Các phương pháp địa phương và toàn cục để điều khiển thích ứng một chuỗi bộ khuếch đại

Erick de A. Barboza1, Carmelo J. A. Bastos-Filho2, Joaquim F. Martins Filho1, Marcionilo J. da Silva1, Leonardo D. Coelho1, Uiara C. de Moura3, Juliano R. F. de Oliveira3
1Department of Electronics and Systems, Federal University of Pernambuco, Recife, Brazil
2Polytechnic School of Pernambuco, University of Pernambuco, Recife, Brazil
3CPqD, Campinas, Brazil

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày và phân tích ba phương pháp để điều khiển thích ứng điểm vận hành của một chuỗi các bộ khuếch đại sợi quang doped erbium (EDFA), nhằm cải thiện hiệu suất của các mạng quang. Phương pháp đầu tiên được gọi là Thuật toán Tìm kiếm Nhiệt hợp với Quá trình Lan truyền ngược và đầu ra linh hoạt (AsHB flex) và sử dụng các khái niệm học máy để cập nhật các mức khuếch đại thông qua một quá trình lặp lại. Phương pháp thứ hai (Phương pháp Tìm kiếm Toàn diện) sử dụng một tìm kiếm toàn diện để đánh giá tất cả các giải pháp khả thi cho vấn đề và tìm ra giải pháp tối ưu. Cuối cùng (MaxGain) là một phương pháp tiệm cận sử dụng kiến thức trước đó về vấn đề để tìm ra các giải pháp. Các đặc tính và thông số của bộ khuếch đại được thu thập thực nghiệm thông qua việc đo đạc mức khuếch đại, hệ số nhiễu, biên độ khuếch đại và mức tiêu thụ năng lượng trên các bộ khuếch đại EDFA có sẵn trên thị trường. Chúng tôi đã thực hiện so sánh giữa các phương pháp này và các phương pháp khác tìm thấy trong tài liệu, và kết quả cho thấy cả ba đề xuất đều vượt trội hơn so với các phương pháp trước đó về mặt hệ số nhiễu, biên độ khuếch đại và BER. Chẳng hạn, trong một liên kết với bốn bộ khuếch đại, Phương pháp Tìm kiếm Toàn diện đã đạt được sự giảm 10.05 xuống còn 5.18 dB trong hệ số nhiễu của chuỗi, giảm biên độ khuếch đại từ 24.08 xuống 18.56 dB và giảm BER gần hai bậc magnitude, so với phương pháp truyền thống, phương pháp này xác định mức khuếch đại để bù cho mức mất mát của liên kết trước đó. Tuy nhiên, thời gian tính toán của Phương pháp Tìm kiếm Toàn diện trở nên không thể chấp nhận khi số lượng bộ khuếch đại trong liên kết tăng lên. Cả MaxGain và AsHBflex đều đạt được các giải pháp tương tự, gần với điểm vận hành tối ưu trong một khoảng thời gian hợp lý.

Từ khóa

#bộ khuếch đại sợi quang #điều khiển thích ứng #phương pháp tìm kiếm toàn diện #thuật toán tìm kiếm nhiệt #nâng cao hiệu suất mạng quang

Tài liệu tham khảo

Movahedi, Z., Ayari, M., Langar, R., Pujolle, G.: A survey of autonomic network architectures and evaluation criteria. Commun. Surv. Tutor. IEEE 14(2), 464–490 (2012)

Khan, F.N., Zhou, Y., Sui, Q., Lau, A.P.T.: Non-data-aided joint bit-rate and modulation format identification for next-generation heterogeneous optical networks. Opt. Fiber Technol. 20(2), 68–74 (2014)

Jiménez, T., Aguado, J.: A cognitive quality of transmission estimator for core optical networks. J. Lightwave Technol. 31(6), 942–951 (2013)

Fernández, N., Durán, R.J., de Miguel, I., Merayo, N., Aguado, J.C., Fernandez, P., Jiménez, T., Rodríguez, I., Sánchez, D., Lorenzo, R.M. et al.: Survivable and impairment-aware virtual topologies for reconfigurable optical networks: a cognitive approach. In: 4th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), pp. 793–799. IEEE (2012)

