（通信与信息系统专业论文）色散管理波分复用系统中交叉相位调制的研究.pdf

嚣瘸交通大学媾士耢突生学位论文繁l 页 摘要 提高光纤通信系统传输容量主要有两个途径，第一，提高单信道f | 勺传输 码率，随羲码率提赢，色敖通过展宽脉冲箍对系绫性能产生的影啊逐渐增强， 通常采用住散管邂( d m ) 降低线路平均色散减小这一影响；笫二，在相同 的带宽内安排尽可能多的信道随着信邋间距的减小，交叉相移调制( x p m ) 效应逐渐穗强，劣位了系统往畿。 本文工作围绕d m 和x p m 两方面展开，包括单信道d m 系统中补偿光 纡长度爨纯；荸段线路默及多餍戆色敷嚣瑾波分复躅( w d m ) 系统中x p m 所缴的强廉调制、相位调制；以抑制x p m 为目的的d m 线路优化；w d m 系 绞内混频进程中按耗、是樽位谖制( s p m ) 、x p m 俘用下黪调卷不稳定性( m i ) ， 其体内容商： 对单傣道传输系统以后补偿d m 线路为例采用数德法对补偿光纤 度 遴行了优稍二，发现后补偿d m 系统中稼冲宽度变亿规律为缓变镪络先聪窄、 再腿宽，脉宽最窄点的位簧随补偿程度的增加丽减小，最小脉宽随补偿程度 鹣增舞羹嚣臻j ；疆；与萃瘸麓最大垂缩耱绥褪跑，李 偿程覆逶当减小簿麓够在一 定传输距离内有效减小脉冲展宽，随着脉冲峰值功率的提高，最优补偿长度 憋夔之提赢。 对于强度调制宣接检测( i m d d ) 系统，采用表征x p m 所致强度调制 的频域传递函数和时域强度调制率作为性能评价指标，研究了聪速度色散 ( g v d ) 和泵清波s p m 作用下的x p m 效应。首先，撩母了单段、多潋放大 线路中表征x p m 所致强度调制的频域传递函数，给出了任意裂浦条件下， 探溺信道徐密赣熬对域波形、瑟亨域强度调翻率计算方法。然看，分褥了调翩 频率、光纤色散以及泵浦波s p m 对x p m 的影响。最后，以抑制d m 线路中 懿x p m 麓基匏，分辑了孝 偿方式( 蓑蛰偿或爱褡偿) 及蛰偿走纾长度选择 问题，发现最优补偿方式并非固定不变，补偿方式的选择同时受补偿光纤长 度翻传输距离( 色数管理周靛数瓣) 匏影响。 对于栩干光通信系统，采用寝征x p m 所致相位调制的频域传递酗数和 时域相位调制率作为性能评价指标，研究了g v d 作用下传输波形变化时的 x p m 效应。首先维导了革段、多段放大线路中g v d 俸糟下传输波形交纯对 表征x p m 所致相位调制的频域传递函数，给出了探测信道时域相移、时域 穗位谲裁率诗算方法。隧薅，分撰了调嗣矮率、簧输歪离、毙纾惫敬等对x p m 的影响。墩后，以减小d m 线路中x p m 所致相移为目的，对各种补偿方案 ( 欠 偿、完全 髅、过 偿、 l 羚偿及蓐於臻) 进行了毙较，结果裘曝对 第ll 页西南宠遽大学游磷究生学僚论文 于分布式色激於偿线路而言，后补偿优于前补偿，补偿光纤长度的选择成尽 可能使线路平均色敝偏离器平均色散。 对于w d m 系统爵x p m 彳乍用”f 静m i ，戳两寨壳波琶主及浅额避禚中产璺兰 的边带频率戚份为研究对象，采雨稻含模分析法，绘出了潇频i 窭程中损耗、 g v d 、s p m 及x p m 练合 乍蠲下m 煺蓥翁诗算方法；攘导了当蔡辍僦较 好疆酝、冀宅相位失甏严蘩瓣，亵载频s p m 、x p m 零| 起黥m i 壤蕊解叛凌这 式：分板发现，当m i 主要由s p m 或x p m 弓l 起时，增益的最大值与色敝无 关，x p m 农备边豢孳 起的m i 最大增益梗等；考虑损耗艏，只有当频率偏移 足够大时增益才会出现，裁频s p m 引起的最大增益对应的频率偏移量减小， 且随着传输距离的增大，s p m 产生的m i 遍带增益峰值逐渐向载频靠拢。 本文瑷论模型和相关结论对于分析和设计长距离、高容鬃i m + d d 或相千 检渊w d m 累统买霄定静参考佟耀。 关键谲：交叉姻经调铡；憩教管理 逸胡经调铡；瓣速度毪数；调制不稳定 螋 西南交通大学博士研究生学位论文第| | i 页 a b s t r a c t t h e r ea r et w om a i nm e t h o d st oi m p r o v et r a n s m i s s i o nc a p a b i l i t yo fo p t i c a l c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s o n ei st oi n c r e a s eb i tr a t ei ns i n g l ec h a n n e l w i t ht h e i n c r e a s eo fb i tr a t e ，t h ei m p a c tt h a td i s p e r s i o ni m p o s eo np u l s e sb yw i d e n i n g p u l s e sw i d t hs t r e n g t h e n sg r a d u a l l y u s u a l l yd i s p e r s i o nm a n a g e m e n t ( d m ) i s a d o p t e dt ow e a k e