（通信与信息系统专业论文）dwdm系统中四波混频效应的计算机仿真与研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 主j 旌 日期： 2 垒理 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或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；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：查l 垒导师签名： 山东大学硕士学位论文 缩写 a o n b b m b e r c f g d c f d d d f b d m d m d d m s d s f d w d m e d f a f d m f t t h f w m g 6 5 2 g 6 5 3 g 6 5 5 g v d i m i s i l d l s s d n d f n l s e 全光网络( a 1 1 一o p t i c a ln e t w o r k ) 黑盒子模型( b l a c k b o x m o d e l ) ， 误码率( b i te r r o rr a t e ) 啁嗽光纤光栅( c h i r p e d f i b e rg r a t i n g ) 色散补偿光纤( d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n f i b e r ) 直接检测( d i r e c td e t e c t i o n ) 分布反馈( d i s t r i b u t e df e e d b a c k ) 色散管理( d i s p e r s i o nm a n a g e m e n t ) 高阶模色散管理器( d i s p e r s i o nm a n a g e m e n td e v i c e ) 色散管理孤子( d i s p e r s i o n m a n a g e ds o l i t o n ) 色散位移光纤( d i s p e r s i o n s h i f t e df i b e r ) 密集波分复用( d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x e d ) 掺铒光纤放大器( e n i u md o p e df i b e ra m p l i f i e r ) 频分复用( f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 光纤到户( f i b e rt ot h eh o u s e ) 四波混频( f o u rw a v em i x i n g ) 标准单模光纤 色散位移光纤 非零色散位移光纤 群速度色散值( g r o u pv e l o c i t yd i s p e r s i o n ) 幅度调制( i n t e n s i t ym o d u l a t i o n ) 码间干扰( i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e ) 激光器( l a s e rd i o d e ) 对数步长分布方 法( l o g a r i t h m i cs t e p s i z ed i s t r i b u t i o n l 负色散光纤( n e g a t i v ed i s p e r s i o nf i b e r ) 非线性薛定谔方程( n o n l i n e a rs c h e o d i n g e re q u a t i o n ) 第3 页 山东大学硕士学位论文 n r z 非归零码( n o n r e t u r n - t o z e r o ) n z d s f o a d m o s n r o x c p c a d p d f p d h p m d r i n r z s b s s d h s d m s i s m f s o n e t s p m s r s s s f m t d m u s s d w d m x p m 非零色散位移光纤( n o n 。z e r od i s p e r s i o ns h i f t e d f i b e r ) 光分插复用( o 州c a la d d d r o pm u l t i p l e x ) 光信噪比( o p t i c a ls i g n a l t o - n o i s e r a t i o ) 光交叉连接器( o p t i c a lc r o s sc o n n e c t o r ) 光通信计算机仿真( p h o t o n i c sc o m p m e r a i d e d d e s i g n ) 正色散光纤( p o s i t i v ed i s p e r s i o nf i b e r ) 准同步数字体系( p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 