Modelagem de amplificadores ópticos em cascata com máscaras de potência para estimativa de sinal e ruído

Abstract

Dois dos principais limitantes do desempenho de um sistema de transmissão por fibra óptica são o ruído inserido e as distorções espectrais do ganho não equalizado fornecido pelos amplificadores ópticos. Essas distorções podem ser divididas em dois efeitos: o ripple, que é a diferença máxima entre os ganhos dos canais, e o tilt, que é a inclinação espectral que o amplificador aplica ao amplificar os sinais ópticos. Esses efeitos, mesmo que pequenos em um amplificador, tendem a aumentar bastante em uma cascata de amplificadores, de forma que, no receptor, o sinal óptico pode estar muito degradado e distorcido. Modelar tais efeitos com precisão é de muita importância para previsão correta de desempenho dos canais ópticos tanto para projeto da camada física de redes ópticas quanto para avaliação em tempo real. O objetivo desta tese é justamente desenvolver um método para modelagem mais precisa da resposta de amplificadores em cascata. A ideia é estimar com maior precisão as potências do sinal e do ruído propagados por uma cascata e a relação sinal ruído ópticos (OSNR), a fim de garantir melhores escolhas de pontos de operação de amplificadores. A modelagem é feita utilizando máscaras de potência, obtidas das caracterizações dos amplificadores, por possuírem informações de potência de sinal e do ruído por canal e serem computacionalmente simples de se implementar. Os resultados mostram que a modelagem de amplificadores em cascata com máscara de potência, como é feita atualmente, utilizando apenas máscaras obtidas de caracterizações com sinais equalizados na entrada dos amplificadores, pode ser uma boa ferramenta em muitos cenários, mas é bastante imprecisa em cascatas em que os amplificadores operam provendo um ganho não equalizado e/ou onde há um aumento do desbalanceamento das potências dos canais. Assim, foi proposto e elaborado um novo, e mais sofisticado, método para caracterização dos amplificadores e para estimativa das potências do sinal e do ruído dos canais ao longo de uma cascata de amplificadores para tornar a previsão mais precisa. Os resultados mostram que o método de modelagem proposto tem um ganho considerável na precisão das estimativas da potência do sinal e da OSNR em muitos cenários. E, em todos os cenários testados, o método proposto teve melhor ou igual precisão ao da modelagem com máscara de potência feita atualmente. Uma vez elaborada uma modelagem mais precisa, foi possível aplicá-la na otimização da OSNR mínima, considerando todos os canais, e do tilt do sinal em uma cascata de EDFAs por meio de algoritmo genético multiobjetivo. Os resultados mostram que o algoritmo retornou soluções em que houve considerável aumento na OSNR mínima e diminuição do tilt da potência do sinal na saída da cascata.