基于逆散射方法的光纤非线性补偿技术研究

发布时间：2017-10-22 15:30

  本文关键词：基于逆散射方法的光纤非线性补偿技术研究

  更多相关文章： 光纤通信 相干接收 逆散射方法 非线性傅里叶变换 非线性效应

【摘要】：近年来,随着云计算、大数据等多媒体业务的蓬勃发展,广大民众对信息的需求呈现逐年增长的趋势。因此要求现有的城域网和骨干网能够承载更大容量的数据传输。光纤通信技术以其大带宽(大于20 THz)、低损耗(小于0.2 dB/km)、低成本、抗电磁干扰等优点,使其成为目前主流的有线通信方式。然而光纤并不是一种理想的传输媒介,信号在光纤中传输会受到色度色散、偏振模式色散、非线性效应等因素的影响。相干光通信与数字信号处理技术的不断发展与完善,使得传输中所受到的线性和非线性失真都可以得到补偿。由于非线性效应的随机特性,使得其补偿难度加大,目前非线性效应还不能实时有效的补偿。本文以逆散射方法抑制非线性效应为研究主线。主要研究内容如下：首先,介绍了相干光通信系统的组成原理,重点介绍了IQ调制原理和相干解调原理,并进行了相关的理论分析。同时对逆散射理论进行了研究与理论推导。并且利用VPItransmissionMakerTM仿真平台搭建了相干光通信传输仿真系统。其次,研究了基于非线性频谱管理的非线性预补偿算法。运用该算法对输入信号进行预补偿处理,实现线性谱与非线性谱的均衡,以此来抑制非线性效应对信号的不利影响。仿真结果表明,在传输距离为3600 km,非线性系数为1.27w-1·km-1,光纤损耗为0.2 dB/km的情况下,不考虑ASE噪声时,本文所研究的非线性预补偿算法相对于仅补偿色散情况最高可提高2.02 dB；若考虑ASE噪声(噪声指数5 dB),该算法最高可达1.79 dB的非线性抑制效果。并且激光器线宽对该算法影响不大。最后,研究了基于非线性傅里叶变换的非线性预补偿算法。对发射信号进行预补偿,消除信号非线性谱中的非线性分量,以此来抑制非线性效应,提高信号传输质量。本文分别仿真了QPSK和16QAM两种调制格式的信号在光纤中的传输。仿真结果表明,该算法对这两种调制格式所受到的非线性效应都有很好的抑制效果。与仅补偿色散算法相比,对于QPSK信号,理想条件下,系统性能最高可提高1.72 dB；仅考虑光纤损耗时,系统性能最高可提高2.33 dB；同时考虑光纤损耗和放大器噪声时,系统吸能最高可提高2.11 dB。对于16QAM信号,在传输距离为2400 km情况下,该算法最高可达1.24 dB的非线性抑制效果。
【关键词】：光纤通信 相干接收 逆散射方法 非线性傅里叶变换 非线性效应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景与目的11-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 主要工作与结构安排14-16
• 1.3.1 本课题主要工作14
• 1.3.2 论文结构安排14-16
• 第2章 长距离光通信系统及逆散射理论16-30
• 2.1 相干光通信原理16-18
• 2.1.1 IQ调制原理16-17
• 2.1.2 相干接收原理17-18
• 2.2 光纤信道18-22
• 2.2.1 光纤损耗19-20
• 2.2.2 信道噪声20
• 2.2.3 色度色散20-21
• 2.2.4 非线性效应21-22
• 2.3 逆散射理论22-29
• 2.3.1 非线性薛定谔方程的线性条件23-25
• 2.3.2 前向非线性傅里叶变换及其基本性质25-27
• 2.3.3 逆向非线性傅里叶变换27-28
• 2.3.4 非线性谱的演化过程28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 基于非线性频谱管理的非线性预补偿算法30-40
• 3.1. 发送端信号预补偿处理30-34
• 3.1.1 预补偿算法原理30-32
• 3.1.2 预补偿算法仿真实现32-34
• 3.2 非线性抑制原理34-35
• 3.3 VPI仿真分析35-39
• 3.3.1 无损无躁时的仿真结果分析35-37
• 3.3.2 仅有光纤损耗时的仿真结果分析37-38
• 3.3.3 同时存在光纤损耗和噪声时的仿真结果分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 基于非线性傅里叶变换的非线性预补偿算法40-51
• 4.1 预补偿算法原理40-41
• 4.2 预补偿算法实现41-45
• 4.2.1 Ablowitz-Ladik离散法41-42
• 4.2.2 预补偿算法仿真分析42-45
• 4.3 QPSK信号仿真分析45-49
• 4.3.1 不存在光纤损耗和放大器噪声时46-47
• 4.3.2 仅存在光纤损耗时47-48
• 4.3.3 同时存在光纤损耗和放大器噪声时48-49
• 4.4 16QAM信号仿真分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 结论与展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文57

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本文编号：1078992