nt h ei m p a c tb yr e d u c i n gt h ea v e r a g ed i s p e r s i o no ft r a n s m i s s i o n l i n e t h eo t h e ri st oa r r a n g em o r ec h a n n e l si ns a m eb a n d w i d t h w i t ht h er e d u c i n g o fc h a n n e ls p a c i n g ，c r o s s - p h a s em o d u l a t i o n ( x p m ) s t r e n g t h e n sg r a d u a l l ya n dt h e s y s t e m sp e r f o r m a n c ei sd e g r a d e d t h i sw o r kf o c u s e do nd ma n dx p m ，w h i c hi n c l u d e dt h el e n g t ho p t i m i z a t i o n o fc o m p e n s a t i o nf i b e ri ns i n g l ec h a n n e ld ms y s t e m s ，t h ei n t e n s i t ym o d u l a t i o n a n dp h a s em o d u l a t i o ni n d u c e db yx p mi ns i n g l es e g m e n tf i b e ra n dm u l t i - p e r i o d s d mw a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( w d m ) s y s t e m s ，t h ed ms y s t e m o p t i m i z a t i o n f o r r e s t r a i n i n gx p m ，t h e m o d u l a t i o n i n s t a b i l i t y ( m i ) i n f r e q u e n c y m i x i n gp r o c e s su n d e rt h ee f f e c to fl o s s ，s e l f - p h a s em o d u l a t i o n ( s p m ) a n dx p mi nw d m s y s t e m s w i t ht h ee x a m p l eo fs i n g l ec h a n n e lp o s t c o m p e n s a t i o nd ms y s t e m s ，t h e l e n g t ho fc o m p e n s a t i o nf i b e rw a so p t i m i z e db ys i m u l a t i o n i ti sf o u n dt h a tt h e s l o w l y - v a r y i n g - e n v e l o p e n a r r o w s f i r s t l y , b r o a d e na n d t h e n w i t ht h e e n h a n c e m e n to fc o m p e n s a t i o nd e g r e e ，t h ed i s t a n c e c o r r e s p o n d i n g t ot h e n a r r o w e s tp u l s ew i d t hr e d u c e sa n dt h el e a s tp u l s ew i d t hi n c r e a s e s i ti sf o u n dt h a t t h ew i d e n e d p u l s e w i d t hc o u l db ed e c r e a s e d e f f e c t i v e l yb yr e d u c i n g c o m p e n s a t i o nd e g r e ec o m p a r i n gw i t hs i n g l ep e r i o da n dt h em a xc o m p r e s s i o n t h eo p t i m i z e dc o m p e n s a t i o nl e n g t hi n c r e a s e sw i t ht h ee n h a n c e m e n to fm a x i m u m p o w e r f o ri n t e n s i t ym o d u l a t i o n _ ( 1 i r e c td e t e c t i o n ( i m d d ) s y s t e m s ，t h ex p mu n d e r t h ee f f e c to fg r o u pv e l o c i t y d i s