光通信系統(tǒng)的建模-oweroinresen

光纖通信系統(tǒng)的建模楊川川2009.9.22主要內(nèi)容IM/DD光纖通信系統(tǒng)的低通等效模型PMD效應(yīng)的仿真建模PMD效應(yīng)的光域均衡IM/DD光纖通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致ISI的線性效應(yīng)色度色散偏振模色散自發(fā)輻射噪聲色度色散——靜態(tài)效應(yīng)1慢變振幅滿足非線性薛定諤方程(NLSE)

變換參考坐標系色度色散——靜態(tài)效應(yīng)2頻域解：色度色散導(dǎo)致脈沖展寬示意圖。偏振模色散——隨機效應(yīng)1光纖中的雙折射效應(yīng)：在光纖中存在兩個正交的主偏振模式光纖制造過程中引入的缺陷；外界的壓力、溫度、濕度等因素的變化兩個偏振正交的模式將具有不同的傳輸常數(shù)在光纖的輸出端，當兩個正交模式的能量合在一起時，脈沖就將發(fā)生畸變展寬。只考慮一階偏振模色散效應(yīng)時偏振模色散——隨機效應(yīng)2傳輸函數(shù)服從麥克斯韋(Maxwellian)分布自發(fā)輻射噪聲——主要的噪聲來源來源：放大器介質(zhì)中電子空穴對的自發(fā)復(fù)合自發(fā)輻射噪聲可以使用分布在放大器介質(zhì)中無數(shù)短脈沖構(gòu)成的隨機脈沖串來模擬自發(fā)輻射噪聲的功率譜密度為當光放大器的增益足夠大時，接收機中的熱噪聲可以忽略

