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摘 要:定时抖动是通信系统的重要性能指标,本文从光孤子的基本概念入手,根据光脉冲的传輸动力学方程,采用变分法分析高斯准孤子在孤子互作用和高阶效应条件下传輸演化特性的影响以及产生定时抖动的机理。本文研究了光孤子通信系统的传輸控制理论及其数学模型,采用时域和频域复合控制的方法,建立了光脉冲的传輸方程,采用变分法研究了波分复用系统中孤子互作用、自陡峭和拉曼效应等扰动因素对孤子参数演化的動力学方程,得出了孤子传輸系统定时抖动的计算公式,比较了几种信道间隔下的孤子互作用,采用时域和频域复合控制方法有效的抑制孤子的定时抖动,从而延长的孤子系统的传輸距离。设计了160Gb/s长距离高速孤子传輸系统并对传輸特性进行了数值模拟,结果与理论分析一致。
关键词:光孤子通信 孤子互作用 传輸控制 稳定传輸
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0007-01
1 引言
孤子间往往紧密装填以获得最大比特率,因而孤子间无法避免相互作用。由于两孤子间相互作用强烈依赖于它们的间隔和相对相位,且两者都因放大器噪声而波动,所以相互作用在很大程度上改变着定时抖动。考虑到噪声致相邻孤子的相对相位波动,相位的随机化将导致定时抖动的减小。孤子互作用的一个重要结果是:定时抖动的统计偏离无互作用时的高斯统计。研究了通过使用约束编码来抑制脉冲非线性问题。约束-迭代误差校正(前向纠错)方案中码元增益为12.1dB,误码率为10-9,表明插入错误是一种很有效的方法来控制编码复杂度和实现码元增益。但是论文只单独考虑了编码方式设计对非线性的抑制,并没有结合色散管理和时频复合控制的方法。研究了通过光学相位耦合的方法来进行适当的色素管理从而控制160G传輸系统的非线性效应。论文具体分析了几种色散补偿计划对1200km传輸系统所产生的信噪比和误码率进行比较。
2 DWDM孤子系统的定时抖动
在波分复用系统中,第i个放大器后的时间抖动TN是有关i的级联函数。幅度A的抖动传递到频率K,再由频率的抖动传递到时间,这样时间Ti是个级联函数,经过运算分析可得。
取滤波器通带宽度Bf=180GHz,调制器通带带宽Δτm=4ps。根据孤子能量E(1)的均值为0,方差为2SE,符合正态分布,P0为孤子脉冲的峰值功率,在DWDM系统中对孤子传輸系统的结构参数和性能进行分析设计,设调制器、滤波器和光放大器均位于n*Lm处,间距Lm=40km,传輸速率Br=160Gb/s,脉冲宽度t0=1.125ps,光纤色散系数D=1.55ps/(km*nm),孤子间距tR=6fs,的稳态脉冲流,群速度色散系数β2=-1.98Ps2/km,光纤损耗系数α=0.2dB/km的G.655光纤,则TR=6fs,tR=TR/t0=5.332·10-3,δ=β3/6|β2|t0=1.167·10-3,s=2/t0ω0=1.461·10-3,取N=1,光脉冲峰值功率P0=250.624mW.自陡峭通过自频移影响系统性能,所以我们先控制自频移,为了使传輸中频移为零,调制器参数bm=2.2·10-4,滤波器色散控制系数Kf=0.0249,取附加增益Δg=0.0335。幅度的抖动符合正态分布,根据公式(15)带入自发辐射系数S=7.75·10-18和孤子能力E=0.12PJ,经计算得出归一化幅度抖动平方的均值<(δA)2>=1.52·10-3,<(δK)2>=6.9355·10-6,<(δT)2>=6.4643·10-6。
在码率为160Gbit/s及其以上的光孤子通信系统中,光纤的群速度色散、非线性效应、孤子互作用等问题日益突出。受激喇曼散射产生自频移,自陡峭效应通过啁啾和自频移影响孤子的稳定传輸,自陡峭效应、自频移和孤子互作用均通过孤子幅度的涨落产生定时抖动。系统160GB/s允许的时间抖动最大容限为0.25ps2,在无控制条件下孤子最长传播距离为630km,采用视频符合控制的方法,孤子传輸最长距离为5500km。可见采用合理设计滤波器和控制器的参数可以很好的抑制孤子的定时抖动,稳定了孤子中心频率,实现了孤子零频移稳定传輸。
3 结语
本文推导出孤子传輸系统定时抖动的计算公式,比较了几种信道间隔条件下的孤子互作用,采用时域和频域复合控制方法有效的抑制孤子的定时抖动。对高速孤子系统中对互作用和拉曼自频移起抑制作用的滤波器通带带宽,插入调制器和滤波器的距离间隔;孤子间的互作用会导致孤子中心频率上频移,对孤子的传輸有一定的影响。对一个典型的时频复合控制160Gb/s高速孤子传輸系统进行仿真,通过仿真得出:采用时频复合控制的方法,有效地抑制了孤子互作用、受激拉曼散射和自陡峭效应对定时抖动的影响,稳定了孤子的中心频率,实现孤子稳定长距离传輸。
参考文献
[1] 时娟娟,诸波.OTDM高速孤子传輸系统的稳定性研究.电子与信息学报.第33卷第4期电子与信息学报,Vol.33No.4.