p e r s i o n ( g v d ) a n ds p mw e r ei n v e s t i g a t e db y u s i n gt h ef r e q u e n c yd o m a i nt r a n s f e rf u n c t i o n ( f d t f ) a n dt i m ed o m a i ni n t e n s i t y m o d u l a t i o ni n d e xt oe v a l u a t e s y s t e m sp e r f o r m a n c e f i r s t ，t h e f d t f s c o r r e s p o n d i n gt o x p mw e r ed e r i v e di n s i n g l es e g m e n ta n dm u l t i - s e g m e n t s a m p l i f i c a t i o ns y s t e m s t h em e t h o d s t oc a l c u l a t et h et i m ed o m a i nw a v es h a p ea n d t i m ed o m a i ni n t e n s i t ym o d u l a t i o ni n d e xw e r eg i v e nw h e na r b i t r a r yp u m ps i g n a l s 第1 v 页西南交通大学博士研究生学位论文 w e r ei n p u t t e d + t h e n ，t h ee f f e c t so fm o d u l a t i o nf r e q u e n c y , f i b e rd i s p e r s i o na n d s p mo fp u m ps i g n a l so nx p mw e r ea n a l y s e d a tl a s t ，c o m p e n s a t i o ns c h e m e s ( p r e c o m p e n s a t i o no rp o s t - c o m p e n s a t i o n ) a n dt h el e n g t hc h o i c ef o rc o m p e n s a t i o n f i b e rw e r ed i s c u s s e df o rr e s t r a i n i n gx p mi nd ms y s t e m s i ti sf o u n dt h a tt h e o p t i m i z e dc o m p e n s a t i o ns c h e m ei sv a r i a b l e t h ec h o i c eo fc o m p e n s a t i o ns c h e m e i sa f f e c t e db yt h el e n g t ho fc o m p e n s a t i o nf i b e r , t r a n s m i s s i o nd i s t a n c eo rt h e n u m b e ro fd m p e r i o d s f o rc o h e r e n to p t i c a ls y s t e m s ，t h ex p mw e r ei n v e s t i g a t e db yu s i n gt h ef d t f a n dt i m ed o m a i np h a s em o d u l a t i o ni n d e xt oe v a l u a t es y s t e m sp e r f o r m a n c ew h e n t h ew a v es h a p eo fp r o p a g a t e dp u l s e sw a sc h a n g e db yg v d 。f i r s t ，t h ef d t f si n s i n g l es e g m e n ta n dm u l t i s e g m e n t sa m p l i f i c a t i o ns y s t e m sw e r ed e r i v e dw h e nt h e w a v es h a p eo f p r o p a g a t e dp u l s e sw a sc h a n g e db yg v d 。