Latvijas zinātnieki izstrādā nākamās paaudzes datu pārraides risinājumus

Rīgas Tehniskās universitātes Telekomunikāciju institūts projektā „Nākošās paaudzes kombinēto optiski blīvēto sakaru sistēmu ieviešanas izpēte” meklēja risinājumus, kādā veidā apvienot divas jau zināmas datu blīvēšanas sistēmas, lai radītu inovatīvu risinājumu informācijas pārraides apjoma palielināšanā šķiedru optikas pārraides sistēmās.

Vjačeslavs Bobrovs, RTU Telekomunikāciju institūta vadošais pētnieks, projekta vadītājs:

Rīgas Tehniskās universitātes Telekomunikāciju institūts jau vairākus gadus nodarbojas ar pētījumiem šķiedru optikas pārraides sistēmu (ŠOPS) jomā. Viens no pētījumu virzieniem ir informācijas pārraides apjoma palielināšanas iespējas, kas ir cieši saistītas ar platjoslas informācijas pārraides attīstību. Kā liecina pasaules prakse, ekonomiski pamatotāk ir modernizēt vienkanāla ŠOPS, tā nodrošinot efektīvāku esošās infrastruktūras ekspluatāciju. Tādējādi viens no risinājumiem ir viļņgarumdales blīvēšanas (WDM) izmantošana, bet otrs variants – optiskā laikdales blīvēšana (OTDM). WDM gadījumā katram kanālam tiek izmantots savs viļņa garums, savukārt OTDM kanālus apvieno laika apgabalā, izmantojot daudzas laikspraugas, rezultātā iegūstot pārraides ātrumu virs 10 Gbit/s. Tas apvienojumā ar WDM ir perspektīvs risinājums nākošās paaudzes optiskajos tīklos. Šo risinājumu ieviešanas iespējas Baltijas reģionā ir maz pētītas, jo ir nepieciešama ne tikai esošo sistēmu funkcionēšanas analīze, bet arī attīstības vīziju izpēte un iespējamo scenāriju pārbaude pirms reālo izmaiņu veikšanas optiskajā sakaru sistēmā.

Jauni risinājumi, izmantojot esošo optisko sakaru sistēmu

Lai realizētu ŠOPS ar datu pārraides ātrumu kanālā virs 10 Gbit/s, ir nepieciešams izmantot jaunas signāla kodēšanas un modulācijas metodes. Dažādas kodēšanas metodes, kas guvušas savu popularitāti elektriskajās sistēmās, var izmantot arī optiskajos sakaros. Ar to palīdzību ir iespējams risināt datu plūsmas pieauguma problēmu.

Pētījumā esam izstrādājuši rekomendācijas nākamās paaudzes optisko tīklu ieviešanai, pēc iespējas izmantojot eksistējošo ŠOPS infrastruktūru. Izveidojām arī eksperimentālo maketu, kas var nodrošināt ātrdarbīgo optisko blīvēšanas sakaru sistēmu modulācijas metožu un elementu konstrukciju ar augstu drošuma pakāpi OTDM-WDM sistēmās, izmatojot intensitātes modulācijas tehniku ar dažādu kodēšanas formātu vienlaicīgu pārraidi un to pārbaudi pirms reālo izmaiņu veikšanas optiskajās sakaru sistēmās. Izanalizējām gan dažādu tipu optisko šķiedru, gan aktīvo un pasīvo komutācijas elementu kombinācijas izmantošanas iespējas nākamās paaudzes optiskajos sakaros.

Divu augstskolu sadarbība

Pētījumu veicām Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) Elektronikas un Telekomunikāciju fakultātes (ETF) Telekomunikāciju institūta (TI) ŠOPS zinātniski-pētnieciskajā laboratorijā laika posmā no 2009. gada 1. oktobra līdz 2010. gada 30. septembrim, bet piloteksperimentus īstenojām kopš 2006. gada. RTU laboratorija pagaidām ir vienīgā Baltijas valstīs, kuras materiālā bāze var nodrošināt šādu pētījumu veikšanu,jo tā ir aprīkota ar mūsdienīgu aparatūru, kas ļauj īstenot studiju procesu visos trīs līmeņos – bakalaura, maģistra un doktora. Pētījumā iesaistījām gan RTU TI institūta zinātnisko personālu, doktorantus un maģistrantus, gan arī Daugavpils Universitātes zinātnisko personālu.

