高速孤子傳輸系統穩定性研究

摘 要:定時抖動是通信系統的重要性能指標，本文從光孤子的基本概念入手，根據光脈沖的傳輸動力學方程，采用變分法分析高斯準孤子在孤子互作用和高階效應條件下傳輸演化特性的影響以及產生定時抖動的機理。本文研究了光孤子通信系統的傳輸控制理論及其數學模型，采用時域和頻域復合控制的方法，建立了光脈沖的傳輸方程，采用變分法研究了波分復用系統中孤子互作用、自陡峭和拉曼效應等擾動因素對孤子參數演化的動力學方程，得出了孤子傳輸系統定時抖動的計算公式，比較了幾種信道間隔下的孤子互作用，采用時域和頻域復合控制方法有效的抑制孤子的定時抖動，從而延長的孤子系統的傳輸距離。設計了160Gb/s長距離高速孤子傳輸系統并對傳輸特性進行了數值模擬，結果與理論分析一致。

關鍵詞:光孤子通信 孤子互作用 傳輸控制 穩定傳輸

中圖分類號:TN91文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0007-01

1 引言

孤子間往往緊密裝填以獲得最大比特率，因而孤子間無法避免相互作用。由于兩孤子間相互作用強烈依賴于它們的間隔和相對相位，且兩者都因放大器噪聲而波動，所以相互作用在很大程度上改變著定時抖動?？紤]到噪聲致相鄰孤子的相對相位波動，相位的隨機化將導致定時抖動的減小。孤子互作用的一個重要結果是:定時抖動的統計偏離無互作用時的高斯統計。研究了通過使用約束編碼來抑制脈沖非線性問題。約束-迭代誤差校正(前向糾錯)方案中碼元增益為12.1dB，誤碼率為10-9，表明插入錯誤是一種很有效的方法來控制編碼復雜度和實現碼元增益。但是論文只單獨考慮了編碼方式設計對非線性的抑制，并沒有結合色散管理和時頻復合控制的方法。研究了通過光學相位耦合的方法來進行適當的色素管理從而控制160G傳輸系統的非線性效應。論文具體分析了幾種色散補償計劃對1200km傳輸系統所產生的信噪比和誤碼率進行比較。

2 DWDM孤子系統的定時抖動

在波分復用系統中，第i個放大器后的時間抖動TN是有關i的級聯函數。幅度A的抖動傳遞到頻率K，再由頻率的抖動傳遞到時間，這樣時間Ti是個級聯函數，經過運算分析可得。

取濾波器通帶寬度Bf=180GHz，調制器通帶帶寬Δτm=4ps。根據孤子能量E(1)的均值為0，方差為2SE，符合正態分布，P0為孤子脈沖的峰值功率，在DWDM系統中對孤子傳輸系統的結構參數和性能進行分析設計，設調制器、濾波器和光放大器均位于n*Lm處，間距Lm=40km，傳輸速率Br=160Gb/s，脈沖寬度t0=1.125ps，光纖色散系數D=1.55ps/(km*nm)，孤子間距tR=6fs，的穩態脈沖流，群速度色散系數β2=-1.98Ps2/km，光纖損耗系數α=0.2dB/km的G.655光纖，則TR=6fs，tR=TR/t0=5.332·10-3，δ=β3/6|β2|t0=1.167·10-3，s=2/t0ω0=1.461·10-3，取N=1，光脈沖峰值功率P0=250.624mW.自陡峭通過自頻移影響系統性能，所以我們先控制自頻移，為了使傳輸中頻移為零，調制器參數bm=2.2·10-4，濾波器色散控制系數Kf=0.0249，取附加增益Δg=0.0335。幅度的抖動符合正態分布，根據公式(15)帶入自發輻射系數S=7.75·10-18和孤子能力E=0.12PJ，經計算得出歸一化幅度抖動平方的均值<(δA)2>=1.52·10-3，<(δK)2>=6.9355·10-6，<(δT)2>=6.4643·10-6。

在碼率為160Gbit/s及其以上的光孤子通信系統中，光纖的群速度色散、非線性效應、孤子互作用等問題日益突出。受激喇曼散射產生自頻移，自陡峭效應通過啁啾和自頻移影響孤子的穩定傳輸，自陡峭效應、自頻移和孤子互作用均通過孤子幅度的漲落產生定時抖動。系統160GB/s允許的時間抖動最大容限為0.25ps2，在無控制條件下孤子最長傳播距離為630km，采用視頻符合控制的方法，孤子傳輸最長距離為5500km?？梢姴捎煤侠碓O計濾波器和控制器的參數可以很好的抑制孤子的定時抖動，穩定了孤子中心頻率，實現了孤子零頻移穩定傳輸。

3 結語

本文推導出孤子傳輸系統定時抖動的計算公式，比較了幾種信道間隔條件下的孤子互作用，采用時域和頻域復合控制方法有效的抑制孤子的定時抖動。對高速孤子系統中對互作用和拉曼自頻移起抑制作用的濾波器通帶帶寬，插入調制器和濾波器的距離間隔;孤子間的互作用會導致孤子中心頻率上頻移，對孤子的傳輸有一定的影響。對一個典型的時頻復合控制160Gb/s高速孤子傳輸系統進行仿真，通過仿真得出:采用時頻復合控制的方法，有效地抑制了孤子互作用、受激拉曼散射和自陡峭效應對定時抖動的影響，穩定了孤子的中心頻率，實現孤子穩定長距離傳輸。

參考文獻

[1]時娟娟，諸波.OTDM高速孤子傳輸系統的穩定性研究.電子與信息學報.第33卷第4期電子與信息學報，Vol.33No.4.

[2]徐銘.色散控制孤子理論及其應用的研究，博士學位論文[D].南京:南京郵電大學，2002.