t h em e t h o d s t oc a l c u l a t e t i m ed o m a i np h a s es h i f ta n dt i m ed o m a i np h a s em o d u l a t i o ni n d e xi n p r o b e c h a n n e lw e r eg i v e n t h e n ，t h ee f f e c to fm o d u l a t i o nf r e q u e n c y , t r a n s m i s s i o n d i s t a n c ea n df i b e rd i s p e r s i o no nx p mw e r ea n a l y s e d a tl a s t ，t h ed i f f e r e n t d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ns c h e m e s ( u n d e r c o m p e n s a t i o n ，f u l l - c o m p e n s a t i o n ， o v e r - c o m p e n s a t i o n ，p r e - c o m p e n s a t i o n ，p o s t c o m p e n s a t i o n ) w e r ec o m p a r e df o r r e s t r a i n i n gt h ep h a s e s h i f ti n d u c e db yx p m t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e p o s t c o m p e n s a t i o ns c h e m ei ss u p e r i o rt op r e - c o m p e n s a t i o ns c h e m e 。t h ea v e r a g e d i s p e r s i o ns h o u l db ea w a yf r o mz e r oa v e r a g ed i s p e r s i o nw h e nw ec h o o s et h e l e n g t ho fc o m p e n s a t i o nf i b e r f o rt h em iu n d e rt h ee f f e c to fx p mi nw d m s y s t e m s ，f o c u s i n go nt h et w o c a r r i e df r e q u e n c i e sa n ds i d e b a n df r e q u e n c i e sg e n e r a t e di nt h ef r e q u e n c y m i x i n g p r o c e s s ，t h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fm ig a i ni nf r e q u e n c y m i x i n gp r o c e s su n d e r t h ee f f e c to fl o s s ，g v d ，s p ma n dx p mw a sg i v e nb yc o u p l em o d em e t h o d t h e e x p r e s s i o n so fm ig a i nc a u s e db ys p mo rx p mo fc a r r i e df r e q u e n c i e sw e r e g i v e nw h e no n ep h a s em a t c h e dp e r f e c t l ya n do t h e r sm i s m a t c h e ds e r i o u s l y f h e m a x i m ao f g a i na r ei n d e p e n d e n to fg v d w h e nt h em ii sc a u s e db ys p mo rx p m m a i n l y t h em a x i m ao fg a i na td i f f e r e n ts i d e b a n d sa r ee q u a lw h e nm ii sc a u s e d b yx p m o n l yw h e nt h ef r e q u e n c ys h i f ti sl a r g ee n o u g h ，t h e r ei st h em ig a i n a f t e r c o n s i d e r i n gt h e f i b e rl o s s t h e f r e q u e n c ys h i f tc o r r e s p o n d i n gt o t h e m a x i m a lg a i nc a u s e db ys p md e c r e a s e sa f t e rc o n s i d e r i n gt h ef i b e rl o s s ，w i t ht h e i n c r e a s eo ft r a n s m i s s i o nd i s t a n c e ，t h em ig a i np e a ki n d u c e db ys p mc l o s e su pt o 西南交通大学博士研究生学位论文第v 页 c a r r i e sf r e q u e n c i e s t h et h e