Алгоритмічний підхід до вибору кількості та параметрів підсилювачів у WDM магістралях з використанням OptiSystem

Abstract

У статті розглянуто алгоритмічний підхід до визначення оптимальної кількості, місцеположення та параметрів оптичних підсилювачів у волоконно-оптичних магістралях з мультиплексуванням за довжиною хвилі (WDM). Для дослідження застосовано програмне середовище OptiSystem, яке дозволяє проводити моделювання фізичних процесів у волокні з урахуванням дисперсії, нелінійних ефектів, втрат та шуму підсилювачів типу EDFA. Запропонована методика базується на поетапному алгоритмі оптимізації енергетичного бюджету, розподілу коефіцієнтів підсилення та оцінки співвідношення сигнал/шум (OSNR), що забезпечує досягнення заданої якості передавання при мінімальній кількості підсилювачів. Проведені моделювання показали, що надмірне підсилення одного каскаду призводить до зростання шуму ASE та погіршення Q-фактора, тоді як оптимальний розподіл підсилення і розташування EDFA забезпечують найкращі параметри системи. Для довгих магістралей встановлено межу ефективного підсилення, після якої спостерігається деградація OSNR, що вимагає додаткових підсилювальних секцій або регенерації. Запропонований підхід може бути використаний для проєктування енергоефективних WDM-ліній довжиною до 1000 км і створення автоматизованих процедур оптимізації телекомунікаційних систем нового покоління.

The article presents an algorithmic approach to determining the optimal number, placement, and parameters of optical amplifiers in wavelength-division multiplexing (WDM) fiber-optic transmission lines. The OptiSystem simulation environment was used to model the physical processes in the fiber, including dispersion, nonlinear effects, losses, and noise generated by EDFA amplifiers. The proposed methodology is based on a step-by-step algorithm for optimizing the power budget, gain distribution, and signal-to-noise ratio (OSNR), ensuring the required transmission quality with a minimal number of amplifiers. Simulation results show that excessive gain in one stage leads to an increase in ASE noise and degradation of the Qfactor, while the optimal gain distribution and proper EDFA placement provide the best system performance. For long-haul links, a limit of effective amplification was identified, beyond which OSNR degradation occurs, requiring additional amplifier stages or signal regeneration. The proposed approach can be applied to the design of energy-efficient WDM lines up to 1000 km long and to the development of automated optimization procedures for next-generation telecommunication systems.