高速孤子傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

摘 要:定時抖動是通信系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，本文從光孤子的基本概念入手，根據(jù)光脈沖的傳輸動力學(xué)方程，采用變分法分析高斯準(zhǔn)孤子在孤子互作用和高階效應(yīng)條件下傳輸演化特性的影響以及產(chǎn)生定時抖動的機理。本文研究了光孤子通信系統(tǒng)的傳輸控制理論及其數(shù)學(xué)模型，采用時域和頻域復(fù)合控制的方法，建立了光脈沖的傳輸方程，采用變分法研究了波分復(fù)用系統(tǒng)中孤子互作用、自陡峭和拉曼效應(yīng)等擾動因素對孤子參數(shù)演化的動力學(xué)方程，得出了孤子傳輸系統(tǒng)定時抖動的計算公式，比較了幾種信道間隔下的孤子互作用，采用時域和頻域復(fù)合控制方法有效的抑制孤子的定時抖動，從而延長的孤子系統(tǒng)的傳輸距離。設(shè)計了160Gb/s長距離高速孤子傳輸系統(tǒng)并對傳輸特性進行了數(shù)值模擬，結(jié)果與理論分析一致。

關(guān)鍵詞:光孤子通信 孤子互作用 傳輸控制 穩(wěn)定傳輸

中圖分類號:TN91文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0007-01

1 引言

孤子間往往緊密裝填以獲得最大比特率，因而孤子間無法避免相互作用。由于兩孤子間相互作用強烈依賴于它們的間隔和相對相位，且兩者都因放大器噪聲而波動，所以相互作用在很大程度上改變著定時抖動。考慮到噪聲致相鄰孤子的相對相位波動，相位的隨機化將導(dǎo)致定時抖動的減小。孤子互作用的一個重要結(jié)果是:定時抖動的統(tǒng)計偏離無互作用時的高斯統(tǒng)計。研究了通過使用約束編碼來抑制脈沖非線性問題。約束-迭代誤差校正(前向糾錯)方案中碼元增益為12.1dB，誤碼率為10-9，表明插入錯誤是一種很有效的方法來控制編碼復(fù)雜度和實現(xiàn)碼元增益。但是論文只單獨考慮了編碼方式設(shè)計對非線性的抑制，并沒有結(jié)合色散管理和時頻復(fù)合控制的方法。研究了通過光學(xué)相位耦合的方法來進行適當(dāng)?shù)纳毓芾韽亩刂?60G傳輸系統(tǒng)的非線性效應(yīng)。論文具體分析了幾種色散補償計劃對1200km傳輸系統(tǒng)所產(chǎn)生的信噪比和誤碼率進行比較。

2 DWDM孤子系統(tǒng)的定時抖動

在波分復(fù)用系統(tǒng)中，第i個放大器后的時間抖動TN是有關(guān)i的級聯(lián)函數(shù)。幅度A的抖動傳遞到頻率K，再由頻率的抖動傳遞到時間，這樣時間Ti是個級聯(lián)函數(shù)，經(jīng)過運算分析可得。

取濾波器通帶寬度Bf=180GHz，調(diào)制器通帶帶寬Δτm=4ps。根據(jù)孤子能量E(1)的均值為0，方差為2SE，符合正態(tài)分布，P0為孤子脈沖的峰值功率，在DWDM系統(tǒng)中對孤子傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能進行分析設(shè)計，設(shè)調(diào)制器、濾波器和光放大器均位于n*Lm處，間距Lm=40km，傳輸速率Br=160Gb/s，脈沖寬度t0=1.125ps，光纖色散系數(shù)D=1.55ps/(km*nm)，孤子間距tR=6fs，的穩(wěn)態(tài)脈沖流，群速度色散系數(shù)β2=-1.98Ps2/km，光纖損耗系數(shù)α=0.2dB/km的G.655光纖，則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，光脈沖峰值功率P0=250.624mW.自陡峭通過自頻移影響系統(tǒng)性能，所以我們先控制自頻移，為了使傳輸中頻移為零，調(diào)制器參數(shù)bm=2.2·10-4，濾波器色散控制系數(shù)Kf=0.0249，取附加增益Δg=0.0335。幅度的抖動符合正態(tài)分布，根據(jù)公式(15)帶入自發(fā)輻射系數(shù)S=7.75·10-18和孤子能力E=0.12PJ，經(jīng)計算得出歸一化幅度抖動平方的均值<(δA)2>=1.52·10-3，<(δK)2>=6.9355·10-6，<(δT)2>=6.4643·10-6。

在碼率為160Gbit/s及其以上的光孤子通信系統(tǒng)中，光纖的群速度色散、非線性效應(yīng)、孤子互作用等問題日益突出。受激喇曼散射產(chǎn)生自頻移，自陡峭效應(yīng)通過啁啾和自頻移影響孤子的穩(wěn)定傳輸，自陡峭效應(yīng)、自頻移和孤子互作用均通過孤子幅度的漲落產(chǎn)生定時抖動。系統(tǒng)160GB/s允許的時間抖動最大容限為0.25ps2，在無控制條件下孤子最長傳播距離為630km，采用視頻符合控制的方法，孤子傳輸最長距離為5500km。可見采用合理設(shè)計濾波器和控制器的參數(shù)可以很好的抑制孤子的定時抖動，穩(wěn)定了孤子中心頻率，實現(xiàn)了孤子零頻移穩(wěn)定傳輸。

3 結(jié)語

本文推導(dǎo)出孤子傳輸系統(tǒng)定時抖動的計算公式，比較了幾種信道間隔條件下的孤子互作用，采用時域和頻域復(fù)合控制方法有效的抑制孤子的定時抖動。對高速孤子系統(tǒng)中對互作用和拉曼自頻移起抑制作用的濾波器通帶帶寬，插入調(diào)制器和濾波器的距離間隔;孤子間的互作用會導(dǎo)致孤子中心頻率上頻移，對孤子的傳輸有一定的影響。對一個典型的時頻復(fù)合控制160Gb/s高速孤子傳輸系統(tǒng)進行仿真，通過仿真得出:采用時頻復(fù)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應(yīng)對定時抖動的影響，穩(wěn)定了孤子的中心頻率，實現(xiàn)孤子穩(wěn)定長距離傳輸。

參考文獻(xiàn)

[1]時娟娟，諸波.OTDM高速孤子傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究.電子與信息學(xué)報.第33卷第4期電子與信息學(xué)報，Vol.33No.4.

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