ASE

ASE (Amplified Spontaneous Emission)

ASE (ang. Amplified Spontaneous Emission (noise)) to szum wzmocnionej emisji spontanicznej, który jest rodzajem szumu optycznego wytwarzanego przez każdy rodzaj wzmacniacza optycznego, takiego jak EDFA, SOA czy wzmacniacz Ramana. Szum ASE stanowi kluczowy czynnik wpływający na obniżenie jakości sygnału optycznego w sieciach CATV oraz DWDM z wzmocnieniem optycznym.

Mechanizm powstawania szumu ASE

Przyczyną powstawania szumu ASE jest zjawisko emisji spontanicznej w wzmacniaczach optycznych. W takich urządzeniach, obok oczekiwanej emisji wymuszonej (gdzie przejście energetyczne ze stanu metastabilnego do podstawowego jest stymulowane przez foton sygnałowy, co skutkuje wzmocnieniem sygnału), zachodzi również niepożądane zjawisko emisji spontanicznej. To zjawisko generuje foton szumowy o przypadkowej fazie, polaryzacji oraz długości fali (z zakresu profilu wzmocnienia medium aktywnego). Foton szumowy, propagując dalej w wzmacniaczu optycznym, może działać jako foton wymuszający dla kolejnych fotonów szumowych, które są koherentne z pierwotnym fotonem szumowym. W ten sposób emisja spontaniczna w wzmacniaczu również ulega wzmocnieniu. Z tego wynika, że wzmacniacze optyczne nie tylko wzmacniają sygnał użyteczny, ale również go degradują, podobnie jak inne typy wzmacniaczy.

Modelowanie szumu ASE

Z perspektywy matematycznej, szum ASE jest skutecznie modelowany jako szum AWGN, co oznacza, że jest on addytywny, biały i gaussowski. Warto jednak zaznaczyć, że te właściwości dotyczą jedynie dziedziny optycznej. Po detekcji (która w przypadku fotodiod jest operacją nieliniową), powstały szum elektryczny nie ma już charakterystyki AWGN. Zazwyczaj analizowane są dwie składowe szumu elektrycznego powstałego w wyniku detekcji: szum zdudnień ASE-ASE oraz szum zdudnień sygnał-ASE, które różnią się właściwościami statystycznymi i spektralnymi. W kontekście nieliniowej transmisji w włóknie światłowodowym, szum ASE traci charakterystykę AWGN, co znacząco wpływa na jakość przesyłanych sygnałów modulowanych fazowo.

Wpływ szumu ASE w długich łączach DWDM

W długich łączach DWDM może znajdować się wiele wzmacniaczy optycznych, co powoduje, że szum optyczny generowany przez każdy z nich kumuluje się i obniża jakość transmisji (zwiększając stopę błędu BER w przypadku sygnału cyfrowego oraz CNR w przypadku sygnału analogowego). Zazwyczaj jakość sygnału optycznego w takich łączach ocenia się na podstawie parametru OSNR. W większości dobrze zaprojektowanych długich łącz DWDM, szum optyczny ASE jest głównym ograniczeniem. Istnieją modele matematyczne, które pozwalają oszacować poziom BER w zależności od wartości OSNR.

Metody zwiększania odporności na szum ASE

Aby poprawić odporność sygnału na szum ASE, w dalekosiężnych sieciach DWDM często stosuje się transmisję OTN. Popularność tego rozwiązania wynika z zastosowania silnych nadmiarowych kodów korekcyjnych FEC, które zwiększają budżet OSNR, a tym samym odporność na szum ASE. W większości przypadków, korzystanie z kodowania korekcyjnego FEC i OTN wymaga użycia transponderów DWDM OTN. Alternatywnym, bardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest budowa sieci IPoDWDM, czyli OTN bez transponderów i dedykowanej warstwy transportowej. Rozwiązania IPoDWDM, w tym te wykorzystujące quasi-transpondery, zaprezentowały firmy takie jak Cisco, Juniper oraz Menara Networks.

Inne rodzaje szumu optycznego

Szum ASE nie jest jedynym typem szumu optycznego występującym w łączach światłowodowych. Inne rodzaje to między innymi szum RIN (podłoga szumowa laserów), szum podziału modowego (MPN) oraz szum generowany w wyniku rozpraszania Rayleigha, Ramana czy Brillouina.

Zobacz też

Bibliografia

Przeczytaj u przyjaciół: