光通信系统的建模-oweroinresen

光纤通信系统的建模杨川川2009.9.22主要内容IM/DD光纤通信系统的低通等效模型PMD效应的仿真建模PMD效应的光域均衡IM/DD光纤通信系统的结构导致ISI的线性效应色度色散偏振模色散自发辐射噪声色度色散——静态效应1慢变振幅满足非线性薛定谔方程(NLSE)

变换参考坐标系色度色散——静态效应2频域解：色度色散导致脉冲展宽示意图。偏振模色散——随机效应1光纤中的双折射效应：在光纤中存在两个正交的主偏振模式光纤制造过程中引入的缺陷；外界的压力、温度、湿度等因素的变化两个偏振正交的模式将具有不同的传输常数在光纤的输出端，当两个正交模式的能量合在一起时，脉冲就将发生畸变展宽。只考虑一阶偏振模色散效应时偏振模色散——随机效应2传输函数服从麦克斯韦(Maxwellian)分布自发辐射噪声——主要的噪声来源来源：放大器介质中电子空穴对的自发复合自发辐射噪声可以使用分布在放大器介质中无数短脉冲构成的随机脉冲串来模拟自发辐射噪声的功率谱密度为当光放大器的增益足够大时，接收机中的热噪声可以忽略

IM/DD光纤通信系统低通等效系统模型——发射机考虑：色度色散，偏振模色散，ASE噪声IM/DD光纤通信系系统低通等效系系统模型——信道考虑：色度度色散，偏偏振模色散散，ASE噪声自发辐射噪噪声建模为为：两个正正交传输信信道上的加加性高斯白白噪声低通等效系系统模型——接收机考虑：色度度色散，偏偏振模色散散，ASE噪声光电检测器器的低通等等效：平方方律检波器器判决or输入电信号号处理器主要内容IM/DD光纤通信系系统的低通通等效模型型PMD效应的仿真真建模PMD效应的光域域均衡偏振模色散散向量1主偏振态在光纤信道道的信号输输入端，总总可以找到到两个正交交的偏振态态，在仅考考虑一阶偏偏振模色散散效应的条条件下，沿沿该偏振态态传输的光光脉冲，输输出的信号号波形不会会发生畸变变。慢群速主偏偏振态快群速主偏偏振态基于右旋斯斯托克斯空空间Jones向量和Stokes向量Jones空间Stokes空间偏振模色散散向量2光纤信道的的输入与输输出偏振态态在斯托克斯斯(Stokes)空间中：R：米勒(Müller)旋转矩阵偏振模色散散向量差分群时延延展开成泰泰勒级数数：一阶PMD二阶PMD……高阶偏振模模色散效应应高阶偏振模模色散效应应中占主导导地位的是是二阶偏振振模色散效效应：差分群时延延随频率的的变化，导导致偏振相相关的色度度色散(PCD)，表现为偏偏振相关的的脉冲展宽宽或压缩。。描述的是主主偏振态随随频率的变变化偏振模色散散向量的统统计特性0偏振模色散散效应模型型1一阶偏振模模色散模型型的琼斯矩矩阵：偏振模色散散效应模型型2简化的二阶阶偏振模色色散模型：：Bruyère二阶偏振模模色散模型型偏振模色散散效应模型型3EMTY二阶偏振模模色散模型型PlanarSweep二阶偏振模模色散模型型全阶偏振模模色散模型型1全阶偏振模模色散模型型原理图偏振模色散散在理论上上可以等效效为许多双双折射光纤纤段和偏振振控制器(PC)的级联。所用的双折折射光纤段段数和偏振振控制器个个数越多则则越能接近近于信道中中的随机偏偏振模色散散效应。基于这个原原理，可以以采用数值值方法建立立起全阶偏偏振模色散散模型，每每一级联段段中包含一一段双折射射光纤和一一个偏振控控制器，偏偏振控制器器使经过双双折射单元元的偏振态态发生随机机的旋转。。全阶偏振模模色散模型型2全阶偏振模模色散模型型原理图全阶偏振模模色散模型型的偏振模模色散向量量：二阶偏振模色散参数：单位阵是第段级联段的的偏振模色散散向量，是第一段开开始到第段级联起来来的偏振模色散散向量全阶偏振模模色散模型型3全阶偏振模模色散模型型原理图实现全阶模模型的琼斯斯矩阵：:级联的段数数；:第n段双折射光光纤的琼斯斯矩阵，该该段光纤的的长度是:旋转矩阵，，表示段与与段之间双双折射轴的的随机耦合合:光纤的偏振振模色散因因子均匀分布布的随机机变量。。均匀分布布的随机机变量。。常数/随机可变变均值为标准差为0-0.3的高斯分分布全阶偏振振模色散散模型4(c)(a)(b)(a),(b)以及(c)的概率密密度函数数。实线线是表中中现有的的理论结结果，圆圆圈是数数值仿真真的结果果。主要内容容IM/DD光纤通信信系统的的低通等等效模型型PMD效应的仿仿真建模模PMD效应的光光域均衡衡PMD效效应光域域均衡技技术的优优势光均衡技技术的优优势不会影响响整个光光纤通信信系统的的结构。。避免了光光检测器器导致的的额外信信息损失失，有较较好的性性能。不受系统统传输速速率的限限制。电均衡技技术的优优势可靠性、、可控制制性较高高。相关器件件的可集集成度较较高。较低的实实现成本本。一阶偏振振模色散散效应均均衡——基于主偏偏振态传传输该均衡器器只能补补偿一阶阶偏振模模色散效效应在发射机机和接收收机都需需要相应应的硬件件支持响应速度度受到反反馈信号号延迟时时间的限限制一阶偏振振模色散散效应均均衡——基于抵消消偏振模模色散向向量一阶偏振振模色散散效应均均衡——基于固定定差分群群时延(a)调整偏振振控制器器使得光光纤信道道和均衡衡器级联联起来的的系统的的输入主主偏振态态和信号号输入光光纤的偏偏振态方方向一致致(b)调整偏振振控制器器使光纤纤信道和和均衡器器级联起起来的总总的偏振振模色散散导致的的系统性性能损害害最小一阶偏振振模色散散效应均均衡——小结基于主偏偏振态传传输的均均衡器，，由于作作用于发发射端，，响应速速度受反反馈信号号传输时时间的影影响很大大，该均均衡器的的响应时时间大于于后面两两种作用用于接收收端的均均衡器。。基于抵消消偏振模模色散向向量和基基于固定定差分群群时延的的均衡器器不是完完全针对对一阶偏偏振模色色散的，，可以在在一定程程度上补补偿高阶阶偏振模模色散。。控制算算法可使使用优化化算法，，找到使使系统性性能最好好的偏振振控制器器和双折折射单元元参数，，在不一一定完全全均衡一一阶偏振振模色散散效应的的前提下下，兼顾顾均衡高高阶偏振振模色散散。高阶偏振振模色散散效应均均衡1N级均衡单单元组成成，每级级均衡单单元包括括可调的的偏振控控制器和和一个双双折射单单元，双双折射单单元的差差分群时时延可为为固定值值或可变变值。偏振控制制器参数数和各双双折射单单元的差差分群时时延值由由控制器器给出的的控制信信号设定定。控制器依依据由接接收端发发出的反反馈信号号得到整整个系统统的偏振振模色散散状态，，经过最最优化算算法计算算，调整整可变偏偏振控制制器和双双折射单单元的参参数，使使整个系系统由偏偏振模色色散引起起的性能能