[2] 徐铭.色散控制孤子理论及其应用的研究,博士学位论文[D].南京:南京邮电大学,2002.
关键词:光孤子通信 孤子互作用 传輸控制 稳定传輸
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0007-01
1 引言
孤子间往往紧密装填以获得最大比特率,因而孤子间无法避免相互作用。由于两孤子间相互作用强烈依赖于它们的间隔和相对相位,且两者都因放大器噪声而波动,所以相互作用在很大程度上改变着定时抖动。考虑到噪声致相邻孤子的相对相位波动,相位的随机化将导致定时抖动的减小。孤子互作用的一个重要结果是:定时抖动的统计偏离无互作用时的高斯统计。研究了通过使用约束编码来抑制脉冲非线性问题。约束-迭代误差校正(前向纠错)方案中码元增益为12.1dB,误码率为10-9,表明插入错误是一种很有效的方法来控制编码复杂度和实现码元增益。但是论文只单独考虑了编码方式设计对非线性的抑制,并没有结合色散管理和时频复合控制的方法。研究了通过光学相位耦合的方法来进行适当的色素管理从而控制160G传輸系统的非线性效应。论文具体分析了几种色散补偿计划对1200km传輸系统所产生的信噪比和误码率进行比较。
2 DWDM孤子系统的定时抖动
在波分复用系统中,第i个放大器后的时间抖动TN是有关i的级联函数。幅度A的抖动传递到频率K,再由频率的抖动传递到时间,这样时间Ti是个级联函数,经过运算分析可得。
取滤波器通带宽度Bf=180GHz,调制器通带带宽Δτm=4ps。根据孤子能量E(1)的均值为0,方差为2SE,符合正态分布,P0为孤子脉冲的峰值功率,在DWDM系统中对孤子传輸系统的结构参数和性能进行分析设计,设调制器、滤波器和光放大器均位于n*Lm处,间距Lm=40km,传輸速率Br=160Gb/s,脉冲宽度t0=1.125ps,光纤色散系数D=1.55ps/(km*nm),孤子间距tR=6fs,的稳态脉冲流,群速度色散系数β2=-1.98Ps2/km,光纤损耗系数α=0.2dB/km的G.655光纤,则TR=6fs,tR=TR/t0=5.332·10-3,δ=β3/6|β2|t0=1.167·10-3,s=2/t0ω0=1.461·10-3,取N=1,光脉冲峰值功率P0=250.624mW.自陡峭通过自频移影响系统性能,所以我们先控制自频移,为了使传輸中频移为零,调制器参数bm=2.2·10-4,滤波器色散控制系数Kf=0.0249,取附加增益Δg=0.0335。幅度的抖动符合正态分布,根据公式(15)带入自发辐射系数S=7.75·10-18和孤子能力E=0.12PJ,经计算得出归一化幅度抖动平方的均值<(δA)2>=1.52·10-3,<(δK)2>=6.9355·10-6,<(δT)2>=6.4643·10-6。
在码率为160Gbit/s及其以上的光孤子通信系统中,光纤的群速度色散、非线性效应、孤子互作用等问题日益突出。受激喇曼散射产生自频移,自陡峭效应通过啁啾和自频移影响孤子的稳定传輸,自陡峭效应、自频移和孤子互作用均通过孤子幅度的涨落产生定时抖动。系统160GB/s允许的时间抖动最大容限为0.25ps2,在无控制条件下孤子最长传播距离为630km,采用视频符合控制的方法,孤子传輸最长距离为5500km。可见采用合理设计滤波器和控制器的参数可以很好的抑制孤子的定时抖动,稳定了孤子中心频率,实现了孤子零频移稳定传輸。
3 结语
本文推导出孤子传輸系统定时抖动的计算公式,比较了几种信道间隔条件下的孤子互作用,采用时域和频域复合控制方法有效的抑制孤子的定时抖动。对高速孤子系统中对互作用和拉曼自频移起抑制作用的滤波器通带带宽,插入调制器和滤波器的距离间隔;孤子间的互作用会导致孤子中心频率上频移,对孤子的传輸有一定的影响。对一个典型的时频复合控制160Gb/s高速孤子传輸系统进行仿真,通过仿真得出:采用时频复合控制的方法,有效地抑制了孤子互作用、受激拉曼散射和自陡峭效应对定时抖动的影响,稳定了孤子的中心频率,实现孤子稳定长距离传輸。
参考文献
[1] 时娟娟,诸波.OTDM高速孤子传輸系统的稳定性研究.电子与信息学报.第33卷第4期电子与信息学报,Vol.33No.4.
[2] 徐铭.色散控制孤子理论及其应用的研究,博士学位论文[D].南京:南京邮电大学,2002.