光纤色散相移监测方法的研究

论文摘要

随着社会的信息化,人们对信息的需求越来越大,这种需求直接推动了作为通信网主要传输方式的光纤传输朝着高速率、大容量和长距离的方向迅速发展。由于光纤放大器的出现,光纤损耗已不再是限制光纤传输距离的主要因素,色散逐渐引起了人们的重视。色散会引起数字光脉冲信号在传输中展宽,导致码间互扰(ISI),使系统误码率(BER)增加,从而限制了通信容量和通信距离的进一步增长。尤其是单波道速率为40Gbit/s 及以上的密集波分复用(DWDM)系统,对每个波道进行精确的动态色散补偿非常重要。光纤色散监测技术作为动态色散补偿的基础,大力开展这方面的研究更是重中之重。本文在对光纤色散特性研究的基础上,提出了通过监测单频音子双边带相对相移来实现实时色散监测的方法,并独立完成了监测公式的理论推导。接着讨论了监测信号与数字信号的相互影响,对监测信号的频率和幅度进行了优化设计。然后对光滤波器带宽、调制器啁啾、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、偏振模色散(PMD)、放大自发辐射(ASE)和四波混频(FWM)等因素对监测值的影响进行了理论计算和仿真分析。结果表明该方法的监测范围有限,只能用于未完全补偿的光纤系统中残留色散的监测。放大自发辐射和四波混频等因素的影响很小;光滤波器带宽、调制器啁啾和自相位调制的影响比较有规律,可以通过对监测公式的修正来改善;交叉相位调制和四波混频的影响较严重也较复杂。针对单音双边带相移监测方法监测范围有限的主要缺点,本文对监测方法进行了改进,提出了使用副载波监测音子的双边带相移监测方法,并进行了理论推导和仿真分析。结果表明,此方法很大地提高了色散的监测范围,而且通过改变监测音子的频率大小还可实现监测范围动态调整。但是,交叉相位调制和偏振模色散仍然是影响系统监测精度的主要因素,没有得到很好的改善。随着研究的深入,本文对系统结构作了进一步优化设计。理论推导和仿真分析证明,此结构不仅获得了理想的监测范围,而且简化了监测系统的结构、节约了成本的同时增强了监测系统的稳定性。系统受调制器啁啾、非线性效应和偏振模色散的影响也大大减小,监测精度有了相当的改善。本文提出了新颖的光纤色散监测方法,并进行了详细的理论推导和大量的仿真计算。本文的研究工作对提高系统传输容量,增加光纤传输距离,最终实现高性能的色散管理全光网络有着重要的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 简略字表
• 第一章 引言
• 1.1 光纤通信的现状
• 1.2 国内外光纤色散的研究动态
• 1.3 本文的工作
• 第二章 光纤色散的特性及对系统通信能力的限制
• 2.1 色散影响下光信号的传输特性
• 2.1.1 光脉冲传输的基本方程
• 2.1.2 光脉冲参数与色散展宽
• 2.2 色散的常用表示方法
• 2.2.1 时延差
• 2.2.2 色散参数
• 2.3 色散的分类
• 2.3.1 模间色散
• 2.3.2 材料色散
• 2.3.3 波导色散
• 2.3.4 高阶色散
• 2.3.5 偏振模色散
• 2.4 光纤色散对系统通信能力的限制
• 2.4.1 比特速率
• 2.4.2 光纤带宽
• 2.4.3 光纤色散受限距离
• 2.5 本章小结
• 第三章 相移监测方法的理论设计与系统仿真
• 3.1 系统模型的设计
• 3.2 理论推导
• 3.3 光纤通信仿真平台简介
• 3.4 系统仿真
• 3.4.1 监测信号频率和幅度的优化设计
• 3.4.2 理想情况下的系统仿真
• 3.4.3 光滤波器带宽对监测值的影响
• 3.4.4 调制器啁啾对监测值的影响
• 3.4.5 自相位调制对监测值的影响
• 3.4.6 交叉相位调制对监测值的影响
• 3.4.7 偏振模色散对监测值的影响
• 3.4.8 其它因素对监测值的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 改进型相移监测方法的理论设计与系统仿真
• 4.1 理论推导
• 4.2 系统仿真
• 4.2.1 理想情况下的系统仿真
• 4.2.2 光滤波器带宽对监测值的影响
• 4.2.3 调制器啁啾对监测值的影响
• 4.2.4 自相位调制对监测值的影响
• 4.2.5 交叉相位调制对监测值的影响
• 4.2.6 偏振模色散对监测值的影响
• 4.3 对相移监测系统结构的进一步改进
• 4.3.1 理论推导
• 4.3.2 理想情况下的系统仿真
• 4.3.3 调制器啁啾对监测值的影响
• 4.3.4 自相移调制和交叉相移调制对监测值的影响
• 4.3.5 偏振模色散对监测值的影响
• 4.3.6 综合考虑各因素影响下的色散监测
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历