы М

ЛД

р

ХПРК1

т

ок

Рис.3

Циркулягор РЧ ии СВЧ

Регулируемый аттенюатор

РА

При нормальном функционировании системы каждый ОК на приеме поглощает всю оптическую мощность из волокна и передает к фотодетектору, а при передаче вся оптическая мощность лазерного диода (ЛД) вводится в волокно и передается соседним узлам. При выходе из строя узловой станции принадлежащие этому узлу ОК переключаются с помощью управляемого напряжения так, что коэффициент ответвления а(и) = 0 и вся оптическая мощность с входа узла передается соседним узлам ПЧС и ПрЧС, минуя неисправный узел.

Для структурного анализа системы использовано определение структурной матрицы и некоторые операциями над ней. В нашем случае, структурной матрицей М КВОСП с N узлами будем называть квадратурную матрицу порядка Ы, в которой каждому узлу \ соответствует 1 - я строка 1 - й столбец:

м = |л

здесь 1, ] = 1,2, ...К Вхождения ^ определяются по следующему правилу:

л =

1 при £

^ , если есть поднесущий канал от узла 1 к узлу.); О, если такого канала нет.

Отметим, что в системе существует N(N-1) поднесущих, и что частотный диапазон разделен на N поддиапазонов (столбцы матрицы М), в каждом из которых находятся (N-1) поднесущих (см. рис.4).

столбец 1 М

г2.1 ■ ■ • ■

ЧЬ-

столбец к М

fl.lt

-и-

столбец N М

ftK-D.1T

■ • fN.lt

Рис.4

Полученная структурная матрица определяет те собственные поднесущие частоты узлов, которые в дальнейшем будут смодулированы информационными данными, сформировав, таким образом, собственные поднесущие каналы узлов.

Данные поднесущие каналы после распространения по оптическому волокну должны приниматься соответствующими узлами, для чего воспользуемся транспонированной матрицей Мт порядка N. в которой каждому узлу 1 соответствует 1 - я строка 1 - й столбец:

мТ=Ы\. .

Строки матрицы Мт соответствуют тем поднесущим каналам, которые принимаются узлами. Так, например, узел 1 принимает поднесущие каналы, находящиеся на строке 1 матрицы Мт, следовательно, надо так выбрать полосу •пропускания электрических фильтров узла 1 , чтобы в нее входили только вышеуказанные поднесущие на строке 1, и, так как они расположены в одном поддиапазоне (см. рис.4), то реализация такого приемника не представляет особого труда.

Что касается переприема поднесущих каналов, то он реализуется автоматически, при помощи специального выбора элементов матрицы М и схемного решения приемников и передатчиков узлов (рис.3).

В разделе 6.3 рассматривается высоконадежная кольцевая волоконно-оптическая система коммутации (КВОСК) с применением УПН и УОН (рис.5). По сравнению с системой 6.1, здесь приемники узлов находятся под контролем ЦС и имеют возможность, согласно управляющим командам идущим от ЦС, выбрать из потока, входящих в узел оптических волн, произвольную комбинацию, более того, даже не находящихся по соседству друг с другом волн.

Эта селекция осуществляется при помощи акустооптических перестраиваемых фильтров (АОПФ). Выбранные волны без дальнейшего разуплотнения детектируются одним оптическим детектором и, с помощью электронных полосовых фильтров, выбираются необходимые поднесущие каналы, предназначенные этому узлу. Переданные каждым узлом и, сделавшие один полный цикл по кольцу остатки оптического сигнала, поглощаются в узлах согласующей нагрузкой.

На рис.6 показана структурная схема узла ¡. Оптические усилители предназначены обеспечить требуемое усиление для эффективного функционирования приемников узла и для компенсации затухания в системе. Показанные на рис.6 акустооптические перестраиваемые фильтры идентичны. АОПФ 1 узла 1 предназначен для приема контрольных сигналов (А, ; ; Г •/) ,идущих от ЦС с последующей передачей к местному контроллеру (МК), а также, для ввода в волокно на волне к ; , контрольных сигналов для ЦС (состояние поднесущих частот на приеме , ответ на требование и т. д.) и информации для других узлов с помощью модуляции лазерного диода групповым выходным сигналом формирователя поднесущих. Остатки информационных поднесущих,

Рис.5

ИНФОРМАЦИЯ поднесущик; положит/отриц. УЗПЙ \ ответ на требование

вание поя- 1 01

несущих ! ИНФОРМАЦИЯ ОТ!

|га_з_ньк_изгюв_]

Рис.б

переданные узлом i на волне X ; , и сделавшие один полный цикл по кольцу, поглощаются на приеме согласующей нагрузкой (СН) (рис. 6).

АОПФ 2 узла 1 предназначен для приема информации, идущей от разных узлов на разных оптических волнах и имеет возможность выбора из этого

потока произвольной комбинации оптических волн в соответствии с сигналами управления от МК. Выбранная АОПФ г груша волн впоследствии расщепляется в ответвителе 1x2. Одна ветвь 1 х 2 заворачивается на другой вход АОПФ г , в результате чего на выходе узла і в волоконном кольце восстанавливается весь спектр переданных оптических волн, которые несут информацию также для других узлов. А со второй расщепленной ветви 1 х 2 после фотодетектирования, узел і принимает ему адресованные поднесущие с помощью полосовых фильтров.

Переданные каждым узлом оптические волны, распространяясь по волоконному кольцу, попадают на вход ЦС, где с помощью DEMUX разделяются. После фотодетектирования, ЦК выбирает (с помощью ПФ) поднесущие f т, которые содержат контрольные сигналы о требованиях узлов, а остальные поднесущие, которые предназначены для других узлов, с помощью циркуляторов, передаются сумматорам, где суммируются с поднесущими fTr, содержащими контрольные сигналы от ЦК, предназначенные для перестройки соответствующих АОПФ г узлов. После модуляции ЛД этими групповыми сигналами, оптические волны вводятся в волокно с помощью MUX и распространяются по кольцу.

Для более ясного понимания работы системы, проиллюстрируем очередность контрольных сигналов при установлении соединения между узлом j и узлом і, которая показана на рис.7;

ЦС

Рис.7

- узел j передает ЦС требование на установление соединения с узлом 1 . Это требование реализовано на поднесущей £ т на волне А.}, которое обозначим (А j

А);

- после обработки этого требования ЦС передает на (А ,; т 1) контрольный сигнал для перестройки АОПФ % узла 1. Этот сигнал принимается АОПФ 1 узла { и после детектирования и фильтрации поднесущей £ ' передается к МК (рис.6). Отметим, что АОПФ 1 узла 1 постоянно настроен на прием волны А ¡, следовательно, рециркуляция данной волны по кольцу невозможна. МК узла 1 перестраивает АОПФ г на прием волны А у Если, по крайней мере, одна из поднесущих свободна, то МК узла 1 передает ЦК положительный ответ на

н

требование ( А ;; Г т ) с помощью формирователя поднесухцих с указанием частоты свободной поднесущей. В свою очередь, ЦС передает сигнал

ш

разрешения на (А^? ) узлу ^ в противном случае, требование на соединение отклоняется, появляется блокировка в системе, узел j принимает сигнал

ш

занятости от ЦС на (А j; Гт ).

- после перестройки АОПФ г узла 1 на прием оптической волны А ¡, соединение считается установившимся. Узел j может передавать узлу 1 информацию без дальнейшего вмешательства со стороны ЦК .

В предложенной КВОСК, при увеличении нагрузки узла, обслуживается весь трафик, но с некоторой вероятностью блокировки. Дана оценка верхнего предела вероятности блокировок в зависимости от нагрузки на узел и количества поднесущих каналов. Так, например, при увеличении нагрузки узла на 50 % с А=1 по А=1.5 в системе с т = 20 поднесугцими, верхний предел вероятности блокировки увеличивается с Р6л=10 "7 до Рбл=Ю Л ,что может быть вполне допустимым при определенных требованиях к системе.

