高速光纤通信系统中偏振模色散的监测与补偿

论文题目: 高速光纤通信系统中偏振模色散的监测与补偿

论文类型: 博士论文

论文专业: 电子科学与技术

作者: 刘汉奎

导师: 章献民

关键词: 光纤通信,偏振模色散,差分群时延,偏振度,偏振模色散补偿,偏振复用,重要抽样

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 光纤系统在向高速/长距离、大容量的发展过程中,光纤的偏振模色散(PMD)已成为制约系统性能的重要因素之一。PMD在时域里引起脉冲的展宽,加剧了码间干扰,从而限制了光通信系统的码率和传输距离。PMD也引起光脉冲信号偏振度(DOP)的下降,从而严重影响光偏振复用系统的性能。本文着重研究了偏振度法监测光纤链路PMD的性能和PMD对偏振复用系统的影响。 首先,介绍了PMD的概念、特性以及相关的数学描述,并概括了PMD的测量、在线监测和补偿方法。基于主偏振态理论、琼斯表示和斯托克斯表示之间的关系,在一阶PMD近似下导出了光信号DOP与差分群时延(DGD)的解析关系,并结合快速傅里叶变换(FFT),对20Gb/s的光时分复用系统(OTDM)中,DOP法对DGD的跟踪范围和灵敏度受多种因素(包括脉冲啁啾、脉冲占空比、消光比、放大自发辐射噪声、自相位调制等)的影响状况进行了研究。 其次,利用DOP与DGD的解析关系,对DOP法应用于40Gb/s和80Gb/s系统时,其性能受初始脉冲形状的影响进行了数值模拟,并对失效概率与放大器峰值功率和传输距离的关系进行了研究,这给系统设计和PMD补偿器的配置提供了依据。 第三,对采用不同调制格式(包括幅移键控和二进制相移键控)的光副载波复用(OSCM)系统中,PMD引起的功率代价进行了量化。同时,也给出了光信号DOP随PMD变化的仿真结果。发现DOP与功率代价随PMD变化呈现同样的周期性衰落,从而验证了DOP法应用于OSCM系统的可行性。 最后,研究了PMD效应对偏振复用(PM)系统的冲击。我们采用重要抽样-蒙特卡罗方法,量化了不同调制格式(包括OOK、DPSK以及QPSK)的PM系统中,PMD引起的功率代价、失效概率以及PMD容限。我们也给出了采用偏振控制器加可变时延线的PMD补偿后,系统性能的仿真结果。结果表明高阶PMD效应对PM系统性能影响是极为显著的。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 PMD对高速光纤传输系统的性能限制

1.2 PMD的研究现状

1.3 本文的主要工作与章节安排

1.3.1 论文的主要工作

1.3.2 论文的章节安排

第二章 PMD及测量

2.1 光纤中的双折射效应

2.1.1 双折射的产生

2.1.2 双折射的描述

2.1.3 双折射的频率相关

2.2 光的偏振态与数学描述

2.2.1 琼斯矢量表示

2.2.2 斯托克斯矢量表示

2.3 偏振模耦合

2.4 PMD的定义

2.4.1 主偏振态概念

2.4.2 差分群时延

2.4.3 统计特性

2.4.4 时域表示

2.4.5 频域表示

2.4.6 PMD矢量

2.5 PMD的表征

2.6 PMD的矩阵建模

2.7 PMD的测量原理与方法

2.7.1 琼斯矩阵本征分析法(JME)

2.7.2 波长扫描法

2.7.3 斯托克斯参数法

2.7.4 干涉仪法

2.8 本章小结

第三章 PMD的监测与补偿

3.1 PMD的监测方法

3.1.1 频谱分析法

3.1.2 眼图法

3.1.3 相位差法

3.1.4 副载波导音法

3.1.5 偏振度法

3.2 PMD的补偿原理与方法

3.2.1 PMD补偿的原则

3.2.2 电域补偿方式

3.2.3 光电结合补偿方式

3.2.4 光域补偿方式

3.2.5 补偿方式的比较

3.2.6 一阶PMD补偿的两个工作状态

3.2.7 WDM系统中PMD的补偿

3.2.8 OSCM系统中PMD的补偿

3.2.9 PMD的其它解决方法

3.2.10 二阶PMD的补偿

3.3 本章小结

第四章 偏振度(DOP)法的仿真与性能分析

4.1 DOP的定义

4.2 DOP与DGD的关系推导

4.3 20Gb／s系统DOP随DGD变化仿真结果

4.3.1 系统模型

4.3.2 DOP在多种因素作用下随DGD的变化曲线

4.4 40／80Gb／s系统DOP法性能仿真结果

4.4.1 系统模型

4.4.2 自啁啾效应

4.4.3 DOP的监测失效概率与传输距离关系

4.4.4 DOP法在40Gb／s光纤系统中的性能仿真

4.4.5 DOP法在80Gb／s光纤系统中的性能仿真

4.5 OSCM系统中DOP法的性能研究

4.5.1 系统模型

4.5.2 马赫—贞德(MZM)调制器的输出光场

4.5.3 系统功率代价与DGD的关系仿真结果

4.5.4 DOP与DGD的变化关系仿真结果

4.6 本章小结

第五章 偏振复用(PM)传输系统的仿真与性能分析

5.1 偏分复用的形式

5.1.1 PBI复用技术

5.1.2 信道级偏振复用技术(PM)

5.2 偏振复用系统数学模型

5.3 重要抽样方法(IS)

5.3.1 原理

5.3.2 用IS-MC仿真PMD分布

5.3.2.1 一阶PMD矢量的仿真

5.3.2.2 二阶PMD矢量的仿真

5.3.2.3 IS产生一阶PMD

5.3.2.4 IS产生二阶PMD

5.4 PMD对PM系统性能影响仿真

5.4.1 基本旋转矩阵

5.4.2 功率代价与DGD的关系

5.4.3 一阶PMD补偿的数学建模

5.4.4 失效概率与PMD容限

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表和完成的论文

术语表

发布时间: 2005-07-27

参考文献

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• [2].高速光纤通信系统中的偏振模色散动态补偿[D]. 张璐.山东大学2005
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• [4].高速光纤通信中的几种均衡技术研究[D]. 唐先锋.北京邮电大学2011
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• [6].单模光纤中偏振效应的理论研究及分析[D]. 丁攀峰.华中科技大学2007
• [7].偏振复用光纤通信系统及微结构光纤器件的相关技术研究[D]. 王子南.北京邮电大学2009
• [8].偏振复用相干光通信系统数字均衡技术的研究[D]. 曾祥烨.南开大学2012
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• [3].光纤通信中的某些光传输问题及光纤光栅外腔半导体激光器[D]. 吴正茂.四川大学2003
• [4].偏振模色散动态补偿技术研究[D]. 王剑.天津大学2003
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• [7].基于透明电光陶瓷偏振控制器及其算法的设计与研究[D]. 李伟文.浙江大学2005
• [8].高速光纤通信系统中的偏振模色散动态补偿[D]. 张璐.山东大学2005
• [9].SRS对DWDM光纤通信系统性能影响的研究[D]. 刘毓.中国科学院研究生院（国家授时中心）2006
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