o r ym o d e l sa n dt h er e s u l t si nt h i sp a p e ra r eu s e f u lf o ra n a l y s i sa n d d e s i g no fl o n gd i s t a n c ea n dh i g hc a p a c i t yi m d do rc o h e r e n td e t e c t i o nw d m s y s t e m s k e yw o r d s ：c r o s s p h a s em o d u l a t i o n ；d i s p e r s i o n m a n a g e m e n t ；s e l f - p h a s e m o d u l a t i o n ；g r o u pv e l o c i t yd i s p e r s i o n ；m o d u l a t i o ni n s t a b i l i t y 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库，可以采用影印、 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后使用本授权书； | 2 、不保密引适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“、”) 学位论文作者签名： 日期：2 一叮年9 月 口日 指导教师签名： 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声鹈：所釜交豹学德论文，楚本入在导筛指导下狐立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个入或集体已经发表或撰写韵研究成果。对本文的研究做出贡献的个入和集 体，均已在文中作了明确的说明。本人究全意识到本声明的法律结果由本人 承援。 本学位论文的主要创新点如下； 1 、以单信建i 后补偻色散管理系统为饲，对补偿巍纾长发进行了傀化。发现与 单周期最大压缩补偿相比，补偿程度邋当减小时能够在一定传输距离内有 效控利脉冲展宽程瘦，并由此给出了疆优补偿长度。( 第2 章) 2 、针对强度调制嶷接检测系统，以单段光纤线路为例，首次研究了泵浦波 s p m 俸翔下x p m 所致强度谲剃，飙理论土接等了泵漓波s p m 作焉下x p m 所致的频域强度调制攀、以及反映该过程的频域传递函数，并结合系统典 型参数对萁进行了简能。给出了当泵漓波信道中输入为任意信号对确定探 测波时域波形的理论解析方法，以及时域强度调制率的计算方法，分析了 泵浦波s p m 辩x p m 效应的影响。( 第3 章) 3 、将单段光纤中浆浦波s p m 作用下x p m 所致强度调制的小储号模型拓展 翔分布放大多段系统中，稚导了高额段泵浦波s p m 作爝下豹x p m 表达 式，同时指出，对高频段表达式进行简化即可得到低频段表达式。( 第4 肇) 4 、针对分布式色散管理系统，以减小x p m 所致强度调制为目的，讨论了补 偿方式( 前嵛僚或居补偿) 及 偿竞纤长度选择闽题。( 第4 3 2 小节) 5 、研究了色散作用下传输波形变化时x p m 在探测信号中产生的相位偏移， 辱出了任意泵浦信号下，损耗、色散及x p m 佟用下深溺信号褶移表这式。 分析了信道间隔、调制频率、g v d 及光纤长度等因索对x p m 所致相移 的影响。( 第5 章) 6 、将色数作用下x p m 所致栩移的肇段模型拓展到多段放大系统中，推导丁 多段放大系统中x p m 所致相移的表达式，对该寝达式进行简化得到了特 定线路中魏敫 乍趣下x p m 赝致搬移的表选式。( 第6 章) 7 、以减小多段放大d m 系统中x p m 产生的相移为隧的，对各种补偿方案( 欠 李 偿、完全於偿、过补偿、前补偿及后补偿) 进行了定1 垡比较，给出了系 统设计建议。( 第6 3 2 小节) 8 、在考虑光纾损耗兹提下，采用藕合模方法，研究了s p m 、x p m 综合作用 下混频过程中的m i 。推静了载频s p m 、x p m 产生的m i 增益表达式：给 如了当m i 主要由s p m 弓l 起对输入功率必须满足的条件，以及撬传输距 离而言m i 的存在范围，分析了光纤损耗对混频过程中m i 增益的影响。 ( 第7 章) 痞 穗一 ， 勺 嘴 名 胃 签 ， 者 年 洚 f 文 一 拙 沙 位 期 学 日 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 引言 第1 章绪论 在光纤通信中，光纤的群速度色散( g v d ) 使得脉冲中不同频率分量在 传输时产生不同相移，引起光信号展宽，劣化了系统性能。为了解决这个问 题，色散管理( d m ) 作为一种有效的方案被提出来，它由具有不同特征的 光纤组成，整个光纤链路平均色散较低，每段光纤的g v d 较大 4 1 。同时， 对于波分复用( w d m ) 系统，由于四波混频( f w m ) 的作用，光纤中将产 ! 【大量新频率，这些新频率要么与已有信道频率发生干涉，引起接收机检测 信号波动、要么落在信道之间增加了总噪声n 。