SIMULAÇÃO COM PRÉ E PÓS AMPLIFICAÇÃO E COMPARAÇÕES ENTRE AS

DE COMPENSAÇÃO DE DISPERSÃO (DCF)

Com os resultados obtidos na sessão anterior, onde a distância máxima de transmissão foi de 78,8 km, verificamos que necessitamos amplificar o sinal óptico para alcançarmos a distância de 160 km da rede Kyatera que estamos propondo. Neste cenário vamos verificar se com a elevação da potência de transmissão conseguimos atingir a distância de 160 km sem repetidora com algum dos formatos de modulação em estudo.

Existem diversas formas de se amplificar o sinal óptico, mas como desejamos ter este enlace da rede Kyatera sem repetidora vamos optar por uma amplificação de potência EDFA associada com a pós amplificação do sinal, assim como foi efetuada por Silveira et al. (2008). Para esta simulação vamos utilizar e a comparação dos sistemas de modulação será simulado no VPIsystemsTM, e os parâmetros de simulação serão: freqüência central de transmissão de 193,1 THz; freqüência de amostragem de 2560 GHz; seqüência de dados de teste pseudo randômica PRBS (Pseudo Random Binary Sequence), com probabilidade de 50% para cada bit “0” ou “1”; taxa de transmissão de dados de 40 Gb/s; potência do sinal transmitido variável de 4 dBm à 23 dBm; transmissão de 1 canal na taxa descrita acima e comprimento de onda central de λ=1553 nm.

O sistema simulado pode ser visualizado no diagrama simplificado da Fig. 5.6.1 abaixo, ele é composto pelo modulador do formato OOK, DPSK e DQPSK com formatação RZ e NRZ representado na Fig. 5.6.1 pelo TX λ1, a seguir temos um amplificador com a potência de saída controlada variável de 4 dBm à 23 dBm este sinal é transmitido pela fibra SSMF da rede Kyatera entre São Paulo e Campinas, ao receber o sinal é amplificado por um amplificador com potência de saída controlada mantendo o sinal óptico com a potência de -5 dBm na entrada da DCF, após a DCF é compensada toda a atenuação da DCF através de outro amplificador com ganho de 12 dB, o qual é filtrado através de um filtro óptico e assim o sinal é entregue ao receptor RX λ1.

Fig. 5.6.1 Diagrama da simulação com pré e pós amplificação de linha associada.

Os transmissores TX λ1 nos formatos de modulação OOK, DPSK e DQPSK são os mesmos usados nas sessões 5.1.1, 5.2.1 e 5.3.1.

O primeiro amplificador é um EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) com a potência de saída controlada de 4 dBm à 23 dBm, onde efetuaremos a variação desta potência de saída para verificar a BER do sistema. Este amplificador tem figura de ruído de 5 dB, e ruído com freqüência central de 193,1 THz e ruído com largura espectral de 5 THz.

A fibra monomodo padrão – SSMF (Standard Single-Mode Fiber) com 160 km de comprimento e característica de atenuação de 0,22 dB/km; dispersão de 18 ps/(nm.km); slope dispersão de 0.08.103 s/m3; PMD de 0.2 ps/ km . Foi incluída uma atenuação adicional de 8,92 dB para representar as perdas nos conectores, fusões no trajeto e uma margem de segurança.

Após a SSMF temos um novo amplificador EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) com a potência de saída controlada em -5 dBm. Este amplificador tem figura de ruído de 5 dB, e ruído com freqüência central de 193,1 THz e ruído com largura espectral de 5 THz.

A DCF apresenta comprimento fixo de 24 km de forma a compensar integralmente a dispersão da SSMF. A DCF usada possui as seguintes características: atenuação de 0,5 dB/km, dispersão de -120 ps/(nm.km), slope dispersão de -0.08.103 s/m3 e PMD: 0.2 ps/ km . Após a DCF temos um novo amplificador EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) com ganho de 12 dB para compensar integralmente a atenuação causada pela DCF. Este amplificador tem figura de ruído de 5 dB, e ruído com freqüência central de 193,1 THz e ruído com largura espectral de 5 THz.

