А.С. Бексаев1, С.В. Завьялов2, З.А. Еровенко3
1−3 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)
1 beksaev_as@spbstu.ru; 2 zavyalov_sv@spbstu.ru; 3 zabalueva_za@spbstu.ru

Постановка проблемы. Технология модуляции на основе банка фильтров (Filter Bank Multi-Carrier, FBMC) - одна из наиболее перспективных технологий для систем связи будущих поколений (beyond-5G/6G), что обуславливается ее высокой спектральной эффективностью и низким уровнем внеполосных излучений. Кроме того, на сегодняшний день актуальна задача внедрения FBMC-технологии в оптические системы с прямой модуляцией интенсивности и прямым детектированием (IMDD-системы). Архитектура IMDD-FBMC является ключевой для экономичных сегментов оптических сетей, таких как городские и абонентские сети доступа (например, PON), в которых критически важны малое энергопотребление и низкая стоимость. Эти системы особо чувствительны к искажениям, вызванным хроматической дисперсией. Данный эффект приводит к уширению и наложению импульсов, что вызывает межсимвольную интерференцию и, как следствие, ограничивает максимальную дальность связи при отсутствии сложных и дорогостоящих систем компенсации. Классическим решением в оптических IMDD-системах долгое время оставалось мультиплексирование с ортогональными поднесущими и циклическим префиксом (CP-OFDM), имеющее недостатки в виде снижения спектральной эффективности и необходимости сложных алгоритмов. Переход от CP-OFDM к FBMC/OQAM позволяет повысить энергетическую и спектральную эффективности системы передачи данных. В CP-OFDM-системах высокий уровень внеполосных излучений создает межканальные помехи в системах с плотным спектральным уплотнением. В отличие от нее, FBMC-технология применяет специальные формирующие фильтры (например, PHYDYAS-фильтр) к каждой поднесущей. Синтезировать формирующий фильтр можно с помощью подхода на основе оптимальных сигналов, форма которых определяется в результате решения соответствующих оптимизационных задач, обеспечивая минимальный уровень внеполосных излучений.

Цель. Предложить оптимальный формирующий фильтр для FBMC/OQAM-системы, обеспечивающий максимальное подавление внеполосных излучений при заданной устойчивости к дисперсионным искажениям в IMDD-канале.

Результаты. Представлен оптимальный формирующий фильтр для FBMC/OQAM-систем, предназначенных для работы в длинных дисперсионных оптических каналах с IMDD-архитектурой. Показано, что дополнительные ограничения в задаче условной минимизации позволяют отказаться от использования универсального PHYDYAS-фильтра в пользу специализированного решения, синтезированного с учетом конкретных параметров дисперсионного канала, что обеспечивает повышение эффективности оптических систем. Продемонстрировано значительное преимущество оптимального фильтра в спектральной области (подавление внеполосных излучений на 11,8 дБ лучше) по сравнению с эталонным PHYDYAS-фильтром.

Практическая значимость. Предлагаемое решение обеспечивает повышение спектральной эффективности и увеличение дальности передачи в экономически эффективных IMDD-системах, таких как PON и короткие магистральные линии. Кроме того, данный метод способствует более плотному размещению каналов в системах мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM) и повышает надежность приема за счет устойчивой синхронизации несущих частот. Результаты исследования вносят вклад в решение задач, поставленных в рамках национального проекта «Экономика данных и цифровая трансформация государства». Они могут быть использованы для формирования алгоритмов адаптивных сигналов в концепции программно-определяемых оптических сетей (SDON), в которой параметры фильтра динамически перестраиваются в зависимости от измеренной дисперсии или расстояния, обеспечивая максимальную эффективность и устойчивость на каждом сегменте сети.

Бексаев А.С., Завьялов С.В., Еровенко З.А. Оценка эффективности использования синтезированного формирующег о FBMCфильтра в оптических IMDD-системах // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 3. С. 66−75. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486202603-06

1. Vaigandla K.K., Benita J. Study and analysis of multi carrier modulation techniques – FB MC and OFDM // Materials Today: Proceedings. 2022. V. 58. S. 52−56.
2. Chekireva A., Ovsyannikova A., Zavjalov S. BER performance improvement in IMDD systems using FBMC signal s // 2024 26th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). IEEE. 2024. S. 1−5.
3. Chen M., et al. Demonstration of a low-complex ity real-time FBMC transmitter for a spectral-efficiency IMDD system // Optics Letters. 2024.V. 49. № 18. S. 5272−5275.
4. Варданян В.А. Имитационное моделирование процесса передачи OFDM-сигналов по дисперсионному волоконно-оптическому тракту // T-comm-телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. 11. № 11. С. 18−24.
5. Biyu You, Liu Yang, Fengguang Lu, et al. FBMC physical layer: a primer // PHYDYAS, January. 2010. V. 25, № 4. P. 7–10.
6. You B., et al. Pilot-based extended Kalman fil ter for phase noise estimation in CO-FBMC/OQAM systems // Optics Communications. 2019. V. 443. S. 116−122.
7. Nguyen T., Rottenberg F., Gorza S., Louveaux J., Horlin F. Efficient chromatic dispersion compensation and carrier phase tracking for optical fiber FBMC/OQAM systems // Journal of Lightwave Technology. 2017. V. 35. № 14. S. 2909−2916.
8. Takahashi H., Al Amin A., Jansen S.L., et al. Highly spectrally efficient DWDM transmission at 7.0 b/s/Hz uS ING 8 × 65.1-Gb/s coherent PDM-OFDM // Journal of Lightwave Technology. 2010. V. 28. № 4. P. 406–414.
9. Волвенко С. В., Завьялов С. В., Макаров С. Б. Имитационная модель системы передачи спектрально-эффективных сигналов с OFDM //Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского госу дарственного политехнического университета. 2012. №. 4. С. 29−36. 1
10. Школьный Л.А. Оптимизация формы огибающей радиоимпульса по минимуму внеполос ных излучений // Радиотехника. 1975. Т. 30. № 6. С. 12−15. 1
11. Макаров С.Б., Завьялов С.В., Овсянникова А.С. Спектральная и энергетическая эффективность оптимальных АФМ с игналов с увеличенными размерами сигнального созвездия // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2022. № 2. С. 30−43.