文档介绍：分类号:TN929 密级:公开
研究生学位论文
论文题目(中文)
基于优化微扰技术的高速多跨距非线性光纤通信系统研究
论文题目(外文)
Study on High-speed Multispan Nonlinear Optical munication Systems Based on Advanced Perturbation Techniques
研究生姓名
向练
学科、专业
物理学·无线电物理
研究方向
现代通信技术
学位级别
博士
导师姓名、职称
张晓萍教授
论文工作
起止年月
2009年 4月至 2013年 3月
论文提交日期
2013年 4月
论文答辩日期
2013年 5月
学位授予日期
校址:甘肃省兰州市
原创性声明
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论文作者签名: 导师签名:
日期: 日期:
基于优化微扰技术的高速多跨距非线性光纤通信系统研究
摘要
在高速多跨距非线性光纤通信系统中,光纤色散和非线性效应对通信质量的影响日益严重,已成为限制光纤通信系统向更高容量发展的主要因素。因而在现有设备的基础上对系统进行有效的色散和非线性效应补偿,提高信道容量已成为当前光纤通信领域一个主要的研究方向。本文提出了基于加权微扰技术的数字反向传输,分别在波分复用(WDM)系统和偏振波分复用(PDM-WDM)系统中对光纤色散和非线性进行了同步补偿,显著地提高了补偿精度,降低了所需计算量;提出利用分段微扰技术对含非线性噪声的多跨距光纤通信系统的信道容量进行了解析计算,获得了不同传输速率及不同非线性系数下信道容量随输入功率变化的曲线;在短计算步长下提出了简化微扰技术,有效地降低了所需计算量;在多跨距光纤传输中提出了低阶改进微扰技术,为非线性效应的分析及补偿提供了更为精确的半解析模型。本文主要的创新研究内容及重要结论如下:
提出了加权微扰技术(APT),不仅使传统的微扰理论适用于数字反向传输,而且引入了加权非迭代概念首次得到了一个反向传输后的非迭代递归解析输出信号表达式,大大降低所需运算量的同时提高了传统微扰技术的精确度,并且可以对WDM系统中信道间的色散走离失真及色散和非线性效应之间的相互作用进行补偿。理论研究及数值仿真结果表明,相对传统数字反向传输,基于加权微扰技术的数字反向传输在每信道每抽样点上能减少个乘法计算数量。并且当输入功率大于-2 dBm,能降低对重采样速率的需求,同时拥有更高的补偿精度。在计算步长等于跨距长度,输入功率为3 dB系统Q值。
基于加权微扰技术,推导出了偏振复用-波分复用(PDM-WDM)系统中反向耦合Manakov方程组的半解析解,通过递归运算获得了此系统中多跨距光纤传输链路的输出信号半解析表达式。得到PDM-WDM系统中基于加权微扰技术的数字反向传输原理图,并对所需的计算量进行了理论分析,研究结果表明加权微扰技术在每信道每抽样点上能减少个乘法计算数量。由数值仿真结果对比
可知,在输入功率等于2 dBm,非线性系数为时,基于加权微扰技术的数字反向传输系统Q值比传统数字反向传输系统Q值提高了46%。当系统信道数为24,输入功率为-1 dBm时, dB的提高。高非线性系数、高输入功率和多信道下加权微扰技术拥有更好的补偿效果。
提出利用分段微扰技术对含乘性噪声的多跨距非线性光纤通信系统的信道容量进行解析计算。获得了关于输入输出的条件概率转移密度函数的半解析表达式。在同时考虑光纤损耗、色散、Kerr非线性效应及ASE噪声的情况下,解析推导出了信道容量的表达式。计算分析了系统各参数对信道容