偏振模色散( p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ) 相对强度噪声( r e l a t i v ei n t e n s i t y n o i s e ) 归零码( r e t u r n t o z e r o ) 受激布里渊散射( s t i m u l a t e db r i l l i o u ns c a t t e r i n g ) 同步数字序歹u ( s y n e h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 0 空分复用( s p a c e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 边带不稳定性( s i d e b a n di n s t a b i l i t y ) 单模光纤( s i n g l em o d e f i b e r ) 同步光网络( s y n c h r o n o u so r ) t i c a ln e t w o r k ) 自相位调制( s e l f - p h a s em o d u l a t i o n ) 受激拉曼散射( s t i m u l a t e dr a m a n s c a t t e r i n g ) 分步傅立叶方法( s p l i t s t e pf o u r i e rm e t h o d ) 时分复用( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 固定步长分布方法( u n i f o r ms t e p s i z ed i s t r i b u t i o n l 波分复用( w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 交叉相位调制( c r o s s p h a s em o d u l a t i o n ) 第4 页 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着密集波分复用( d w d m ) 技术在光纤通信系统中的广泛应用，光纤通信系 统的计算机仿真也越来越受到人们的重视。利用现代计算机进行光纤通信系统的 仿真，通过搭建计算机仿真平台验证设计方案的可行性及对系统性能进行评估， 避免了直接昂贵的器件和设备投资。同时系统的仿真对器件选型、系统结构优化 及整体系统的可行性研究都具有重大意义。 实现长距离、高速、宽带的光信号传输是目前光纤通信技术的目的所在，在 d w d m 系统的光纤传输系统模型中，光信号传输中的光纤色散和四波混频( f w m ) 等非线性效应所引起的信号波形失真及信道间窜扰，大大限制了系统的传输容量， 降低了系统的传输性能。本论文主要研究了f w m 非线性效应对d w d m 系统传输 性能的影响，讨论了在光纤传输线路的计算机数值仿真中，步长分布方法对f w m 功率估计的稳定性和所需计算时间的影响，提出了快速、准确估计f w m 效应对系 统性能影响的修正固定步长分布( u s s d ) 方法，以及为减小f w m 效应影响丽采 取的高阶色散管理方案等技术。具体如下： 对光纤传输的仿真通常采用非线性薛定谔方程( n l s e ) 来描述，分步傅立叶 方法( s s m ) 是常用的求解方法之一。而由此产生的伪边带不稳定性( s i ) 和f w m 串音。对仿真结果的可靠性有很大影响。因此需要寻找一种有效方法来控制人为 因素产生的影响，实现理想的仿真效果。u s s d 方法引起的f w m 功率谐振效应， 将过高估计四波混频功率并大大增加计算时间，因此需要寻求新的步长分布方法 来实现理想的仿真效果，节省计算时间。 本文由f w m 效率通式出发，推导出使用s s m 时的u s s d 方法和对数步长分 布( l s s d ) 方法的f w m 效率公式，并对u s s d 方法进行了修正。从仿真结果的可 靠性和所需计算时间上来看，修正的u s s d 方法和l s s d 方法均能解决u s s d 方 法的不稳定性，前者更接近于理论值，对于保证仿真结果的稳定性和可靠性效果 较后者更好；在所需计算时间上，l s s d 方法最短，修正的u s s d 方法次之，u s s d 方法最长。在对窜扰要求不高的情况下，综合稳定性和计算时间两方面，可以优 先考虑修正的u s s d 方法。实际仿真中，可以根据具体情况选择合适的步长分布 方法实现理想的f w m 功率估计。 第5 页 山东大学硕士学位论文 对于高速率的d w d m 系统，光纤的色散和非线性是影响系统性能的两个主要 因素。光纤的色散和自相位调制( s p m ) 会导致脉冲展宽。造成信号波形的失真： f w m 和交叉相位调制( x p m ) 等非线性效应，将引起信道间窜扰。然而，减d , - 阶色散，即群速度色散( g v d ) ，可以减小色散带来的波形失真；相应的增加g v d 值，可以减小f w m 带来的信道间窜扰。一个综合考虑色散和非线性效应的色散管 理技术，可以均衡解决二者之间的矛盾。 