Заключение. Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработка и реализация на ПЭВМ модели для исследования нелинейных характеристик полупроводниковых инжекционных ЛД при прямой модуляции,

основанная на решении скоростных уравнений; спектральном представлении сигналов на выходе ЛД при помощи метода БПФ, позволяющая проводить анализ и оптимизацию выбора параметров систем с УПН.

2. Разработка и реализация на ПЭВМ модели для исследования влияния дисперсии волокна при передаче уплотненных поднесущих, основанная на методе гармонического анализа.

3. Предложена методика расчета характеристик тока модуляции ЛД при одновременной передаче цифрового потока вместе с групповым сигналом уплотненных поднесущих. Эффективность данной методики расчета подтверждается сравнением полученных результатов с, приведенной в зарубежной литературе, экспериментальной работой.

4. Предложена методика расчета отношения С/Ш на приемной стороне при совместном применении УПН и УОН, как с оптическими демультиплексорами, так и без них. Исследовано влияние разноса между оптическими несущими соседних каналов на отношение С/Ш при использовании в системе одномодовых и многомодовых ЛД.

5. Разработаны и исследованы высоконадежные волоконно-оптические системы кольцевой топологии с использованием УПН и УОН. Разработаны структурные схемы узлов и принципы функционирования при обрывах волокна или при выходе из строя узлов. Предложенные системы могут применяться телефонными компаниями для предоставления широкополосных услуг абонентам, а также, на их основе можно создать локальные волоконно-оптические сети, в которых физическое местонахождение разных частей сети возможно на достаточно больших расстояниях. Такие системы могут обеспечить бурно развивающийся рынок емких и гибких мультисервисных услуг и найти достаточно широкое применение в универсальных информационных сетях.

Приложения содержат тексты расчетных частей программ моделей, выводы формул и расчеты.

Публикации по теме диссертации

1. В.А. Варданян, К.Е. Заславский

«Высоконадежные волоконно-оптические пассивные кольцевые сети связи, использующие принципы спектрального уплотнения и уплотнения поднесущих»,Информатика и проблемы телекоммуникаций, материалы международной, НТК, том II, Новосибирск, 1995.

2. В.А. Варданян

«Определение динамического диапазона тока модуляции лазерного диода при одновременной передаче цифровых и аналоговых сигналов по оптическому волокну», Российская НТК, Тезисы докладов, том. I, Новосибирск, 1996 (в печати «Труды учебных заведений связи», г. Санкт-Петербург, 1999).

3. В.А. Варданян

«Высоконадежная частично-пассивная кольцевая ВОСП с коммутацией поднесущих», Электросвязь, №9,1996, с.14-16.

4. В.А. Варданян

«Высоконадежная кольцевая ВОСП, использующая транзит поднесущих в узлах», Информатика и проблемы телекоммуникаций, материалы международной НТК, Новосибирск,1997.

5. В.А. Варданян

«Кольцевая волоконно-оптическая система коммутации с применением уплотнения поднесущих», Информатика и проблемы телекоммуникаций, международная НТК, Новосибирск, 1998

6. В.А. Варданян, А.Г. Овчинников

«Компьютерная модель нелинейных характеристик инжекционного лазерного диода при прямой модуляции», Информатика и проблемы телекоммуникаций, Российская НТК, Новосибирск,1999.

Введение

Глава 1. Влияние характеристик оптических модуляторов на качество передачи в системах с УПН.

1.1. Применение прямой модуляции ЛД в системах с УПН

1.1.1. Переходная и частотная характеристики ЛД

1.1.2. Относительный интенсивный шум в полупроводниковых лазерах.

1.1.3. Интермодуляционные искажения.

1.2. Применение внешней модуляции в системах с УПН.

Глава 2. Влияние дисперсии волокна при передаче уплотненных поднесущих в волоконно-оптических системах связи с прямым фотодетектированием

2.1. Преобразование фазовых шумов лазера в шум интенсивности, при распространении по дисперсионному волокну

2.2.Исследование влияния интермодуляционных искажений на распространение поднесущих из-за дисперсии волокна

Глава 3. Выбор параметров системы для оптимального фотодетектирования поднесущих.

Глава 4. Волоконно-оптические системы с одновременной передачей цифровых и аналоговых сигналов

4.1. Параболическая аппроксимация клиппированных импульсных помех.

4.2. Влияние клиппированных импульсов на качество передачи цифрового потока.

4.3. Влияние эффекта клиппирования в ЛД на отношение С/Ш поднесущих каналов.

4.4. Влияние цифрового потока на качество приема аналоговых сигналов.

4.5. Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Глава 5. Исследование влияний оптической интерференции на характеристики ВОСП со спектральным уплотнением и уплотнением поднесущих.

5.1. Исследование влияния оптической интерференции на поднесущие в ВОСП без применения оптических демультиплексоров.

5.2. Исследование влияния оптической интерференции на поднесущие в ВОСП с применением оптических демультиплексоров.

5.3. Исследование влияния характеристик демультиплексора на появление в системе шумов модового распределения

5.4.Исследование влияния нелинейных явлений в волокне на передачу многоканального сигнала со спектральным уплотнением.

Глава 6. Высоконадежные кольцевые волоконно-оптические системы передачи (КВОСП) с применением технологий спектрального уплотнения и уплотнения поднесущих

6.1. Высоконадежная частично-пассивная КВОСП с коммутацией поднесущих.

6.2. Высоконадежная КВОСП, использующая переприем поднесущих в узлах.

6.3. Высоконадежная кольцевая волоконно-оптическая система коммутации (КВОСК) с применением УПН и УОН.

Актуальность темы. В последнее время в телекоммуникационной индустрии возникли проблемы внедрения новых широкополосных сетей с применением оптического волокна. Такие сети должны быть экономически эффективными, совместимыми с уже существующими системами передачи, должны иметь высокую надежность и способность легко перестраиваться при увеличении нагрузки.

В настоящее время происходит своеобразный ренессанс метода частотного разделения каналов (ЧРК), в частности, применительно к высокоскоростной волоконно-оптической связи. Это обусловлено, с одной стороны, определенной степенью завершенности эволюции цифровых волоконно-оптических систем передачи с прямым фотодетектированием, построенных по принципу временного разделения каналов (ВРК) и приближающихся к теоретическому пределу технических возможностей при современной технологии, а с другой стороны - некоторыми принципиальными преимуществами аппаратуры с ЧРК.

Известно, что полоса пропускания одномодового оптического волокна составляет 10 и 13 ТГц в окрестности длин волн соответственно 1.3 и 1.5 мкм. Пока техника временного уплотнения не может в полной степени использовать такую огромную пропускную способность волокна. Альтернативным способом является спектральное уплотнение оптических 6 волн (или несущих ) (УОН) и уплотнение поднесущих (УПН), которое происходит в радиочастотном или в СВЧ диапазоне. Термин «уплотнение поднесущих» принят для отличия от спектрального уплотнения, которое также представляет собой частотное уплотнение, но в оптическом диапазоне. Началом практического использования в мире интерактивных волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) с ЧРК считается середина 90-х годов. Ему предшествовали экспериментальные разработки в этой области и опубликование полученных результатов в научных изданиях (например, некоторые из них [52],[75],[76],[87],[129]). Такие системы могут обеспечить одновременную передачу десятков телевизионных (ТВ) программ в стандартном вещательном диапазоне, тысяч цифровых телефонных каналов, а также высокоскоростных каналов компьютерной связи [59],[105],[127],[130]. Преимущества таких систем по сравнению с цифровыми ВОСП - прозрачность канала передачи, т.е. независимость от формата модуляции, вида передаваемой информации, числа доставляемых каналов, а также экономичность, получаемая благодаря простой схемотехнике аппаратуры линейного тракта и отсутствию дополнительного преобразования ТВ сигналов в абонентском приемнике [23], [24],[73].

