（通信与信息系统专业论文）交叉相位调制对密集波分复用系统的影响.pdf

武汉理上人学硕士学位论文 摘要 密集波分复用( d w d m ) 技术是光通信技术的一个新领域，其基础研究有很 大的空间。d w d m 在有效的改善了高速网的带宽的情况下，也带来了很多不利的 影响。本文将主要对交叉相位调制( x p m ) 效应的影响展开研究。信道较少时， 传输光纤中的x p m 效应的理论和实验较成熟；所以有必要对信道容量大于l o g b 并且信道间隔较小( _ 护 解 机 发分 射复 复 机用 用 器 光功率放丈器 光线路放大器 器 n f 图1 2d w d m 传输系统结构图 其基本的工作原理是，发端的光发射机发出波长不同且精度和稳定度能满 足一定要求的光信号，经过光波分复用器合在一起送入掺铒光纤功率放大器，再 送入光纤中传输( 光纤线路中可根据需要设置光线路放大器) 。到达接收端后，经 光纤前置放大器放大，送入光波分解复用器进行分解，恢复为原来的各路信号。 经过长距离光纤传输后( 8 0 1 2 0 k m ) ，需要对光信号进行光中继放大。光 纤放大器有两种，即掺铒光纤放大嚣( e d f a ) 及拉曼( r a m a m ) 光纤放大器。 e d f a 据有偏振不灵敏及泵光功率电平较低的优点。目前使用的光纤放大器多数 武汉理i ：大学硕士学位论文 为e d f a 。在d w d m 系统中，必须采用增益平垣技术，使e d f a 对不同波长的 光信号具有相同的放大增益，同时还需要考虑到不同数量的光信号同时：l ：作的 各种情况，能够保证光信道的增益竞争不影响传输性能。在应用时，可根据具 体的情况，将e d f a 分为线性放大器( l a ) 、功率放大器( b a ) 和前置放大器 ( p a ) 。在接收端，p a 放大经传输而衰减的主信道光信号，采用解复蹋器从主 信道光信号中分出特定波长的光信道。接收机不但要满足一般接收机对光信号 灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号。要有足够 的电带宽性能1 1 。 与传统光纤传输系统相比较，d w d m 传输系统加入了光复用懈复用器 ( m u x d e m u x ) ，它们的性能对d w d m 传输系统的整体性能有重大影响， m u x d e m u x 设计参数为插入衰减、串扰、由光滤波器引入的信号失真以及来 自连接器的反射和模式杂音，其中尤其以插入衰减和串扰对整个d w d m 传输性 能影响最大。插入衰减定义为因增加d w d m 耦合器件丽在光纤线路中产生的功 率损耗量，包括d w d m 器件与光纤线路连接点上发生的衰减以及复接器件本身 的固有损耗。实践中，设计者可容许几个分贝的插入衰减，现有的耦合器插入 衰减可达到小于o 5 d b 。在d w d m 系统中由于多重光信号共用单根光纤，光信 道间的串扰是一个明显的问题。串扰是指自一个信道耦合到另一个信道的信号 量。为了达到设计的传输性能，信号串扰比( s c r ) 必须维持在给定的闽值之 卜。 1 ，1 2d 髓m 技术的主要特点 ( 1 ) 可以充分利用光纤的巨大带宽资源。 d w d m 技术充分利用了光纤的巨大带宽资源和低损耗波段，使一根光纤的 传输容量可比单波长的传输容量增大几十倍乃至几百倍。 ( 2 )对数据信号透明。 由于d w d m 技术使用的各个波长相互独立，因而可以传输特性完全不同的 信号，并能对其实现合成和分解，包括数字信号和模拟信号，以及p h d 信号和 s d h 信号，实现多媒体信号的混合传输。 ( 3 ) 组网灵活、经济和可靠。 由于网络结构简单、层次分明、业务调度方便，因而可以用来实现未来透 武汉理工大学硕士学位论文 明、灵活、经济且有高度生存性的光网络。 ( 4 ) 易于网络扩展。 不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需将端机进行 更换，因此是理想的扩容手段及方便地引入宽带业务( 例如c a t v ，h d t v 和 b i s d i q 等) 的手段。