Projektu īstenojām ar EEZ Akadēmisko pētījumu programmas finansējuma palīdzību, kā finanšu partneri piesaistot Rīgas Tehnisko universitāti. Par projekta līdzekļiem iegādājāmies materiālus Telekomunikāciju institūta ŠOPS zinātniski-pētnieciskā laboratorijas poligona pilnveidošanai un lāzeriekārtu eksperimentālajam maketam, kas nodrošina ātrdarbīgo optisko blīvēšanas sakaru sistēmu modulācijas metožu un elementu konstrukciju ar augstu drošuma pakāpi izveidi OTDM-WDM sistēmās.

Pamats turpmākajiem pētījumiem

Pētījuma rezultātā ir izveidots OTDM-WDM sakaru sistēmas eksperimentālais makets ātrdarbīgo optisko signālu pārraidei ar vairākiem kodēšanas režīmiem. Uz šī maketa bāzes var veidot ātrdarbīgās WDM sistēmas ar iespēju realizēt vairāku datu plūsmu apvienošanu, kas kalpos kā zinātniski-tehniskais poligons un dos iespēju veidot maģistru un doktoru darbu praktisko daļu. Mainot WDM sistēmas svarīgākos parametrus – intervālu starp kanāliem, datu plūsmas ātrumu, kanāla jaudu un signāla polarizāciju – un analizējot uzņemtās raksturlīknes, var izstrādāt jaunus patentus un rekomendācijas optisko elementu konstrukciju izvēlei. Ar maketa palīdzību var noteikt kombinētu WDM sakaru sistēmu parametrus un atrast minimālos frekvenču intervālus intensitātes modulācijas tehnikai.

Pētījuma rezultātā sagatavojām, iesniedzām un saņēmām apstiprinājumu patentam P-09-240 „Viļņgarumdales blīvēšanas sakaru sistēma ar šaurjoslas filtru”. Projekta gaitā sagatavojām četras zinātniskās publikācijas, rezultātus prezentējām divās starptautiskās zinātniskajās konferencēs „Electronics 2010” ar referātiem „Investigation of different modulation formats simultaneous transmission in WDM systems” un „Measurements of Nonlinear Coefficient in OS2 Optical Fiber”. Pētījuma ietvaros esmu pabeidzis un aizstāvējis doktora disertāciju „Starpkanālu intervāla analīze un novērtējums optiskajās sakaru sistēmās ar viļņgarumdales blīvēšanu”. Projekts nodrošinājis darbavietas maģistru un doktoru praktisko daļu izstrādei.

Praktisks ieguvums tautsaimniecībai

Šobrīd Latvijā ir nepieciešams sagatavot speciālistus, kas var strādāt ar nākamās paaudzes ŠOPS, jo tuvākajos gados tiks veidoti platjoslas optiskie ātrgaitas tīkli, kas savienos visus Baltijas jūras reģionus ar Eiropu un Krieviju. Jāatzīmē arī, ka līdz šim nav novērtētas kombinēto WDM sakaru sistēmu izmantošanas iespējas esošajā Latvijas šķiedru optisko tīklu infrastruktūrā. Esam izstrādājuši rekomendācijas Latvijas optisko tīklu operatoriem, kas ir derīgas jau komerciāli izmantotām sistēmām, kā arī nākamās paaudzes kombinēto optisko tīklu izveidei. Nozīmīgs pētījuma rezultāts ir kombinēto sistēmu projektēšanas metodika un esošo sistēmu uzlabošanas iespēju analīze. Šīs metodikas pozitīvās īpašības ir jau esošo elementu atkārtotas izmantošanas iespējas, kā arī vienkāršota stratēģisko lēmumu iestrādāšana nākotnes projektos.

EEZ Akadēmisko pētījumu programmu var vērtēt ļoti pozitīvi, jo tā ir būtisks morāls un finansiāls atbalsts tieši jaunajiem zinātniekiem. Nākamo projektu veicējiem iesaku uzdrošināties, drosmīgi realizēt savas idejas un izmantot savu radošo potenciālu!