为减小系统中的f w m 窜扰和信号波形失真，本文分析了传输线路局部参数对 系统性能的影响。提出了适用于不同d w d m 系统的高阶色散管理方法，用以增加 系统传输容量，提高系统传输性能。 关键词：光纤通信技术：波分复用；四波混频；功率估计；高阶色散管理 第6 页 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e w i d e l y u s eo f d e n s e w a v e l e n g t h d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( d w d m ) t e c h n o l o g y i n o p t i c a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h ep h o t o n i c sc o m p u t e ra i d e dd e s i g n b e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t w ec a l lv a l i d a t et h ef e a s i b l i l i t yo ft h ep r o j e c ta n d e v a l u a t et h es y s t e m s p e r f o r m a n c eo nt h ec o m p u t e rs i m u l a t i o np l a t f o r m ，w h i c ha d v o i d e t h ed i r e c t l yi n v e s t m e n to nt h ec o s i l yd e v i c e s a tt h es a m et i m e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tf o r t h es e l e c t i o no f d e v i c e ，t h eo p t i m i z a t i o no f t h es y s t e m s c o n f i g u r a t i o na n dt h er e s e a r c h o f f e a s i b i l i t yo f t h e e n t i r es y s t e m t h er e a l i z a t i o no ft h e l o n g h a u l ，h i g h - s p e e d a n dw i d e b a n d w i d t h o p t i c a l t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h er e s e a r c hk e y s t o n e i n t e r c h a n n e li n t e r a c t i o n s i n d u c e db yn o n l i n e a re f f e c t s ，s u c ha sf w m ，a n d s i g n a lw a v e f o r m d i s t o r t i o ni n d u c e d b y d i s p e r s i o ni nd w d m t r a n s m i s s i o ns y s t e m sl i m i tt h es y s t e m s t r a n s m i s s i o n c a p a c i t ya n d r e d u c et h es y s t e m s p e r f o r m a n c e i no r d e rt or e a l i z et h e h i g h s p e e d ，l o n g h a u la n d h i 酶一c a p a c i t yo p t i c a lt r a n s m i s s i o n ，t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u so nt h ei n f l u e n c eo ff w m e f f e c t si nd w d m t r a n s m i s s i o ns y s t e m s ，w h i c hi n c l u d e st h em o d i f i e du s s d ( u n i f o r m s t e p - s i z ed i s t r i b u t i o n ) m e t h o du s e d f o r r e a l i z i n g t h er e l i a b l ea n df a s tn u m e r i c a l s i m u l a t i o nf o ro p t i c a l s i g n a l st r a n s m i s s i o ni nd w d m t r a n s