Однако, несмотря на расширяющееся внедрение ВОСП с ЧРК, вопросы проектирования указанных систем в соответствии с выбранными критериями качества (например, жесткие критерии ГОСТ на распределительные сети кабельного ТВ [18] ), особенности оптических 7 передатчиков, процессы распространения многоканальных сигналов (УПН и УОН) по оптическому волокну, влияние различных типов приемников, углубленный анализ искажений сигналов, в настоящее время, исследованы недостаточно. Поэтому, наличие эффективной методики моделирования на ПЭВМ отдельных частей ВОСП с ЧРК, для обеспечения требуемого качества , упрощает разработку в целом и обеспечивает оптимальный выбор параметров системы. Кроме того, совместное применение УПН и УОН позволяет решать проблемы, связанные с построением широкополосных систем; гибкость при создании систем передачи и произвольное распределении трафика передаваемых сигналов (аналоговых или цифровых, а также разнообразных их комбинаций), отсутствие синхронизации , в большинстве случаев отсутствие протоколов сигнализации в системах, надежность и открытость, позволяют объединять их в будущем с локальными и глобальными сетями различного назначения и создавать в городах взаимоувязанную информационную сеть.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка ВОСП с уплотнением поднесущих и спектральным уплотнением, анализ и разработка методов повышения помехозащищенности таких ВОСП, исследование факторов, ухудшающих отношение С/Ш на приеме, разработка высоконадежных ВОСП с кольцевой топологией и применением УПН и УОН. 8

Методы исследования. В диссертационной работе применены методы моделирования на ПЭВМ с использованием среды визуального программирования Delphi 3, языка Object Pascal и Mathcad 6.0 Plus, методы теории дифференциального и интегрального исчисления, метод гармонического анализа и быстрого преобразования Фурье (БПФ), методы теории вероятности и математической статистики.

Практическая ценность. Практическая ценность результатов работы заключается в следующем - проведенные исследования и разработанные методики могут быть использованы при проектировании и разработке ВОСП разной топологии, предназначенных для решения задач насыщения стремительно развивающегося рынка весьма емких и гибких мультисервисных информационных систем, а также, физического моделирования и статистического исследования волоконно-оптических трактов и их компонентов при передаче по волокну поднесущих разного формата.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в СибГУТИ на кафедре МЭС и ОС и подтверждены актом внедрения.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1 .Компьютерная модель на ПЭВМ для расчета нелинейных характеристик полупроводниковых инжекционных ЛД при прямой модуляции, позволяющая определить переходные и частотные характеристики ЛД в зависимости от параметров ЛД и приложенного 9 тока; оценка мощности интермодуляционных искажений как в полосе одного канала ТВ, так и во всем диапазоне частот ТВ вещания при модуляции ЛД сигналами отечественного стандарта ТВ вещания в зависимости от степени нелинейности ВАХ и глубины модуляции поднесущих.

2.Исследование влияния на С/Ш интермодуляционных и гармонических искажений, возникающих в дисперсионном волокне при передаче уплотненных поднесущих; разработанная методика для расчета мощности этих искажений в зависимости от коэффициента хроматической дисперсии волокна, глубины модуляции и расположения поднесущих.

3. Исследование возможностей одновременной передачи цифрового потока вместе с групповым сигналом уплотненных поднесущих с использованием прямой модуляции ЛД; полученные выражения для расчета вероятности ошибок цифрового потока и С/Ш - для поднесущих каналов; сравнение полученных результатов с приведенной в зарубежной литературе экспериментальной работой.

4. Исследование возможностей совместного использования техники УПН и УОН в ВОСП как с оптическими демультиплексорами на приеме, так и без них; полученные выражения для разноса длин волн в зависимости от С/Ш при использовании одномодовых и многомодовых ЛД.

5. Разработанные высоконадежные ВОСП кольцевой топологии с использованием УПН и УОН.

10

Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах ее выполнения докладывались и обсуждались на НТК " Информатика и проблемы телекоммуникаций г. Новосибирск 1995 - 1999 гг, на межкафедральном семинаре СибГУТИ 20 сентября 1999г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ [4]-[9].

В настоящее время в волоконно-оптических системах и сетях используют, в основном, три вида мультиплексирования - ВРК, УПН и УОН. Для сравнительной оценки характеристик этих методов мультиплексирования, рассмотрим ВОСП с N - каналами, где каждый канал, предположительно, имеет одинаковую скорость передачи В (см.рис.1). Значения в круглых скобках на рис.1 обозначают минимально требуемую полосу пропускания для каждого устройства.

В оптических системах передачи с применением ВРК, N каналов уплотняются в мультиплексоре ( MUX ) ( см.рис.1,а, ). Разделенный по времени групповой сигнал, имеющий частотную полосу пропускания NB , модулирует оптический модулятор (ОМ) с полосой NB , далее, модулированный оптический сигнал распространяется по оптическому волокну, детектируется в приемнике (Прм) с полосой приблизительно равной 2NB и разуплотняется в демультиплексоре (DEMUX) [115]. Для данного случая, требуемая полоса пропускания оптического волокна для N каналов составит 2NB, поэтому, для передачи каждого канала требуется полоса 2В. предположении, что каждый канал занимает полосу 2В, и что поднесущие частоты выбраны в диапазоне одной октавы ( влияния

12 интермодуляционных искажений второго порядка отсутствуют ) [125], [128]. Переданный оптический сигнал детектируется в приемнике с полосой 6NB. Каждый канал выбирается с помощью электрических фильтров с полосой, приблизительно равной 2В. Эта техника мультиплексирования позволяет использовать полосу оптического волокна 6NB , поэтому, для передачи каждого канала требуется полоса 6В.

В оптических системах передачи с применением УОН (см. рис.1,в,), N оптических несущих модулируются каждым сигналом, следовательно, требуемая полоса каждого ОМ составляет В. Далее, N оптических сигналов уплотняются в уплотнителе оптических несущих ( MUX) и передаются по оптическому волокну. На приемной стороне каналы разделяются с помощью оптических фильтров и детектируются в приемнике с полосой, приблизительно равной 2В. Если предположить что, частотный разнос между каналами составляет 10В, то требуемая полоса пропускания оптического волокна составит приблизительно 10NB. Следовательно, требуемая полоса для каждого канала составит приблизительно 10В.

Сравнивая эти три вида мультиплексирования, видны преимущества и недостатки каждого из них. Системы с ВРК и УПН имеют большое преимущество в том, что нуждаются только в одной оптической несущей для передачи N каналов, по сравнению с УОН, где количество оптических несущих равно количеству каналов. Из всех видов мультиплексирования,

13 системы с УПН нуждаются в наибольшей полосе пропускания для оптического модулятора (приблизительно в 4 раза больше, чем в системе с ВРК). В отношении полосы пропускания оптического волокна, системы с ВРК нуждаются в меньшей полосе на один канал ( 2В / канал ), чем системы с УПН и УОН (в среднем 3-5 раза больше по сравнению с ВРК ). Следовательно, если используются одинаковые оптические модуляторы в системах с ВРК и УПН, то пропускная способность системы с УПН составит четвертую часть по сравнению с системой с ВРК. Самым главным недостатком системы с ВРК является необходимость сложных и дорогих мультиплексоров для уплотнения и разуплотнения каналов по времени.

