光纤通信技术中的非线性效应(光纤的非线性效应和物理机制)

  0 引言

  光正交频分复用(Optical Orthogonal Frequency Di-vision Multiplexing,O-OFDM)技术是近年来出现的一种新型光传输技术,它是将正交频分复用(Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing,OFDM)技术用于光纤信道的一种技术。在光纤信道中传输OFDM信号,可以提高频谱的利用率,而且能够很好的抵抗色散和各种噪声干扰,有更高传输速率和带宽。然而由于OFDM信号是由多个经过调制的子载波信号叠加而成的,这样就有可能产生较大的峰均比(PAPR),会直接带来传输介质--光纤的非线性效应,主要包括自相位调制(SPM)、互相位调制(XPM)和四波混频(FWM)等。通过研究光纤非线性效应对OFDM信号在光纤中传输的影响,可以获得信号的变化规律,以利于寻找合适的信号补偿方法。

  1 光OFDM的基本原理

  基本的O-OFDM 系统结构如图1 所示。将原始二进制序列,通过串/并转换映射到N 个并行子载波信道上,此时每一个调制子载波的数据周期扩展为原始序列的N 倍,时延扩展和符号周期的数值比也降低了N 倍。

  然后分别对每个子载波信道上的序列进行QAM 调制后,进行傅里叶逆变换IFFT,此时数据频域上的表达式变换到时域上,传输的比特数分别映射为子载波的幅度和相位。然后再将信号进行并/串转换,然后再对信号进行I/Q转换和上频变换,经过马赫曾德调制器后,将电信号转换为光信号,送入光纤中传输。经过光检测,下变频和I/Q 解调后,信号还原为电信号,再经过串/并转换将信号映射到N 个并行子载波信道上,再经过傅里叶变换FFT,将时域上的信号变到频域上,通过QAM解调和并串转换后,信号还原为一个串行输出序列。

光纤通信技术中的非线性效应(光纤的非线性效应和物理机制)

O-OFDM工作原理图

  2 光OFDM信号在光纤中的传输

  OFDM信号在光纤中传输的模型,可以用非线性薛定谔方程(NLSE)来描述:

光纤通信技术中的非线性效应(光纤的非线性效应和物理机制)

非线性薛定谔方程

  式中:A(z,T) 为脉冲包络的慢变振幅;z 是脉冲沿光纤传播的距离;T = t - β1 z,β1 = 1 Vg ,Vg 是群速度;α 是光纤损耗系数;β1,β2 分别为一阶和二阶色散系数;γ 是非线性系数。归一化振幅:U = A(z,T) P0 ,P0 是入射脉冲的峰值功率。此时式(1)可以写成:

光纤通信技术中的非线性效应(光纤的非线性效应和物理机制)

非线性

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