m i s s i o nl i n ew i t hf w m e f f e c t sa n dh i g h e r - o r d e rd i s p e r s i o nm a n a g e m e n ts c h e m eu s e df o rr e d u c i n gt h ef w m i n t e r c h m m e li n t e r a c t i o nt oi m p r o v et h e s y s t e m s p e r f o r m a n c e t h ed i s s e r t a t i o ni sm a i n l y d e s c t i b e da sf o l l o w s ： f i b e r p r o p a g a t i o n i s c o m m o n l yd e s c r i b e db yn o n l i n e a rs c h r 6 d i n g e re q u a t i o n ( n l s e ) ，w h o s es o l u t i o ni sc o m m o n l y d e r i v e du s i n g s p l i t s t e pf o u r i e rm e t h o d ( s s m ) i ti sb a s e do nt h e p a r t i t i o no f t h ef i b e rs p a ni n t os e v e r a ls p a t i a ls t e p s t h es m a l l e ri st h e s t e ps i z e ，t h eh i g h e ri st h ec o m p u t a t i o n a lt i m e t os o l v et h i sp r o b l e m ，a p r o p e rs t e p - s i z e d i s t r i b u t i o nm e t h o dt oc o n t r o lt h o s ea r t i f a c t si n d u c e d b yaw r o n gs t e p s i z ec h o i c em u s t b ef o a n d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，u s s dm e t h o da n d l s s d ( l o g a r i t h m i cs t e p s i z ed i s t r i b u t i o n ) m e t h o da r ed e d u c e da n dt h e i rs i m u l a t i o nr e s u l t so ff w m e f f i c i e n c ya r ep r e s e n t e db y 第7 页 山东大学硕士学位论文 e m p l o y i n gf w me f f i c i e n c yg e n e r i cf o r m u l a u s s dm e t h o db r i n g ss o m er e s o n a n c e s a n dn e e d sm o r ec o m p u t a t i o n a lt i m ew h e n i ti su s e dt oc o m p u t et h ef w m e f f i c i e n c yi n s p l i t - s t e pf o u r i e rm e t h o d s i m u l a t i o n s i no r d e rt or e a l i z er e l i a b l ea n df a s ts i m u l a t i o no f f w m p o w e re v a l u a t i o n ，u s s dm e t h o di sm o d i f i e da n di t sc o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o n r e s u l t so ff w m e f f i c i e n c ya n dc o m p u t a t i o n a lt i m ea l ep r e s e n t e d c o m p a r e d 、i t hu s s d a n dl s s dm e t h o d ，t h em o d i f i e du s s dm e t h o di sm o r es u i t a b l ef o rr e l i a b l es i m u l a t i o n r e q u i r e m e n t s f i b e rd i s p e r s i o na n dn o n l i n e a r i t ya r et w om a i nf a c t o r sl i m i t i n gt h ep e r f o r m