بخشی از مقاله
چکیده
تاوان توان به شدت عملکرد سیستم های انتقال فیبر نوری را تحت تاثیر قرار می دهد. با تجزیه، تحلیل و شبیه سازی پروفایلهای مختلف فیبر نوری سعی در کمینه سازی تاوان توان توسط الگوریتم اجماع ذرات داریم. شبیه سازی روی یک سیستم عملی شانزده کاناله پرظرفیت با مالتی پلکس تسهیم طول موج و با پارامترای واقعی در فیبرهای نوری با پهن شدگی جبران سازی شده صورت می گیرد.
در نهایت با بهینه سازی پارامترهای ورودی الگوریتم اجماع ذرات از قبیل توان فرستنده، طول موج سیگنال نوری، فاصله فرکانسی کانالهای سیستم نوری، طول فیبر نوری، نرخ بیت سیگنال و پارامتر پهن شدگی کمینه تاوان توان با مصالحه بین پارامترهای فوق به دست آمده و نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده از سایر الگوریتم ها مانند الگوریتم بهینه سازی ژنتیک مقایسه شده و یک سیستم بهینه با در نظر گرفتن پارامترهای موثر نتیجه گیری می شود.
.1 مقدمه
روش مالتی پلکس با تسهیم طول موج پر ظرفیت - DWDM - 1 متدی برای افزایش ظرفیت انتقال سیستم های نوری جدید است. در این روش سیگنالهای ورودی در طول موج های مختلف روی یک خط انتقال فیبر نوری ارسال می شود.
مشکل اساسی سیستم های پرظرفیت فیبر نوری بر اساس مالتی پلکس DWDM حاصل پارامترهای خطی روی فیبر نوری از جمله تضعیف توان سیگنال ورودی، پهن شدگی ، نویز و قطبش نیست، بلکه بیشتر ناشی از تاثیرات پارامترهای غیرخطی روی فیبر نوری از جمله ترکیب چهار موجی - - FWM، پراکندگی برانگیخته رامان - SRS - و پراکندگی برانگیخته بریلوین - SBS - و مدولاسیون فازتقاطعی - XPM - و مدولاسیون خودفازی - SPM - در سیستم های DWDM است
این عوامل هم سبب کاهش میزان توان ورودی سیگنال به فیبر نوری گردیده و هم باعث هم شنوایی بین کانال ها می شود. به میزان توانی که باید به سیستم اضافه گردد تا جبران کاهش کارایی سیستم در گیرنده شود، تاوان توان می گوییم . در این مقاله تاوان توان حاصل از اثرات غیر خطی بررسی شده و معادلات مورد نظر بر حسب پارامتر های غیر خطی و پهن شدگی به دست آمده و در نهایت در یک سیستم عملی بر اساس فیبر نوری جابجا شده با پهن شدگی غیر صفر - NZDSF - 2 استاندارد مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد
در سیستم های عملی با طول فیبر نوری طویل پهن شدگی کلی غیر قابل صرفنظر بوده و باید جبران گردد. برای رفع این معضل از فیبرهای نوری با پهن شدگی مدیریت شده یا - DCF - 3 استفاده می شود.[14],[4] سرانجام با به استفاده از پروفایلهای رایج تاوان توان بدست آمده و ازلحاظ کمینه تاوان توان بررسی و پروفایل بهینه حاصل شده و با الگوریتم اجماع ذرات مقایسه و یک سیستم موثر و مفید عملی پیشنهاد می شود .
.2 مدل سازی ریاضی
شکل 1 یک مدل ریاضی مربوط به فیبر نوری با مدیریت پهن شدگی وابسته به یک سیستم عملی DWDM پرظرفیت را نشان می دهد که طول فیبر به k قسمت تقسیم می شود. هر بخش به صورت مستقل عمل می کند و ورودی را از واحد قبلی گرفته و به واحد بعدی می فرستد.