Ishii, K., Kurumida, J., Tanizawa, K., Namiki, S., Sato, N., Ota, K., Oikawa, Y., Shiga, N.: Experimental investigation of transients in six cascaded AGC EDFAs and their suppression using a high-speed VOA. IEICE Commun. Express 1(4), 137–142 (2012). doi:10.1587/comex.1.137

Kilper, D., Waldow, M., Etter, W., Xie, C.: Control process gain of erbium doped fiber amplifiers with wavelength division multiplexed signals. In: Coherent Optical Technologies and Applications, p. JWB8. Optical Society of America (2006)

Yu, Q., Fan, C.: Simple dynamic model of all-optical gain-clamped erbium-doped fiber amplifiers. J. Lightwave Technol. 17(7), 1166 (1999)

Zirngibl, M.: Gain control in erbium-doped fibre amplifiers by an all-optical feedback loop. Electron. Lett. 27(7), 560–561 (1991)

Yunko, S., WookKim, M., HwanKim, D., HyuckKim, S., CheolJo, J., HoPark, J.: Gain control in erbium-doped fibre amplifiers by tuning centre wavelength of a fibre Bragg grating constituting resonant cavity. Electron. Lett. 34(10), 990–991 (1998)

Tian, C., Kinoshita, S.: Analysis and control of transient dynamics of EDFA pumped by 1480-and 980-nm lasers. J. Lightwave Technol. 21(8), 1728 (2003)

Agrawal, G.P.: Fiber-Optic Communication Systems, Chap. 7, 4th edn. Wiley, New York (2010)

J.R. Oliveira, A. Caballero, E. Magalh aes, U. Moura, R. Borkowski, G. Curiel, A. Hirata, L. Hecker, E. Porto, D. Zibar, et al.: Demonstration of EDFA cognitive gain control via GMPLS for mixed modulation formats in heterogeneous optical networks. In: Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America (2013)

Barboza, E.A., Bastos-Filho, C.J., Martins-Filho, J.F., de Moura, U.C., de Oliveira, J.R.: Self-adaptive erbium-doped fiber amplifiers using machine learning. In: Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC), 2013 SBMO/IEEE MTT-S International, pp. 1–5. IEEE (2013)

de Moura, U.C., Oliveira, J.R., Oliveira, J.C., Cesar, A.C.: EDFA adaptive gain control effect analysis over an amplifier cascade in a DWDM optical system. In: Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC), 2013 SBMO/IEEE MTT-S International, pp. 1–5. IEEE (2013)

Oliveira, J.R., Moura, U.C., Oliveira, J.C., Romero, M.A.: Hybrid distributed Raman/EDFA amplifier with hybrid automatic gain control for reconfigurable WDM optical networks. J. Microw. Optoelectron. Electromagn. Appl. 12(2), 602–616 (2013)

Kirkpatrick Jr., S., Gelatt, D., Vecchi, M.P.: Optimization by simulated annealing. Science 220(4598), 671–680 (1983)

Barboza, E.A., Bastos-Filho, C.J., Martins-Filho, J.F., de Moura, U.C., de Oliveira, J.R.: Mapping EDFA noise figure and gain flatness over the power mask using neural networks. J. Microw. Optoelectron. Electromagn. Appl. 12(Sl–2), 128–139 (2013)

Becker, P.M., Olsson, A.A., Simpson, J.R.: Erbium-Doped Fiber Amplifiers: Fundamentals and Technology, Chap. 7. Academic Press, London (1999)

Savory, S.J.: Digital coherent optical receivers: algorithms and subsystems. IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 16(5), 1164–1179 (2010)

Godard, D.: Self-recovering equalization and carrier tracking in two-dimensional data communication systems. IEEE Trans. Commun. 28(11), 1867–1875 (1980)

Sethares, W.A., Rey, G.A., Johnson, C.: Approaches to blind equalization of signals with multiple modulus. In: International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1989. ICASSP-89, pp. 972–975. IEEE (1989)

Pfau, T., Hoffmann, S., Noé, R.: Hardware-efficient coherent digital receiver concept with feedforward carrier recovery for \(M\)-QAM Constellations. J. Lightwave Technol. 27(8), 989–999 (2009)