a n c eo f d w d mt r a n s m i s s i o n s y s t e m s t h es i g n a l w a v e f o r md i s t o r t i o na n di n t e r c h a n n e l i n t e r a c t i o nw i l lb ei n d u c e db yd i s p e r s i o na n ds p mo rf w m a n dx p m i no r d e rt o r e d u c et h ef w mc r o s s t a l ka n da v o i dt h es i g n a lw a v e f o r m d i s t o r t i o n ，t h ei n f l u e n c eo f l o c a lp a r a m e t e r so nt h es y s t e m s p e r f o r m a n c ei s a n a l y z e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，h e l p f u l h i g h e r - o r d e rd i s p e r s i o nm a n a g e m e n tm e t h o d st h a ts u i tf o rd i f f e r e n td w d m s y s t e m sa l e p r e s e n t e d ，w h i c ha r eu s e dt oi n c r e a s et h es y s t e m s c a p a c i t ya n di m p r o v et h es y s t e m s p e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：。p t i c a l f i b e rc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ；w d m ；f w m ；p o w e r e v a l u a t i o n ；h i g h e r o r d e rd i s p e r s i o nm a n a g e m e n ts c h e m e 第8 页 山东大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 光纤通信技术的发展与应用瞳1 1 1 1 光纤通信的发展过程“3 光通信的发展史可以追溯到1 8 8 0 年，在那一年，a gb e l l 发明了光学电话。 他采用普通光源发出的自然光光束作载波，在2 0 0 米的大气空间距离上完成了语 音信息的传送实验。但此项研究工作一直进行到2 0 世纪初都进展不大。究其主要 原因有二：一是没有找到理想的强相干光源：二是没有找到适合传输光的介质。 1 9 6 0 年，t h m a i m a n 研制成功第一只红宝石激光器，获得了强相干光源。2 0 世 纪6 0 和7 0 年代是光纤通信发展史上取得突破性进展的年代。1 9 6 5 年，s e m i l l e r 报导了透镜光波导的研究成果，表明人们在寻求光的传输媒质方面所作的努力。 1 9 6 6 年，英国标准电信研究所的英籍华人k g k a o ( 高锟) 和g a h o k h a m 提出 了可以用玻璃制成衰减为每公里2 0 d b 的光导纤维的预见，而当时即使是世界上最 优良的光学玻璃的衰减也为每公里1 0 0 0 d b 。1 9 7 0 年，美国康宁玻璃公司宣布研制 成功衰减为2 0 d b k m 的光纤，从而正式揭开了发展光纤通信的序幕。1 9 8 0 年， 在1 5 5ni l l 波长上获得了0 2db k r n 衰减的光纤。此后，不断研制成功新的激光 有源器件。到8 0 年代中期包括我国在内的许多国家开始大规模建立光纤通信系 统。在光纤通信发展史上，短波长光纤通信系统被认为是第一代光纤通信：长波 长1 31 tm 的多模光纤和单模光纤通信系统是第二代：长波长1 5 5l im 单模光纤通 信是光纤通信的第三代；第四代是发展相干光纤通信。随着光纤通信的广泛应用， 近几年在宽带光放大、光纤网络、波分复用等方面均取得了很大进展。 1 1 2 光纤通信的应用 8 口年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了大规模应用，其价廉、优良的 宽带特性正使之成为通信网的主要传输手段。光纤通信在通信网方面的应用主要 表现在如下几方面： l 光同步数字传输网“1 第9 页 山东大学硕士学位论文 随着电信网的发展和用户要求的提高，原有的基于点对点传输的准同步( p d h ) 系统暴露出了它固有的一些缺点。这主要表现在它只有一些互不兼容的地区性的 数字信号速率和帧结构标准。没有世界性的标准光接1 ：3 规范，从而限制了联网的 灵活性，使数字通道设备的利用率很低。一种有机地结合了高速大容量光纤传输 技术和智能网络的新体制一光同步传输网应运而生。