شکل .1 مدل فیبر DCF
-1-2 ترکیب چهار موجی - FWM -
در سیستم های مالتی پلکس با تسهیم طول موج پر ظرفیت، هارمونیک های ایجاد شده در اثر غیر خطی بودن ضریب شکست با شدت نور می توانند روی سیگنال اصلی نوری موثر بوده و سبب بوجود آمدن اثر ترکیب چهار موجی - FWM - 1 شوند که عامل غیر خطی غالب در فیبرهای نوری است . توان مربوط به اثر FWM به صورت زیر قابل بیان است
1111 حساسیت مرتبه سوم، n ضریب شکست فیبر نوری مورد مطالعه، Df0 پارامتر پهن شدگی در فرکانس کاری f0 و G /G گرادیان پهن شدگی است.
فرمول - 1 - نشان می دهد تاوان توان حاصل از اثر ترکیب چهارموجی می تواند با کاهش توان ورودی سیگنال درکانال و بعلاوه با افزایش پارامتر پهن شدگیDf0، فاصله کانال ها، سطح مقطع موثر فیبر کم گردد . یکی از روشهای افزایش پهنای باند سیگنال DWDM افزایش فاصله کانالها است. پارامتر پهن شدگی بالا متناظر با کاهش طول فیبر نوری بکار رفته خواهد بود. همچنین باید در نظر داشت که کمینه توان سیگنال ورودی به فیبر به واسطه تلفات توان و همچنین نویز محدود می گردد؛ پس باید مابین پارامترهای فوق مصالحه ای جهت رسیدن به کمینه تاوان توان حاصل از FWM به وجود آید.
-2-2مدولاسیون فاز تقاطعی - XPM -
ضریب شکست فیبر نوری با حضور یا عدم حضور سیگنال نوری متفاوت است - اثر . - Kerr لذا بواسطه پدیده Kerr مناطق مختلف یک پالس نوری شدت های متفاوتی داشته و ضریب شکست در آنهافرق خواهد کرد، به عبارت دیگر اختلاف ضریب شکست بین لبه جلویی و لبه عقبی پالس به وجود آمده و سبب ایجاد تغییر فاز سیگنال نوری در مقصد خواهد شد. از طرفی هر اثری که سبب تغییر ضریب شکست شود به دلیل وابستگی ضریب شکست با سرعت باعث ایجاد پدیده hirp خواهد شد. باید توجه داشت که مدولاسیون فاز تقاطعی - XPM - 2 در سیستم های چند کانالی مانند DWDM اجتناب ناپذیر است. اثرkerr باعث ایجاد Chirp ping در سیگنال دوم می گردد، که این خود عامل ایجاد XPM است. فرمولهای زیر چگالی طیف توان نرمالیزه شده XPM را نشان می دهند
j ضریب شکست غیر خطی است. djk ضریب ثابت پمپ و پروب است.
با عنایت به فرمول - 6 - می توان نتیجه گرفت که که تاوان توان XPM با کاهش توان کانال ها و همچنین با افزایش سطح مقطع موثر فیبرنوری قابل کاهش است.
-3-2پراکندگی برانگیخته رامان - SRS -
پراکندگی رامان - SRS - 1 وپراکندگی بریلوین - SBS - 2 باعث تضعیف انرژی نوری می گردند که علت خود آن بالا بودن توان سیگنال نوری اعمال شده به فیبر است. پراکندگی برانگیخته رامان در سیستم های چند کاناله مورد توجه است. در سیستم های DWDM کانال هایی با طول موج بزرگتر توسط کانال هایی با طول موج کوتاهتر در شرایطی که اختلاف طول موج ها در محدوده بهره رامان قرار گرفته باشند و دردو کانال همسایه واقع شوند،تقویت شده و سبب می گردند تا پراکندگی رامان - SRS - نسبت سیگنال به نویز - SNR - و نیز کارایی سیستم را در گیرنده کاهش دهند
با عنایت به فرمول - 12 - واضح است که می توان با افزایش سطح موثر مقطع فیبر نوری، تاوان توان حاصل از SRS را کاهش داد. فیبرهای نوری با سطح مقطع موثر بزرگ - LEAF - در سیستم های فیبر نوری پرظرفیت DWDM بکار گرفته می شوند. اگر توان ورودی کانال ها از توان آستانه SRS کمتر باشد می توان از تاوان توان حاصل از SRS صرفنظر کرد.