，d m 线路中较高的本地色散 也使f w m 得到有效抑制【7 】。 另外在w d m 系统中，引起信道问串扰的一个重要因素是交叉相位调 制( x p m ) ，x p m 起源于光纤折射率对光强的依赖关系，当某一信道信号沿 光纤传输时，信号的相移不仅与自身强度有关，而且与其它信道的光信号强 度相关。对于强度调制直接检测( i m d d ) 系统，g v d 将x p m 产生的相移 转化为功率起伏，降低了接收端的信噪比【3 i ：对于相干光系统，由于信号检 测的相位敏感特性，x p m 效应对其更加不利。同时，包含x p m 在内的非线 性效应和g v d 之阳j 的相互作用产生了调制不稳定性( m i ) ，m i 通过放大掺 铒光纤放大器( e d f a ) 引入的放大自发辐射( a s e ) 或光发射机的强度噪声 而劣化系统性能。 如上所述，为了提高d m w d m 系统的传输性能，需要优化d m 构成、 抑制x p m 效应以及减小m i ，本文的工作围绕d m 、x p m 以及x p m 作用下 的m i 展丌，以x p m 效应为重点。本章首先对d m 、x p m 以及x p m 作用下 m i 的研究概况进行综合评述，之后，简要叙述本文的主要工作和研究结论。 1 2 色散管理的研究概况 光纤通信中，光脉冲的宽度由系统比特率b 决定，如果由于光纤g v d 的影响，脉冲扩展到指定的比特时隙( 乃= 1 b ) 之外，信号接收过程中就会产 q i 误码。显然，对于固定的传输距离，g v d 限制了比特率。对于采用放大器 周期性补偿光纤损耗的长距离传输系统，色散问题已经变得相当严重。 在已有的光纤传输系统中，大量铺设的是零色散区位于1 3 1 0 n m 的常规单 第2 荫西南交通大学博士研究擞学位论文 模竞纤( s m f ，g 6 5 2 光纤) ，在e d f a 工佟的1 5 5 0 r i m 密日，s m f 鬯散较大， 约为1 7 p s n m - k m ；同时，在w d m 系统中，只能在零色散区附近安排几个信 避，大零分数信遂存在一定爨豹色教；燕显，当g v d 过小辩，会发生缀焱 的f w m 效应，出于限制f w m 的目的，也要求每一倍道存在一定的g v d 值； 基于上述原因，色教篱理撵麓一秘您决方案被提出来。 目前已有的色散管理方滋有色散补偿光纤( d c f ) 法、频谱反转法、啊 嗷光栅滤波器等。频谱反转法采用在线路中间位置加一段j # 线性器传进行则 波混颗的方法。由予不同频率的光在光纤中速率不同，在符输一段距离后脉 冲将会展宽，若采用个单一频率激光器与此信号在一段光纤中进行四波混 颓，饺缮蘸柬速率溪麓信号藏分经 线性交纯嚣黄输速率交得较茯，反之蹇 然，这样就抵消了此段光纤之前由于g v d 造成的脉冲展宽。这一方法可以 实理大容量长遴褰懿惫教 髅，援纛较，l 、，蒸袋点楚设餐魄鞍复杂，霹孛嬲 混频激光器的频率单一性要求较高 9 1 0 l 。 蹶啾光栅滤波器通过在光纤或波导上刻一些不等间距的蜩嗷光栅，或者， 在一个既定的光波导黼面上进行等间距蚀刻，以控制光在其中的时筵，起刘 色教补偿、压缩光脉冲的作用。但是，直接避行碉啾刻度的难度较大，刻鹰 问距不容易掌握，直羧在光滚导曲面送行不等蔺距蚀绷的技术也滏未成熟，。 另外，采用频谱反转法和啁啾光栅滤波器进行色散管理时除了上述缺陷外， 这瑟耱方法豁不憩x - j f w m 避行有效蕊耪割。 d c f 法悬指在线路中插入色散参量相反的光纤以降低线路中总色散值， 基 予整个光纡键路的平均色敷挺当低，两每段光纤瓣g v d 足够大，鞋至予 f w m 效应可以忽略。实际上常用周期等于放大器河隔( 典型值为5 0 k m 1 0 0 k m ) 的周期色散排匆，例如，对于现有铺设的大量s m f ，出于其具有一 定的反常色敝，可以利用稆辩较短、舆有较大诋常色散的色散补偿光纤对其 进行补偿。由于这一补偿方法技术相对简单、适合长距离补偿、具有可控甑 敬； 德萋戳及对褒喜线路其蠢较强豹舞缓潜麓等饶患露褥羲更多关注l 。铡 用d c f 进行补偿的探索最初出现于1 9 8 0 年3 】，到1 9 9 0 年出现光放大器后得 裂迅速发震。 近年来对采用d c f 进行色散管联的研究从内容米看主要集中于： ( 1 ) d m 孤予对输入功率的要求 i a - 1 6 】，由于孤予系统要求g v d 和臼襁 位调制( s p m ) 之问相互匹配达到平衡，因此对于脉冲传输过程中的功率荫 更高的要求。 ( 2 ) d m 孤子傣输过程中穗互磁篷对赫浠传输链链的影响，脉冲的磁攘 疆南交滋大学鞲士磷究生学位论文第3 掰 穆搜群遮度、默坤频落均发生菠交l ，显碰攮强度与d m 弧予戆裁爨意羹强豳 予相关1 。 ( 3 ) d m 畚统中光脉冲的对闻抖动，秘率( 幅度) 抖动m m ，楣位抖 动1 2 2 一 ，各种因素引起的时间、功率( 幅度) 和相位豹抖动对于高粥率强发 涧制直接检测系统或相干光系统的接收端信号检测都有着重臻影响。 ( 4 ) d m 系统率德敬图强菠戳：目、蒋输链路孛竞纤色散酌安群 2 6 , 2 7 1 以及补 偿方式的选择( 前补偿或后补偿) j 对系统性能的影响，此处色散图强度寇 义隽 s ；阪l l l 一屈2 如i f 2 ( 1 - 1 ) 茭中，愿；、霆，分别秀长度戈毛、岛瑟段光终懿色数系数，f 荛熬冷学援大 值全宽( f w h m ) 。 