1 9 8 8 年，原国际电报电话咨 询委员会( c c i t t ，现为i t u t ) 接受了美国贝尔通信研究所提出的同步光网络 f s o n e t ) 概念，经修改后命名为同步数字体系( s d h ) 。现在，各制造厂家不仅可以 生产制造符合s d h 标准的硬件产品，而且可以实现不同厂家产品的互通。8 d h 的 。 发展使光纤通信进入了一个崭新的发展阶段。一器 j “蹿 2 光纤局域网 随着光纤通信的飞速发展，1 9 7 9 年出现了使用o 8 5 l am 多模光纤局域网的实 验报导。这以后，光纤局域网发展很快。1 9 8 6 年美国标准化协会公布了光纤分布 式数据接e i ( f d d i ) 标准，随后国际标准化组织i s o 正式接受f d d i 并作为国际标 准草案公布。f d d i 是一个1 0 0 m b s 的双光纤环形网。1 9 9 1 年i e e e8 0 2 研究组正 式公布了8 0 2 6 分布排队双总线( d q d b ) 城域网标准。随着宽带综合业务数字网 b i s d n 的发展，光纤传输更是获得了史无前例的广泛应用。目前，光纤在千兆位 以太网等高速局域网系统中发挥着至关重要的作用。除此之外，光纤通信在有线 电视网中也有广泛应用。世界上不少国家已经建立或正计划建立光纤骨干网。 3 全光通信的发展埋1 全光网络( a o n ，a i i - o p t i c a ln e t = 、) v o r k ) 是指用户与用户之间的信号传输与交 换全部采用光波技术完成的先进网络。它包括光传输、光放大、光再生、光交换、 光存储、光信息处理、光信号多路复接分插、进网出网等许多先进全光技术。 全光网由全光内部部分和外部网络控制部分组成。内部全光网是透明的，能容纳多 种业务格式，通过光交叉连接器( o x c ) 进行波长选择，网络节点可以透明地发送或 从别的节点接收信息。外部控制部分可实现网络的重构，使得波长和容量在整个网 络内动态分配以满足通信量、业务和性能需求的变化，并提供一个生存性好、容错 能力强的网络。 第1 0 页 山东大学硕士学位论文 1 2 密集波分复用( d w d m ) 技术陋1 1 2 1w d m 技术的发展进程h 1 波分复用( w d m ) 技术的发生与发展是和光纤技术、光纤通信系统的发生与 发展紧密相关的。第一代w d m 系统，即在8 5 0 n m 波长带的同一光纤上通过复用 1 3 0 0 n m 新的波长就能提高系统的带宽和容量，复用波长函与尼的间隔是4 8 0 n m 。 但是，由于两个波长的光纤衰减系数差别较大，仅用于市话局问中继线路，扩大 系统容量。随着光纤技术的进步，研制生产出单模光纤，将衰减进一步降到每公 里0 3 o 5d b ，带宽较多模光纤宽一个数量级以上，在1 3 1 0 n m 波长点理论上的 色散值接近于零，当然还有二阶色散存在。系统的传输速率在1 4 0 m b i t s 以上， 中继距离为5 0 k m 左右，主要用于长途干线和海底光缆通信。大约在8 0 年代中期 出现了第二代w d m 系统，即在1 3 1 0 n m 波长带的同一光纤上通过复用1 5 5 0 n m 新 波长实现提高系统带宽和容量，复用波长 与屯的间隔缩窄为2 4 0 n m 。同样地， 由于两个波长的光纤衰减差别较大，仍然不能用于长途通信。8 0 年代末到9 0 年代 初出现了同一窗口相近波长复用的第三代w d m 系统，这是一次飞跃。出现了 1 5 3 3 n m 与1 5 5 7 n m 波长，间隔2 4 n m 的双波长w d m 系统，首次可以用于长途通信。 因为二波长的衰减接近，可采用相同的中继距离和中继设备。到9 0 年代中期还出 现过1 3 1 0 h m 与前面1 5 3 3 1 5 5 7r l l n 混合的w d m 系统，用于光纤紧缺的市话中继 和城域网的通信。随着w d m 无源器件的进步，波长间隔逐渐缩小，复用的波长 数逐渐增多，相继出现了采用1 5 3 3 n m 、1 5 4 1 n m 、1 5 4 9 n m 和1 5 5 7 n m ，波长间隔8 n m 的4 波长w d m 系统，以及采用1 5 3 5 n m 、1 5 3 9 n m 、1 5 4 3 n m 、1 5 4 6 n m 、1 5 5 0 n m 、1 5 5 3 n m 、 1 5 5 7 n m 、1 5 6 0 n m ，波长间隔不等( 分别为3 n m 与4 n m ) 的8 波长w d m 系统，目的 在于减轻四波混频效应。然而更多的是波长等间隔为1 6 r i m ( 2 0 0 ghz 带宽) 的 8 波、1 6 波的w d m 系统。作为第三代w d m 系统的延续，出现了许多新的密集 光波分复用系统。其波长间隔为1 0 0 g h z 带宽( 近似0 8n m ) ，甚至5 0 g hz 带 宽( 近似0 4 n i t l ) ，波长分配方案符合r r u t 建议的2 4 波，3 2 波、4 0 波乃至8 0 波的d w d m 系统。这些系统的开发与商用专门用于长途干线，构成现代w d m 系 统的家族。 第1 l 页 山东大学硕士学位论文 1 2 2 现代w d m 系统的新技术 现代w d m 系统已为迅速提高网络容量和带宽提供了经济、高可靠的解决方 案。