Таким образом, для реализации высокоскоростных систем передачи, приемлемы совмещение ВРК и УОН для получения большой пропускной способности. Однако, для относительно низкоскоростных систем -приемлемо совмещение УПН с УОН. Граница между высокой и низкой скоростями передачи зависит от полосы пропускания оптических устройств и от требования пользователей. Например, если существует оптический модулятор с полосой пропускания 5ГГц и приемник с полосой 15ГГц, то возможна передача 5Гбит/с сигнала с ВРК или 1.25Гбит/с сигнала с УПН. Если пользователю требуются потоки со скоростями, например 2.5 или 5Гбит/с , тогда надо использовать спектральное уплотнение сигналов с ВРК. А если пользователь нуждается

14 в приеме 10 каналов цифровых телевизионных (ТВ) сигналов на обычный телевизионный приемник, то, предпочтительно использовать спектральное уплотнение сигналов УПН.

Использование данных видов мультиплексирования или их комбинаций зависит не только от области их применения и технических характеристик , а также от экономической целесообразности, совместимости с существующими и будущими системами.

Если оптический приемник реализован с прямым фотодетектированием, который в настоящее время широко распространен из-за своей простоты и относительной дешевизны, то на передающей стороне возможны две схемы для оптических модуляторов (см.рис.2).

При прямой модуляции рис.2 ,а, сигнал воздействует непосредственно на ток накачки лазерного диода (ЛД), получая на выходе последнего оптический сигнал, модулированный по интенсивности (ИМ). Типичные передатчики, использующие непосредственную модуляцию, имеют коаксиальный электрический вход и / или усилитель для усиления слабого сигнала до модуляции. Требования на характеристики ЛД при непосредственной модуляции должны обеспечить достаточную линейность ватт - амперной характеристики (ВАХ), узкую полосу и стабильность излучения, гладкую модуляционную характеристику в широком диапазоне частот, большую оптическую мощность излучения и т.д. [28].

15

Внешние модуляторы рис.2,б, могут быть созданы на основе использования акусто магнито - и электрооптических эффектов, а реализованы в объемном (микрооптическом), волоконном и полосковом вариантах. Качество работы модуляторов определяется такими параметрами, как управляющее напряжение и мощность, линейность модуляционной характеристики и глубина модуляции, потери света и др. Внешние модуляторы расширяют возможности создания оптического передатчика с оптимальными параметрами, поскольку выбор его основных элементов может производиться, в известной мере, независимо и наиболее полно удовлетворять комплексу требований. а) щ у им лд

Вн. модулятор

6)

ИМ

Сигнал

Рис.2 Прямая модуляция ЛД а) и внешняя модуляция б) по интенсивности (ИМ)

Передача цифровых сигналов, использующих ВРК, в настоящее время широко распространена [39],[41], так как, в этих системах возможна реализация приемников с достаточно большой чувствительностью ( с большим импедансом или трансимпедансом ) и по умеренной цене. Но

16 при увеличении скорости передачи (более 2.5 Гбит/с), становится труднее реализовать широкополосный приемник, который должен принимать все передаваемые данные и выбирать только ему предназначенные биты, и, поскольку чувствительность приемника падает с увеличением полосы частот, такие системы имеют сравнительно малую пропускную способность и меньшее количество потребителей. Ограничения, накладываемые на системы будущего с ВРК, зависят не только от трудной реализуемости широкополосных приемников, а также от формирования субнаносекундных, тем более фемтосекундных световых импульсов, которые возлагают достаточно большие требования на оптические модуляторы, источники излучения световых импульсов, а также на быстродействие мультиплексоров и демультиплексоров. Несмотря на вышесказанное, системы с ВРК более выгодно применять при передачах уплотненных каналов на дальние расстояния, хотя здесь, а также и в других системах имеет место ограничение - при увеличении длины волокна уменьшается его информационная пропускная способность из-за материальной и волноводной дисперсии.

В противоположность с ВРК , системы с УПН могут передавать как цифровые потоки, так и аналоговые сигналы, следовательно быть совместимыми с еще существующими аналоговыми системами связи. Реализация мультиплексирования и демультиплексирования поднесущих достаточна легка, т.к. существующая техника позволяет это сделать в

17 радиочастотном и / или СВЧ диапазоне. Отметим, что поднесущие частоты могут модулироваться разными форматами: - частотной и фазовой модуляцией (ЧМ и ФМ), а также, разновидностями частотной и фазовой манипуляций (ЧМн и ФМн) и т.д. [105], [102], [88],[89],[121], а приемник, принимая все поднесущие, может легко выделить, усилить, демодулировать определенные поднесущие с помощью существующего высокочастотного оборудования. Необходимость в широкополосных усилителях и высокоскоростных демультиплексорах отпадает, а чувствительность приемника определяется с помощью полосы одной или группы поднесущих каналов.

Системы с УПН обладают рядом достоинств:

- спектральные характеристики источников излучения здесь не так важны, следовательно, можно использовать полупроводниковые многомодовые (достаточно дешевые) лазеры;

- стабилизация температуры или контроль длины оптической волны не требуется ( имеется в виду УПН без УОН или с неплотным УОН);

- информационные данные, которые несут разные поднесущие, независимы друг от друга и не нуждаются в синхронизации;

- излучатели (обычно - полупроводниковые лазеры) способны развить на выходе десятки милливатт и имеют достаточную линейность, чтобы применить к ним прямую модуляцию;

18

- для передачи и приема ТВ сигналов, системы с УПН являются более приемлемыми, так как позволяют расширять сети кабельного ТВ (КТВ) в городах без приобретения пользователями специальной аппаратуры для приема;

- при большой пропускной способности системы с УПН более дешевые, чем системы с ВРК, что позволяет их быстро внедрять на широкополосных сетях.

В последнее время широко обсуждаются возможности применения УОН в волоконно-оптических системах и сетях разной конфигурации [109],[113],[131],[107],[80],[79],[40],[33],[60]. Начиная с 1993г. , промышленностью выпускается семейство оптических волокон «True Wave», позволяющих использовать УОН в окне прозрачности 1500 нм, не опасаясь влияния нелинейных эффектов, а также создавать участки передачи без усиления и компенсации длиной более 100 км при скорости передачи 10, 20 и даже 40 Гбит/с [122] . В 1998 г. новый член «семьи», волокно «True Wave RS », благодаря уменьшенному наклону дисперсионной кривой, существенно расширил диапазон используемых волн. А последнее достижение «всеволновое» волокно «All Wave» использует весь диапазон -от 1280 до 1600 нм [2]. Возможность создать в одном волокне более сотни независимых каналов, в сочетании со скоростью передачи 10 Гбит/с, позволяет достичь общей пропускной способности в 1 Тбит/с и более. Разделяя огромную полосу пропускания оптического волокна на

19 определенные, относительно небольшие части, в каждой из которых будет передаваться только одна полоса оптической частоты, достигается одновременная передача и прием, а также эффективное использование всей полосы пропускания волокна. Однако, с увеличением плотности каналов, в системах с УОН должны использоваться гетеродинные методы оптического детектирования или точная фильтрация каналов, которая приводит к усложнению и увеличению цен на оборудование.

Сравнивая хорошо известные цифровые ВОСП с ВРК и системы с ЧРК (УОН и УПН), обнаружим следующие преимущества последних:

-более эффективное использование широкополосности одномодового волокна;

-гибкость при создании сети передачи и произвольном распределении трафика передаваемых сигналов (аналоговых или цифровых) и разнообразных их комбинаций;

-возможность передачи по одному тракту сигналов в мультигигагерцовой полосе частот, без разработки и освоения сверхскоростной цифровой электроники, а с использованием хорошо разработанной, надежной и относительно недорогой СВЧ микроэлектроники;

-совместимость с ВОСП будущего, обладающими сверхбольшой пропускной способностью, с использованием плотного спектрального уплотнения или когерентных технологий.

20

Конечно, ВОСП с ЧРК не должны рассматриваться как антипод ВОСП с ВРК. Для дальних магистральных линий последние, по - видимому, останутся наиболее подходящими, а ВОСП с ЧРК применимы при создании систем сравнительно небольшой протяженности, но отвечающих требованиям повышенной емкости и адаптивности к нестационарным и многоцелевым режимам эксплуатации.