IM/DD光纖通信系統(tǒng)低通等效系統(tǒng)模型——發(fā)射機考慮：色度色散，偏振模色散，ASE噪聲IM/DD光纖通信系系統(tǒng)低通等效系系統(tǒng)模型——信道考慮：色度度色散，偏偏振模色散散，ASE噪聲自發(fā)輻射噪噪聲建模為為：兩個正正交傳輸信信道上的加加性高斯白白噪聲低通等效系系統(tǒng)模型——接收機考慮：色度度色散，偏偏振模色散散，ASE噪聲光電檢測器器的低通等等效：平方方律檢波器器判決or輸入電信號號處理器主要內(nèi)容IM/DD光纖通信系系統(tǒng)的低通通等效模型型PMD效應(yīng)的仿真真建模PMD效應(yīng)的光域域均衡偏振模色散散向量1主偏振態(tài)在光纖信道道的信號輸輸入端，總總可以找到到兩個正交交的偏振態(tài)態(tài)，在僅考考慮一階偏偏振模色散散效應(yīng)的條條件下，沿沿該偏振態(tài)態(tài)傳輸?shù)墓夤饷}沖，輸輸出的信號號波形不會會發(fā)生畸變變。慢群速主偏偏振態(tài)快群速主偏偏振態(tài)基于右旋斯斯托克斯空空間Jones向量和Stokes向量Jones空間Stokes空間偏振模色散散向量2光纖信道的的輸入與輸輸出偏振態(tài)態(tài)在斯托克斯斯(Stokes)空間中：R：米勒(Müller)旋轉(zhuǎn)矩陣偏振模色散散向量差分群時延延展開成泰泰勒級數(shù)數(shù)：一階PMD二階PMD……高階偏振模模色散效應(yīng)應(yīng)高階偏振模模色散效應(yīng)應(yīng)中占主導(dǎo)導(dǎo)地位的是是二階偏振振模色散效效應(yīng)：差分群時延延隨頻率的的變化，導(dǎo)導(dǎo)致偏振相相關(guān)的色度度色散(PCD)，表現(xiàn)為偏偏振相關(guān)的的脈沖展寬寬或壓縮。。描述的是主主偏振態(tài)隨隨頻率的變變化偏振模色散散向量的統(tǒng)統(tǒng)計特性0偏振模色散散效應(yīng)模型型1一階偏振模模色散模型型的瓊斯矩矩陣：偏振模色散散效應(yīng)模型型2簡化的二階階偏振模色色散模型：：Bruyère二階偏振模模色散模型型偏振模色散散效應(yīng)模型型3EMTY二階偏振模模色散模型型PlanarSweep二階偏振模模色散模型型全階偏振模模色散模型型1全階偏振模模色散模型型原理圖偏振模色散散在理論上上可以等效效為許多雙雙折射光纖纖段和偏振振控制器(PC)的級聯(lián)。所用的雙折折射光纖段段數(shù)和偏振振控制器個個數(shù)越多則則越能接近近于信道中中的隨機偏偏振模色散散效應(yīng)。基于這個原原理，可以以采用數(shù)值值方法建立立起全階偏偏振模色散散模型，每每一級聯(lián)段段中包含一一段雙折射射光纖和一一個偏振控控制器，偏偏振控制器器使經(jīng)過雙雙折射單元元的偏振態(tài)態(tài)發(fā)生隨機機的旋轉(zhuǎn)。。全階偏振模模色散模型型2全階偏振模模色散模型型原理圖全階偏振模模色散模型型的偏振模模色散向量量：二階偏振模色散參數(shù)：單位陣是第段級聯(lián)段的的偏振模色散散向量，是第一段開開始到第段級聯(lián)起來來的偏振模色散散向量全階偏振模模色散模型型3全階偏振模模色散模型型原理圖實現(xiàn)全階模模型的瓊斯斯矩陣：:級聯(lián)的段數(shù)數(shù)；:第n段雙折射光光纖的瓊斯斯矩陣，該該段光纖的的長度是:旋轉(zhuǎn)矩陣，，表示段與與段之間雙雙折射軸的的隨機耦合合:光纖的偏振振模色散因因子均勻分布布的隨機機變量。。均勻分布布的隨機機變量。。常數(shù)/隨機可變變均值為標準差為0-0.3的高斯分分布全階偏振振模色散散模型4(c)(a)(b)(a),(b)以及(c)的概率密密度函數(shù)數(shù)。實線線是表中中現(xiàn)有的的理論結(jié)結(jié)果，圓圓圈是數(shù)數(shù)值仿真真的結(jié)果果。主要內(nèi)容容IM/DD光纖通信信系統(tǒng)的的低通等等效模型型PMD效應(yīng)的仿仿真建模模PMD效應(yīng)的光光域均衡衡PMD效效應(yīng)光域域均衡技技術(shù)的優(yōu)優(yōu)勢光均衡技技術(shù)的優(yōu)優(yōu)勢不會影響響整個光光纖通信信系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)。。避免了光光檢測器器導(dǎo)致的的額外信信息損失失，有較較好的性性能。不受系統(tǒng)統(tǒng)傳輸速速率的限限制。電均衡技技術(shù)的優(yōu)優(yōu)勢可靠性、、可控制制性較高高。相關(guān)器件件的可集集成度較較高。較低的實實現(xiàn)成本本。一階偏振振模色散散效應(yīng)均均衡——基于主偏偏振態(tài)傳傳輸該均衡器器只能補補償一階階偏振模模色散效效應(yīng)在發(fā)射機機和接收收機都需需要相應(yīng)應(yīng)的硬件件支持響應(yīng)速度度受到反反饋信號號延遲時時間的限限制一階偏振振模色散散效應(yīng)均均衡——基于抵消消偏振模模色散向向量一階偏振振模色散散效應(yīng)均均衡——基于固定定差分群群時延(a)調(diào)整偏振振控制器器使得光光纖信道道和均衡衡器級聯(lián)聯(lián)起來的的系統(tǒng)的的輸入主主偏振態(tài)態(tài)和信號號輸入光光纖的偏偏振態(tài)方方向一致致(b)調(diào)整偏振振控制器器使光纖纖信道和和均衡器器級聯(lián)起起來的總總的偏振振模色散散導(dǎo)致的的系統(tǒng)性性能損害害最小一階偏振振模色散散效應(yīng)均均衡——小結(jié)基于主偏偏振態(tài)傳傳輸?shù)木馄?，，由于作作用于發(fā)發(fā)射端，，響應(yīng)速速度受反反饋信號號傳輸時時間的影影響很大大，該均均衡器的的響應(yīng)時時間大于于后面兩兩種作用用于接收收端的均均衡器。?；诘窒衲ＤＩ⑾蛳蛄亢突诠潭ǘú罘秩喝簳r延的的均衡器器不是完完全針對對一階偏偏振模色色散的，，可以在在一定程程度上補補償高階階偏振模模色散。?？刂扑闼惴墒故褂脙?yōu)化化算法，，找到使使系統(tǒng)性性能最好好的偏振振控制器器和雙折折射單元元參數(shù)，，在不一一定完全全均衡一一階偏振振模色散散效應(yīng)的的前提下下，兼顧顧均衡高高階偏振振模色散散。高階偏振振模色散散效應(yīng)均均衡1N級均衡單單元組成成，每級級均衡單單元包括括可調(diào)的的偏振控控制器和和一個雙雙折射單單元，雙雙折射單單元的差差分群時時延可為為固定值值或可變變值。偏振控制制器參數(shù)數(shù)和各雙雙折射單單元的差差分群時時延值由由控制器器給出的的控制信信號設(shè)定定?？刂破饕酪罁?jù)由接接收端發(fā)發(fā)出的反反饋信號號得到整整個系統(tǒng)統(tǒng)的偏振振模色散散狀態(tài)，，經(jīng)過最最優(yōu)化算算法計算算，調(diào)整整可變偏偏振控制制器和雙雙折射單單元的參參數(shù)，使使整個系系統(tǒng)由偏偏振模色色散引起起的性能能