系统研制开发的主要新技术有： 改善e d f a 性能的技术 e d f a 是现代w d m 系统的核心器件，要求与信号的速率和格式无关，并能同 时放大全部光信号。由于系统应用要在不中断业务的条件下逐渐增加波长数，即 能平滑地逐步增大系统容量，满足不断增长的业务需求，故要求e d f a 具有的特 性为：能允许平滑地增加或减少波长；随着波长数增加或减少，输入光功率增大 或减少时也能稳定地工作：在系统的最大传送带宽内有规定平坦的增益波长特性， 要求增益变化l db 。一般的e d f a 输出光功率变化ld b 的谱宽仅有1 0 n m 左 右。 光源波长稳定技术 由于老化和温度变化，激光光源波长约有5 n m 的改变，若不采用波长稳定的 技术措施要实现波长问隔o 8 r tr f l 的d w d m 系统显然是不可能的。为此，必须开 发精确的波长控制技术，确保l d 模块有长期的波长稳定度。实际是用可变波长激 光器通过波长锁定技术，使5 n m 的波长变化缩小到0 0 5 n m ，以保证0 8 n m 的光 路间隔。 窄带光波滤波器技术 具备稳定的窄带光分波与合波滤波器无疑是实现现代w d m 系统的必要条件， 复用波长数愈多或波长间隔愈小，技术难度就愈大。为了适应网络带宽或系统容 量不断增长的需要，可以采用将窄带干涉光波滤波器模块级连的方式，每8 个波 长个模块，就很方便地实现光路间隔1 0 0 g h z 的4 0 个波长的w d m 系统。 光纤布拉格光栅技术 通过紫外线照射使光纤芯的折射率永久性改变，只允许一特定的波长通过。 一系列的这种光栅可分出所需要的波长。构成一系列高选择性窄带光滤波器，它 比其他光技术有更大的波长选择性。另外声光可调谐滤波器也可用作波长选择开 关，能从许多波长中选择所需要的波长。 第1 2 页 山东大学硕士学位论文 1 2 3d w d m 技术的发展趋势1 4 】 人类的需求是推动技术进步的巨大力量，无止境的带宽需求，使人们把方兴 未艾的w d m 推向了d w d m 的高度。自9 0 年代中d w d m 技术实现实用化以来， 光纤的潜在能力得以加快发掘应用。我国首先在长途干线上采用了掺饵光纤放大 器( e d f a ) + d w d m 系统，以延长传输距离和扩大传输容量，效果很好。短短几年， 在实验室中d w d m 技术已经从数十g b s 发展到t b s 甚至更高。我国的研究机 构多年来一直紧跟d w d m 技术的发展，在d w d m 技术的研究和实验领域取得了 很大的进展，大大缩短了与国际先进水平的距离。d w d m 技术的继续发展，得力 于光器件的技术改进。当前光纤通信技术发展进程最引人瞩目的是宽带掺饵光纤 放大器( w - e d f a ) 和密集程度更高的d w d m 。而光纤新技术的不断发展也为波分 复用技术的进一步发展提供了良好的基础。除了原有的g 6 5 2 ，c t 6 5 3 ，g 6 5 5 光纤 外，需要适应更大容量、更长距离d w d m 系统使用的新型光纤的相继推出，例如 非零色散光纤( n z d f ，n o n - z e r od i s p e r s i o nf i b e r ) 。因为随着w - e d f a 的应用， d w d m 的波带宽度相应地要扩大。这就要求光纤波长窗口也要相应的拓宽，使非 线性畸变减小，而且弯曲性能好。目前，世界上对d w d m 系统的研究与开发开 始向全光网络挺进。而光网络的d w d m 技术、光交叉连接技术、光放大技术、 光上下话路技术、波长变换技术、声- 光可调光滤波器等都将是人们关注的新热点。 d w d m 技术将为未来的通信提供一个大容量、高生存性和灵活性的传输网络。 它具有良好的技术优势和经济性，能满足急剧增长的通信业务的需求。所以，从 某种意义上来说，d w d m 技术的应用标志着光通信时代的“真正”到来。而d w d m 技术的关键在于器件，包括有源器件和无源器件，比如：高速半导体激光器、调 制器及集成组件、高速高灵敏度探测器、大功率泵浦源、新型光纤、光纤放大器、 光开关、滤波器、波长转换器、多波长合波器和分波器以及o a d m 、o x c 等节点 设备。但是由于d w d m 技术中，要求信道间隔小、传输速度快，由此带来的在传 输工程中的光纤非线性效应大大的限制了系统的传输性能。 第1 3 页 山东大学硕士学位论文 1 3 光纤通信系统仿真 1 3 1 概述i s 1 7 l 系统仿真是近二十年发展起来的一门新兴技术科学。所谓计算机仿真就是在 计算机上利用模型对实际系统进行实验研究的过程。利用计算机仿真可以多次重 复模拟客观世界的同一现象，从而得以找出其内在规律。尤其对含有随机变量和 随机过程，难以建立数学模型的客观事物的研究，计算机仿真方法具有突出的优 点，已成为分析、研究和设计各种系统的重要手段。把计算机仿真技术应用到通 信领域就是其中的一项重要分支。随着通信技术的发展，通信网络的数量和复杂 度的迅速增长，在通信系统设计中运用计算机仿真技术已成为新系统设计时缩短 设计周期、提高设计可靠性和已有系统性能改进的不可缺少的工具。 数字通信系统的仿真方法可以分为3 类：基于解析计算的方法：基于时域的 m o n t e c a r l o 模拟；模拟和解析相混合的混合法。