Структура диссертации. Работа организована следующим образом: в Главе 1 исследуется влияние характеристик оптических модуляторов на качество передачи поднесущих каналов, в Главе 2 исследуется влияние дисперсии волокна на передачу поднесущих каналов, в Главе 3 рассматривается выбор оптимального приемника для систем с УПН, в Главе 4 дана оценка характеристик ВОСП , при одновременной передаче цифровых и аналоговых сигналов (гибридные системы), в Главе 5 рассматриваются вопросы совместного применения УПН с УОН, Глава 6 целиком посвящена разработанным ВОСП, использующим методы спектрального уплотнения и УПН, в заключении сформулированы основные научные результаты и выводы по диссертационной работе, приведен библиографический список использованной литературы и приложения.

21

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработка и реализация на ПЭВМ модели для исследования нелинейных характеристик полупроводниковых инжекционных ЛД при прямой модуляции, основанная на:

- решении скоростных уравнений ЛД, позволяющих определять переходные и частотные характеристики ЛД в зависимости от их параметров и значения приложенного тока;

- спектральном представлении сигналов отечественного стандарта ТВ вещания на выходе ЛД с нелинейной ВАХ с помощью метода БПФ, позволяющего оценить мощность интермодуляционных искажений как в полосе одного канала ТВ, так и во всем диапазоне ТВ вещания.

2. Исследование влияния дисперсии волокна на С/Ш при распространении многоканального сигнала поднесущих, основанное на методе гармонического анализа. Полученные результаты позволяют оценить мощность интермодуляционных и гармонических искажений в зависимости от формата, частотного диапазона, расположения, глубины модуляции поднесущих и коэффициента хроматической дисперсии волокна.

147

3. Исследована возможность одновременной передачи цифрового потока вместе с групповым сигналом уплотненных поднесущих с использованием прямой модуляции ЛД. Предложена методика расчета характеристик тока модуляции ЛД при заданных параметрах коэффициента ошибок для цифрового потока и С/Ш для поднесущих каналов, основанная на представлении суммарного сигнала поднесущих гауссовским процессом и параболической аппроксимации клиппированных импульсов, возникающих в ЛД при превышении тока модуляции уровня порога.

4. Исследована возможность совместного применения техники УПН и УОН в ВОСП, как с оптическими демультиплексорами на приеме, так и без них. Аппроксимация спектра излучения многомодового ЛД суммой одинарных продольных мод со спектрами Лоренца, но с разными интенсивностями, позволяет определить разнос между волн в зависимости от требования к С/Ш, ширины излучения ЛД и межмодового расстояния. Расчеты показывают, что использование многомодовых ЛД для передачи поднесущих без применения на приеме демультиплексоров возможно, если разнос длин волн будет превышать частотную область, где существует шум биения между модами разных источников излучения. Для исключения шума биения между модами необходимо использовать одномодовые источники излучения или оптические демультиплексоры на приеме, что позволяет увеличить пропускную способность ВОСП.

148

5. Разработаны и исследованы высоконадежные волоконно-оптические системы кольцевой топологии с использованием УПН и УОН, структурные схемы узлов, принципы функционирования при обрывах волокна или при выходе из строя узлов. Применение «двойного кольца», пассивное подключение узлов и резервирование каналов УПН обеспечивает надежность функционирования систем. Совместное применение УОН и УПН дают возможность узлам одновременно передавать и принимать разнородные информационные потоки с произвольным распределением трафика передаваемых сигналов, а отсутствие синхронизации и в большинстве случаев отсутствие протоколов сигнализации в системах, позволяют объединять их в будущем с локальными и глобальными сетями разного назначения.

Проведенные исследования и разработанные методики могут быть использованы при проектировании, разработке волоконно-оптических систем разной топологии, предназначенных для решения задач насыщения бурно развивающегося рынка весьма емких и гибких мультисервисных информационных систем, а также физического моделирования и статистического исследования волоконно-оптических трактов и их компонентов при передаче по волокну поднесущих разного формата.

149

Заключение

1. Когерентная волоконно-оптическая связь» М.: Радио и связь, 1991, с. 192.2. А. Шилейко

2. Миллионы тонн по трубам терабиты по волокну» Мир связи - connect, № 7-8, 1998, с. 26-28.3. Б. Р. Левин

3. Теоретические основы статистической радиотехники» кн.1, М.: Советское радио, 1974, с. 550.

4. В.А. Варданян, К.Е. Заславский

5. Высоконадежные волоконно-оптические пассивные кольцевые сети связи, использующие принципы спектрального уплотнения и уплотнения поднесущих»,Информатика и проблемы телекоммуникаций, материалы международной, НТК, том II, Новосибирск, 1995.5. В.А. Варданян

6. Высоконадежная частично-пассивная кольцевая ВОСП с коммутацией поднесущих», Электросвязь, №9, 1996, с. 14-16.7. В.А. Варданян

7. Высоконадежная кольцевая ВОСП, использующая транзит поднесущих в узлах», Информатика и проблемы телекоммуникаций, материалы международной НТК, Новосибирск, 1997.8. В.А. Варданян

8. Кольцевая волоконно-оптическая система коммутации с применением уплотнения поднесущих», Информатика и проблемы телекоммуникаций, международная НТК,

9. Новосибирск, 1998 (получен положительный отзыв для печати в журнале «Электросвязь»),

10. В.А. Варданян, А.Г. Овчинников

11. Компьютерная модель нелинейных характеристик инжекционного лазерного диода при прямой модуляции», Информатика и проблемы телекоммуникаций, Российская НТК, Новосибирск, 1999.10. В.И. Тихонов

12. Выбросы случайных процессов», М:, Наука , 1970 , с. 392.11. В. Н. Левченко

13. Спутниковое телевидение» техника в вашем доме»151

14. СПб.: BHV Санкт-Петербург , 1988, с.288.12. Г. Агравал

15. Нелинейная волоконная оптика», перевод с английского, под ред. П. В. Мамышева, М.: Мир, 1996.13. Г. Б. Двайт

16. Таблицы интегралов и другие математические формулы», М.: Наука, 1969, с. 228.14. Г. Г. Унгер

17. Оптическая связь», перевод с немецкого, М.: Связь, 1979, с. 263.15. Г.Корн и Т. Корн

18. Справочник по математике», М.: Наука, 1977, с.831.16. Г. М. Фихтенгольц

19. Курс дифференциального и интегрального исчисления»,том. 1-3, СПб, Издательство Лань, 199717. Г. С. Свечников

20. Элементы интегральной оптики», М.: Радио и связь, 1987, с. 104.

21. Непосредственное телевизионное вещание сегодня», Радио, №2, 1997, сс. 10-11.

22. JI. М. Голденберг, Б. Д. Матюшкин, М. Н. Поляк

23. Цифровая обработка сигналов», М.: Радио и связь, 1990, с. 256.

24. Mathcad 6.0 PLUS, финансовые, инженерные и научные расчеты в среде WINDOWS 95. Руководство пользователя.

25. М.: Информационно-издательский дом «Филинь»,1997, с. 712.22. М. А. Шнепс

26. Системы распределения информации; методы расчета», М.: Связь, 1979, с. 342.23. М. Е. Белкин

27. Волоконно-оптическая система для единых сетей абонентского доступа»,

28. Вестник связи, N11, сс.16-21, 1998.24. М. Е. Белкин

29. Концепция построения сети абонентского доступа на базе волоконно-коаксиальных распределительных сетей», Электросвязь, N 1, сс.8-15, 1998.