Incluímos um amplificador passa-faixa óptico com função de transferência Gaussiana de 1º ordem e freqüência central de 193,1 THz e banda passante de 85 GHz.

O RX λ1 representa o receptor apropriado para cada formato de modulação, apresentando as mesmas características dos apresentados nos itens 5.1.1, 5.2.1 e 5.3.1.

A simulação consistirá em alterar a potência do primeiro amplificador e verificar a BER no receptor, assim poderemos verificar com uma ampla variação de potência de entrada o resultado de cada formato de modulação.

Na Fig. 5.6.2 abaixo podemos verificar que a simulação usando o digrama da Fig. 5.6.1 as modulações NRZ-OOK e NRZ-DQPSK mesmo com ampla variação da potência de entrada não conseguimos obter uma BER de 10-9, ou melhor. A modulação RZ-DPSK apresentou o melhor resultado apresentando BER de 10-9, ou melhor, para potências de entrada de 8 dBm até 20,8 dBm. O segundo melhor formato de modulação foi a modulação NRZ-DPSK apresentando BER de 10-9_{, ou melhor, para potências de entrada de 9,5 dBm até} 18 dBm. A formatação RZ-DQPSK apresentou a BER de 10-9_{, ou melhor, para potências de} entrada de 11,5 dBm até 18,5 dBm. O formato RZ-OOK apresentou a BER de 10-9, ou melhor, para potências de entrada de 11 dBm até 13 dBm.

BER x Potência de Transmissão na Fibra SSMF

1,0E-09 1,0E-38 1,0E-35 1,0E-32 1,0E-29 1,0E-26 1,0E-23 1,0E-20 1,0E-17 1,0E-14 1,0E-11 1,0E-08 1,0E-05 1,0E-02 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Potência em dBm BE R OOK-NRZ OOK-RZ DPSK-NRZ DPSK-RZ DQPSK-NRZ DQPSK-RZ

Na Fig. 5.6.2 observa-se que em todos os formatos de modulação (OOK, DPSK e DQPSK) a formatação de pulso RZ apresentou melhores resultados que o formato NRZ, mais uma vez demonstrando a importância da formatação de pulso em conjunto com o formato de modulação.

Os resultados apresentados pela modulação DPSK chama atenção pela melhor qualidade em relação à modulação DQPSK. A agregação dos amplificadores EDFA adicionou ruído e ASE, além dos efeitos não lineares devido à transmissão de potência mais elevada na fibra óptica, o qual esta afetando cada formato de modulação de forma bem diferente como observado na Fig. 5.6.2. Assim por exemplo a modulação RZ-OOK, apresentava o melhor resultado na transmissão sem amplificação na Fig. 5.5.2, já se considerando o cenário da Fig. 5.6.1 a modulação RZ-OOK foi apenas o 4º melhor formato, sendo suplantado pela RZ- DPSK, NRZ-DPSK e RZ-DQPSK.

O grande diferencial que o formato DQPSK apresentava era a sua maior robustez a dispersão cromática que neste caso esta sendo integralmente compensada pela DCF, assim o seu grande diferencial praticamente foi anulado.

No formato RZ-DQPSK apesar de não apresentar os excelentes resultados do formato RZ-DPSK, o formato RZ-DQPSK apresentou bons resultados, observa-se que a transmissão para uma BER 10-9, ou melhor, ocorreu para potências mais altas que os formatos RZ-OOK e NRZ-DPSK, assim o formato RZ-DQPSK apresenta a sua melhor tolerância aos efeitos não lineares.

O formato NRZ-DPSK apesar de apresentar um bom resultado nesta simulação, apresenta uma severa limitação à dispersão cromática como observado no item 5.2 e neste cenário houve uma total compensação da dispersão cromática através da DCF, desta forma qualquer dispersão não compensada pode inviabilizar os resultados obtidos. Esta compensação de dispersão exata da dispersão cromática da fibra óptica apresentada nesta simulação pode ser de difícil implementação na prática. Desta forma os formatos mais adequados para este cenário seriam os formatos de modulação RZ-DPSK e RZ-DQPSK os quais não apresentam este problema com a mesma severidade.