d w d m 利用增加的一个附加波长就可以引入任意新业务 或获得所需的容量。 c ，不可能做这种编码。 ( 3 ) h c 时疑义度总能接近h c ，但是不可能比它更小。 如今，当通信中越来越多地使用光纤作为传输媒介以及光器件飞速发展时， 传统的电缆信道已经或即将被光信道取代。光纤信道中的信息量大小是人们关 心的课题。 香农公式c = t 3 1 n ( i + s n 舢是概率论和通信理论结合雨得到的。 首先，香农从概率论得出平均信息量是发送端( 信g g ) 的平均不确定度h ( x ) 与 武汉理= 人学硕_ 学位论文 接受端接到消息y 后信源不确定程度和量度f 也就是由于信道干扰而损失的信e 量) h ( i y ) 之差。即： l ( x ，y ) = h ( x ) 一h ( u l y )( 4i ) 具体来说 t ( x ，y ) = 一【p ( x ) l n p ( x ) d x 一p ( x i y ) l n p ( x i y ) d x ( 42 ) 其中信息量为： c = m a x ( 1 ( x l y ) ) ( d2 ) 其次，香农对信道研究后发现，当时信道中的噪声主要是由于电阻热噪声而 引起的。电阻热噪声是高斯自噪声，也就是说是功率谱密度函数为高斯分布的l 1 噪声。高斯信道就是含有高斯白噪声的信道。由商斯信道可推导出香农公式 c = b i n ( i + s n )( 4 ) 一般可以写成： b l n ( 1 + s ( n o + w ” ( - ，5 ) n 0 是每单位频率的信噪比，b 是带宽。 由香农公式显示出，信息量c 与带宽及信噪比都有关系。 当带宽b 趋向于无穷时，高斯信道中的信息量达到极限： c = l i m b i n ( 1 + s ( n o + w ) )( 6 ) 通常情况下，信息量的极限为： c = s n o n a t s s = 1 4 4 s n 0 0 i t s 】( l 7 ) 香农还定义了信道的信息传输率，即平均互信息i ( x ；y ) ，它具有凸状性，h ： 定理1 i ( x ；y ) 是输入信源的概率分布的上凸型泛函。 定理2 1 ( x ；y ) 是信道转移概率的下凸型泛函。 4 2 信息论的应用 4 2 1 广义信息论 1 信息转换守恒原理 ( 1 ) 不同的信息可以相互转化变换。 这种转化包括逻辑变换和不同自由度的转移变换。 ( 2 ) 不同信息的信息量互相等量。 武汉理r 大学硕士学化论文 逻辑变换“原材料”信息加入“成品”信息后信息量不百年；d - , 员j 自由发 的转移变换，转移前的信息量等于转移后新自由度的信息量。 ( 3 ) 有限范围内信息量不因强度增减和逻辑变换而改变。 由于无限范围信息“原材料”的无限性和重复的原材料信息不断增加信息 量，所以包括人类在内的整个自然界信息量守恒。 2 信息传播原理 ( i ) 若干信息由其他的载体系统传播到某一载体系统时，它们之蚓以及它 们与系统中原有信息的合成遵守集合论加法法则，即： ( i ) 对相同信息z z + z = z ( 4 8 ) ( i i ) 对一个系统中相互独立的信息z 1 ，z 2 ， i ( z l + z 2 ) = i ( z o + i ( z 2 ) ( 4 9 ) 非相互独立的信息z 1 z 2 ，总可以分解为一系列相互独立的或者相同的信息。 z l + z 2 和i ( z i + z 2 ) 通过分解后的信息先按式子( 4 8 ) 合并，再按( 4 9 ) 合成后再进行 求解。 ( 2 ) 提供输出信息的系统则有 z z = z ( 4 1 0 ) 相同信息传播原理也可以归纳为：信息不因强度的减小( 输出) 而减少( 内 容、信息量) ：也不因强度的增大( 输出) 而增加。 3 信息有序化效应原理 ( 1 ) 信息z 对系统y 的有序化效应为： 0 s ( y ) 一s ( y z ) f 4 1 1 1 s ( y ) 一s ( v z ) i ( z ，y )( 4 1 2 1 信息z 强度越大，s (