30. Н. В. Захарченко, П. Я. Нудельман, В. Г. Кононович

31. Основы передачи дискретных сообщений», М.: Радио и связь ,1990, с. 240.26. П. Г. Елисеев153

32. Введение в физику инжекционных лазеров», М.: Наука, 1983, с. 294.27. П. В, Коленько

33. Оптические соединения в СКС», Сети и системы связи, №3 (37), 5 марта 1999, с. 33- 39, http:Wccc.ru.

34. Полупроводниковые инжекционные лазеры» (динамика, модуляция, спектры), перевод с английского, Под ред. У. Тсанга,

35. М.: Радио и связь, 1990, с. 320.29. С. В. Бородич

36. Искажения и помехи в многоканальных системах радиосвязи с частотной модуляцией», М.: Связь, 1976, с. 256.

37. Fundamental Limit on Number of Channels in Subcarrier

38. Multiplexed Lightwave CATV System»

39. Electronics Letters, vol.25, No.12, pp.776-777, 1989.

40. A. Leboutet, R. Aufferet, G. Claveau, M. Guibert, J. Moalic, L. Pophillat, Y. Sorel, A.Tromeur154

41. Wavelength-Division-Multiplexing in the 1.5 jam Window: An Installed Link»

42. Electronics Letters, vol.20, No.20, pp.834-835, 1984.

43. A. M. Hill, D. Cotter, J. V. Wright

44. Journal of Lightwave Technology, vol.8, No.10, pp.1541-1557, 1990.

45. A. R. Chraplyvy, P. S. Henry

46. Performance Degradation due to Stimulated Raman Scattering in Wavelength-Division-Multiplexed Optical-Fibre Systems» Electronics Letters, vol.19, No.16, pp.641-643, 1983.37. A. Tomita

47. Cross Talk Caused by Stimulated Raman Scattering in SingleMode Wavelength-Division Multiplexed Systems» Optics Letters, vol.8, No.7, pp.412-414, 1983.

48. B. L. Heffner, D. A. Smith, J. E. Baran, A. Yi-Yan, and K. W. Cheung «Integrated-Optic Acoustically Tunable Infra-Red Optical Filter» Electronics Letters, vol.24, pp. 1562-1563, 1989.15539. BT & D Technology, Inc.40. C. A. Brackett

49. Dense Wavelength Division Multiplexing Networks: Principles and Application»

50. EE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.6, pp.948-964, 1990.

51. CCITT Rec. I. 121, Geneva , June ,1998 (TD 140).42. C. Desem

52. Measurement of Optical Interference Due to Multiple Optical Carriers in Subcarrier Multiplexing»

53. EE Photonics Technology Letters, vol.3, No.4, pp.387-389, 1991.43. C. Desem

54. Optical Interference in Lightwave Subcarrier Multiplexing Systems Employing Multiple Optical Carriers» Electronics Letters, vol.24, No.l, pp.50-52, 1988.44. C. Desem

55. Optical Interference in Subcarrier Multiplexed Systems with Multiple Optical Carriers»

56. EE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.7, pp.1290-1295, 1990.

57. Charles S. Ih, and Wanyi Gu

58. Fiber Induced Distortion in Subcarrier Multiplexed Lightwave System»156

59. EE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.7, pp.1296-1303, 1990.

60. D. A. Smith, J. E. Baran, J. J. Johnson, and K. W. Cheung «Integrated-Optic Acoustically-Tunable Filters for WDM Networks» IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8,1. No.6, pp.1151-1159, 1990.

61. D. A. Smith, J. J. Johnson, B. L. Heffner, K. W. Cheung «Two-Stage Integrated-Optic Acoustically Tunable Optical Filter with Enhanced Sidelobe Suppression»

62. Electronics Letters, vol.25, pp.398-399, 1989.

63. D. Cotter, D. W. Smith, C. G. Atkins, R. Wyatt «Influence of Nonlinear Dispersion in Coherent Narrowband Amplification by Stimulated Brillouin Scattering» Electronics Letters, vol.22, No.12, pp.671-672, 1986.49. D. Cotter, P. M. Hill

64. Stimulated Raman Crosstalk in Optical Transmission: Effect of

65. Group Velocity Dispersion»

66. Electronics Letters, vol.20, No.4, pp. 185-187, 1984.

67. DiCon Fiberoptics Inc., 1997, http://www.diconfiberoptics.com.

68. E. E. Bergmann, C. Y. Kuo, and S. Y. Huang «Dispersion-Induced Composite Second-Order Distortion at 1.5 jum» IEEE Photonics Technology Letters, vol.3, No.l, pp.59-61, 1991.157

69. Etsugo Yoneda, Ko-ichi Suto, Koji Kikushima, and Hisao Yoshinaga «All-Fiber Video Distribution (AFVD) Systems Using SCM and EDFA Techniques»,

70. Journal of Lightwave Technology, vol.11, No.l, pp.128-137, 1993.53. F. V. C. Mendis1.terpretation of Signal/Noise Ratio Expressions in FM Video Transmission»

71. Electronics Letters, vol.25, No.l, pp.67-69, 1989.

72. F. V. C. Mendis, and B. T. Tan

73. Overmodulation in Subcarrier Multiplexed Video FM Broad-Band Optical Networks»

74. EE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.7, pp. 1285-1289, 1990.

75. F. V. C. Mendis, P.A. Rosher

76. CNR Requirements for Subcarrier-Multiplexed Multichannel Video FM Transmission in Optical Fibre» Electronics Letters, vol.25, No.l, pp.72-74, 1989.56. George J. Meslener

77. Chromatic Dispersion Induced Distortion of Modulated Monochromatic Light Employing Direct Detection » IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.20, No. 10, pp. 12081216, 1984.158

78. HITACHI®, Hitachi America,Ltd.-2000 Sierra Point.-Bnsbane, CA94005-1835-(415)589-8300

79. H. Kressel and J. K. Butler

80. Semiconductor Lasers and Heterojunction LEDs » New York: Academic, 1977.

81. Homeworx™ Hybrid Fiber / Coaxial Access Platform. ADC Telecommunications, 1997, http://www/adc.com/Products/BCDproducts/Hmx-Home.html.

82. H. Toba, K. Inoue, N. Shibata, K. Nosu, K. Iwatsuki, N. Takato, M. Shimizu «16-Channel Optical FDM Distribution/Transmission Experiment Utilising Er+ Doped Fibre Amplifier»

83. Electronics Letters, vol.25, No. 14, pp.885-886, 1989.

84. J. C. Daly, «Fiber Optic Intermodulation Distortion». IEEE Trans. Commun vol. COM-30, pp.1954-1958, 1982.

85. J. E. Bowers, C. A. Burrus, and R. J. McCoy

86. GaAs P-I-N Photodetectors with Modulation Response to1. Millimeter Wavelengths»

87. Electronics Letters, vol.21, pp.812-813, 1985.63. J.E. Mazo

88. Asymptotic Distortion Spectrum of Clipped, dc-Biased, Gaussian Noise» IEEE Transaction on Communications,vol.40, No.8, pp.1339-1344, 1992.

89. J. F. Lam and G. L. Tangonan159

90. A Novel Optical Modulator System with Enhanced Linearization Properties»

91. EE Transaction Photonics Technology Letters, vol.3, No.12, pp.1102-1104 1991.

92. J. H. Shaffner, and W. B. Bridges1.termodulation Distortion in High Dynamic Range Microwave

93. Fiber-Optic Links with Linearized Modulators»

94. Journal of Lightwave Technology, vol.11, No.l, pp.3-6, 1993.

95. J. Shlafer, C. B. Su, W. Powazinik and R. B. Lauer

96. GHz Bandwidth InGaAs Photodetector for Long Wavelength1. Microwave Optical Links»

97. Electronics Letters, vol.21, pp.469-470, 1985.

98. K. E. Alamey and R. Minasian

99. Optimal Design of Subcarrier Multiplexed Lightwave Systems

100. Employing Linearized External Modulators»

101. Journal of Lightwave Technology, vol.10, No.3, pp.378-382, 1992.160

102. K. E. Alamey and R. Minasian

103. Optimisation of Fiber Amplifier SCM Lightwave Systems Using Direct and External Modulation»

104. Journal of Lightwave Technology, vol.11, No.l, pp.76-81, 1993.71. K. Ogawa

105. Analysis of Mode Partition Noise In Laser Transmission Systems» IEEE Journal of Quantum Electronics, No.8, p.849, 1982.

