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高速光纤通信系统信号质量优化研究

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1 Introduction

1.1 Motivations

1.2 History and Evolution of Fiber-Optic Communications

1.3 Related Works

1.4 Contributions and Outline of Thesis

2 Factors Degrading Optical Transmission Systems Performance

2.1 Introduction

2.2 Signal Propagation in Optical Fibers

2.3 Fiber Parameters for Characterization of Optical Pulse Propagation

2.4 Linear Effects in Fiber

2.5 Nonlinear Characteristics of Optical Fiber

2.6 Amplified Spontaneous Emission Noise

2.7 Conclusion

3 Assessment of a Single Channel Optical Transmission System by dispersion management beyond 40 Gb/s Channel Bit Rate

3.1 Introduction

3.2 Dispersion Compensation Basics

3.3 Basic Theory on Interplay between SPM and GVD

3.4 Description of Systems under Investigation

3.5 Results and Discussions

3.6 Conclusion

4 Optical Phase Conjugation in Fiber-Optic Transmission Systems

4.1 Introduction

4.2 Phase conjugated Wave Production Processes

4.3 Devices for Optical Phase Conjugation Realization

4.4 Optical Phase conjugation in Optical Transmission Systems

4.5 Conclusion

5 Optimization of Optical Signal Quality by adopting Optical Phase Conjugation at the Receiver

5.1 Introduction

5.2 Description and Operation Principles of Simulation and Experimental Set Ups

5.3 Results and Discussion

5.4 Conclusion

6 Conclusions and Future Tasks

6.1 Conclusions

6.2 Possible Future Tasks

Abbreviations

致谢

参考文献

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摘要

随着数据量的增长,对长距离通信系统的传输容量的需求也在不断增加,链路数据传输容量将由现有的40Gb/s扩容到100Gb/s甚至更高,通信链路的设计和实现也变得复杂化,因此需采取一定措施来提高通信质量。
  光通信系统中的色散管理可以采用色散补偿光纤进行,包括:预补偿,后补偿或将两种补偿结合在一起的对称补偿方法。实际操作中,预补偿和后补偿采用较多,因为相比对称补偿方法,灵活性更大,但对称补偿方法对性能的改善效果最好。光纤损耗通过光放大器补偿,例如掺铒光纤放大器(ErbiumDopedFiberAmplifier,EDFA),但会引入噪声,在接收端接入滤波器有助于减少噪声。光相位共轭技术结构简单,用来补偿克尔效应和均匀色散非常有效,可以改善传输链路的鲁棒性。但由于其补偿位置受链路和信号制约,因此灵活性不够。
  本文提出了一种改善信号质量的链路外光谱变换(SpectralInversion,SI)技术,用于100Gb/s的长距离强度和相位调制系统。该方法采用了一种光信号后优化模块OSPO(OpticalSignalPost-Optimization),该模块由OPC(OpticalPhaseConjugation)单元加上高非线性系数光纤构成。OPC或SI单元由四波混频器件实现,例如高非线性光纤加上半导体光放大器。
  模拟表明,加上该OPSO模块后,对于40Gb/s的单通道差分相移键控(DifferentialPhaseShiftKeying,DPSK)系统,在传输距离分别为1500、1800和2100千米时,Q参数提高2dB;对于100Gb/s的单通道差分正交相移键控(DifferentialQuadraturePhaseShiftKeying,DQPSK)系统,在传输距离分别为2000、2500和3000千米时,Q参数提高1.5dB;对于100Gb/s的5通道WDM系统,在传输距离分别为2000和2500千米时,Q参数提高1dB,其非线性阈值也提高了1dB。
  为了验证方案的有效性,我们对传输距离超过300千米的OOK(On-OffKeying)系统和DPSK系统进行了实验研究,实验数据结果表明,系统Q参数提高了1dB。在接收端采用光谱反演技术不仅可以提高光信号质量,而且在用于数字后向传输情形时更为灵活,不会产生计算繁琐的问题,也无需事先知道光链路的配置情况。

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