基于解析计算的方法计算快，但 是由于建模时需要对物理现象作必要的假设和估计，所以应用范围受到限制；基 于时域的m o n t e c a r l o 模拟方法最灵活，但对于误码率很低的系统。需要很长的输 入序列，计算量大；模拟和解析相混合的混合法采用m o n t ec a r l o 处理解析法不易 处理的服从统计分布的变量。它首先被用于评价卫星、微波链路，对于误码率很 低的光纤通信系统( 2p s j 面i ，有的高达6 7 p “压五；后来铺设的光缆o 5 p s ，五； 近年来般殴的光缆，多在o 2p s 厮甚至更小。最好的光纤，其p m d 已经控制到 0 0 0 1 p s ，m m 。- - 5p m d = 0 5p s 靠( r t l 时，1 0 g b i t s 系统受p m d 限制的传输距离( 1 a b 代价) 入约为4 0 0 k m ，列+ 了二4 0 g b i t s 系统，却只有2 5 k m 。p m d 随温度、应力等路 i l 懈境变化，通信系统实际应用过程中实时监测p m d 的状态，根据监测结果进行 其时自动补偿是解决p m d 问题的重要方案之一。p m d 的自动补偿方案分电域的 i ：- t 动补偿平u 光域的自动补偿。光域的补偿设备构成简单，与调制方式和其它引起 波形失真的主要因素，如波长色散、非线性效应等无关，而且光域处理信号速度 快。电域补偿殴备比较复杂，而且只能在接收机内进行，补偿量有限，应用可能 受到限制。具体的p m d 补偿方案大体有如下三种： 光路e 对光信号进行补偿：光路上的补偿有利用保偏光纤、非线性啁啾布拉格 光纤光栅( n c f b g ) 等几种不同形式。 o 光接收机内对电信号进行补偿：利用延迟线的电子均衡补偿器。 光电结合方案：两个光接收机分别接收两偏振模信号，经过电时延补偿后混合 输出，相位信息又反馈控制光路上的偏振状态。p m d 自动补偿技术对4 0g b i v s 长途传输将起到重要作用，只是需要解决实用化中的问题，如进一步扩大补 偿范圈、缩小体积等。 第2 8 页 山东大学硕士学位论文 参考文献： 【l 】g e r dk e i s e r o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s b o s t o n ：m c g r a w h i l lc o m p a n i e s ， l n c 。2 0 0 0 。 2 】赵梓森，光纤通信工程，人民邮电出版社，1 9 9 4 。 【3 】原荣，光纤通信网络，电子工业出版社，1 9 9 9 。 4 】林其银，杨胜利，w d m 系统中的光纤非线性效应及其对系统的影响，光通信 研究，2 0 0 2 年第6 期。 【5 jg e a g r a w a l n o n l i n e a r f i b e r o p t i c s b o s t o n ：a c a d e m i c p r e s si n c ，1 9 9 5 6 】6 王超，光通信系统的色散限制的若干因素分析，光通信研究，2 0 0 1 年第5 期。 【7 】陈永诗，邹林森色散补偿光纤及其应用前景，光通信研究，1 9 9 4 年第1 2 期。 【8 】谈斌。余震虹，陈晓伟，李世忱，色散管理孤子。光电子激光，2 0 0 2 年4 月。 【9 】9 张晓光，林宁，张涛等，预啁啾l0g h z 、38 k m 色散管理孤子的传输实验， 光子学报，2 0 0 1 年7 月。 【1 0 1 于丽，杨伯君，非线性光通信研究进展，光通信研究，2 0 0 t 年第5 期。 【l l 】c h r i s t i a nk u r t z k e ，s u p p r e s s i o no ff i b e rn o n l i n e a r i t i e sb ya p p r o p r i a t ed i s p e r s i o n m a n a g e m e n t ，p h o t o n i c st e c h n o l o g yl e t t e r s ，1 9 9 3 ，5 ( 1 0 ) ：1 2 5 0 1 2 5 3 。 【1 2 】a e j u d y ，o p t i m i z i n gf i b e rd i s p e r s i o nf o rd w d m s y s t e m s ，o f c 9 7t e c h n i c a l d i g e s t ：2 7 2 2 7 3 。 【1 3 】d m i t r i yi k o v s h ，l il i u ，b a m d a db a k h s h i e t a l ，r e d u c i n gi n t e r c h a n n e lc r o s s t a l k i nl o n g h a u ld w d m s y s t e m s ，i e e ej o u r n a lo f s e l e c t e dt o p i c si nq u a n t u m e l e c t r o n i c s ，2 0 0 2