106. K. Ogawa, and R. S. Vodhanel

107. Measurements of Mode Partition Noise of Laser Diodes» IEEE Journal of Quantum Electronics, No. 18, p. 1090, 1982.73. K. W. Cheung

108. An Evolutionary Transport Structure for Local Loop Distribution Using RF Subcarriers»

109. EE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.7, pp.1340-1350, 1990.74. K. W. Cheung

110. Acoustooptic Tunable Filters in Narrowband WDM Networks: Systems Issues and Networks Applications» IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.6, pp.1015-1025, 1990.

111. K. W. Cheung, S. C. Liew, C. N. Lo

112. Experimental Demonstration of Multiwavelength Optical Network161with Microwave Subcarriers»

113. Electronics Letters, vol.25, No.6, pp.381-383, 1989.

114. K. W. Cheung, S. C. Liew, C. N. Lo, D. A. Smith, J. E. Baran, J. J. Johnson «Simultaneous Five-Wavelength Filtering at 2.2 nm Wavelength Separation Using Integrated-Optic Acousto-Optic Tunable Filerwith Subcarrier Detection»

115. Electronics Letters, vol.25, No. 10, pp.636-637, 1989.

116. L. M. Johnson and H.V. Roussell

117. Reduction of Intermodulation Distortion in Interferometric Optical Modulators»

118. Optics Letters, vol.13, No. 10, pp.928-930, 198878. Lugannomi1.tersimbol interference and probability of error in digital systems» IEEE Trans on Information Theory, V, IT-15, №6, 1969.

119. M. A. Santoro and M. J. Karol

120. Experimental and Theoretical Performance of Ring-Shaped Passive-Bus Optical Networks»

121. EE Photonics Technology Letters, vol.3, No.5, pp.490-492, 1991.

122. M. I. Irshid and M. Kavehrad

123. A Fully Transparent Fiber-Optic Ring Architecture For WDM Networks» Journal of Lightwave Technology, vol.10, No.l, pp.101-108, 1992.

124. M. J. F. Digonnet and H. J. Shaw162

125. Wavelength Multiplexing in Single-Mode Fiber Couplers» Applied Optics, vol.22, No.3, pp.484-491, 1983.

126. M. R. Philips, T. E. Darcie, D. Marcuse, G. E. Bodeep, and N. J. Frigo «Nonlinear Distortion Generated by Dispersive Transmission of Chirped Intensity-Modulated Signals»

127. EE Photonics Technology Letters, vol.3, No.5, pp.481-483, 1991.83. M.S.Park, R. A. Minasian

128. Optimum Photodetection in Subcarrier Multiplexed Lightwave Systems» Journal of Optical Communications, vol.12, No.2, pp.50-52, 1991.

129. M. W. Maeda, W. B. Sessa, W. I. Way, A. Yi-Yan, L. Curtis, R. Spicer, and R.I. Laming

130. The Effect of Four-Wave Mixing in Fibers on Optical Frequency-Division Multiplexed Systems»

131. Journal of Lightwave Technology, vol.8, No.9, pp.1402-1408, 1990.

132. N. K. Shankaranarayanan, S. D. Elby, and K. Y. Lau «WDMA/Subcarrier-FDMA Lightwave Networks: Limitation due to Optical Beat Interference»

133. Journal of Lightwave Technology, vol.9, No.7, pp.931-943, 1991.

134. O. Leminger and R. Zengerle

135. Narrow-Band Directional Couplers Made of Dissimilar SingleMode Fibers with Different Cladding Refractive Indexes» Journal of Lightwave Technology, vol.8, No.9, pp.1289-1291, 1990.163

136. P. M. Gabla, V. Lemaire, H. Krimmel, J. Otterbach, J. Auge, and A. Dursin «35 AM-VSB TV Channels Distribution with High Signal Quality

137. Using a 1480 nm Diode-Pumped Erbium-Doped Fiber Postamplifier», IEEE Photonics Technology Letters, vol.3, No.l, pp.56-58, 1991.

138. Paul M. Hill, and Robert Olshansky

139. А 20-Channel Optical Communication System Using Subcarrier Multiplexing for the Transmission of Digital Video Signals» Journal of Lightwave Technology, vol.8, No.4, pp.554-560, 1990.89. P. Hill, R. Olshansky

140. Optical Transmission Performanse Analysis of Multi-Gbit/s QPSK on Microwave Subcarrier»

141. Electronics Letters, vol.25, No.ll, pp.751-753, 1989.

142. P. Hill, J. Shlafer, and R. Olshansky

143. Reduction of Relative Intensity Noise in 1.3-pm InGaAsP Semiconductor Lasers»

144. Applied Physics Letters, vol.50, pp.1400-1402, 1987.

145. P.Iannone and Т. E. Darcie

146. Multichannel Intermodulation Distortion in High-Speed GalnAsP Lasers» Electronics Letters, vol.23, No.25, pp.1361-1362, 1987.

147. R. B. Childs and V. A. O'Byrne

148. Multichannel AM Video Transmission Using High-Power Nd:YAG Laser and Linearized External Modulator»164

149. EE Journal on Selected Areas of Communications, vol.8, pp.1369-1376, 1990.

150. R. G. Alferness, C. H. Jeyner, L. L. Buhl, S. K. Korotky

151. High-Speed Traveling-Wave Directional Coupler Switch/Modulator for1. X = 1.32 jum»,

152. Journal of Quantum Electronics, vol.19, No. 9, pp.1339-1341,1983.94. R. Gross and R. Olshansky

153. Multichannel Coherent FSK Experiments using Subcarrier Multiplexing techniques»,

154. Journal of Lightwave Technology, vol.8, No.3, pp.406-415, 1990.95. R. G. Smith

155. Optical Power Handling Capacity of Low Loss Optical Fibers as Determined by Stimulated Raman and Brillouin Scattering» Applied Optics, vol.11, No. 11, pp.2489-2494, 1972.96. R. G. Waarts, R. P. Braun

156. System Limitation due to Four-Wave Mixing in Single-Mode Optical Fibres»

157. Electronics Letters, vol.22, No. 16, pp.873-875, 1986.

158. R. H. Stolen and E. P. Ippen

159. Raman Gain in Glass Optical Waveguides» Applied Physics Letters, vol.22, pp.276-278, 1973.98. R. Olshansky165

160. Multigigabit Per Second Subcarrier Multiplexed Optical Fibre1. Ring Network»

161. Electronics Letters, vol.27, No.23, pp.2098-2100, 1991.99. R. Olshansky

162. Optical Preamplifiers for Subcarrier Multiplexed Lightwave Systems» Electronics Letters, vol.25, No. 10, pp.648-650, 1989.100. R. Olshansky

163. Optimal Design of Multiplexed Lightwave Systems Employing Linearized External Modulators»,

164. Journal of Lightwave Technology, vol.10, No.3, pp.378-382, 1992.

165. R. Olshansky, P.Hill, V. Lanzisera, and W. Powazinik «Frequency Response of 1.3-|um InGaAsP High Speed Lasers» Journal of Quantum Electronics, vol.23, pp.1410-1418, 1987.