从研究方法柬看除实验和数值仿爽外，璩论解析法主要趣含以下几类： ( 1 ) 交分法，考虑到d m 孤子接近高新型，通常以高斯型作为试验函 数，利用变分法，得到对应孤予参数( 振幅、宽度、啁啾和帽位) 的四个微 分方程，利弼d m 线路中赫冲蠲期毪静逮界条件对箕避行求勰泌”】。 ( 2 ) h e r m i t e g a u s s i a n 函数展开法，用h e r m i t e g a u s s i a n 函数对d m 孤 予龟终遴 亍曩羹：，跨d m 疆孑器终无穷多次袋歼丞数( 谐波) 翡缝台，萁鬣 低阶谐波对应啁啾高斯脉冲，展开后的h e r m i t e o a u s s i a n 函数为线- 陵问题的 释1 1 ：3 ” ( 3 ) 对一个在频域中利用微扰理论导出的积分方程进行求解，遮种方法 考虑了光纤损糕与放大因素，可以确定d m 孤予的无啁啾点媲置，进而确定 初始脉冲的预嘲嗷量1 5 a , 3 5 l 。 。3 交叉相位调制的研究撅况 当两个不同波长的脉冲在光纤内同时传输时，某一波长对应的折射率不 投_ 摹 1 滚光波本赛功率鸯关，氇受娟邻臻邋光波功率懿影响，季厅瓣率懿菲线瞧 将一个信道的功率波动转化为另一个信道中信号的相位波动，称为交叉相位 调制( x p m ) 。x p m 只蠢当霹域中殛个脓冲糖互重合辩方会发生，一般壤撼 下，不问信道的脉冲不仅具有不同的g v d 系数，而胆由于群速度不同，它 们将以不同的速度传输。脉冲之间的这嵇走离效应将限制x p m 的强度，魇 以在x p m 过程中群速发失配怒着重要的作用。当信邋间距鞍密时，x p m 效 应对于w d m 光纤传输系统非常重要，因为每个光信道的相位都同时受所有 傣遂功率，院褥形式的影确。 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 辩予x p m 酌磷究可鞋遥溺笺上氆纪焱卡年代，当嚣季入稻燕衰予研究稽 于光通信系统。由于在相干光通信系统中进行相干检测时对信号相位要求严 疆，酝舞不零整窭瑗戆穗位撬动都会慰系统毪能造成匿大影穗，入髓开始貔 x p m 对相干光纤通信系统的影响谶行研究s 1 ，例如，在1 9 8 4 年，a r c h r a p l y v y 遥避将两柬连续波注入到1 5 k m 长的光纤中来测蹩x p m 弓| 起的槿 移p l 。相反，对于i m d d 的光纤通信系统，由于光的相位并不携带信息，人 们认为x p m 不会影响这种系统，因此很少宥人进行这方耐的研究。直到二 一髓纪九十年代裙s ，y a m a m o t o 和j w a n g 稚继褥到了色散介质中光信号稻 位调制到强度调制之间的转换关系州”，人们开始意识到在色散系统中，x p m ；l 起瓣褶位交纯会导数竞信号幅度靛交往，放嚣彩稳i m d d 毙绎遴信系统豹 传输性能，在此之后，人们对于i m d d 系统中的x p m 也展丌了大量研究。 1 。3 强度调制盎接裣瓣w d m 系统巾x p m 的磷究 在强度调制直接检测w d m 系统中，对予任一傣遂，檩邻谊道躲功率波 动通谶x p m 对本信道的相彼产生调制，光纤的色敝将这一相位调制转化为 输出端的强度调制，从而降低接收端的信噪比，劣他系统性能。近年来，为 了迸一步提离w d m 系统的佟输容量，信遥闯隔的安排更加密集，信道闯的 x p m 对系统性能的限制作用也愈加明显。由于目前实际使用的光纤传输系统 大多采蠲i m * d d 方式，因魏与辐予毙系统籀毙，蒸子i m d d 系统豹x p m 得到了更多的研究，麒主要内容包括： ( 1 ) x p m 导致鹣功率筠( p o w e rp e n a l t y ) 弦“ ，功率羁是掺在必发慰掇 中，为补偿总脉冲失舆所需的接收机输入光功率在激坏情况下的增加量，在 光脉淞传输过程中x p m 引越的振蟠和时燃抖动的联合l 乍题使接收端的信噪 沈恶化，导致了功率褥。文献【4 l 】中的实验和仿真都表明，x p m 和s p m 弓l 起的频谱展宽在接收端所致的串扰是产生功率罚的主要原因。 ( 2 ) d m 瘸赣中不同线路梅藏( 先拜搭配) 对x p m 静彩噙潜m l ，铡帮， 当以x p m 引起的功率罚作为评价指标时，文献 4 3 1 中的实验表明，与非零 色毅爱移光纾( n z d s f ) 或照教蕴移毙纾( d s f ) 擎狻穆或豹传赣线爨援泌， 采用俄敝补偿光纤( d c f ) 对s m f 谶行补偿构成的d m 线路使得x p m 产生 的功率爨褥到赠显减一、。 ( 3 ) 光纤色散、信道间距、传输距离等时x p m 的影响m “，j ，文献 4 5 1 的研究表明，当常色散传输链路中的包数与d m 线路中平均色教楣阅时，d m 系统燹高的本地色散使得光僚号具有更强的走离效威，进丽减小了系统率的 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 x p m 效应。 