166. R. Olshansky, V. A. Lanzisera

167. Channel FM Video Subcarrier Multiplexed Optical Communication System»

168. Electronics Letters, vol.23, No.22, pp.1196-1198, 1987.

169. R. Olshansky, V. Lanzisera, P. Hill

170. Simultaneous Transmission of lOOMbit/s at Baseband and 60 FM Video Channels for a Wideband Optical Communication Network», Electronics Letters, vol.24, No.19, pp.1234-1235, 1988.

171. R. Olshansky, V. A. Lanzisera, and Paul M. Hill166

172. Subcarrier Multiplexed Lightwave Systems for Broad-Band Distribution» Journal of Lightwave Technology, vol.7, No.9, pp. 1329-1342, 1989.

173. R. Olshansky, V. A. Lanzisera, Shing-Fong Su, Richard Gross, Albert M. Forcucci, and A. Hung Oakes

174. Subcarrier Multiplexed Broad-Band Service Network: A Flexible

175. Platform for Broad-Band Subcarrier Services »,

176. Journal of Lightwave Technology, vol.11, No.l, pp.60-69, 1993.

177. R. Olshansky, W. Powazinik, P.Hill, V. Lanzisera, and R. B. Lauer «InGaAsP Buried Heterostructure Laser with 22-GHz Bandwith and High Modulation Efficiency»,

178. Electronics Letters, vol.23, pp.839-841, 1987.

179. R. Ramaswami and K. N. Sivarajan

180. A Packet-Switched Multihop Lightwave Network Using Subcarrier and Wavelength Division Multiplexing», IEEE Transactions on Communications, vol.42, No.2/3/4, pp.1198-1211, 1994.

181. R. Zengerle and O. Leminger

182. Wavelength-Selective Directional Coupler Made of Nonidentical Single-Mode Fibers»,

183. Journal of Lightwave Technology, vol.4, No.7, pp.823-827, 1986.

184. S. D. Dods, J. P. R. Lacey, and R. S. Tucker

185. Performance of WDM Ring and Bus Networks in the Presence167of Homodyne Crosstalk»,

186. Journal of Lightwave Technology, vol.17, No.3, pp.388-396, 1999.110. S.D. Personik

187. Receiver design for digital optical communication system, I and II»,

188. Bell Syst.Techn. J., vol.52, № 6 ,PP. 843-886, July-Aug. 1973.

189. S. D. Walker, A. Coles, D. Cunningham, A. C. Boucouvalas «Maximum Loss Budget Criteria for Subcarrier Multiplex Broadcast Passive Optical Networks»,

190. Electronics Letters, vol.25, No. 16, pp. 1023-1025, 1989.

191. S. K. Korotky and R. M. De Ridder

192. Dual Parallel Modulation Schemes for Low-Distortion Analog Optical Transmission»,

193. EE Journal on Selected Areas of Communications, vol.8, pp.1377-1381, 1990.

194. S. M. Gemelos, D. Wonglumsom, and L. G. Kazovsky «Impact of Crosstalk in an Arrayed-Waveguide Router on an Optical Add-Drop Multiplexer»,

195. EE Photonics Technology Letters, vol.11, No.3, pp.349-351, 1999 114.S. R. Mallinson

196. Wavelength-Selective Filters for Single-Mode Fiber WDM Systems Using Fabry-Perot Interferometers»,168

197. Applied Optics, vol.26, pp.430-436, 1987. 115.S. Watanabe, T. Tarahara, I. Yokota, T. Naito, T. Chikama, H. Kuwahara

198. Optical Coherent Broad-Band Transmission for Long-Haul and Distribution Systems using Subcarrier Multiplexing»,

199. Journal of Lightwave Technology, vol.8, No.11, pp.1716-1722, 1990. 117.S. Yoshida and K. Iwashita1.fluence of Amplitude Modulation Induced by LD Direct Modulation on FM Signal Transmission»,

200. EE Photonics Technology Letters, vol.2, No. 12, pp.929-931, 1990.118.T. E. Darcie

201. Subcarrier Multiplexing for Lightwave Networks and Video Distribution Systems»,

202. EE Journal on Selected Areas in Communications, vol.8, No.7, pp.1240-1248, 1990.

203. T. E. Darcie, B. L. Kasper, J. R. Talman, and C. A. Burrus «Resonant PIN-FET Receivers for Lightwave Subcarrier Systems»169

204. Journal of Lightwave Technology, vol.6, pp.582-589, No.4, 1988.

205. T. E. Darcie, R. S. Tucker, and G. J. Sullivan «Intermodulation and Harmonic Distortion in Gain As P Lasers» Electronics Letters, vol.21, pp.665-666, 1985.

206. T. K. Woodward, S. Hunsche, A. J. Ritger, and J. B. Stark «1-Gbit/s BPSK Transmission at 850 nm Over 1km 62.5-jum-Core Multimode Fiber Using a Single 2.5-GHz Subcarrier», IEEE Photonics Technology Letters, vol.11, No.3, pp.382-385, 1999

207. True Wave Single-Mode Optical Fiber, Lucent Technologies, 1997, http://www.lucent.com.

208. William E. Stephens, Thomas R. Joseph

209. A 1.3-|um Microwave Fiber-Optic Line Using A Direct-Modulated Laser Transmitter»,

210. Journal of Lightwave Technology, vol.3, No.2, pp.308-315, 1985.

211. W. E. Stephens, and T. R. Joseph

212. System Characteristics of Direct Modulated and Externally Modulated RF Fiber-Optic Links»,

213. Simultaneous Transmission of 2 Gbit/s Digital Data and Ten FM-TV Analog Signals Over 16.5 km SM Fibre», Electronics Letters, vol.24, No.10, pp.611-613, 1988.

214. W. I. Way, M. W. Maeda, A. Yi-Yan, M. J. Andrejco,M. M. Choy, M. Saifi, C. Lin

215. Channel FM-Video Transmission Using Optical FM/FDM and Subcarrier Multiplexing and an Erbium Doped Optical Fibre Amplifier», Electronics Letters, vol.26, No.2, pp. 139-142, 1990.

216. W. I. Way, R. S. Wolff, and M. Krain

217. A 1.3-(j.m 35-km Fiber-Optic Microwave Multicarrier

218. Transmission System for Satellite Earth Stations».

219. Journal of Lightwave Technology, vol.5, No.9, pp.1325-1332, 1987.

220. W. I. Way, S. S. Wagner, M. M. Choy, C. Lin, R. C. Menendes, H. Tohme, A. Yi-Yan, A. C. Von Lehman, R. E. Spicer, M. Andrejco, M. A. Saifi, and H.L. Lemberg

221. Simultaneous Distribution of Multichannel Analog and Video Channels to Multiple Terminals Using High-Density WDM and a Broad-Band In-Line Erbium-Doped Fiber Amplifier»,

222. EE Photonics Technology Letters, vol.2, No.9, pp.665-668, 1990.

223. W. I. Way, S. S. Wagner, M. M. Choy, C. Lin, R. C. Menendez, H. Tohme, A. Yi-Yan, A. C. Von Lehman, R. E. Spicer, M. Andrejco, M. A. Saifi,171and H. L. Lemberg,

224. Distribution of 100FM TV and six 622 Mb/s channels to 4096 terminals using high-density WDM and a broadband in-line erbium-doped fiber amplifier », Opt. Fiber Commun. Conf., postdeadline paper PD-21, San Francisco,C A, Jan. 1990.

225. Y-K. Chen, C-H. Chang, and C-C. Lee

226. Z. Q. Lin and W. S. C. Chang

227. Reduction of Intermodulation Distortion of Interferometric Optical Modulators Through Incoherent Addition of Optical Waves», Electronics Letters, vol.23, pp. 1980-1982, 1990.

228. Z. Q. Lin and W. S. C. Chang

229. Waveguide Modulators with Extended Linear Dynamic Range -A Theoretical Prediction»,

230. EE Photonics Technology Letters, vol.2, pp.884-886, 1990.172