在对采用i m d d 方式的d m 光纤传输系统的x p m 抑制问题上，产生了 儿种比较有代表性的方法： 第一，通过预啁啾和色散管理相结合抑制x p m 效应。研究表明，同时 优化输入信号预啁啾和d m 线路本地色散( 例如，在输入端加红移( 负) 预 啁啾，同时传输线路采用正色散光纤) 可以有效提高线路允许的最大输入功 率1 4 s l 。 第二，控制相邻信道传输相对时间延迟以压缩x p m 效应。在文献 4 9 中对多段d m 系统通过对某一信道中的信号作一定时延，使之在下一段 的位置与本段位置不一致，导致各段产生的x p m 不能相互加强，进而减小 了多段d m 系统中的x p m 效应。 第三，当输入为归零( r z ) 信号时，优化输入信号占空比可以抑制x p m 效应哪一i 。文献 5 0 的研究表明，优化r z 信号的占空比可以压缩x p m 效应， 减小x p m 产生的时间抖动，获得更高的频谱利用效率：宽脉冲( 占空比大) 山于具有较小的脉冲峰值功率，建议在密集型w d m 系统中采用。 1 3 2 相干光系统中x p m 的研究概况 对于相干光w d m 系统，由于信号检测的相位敏感特性，x p m 效应对其 更加不利。在幅移键控( a s k ) 的情况下，即使信道功率低到l m w ，快速功 率变化导致的大相位起伏也将降低系统性能。当系统调制方式使用频移键控 ( f s k ) 或相移键控( p s k ) 时，x p m 的影响相对要小些，因为信道功率在 时削一l 是常数。事实上，如果信道功率的确是常数的话，x p m 是无害的，因 为常数相移不影响系统性能。实际上，由于发射机的强度噪声或光放大器引 入的放大自发辐射( a s e ) ，信道功率是起伏的。x p m 把强度起伏转化为相 位起伏，从而降低了相干接收机的性能。例如，文献 5 2 ，5 3 对p s k 零差系 统巾相位调制器的幅度噪声通过x p m 产生的相位调制进行了研究，结果表 叫，当光纤输入功率为6 d b m ，相邻信道剩余幅度波动2 8 ，经过1 0 0 k m 的 色散位移光纤后已经观察到了功率罚；零差p s k 系统中相位调制器产生的剩 余幅度波动严重限制了输入端信号功率。另外， 5 4 ，5 5 中对光放大器自发辐 射产生的幅度波动通过非线性( s p m 、x p m ) 产生的相位噪声进行了研究， 表明本信道的a s e 噪声通过s p m 产生了相位噪声，同时相邻信道的a s e 通 过x p m 也对该信道产生了相位扰动。 在相干光系统中x p m 的抑制问题上，j l e i b r i c h 推荐了一种新的调制格 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 式一一无啁啾归零微分相移键控( c f r z d p s k ) ，从理论和仿真两方面比较 了c r r z d p s k 和归零幅移键控( r z 、a s k ) 、非归零微分相移键控 ( n r z d p s k ) 以及非归零幅移键控( n r z a s k ) 系统性能，计算表明。对 于3 0 0 0 k m 的传输线路，c r r z d p s k 系统中x p m 引起的功率罚低于l d b ， r z a s k 系统产生的功率罚约为3 d b t 5 “。 1 3 3x p m 效应理论模型 l 毖州搿：描 磁小圳 其中，峨，( j c o ) 、蝇。，( j c o ) 分别为输入端、输出端信号强度调制，谚。( j c o ) 、 以。，( 珊) 分别为输入端、输出端信号相位，( s ) 为光信号平均功率，f = 气等， 西南交遴夫学溥士研究黧学位论文第7 磷 计舅x p m 弓l 起豹糖位溪剿在竣窭溃弓l 越的强度调到有蕊势方法，都在 频域中进行，第一，根据转换瓶阵( 1 - 2 ) 进行，第二，采用【3 7 的方法进行， 假是该方法需要诗算第一类贝赛尔函数，较第一秘方法复杂。 国内对x p m 的研究进行的相对较少，检索到的有代表性的有：朱栩针 对i m d d 系统，首先通过 5 7 ，5 8 中的方法计算出相像调制率，之后使用 3 7 1 巾瀚方法计算国输密鞴豹强度调翻，簌魏基磷上采蔫【6 2 】中计算接收枫灵敏 度的方法得到了x p m 引起的功率罚，以功率罚为指标分析了x p m 对系统的 彩襄融“；王晶聚导了x p m 导致戆稠嗷表达式娜】：贯终，赵粮等对o o k 稳 1 ：复用系统中x p m 导致的信嗓比劣化进行了研究娜1 。 ，4 交叉相位调制产生的调制不稳定性研究 光脉冲在光终传输中存在麓j e 线性和色教效应，当j 线燃和色散效应棚 甄平衡，就可以形成光孤子；同时，由于二者之间的褶互作用必然导致对稳 态的调制，叫凋制不稳定性( m i ) 。它们之间的联系出a k m h e d i e v 等人在对 嚣线往簿定浮方程一酚解静研究中发魂扣z 嘶。遴常，国予茏放大器弓i 入兹敞 大自发辆射( a s e ) 以及发射机的强度噪声，调制不稳定性会显著降低系统 缝能m l 。铡疑，a s e 擦宽豢礤声叠嬲囊鼓夫鹩番号上，这魏噪声为谖裁不 稳定性边带的产生提供能量，并通过两种方式影响系统性能：第一，a s e 通 过接空绥号功率降低系绞痿噪比；第二，展爨信号频漤，出予g v d 孳|