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超大传输容量单纤双向通信系统中的关键技术研究与实现

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超大传输容量单纤双向通信系统中的关键技术研究与实现

作者：伍诚成华中科技大学

学位级别：硕士

光纤通信技术发展至今,几乎所有的光场正交维度均已被利用以扩容,其传输容量已经接近了非线性香浓极限所规定的限制,并且很难得到进一步提升。然而,近年来,随着各种高新技术的蓬勃发展,全球数据流量呈现出爆炸式增长的趋势,这正在对当... 详细信息

光纤通信技术发展至今,几乎所有的光场正交维度均已被利用以扩容,其传输容量已经接近了非线性香浓极限所规定的限制,并且很难得到进一步提升。然而,近年来,随着各种高新技术的蓬勃发展,全球数据流量呈现出爆炸式增长的趋势,这正在对当前光纤通信系统的容量持续地施加压力,新的光纤通信扩容方案亟待出现。同波长双向相干光通信是一种类似于无线全双工的技术,理想条件下它能使得现有光纤通信系统的传输容量再翻一倍,因此其在光纤扩容方面具有远大的前景,有可能让普通单模光纤的传输容量突破100 Tbis/s的限制,但该技术在实际应用过程中将面临着光纤中菲涅尔反射、瑞利散射和非线性效应三大串扰的影响,因而对其中串扰进行研究甚至抑制具有重大的意义。目前,菲涅尔反射串扰已经有相应成熟的解决方案,但对于更为复杂的瑞利散射串扰还没有有效的抑制方法出现,此外,该系统中的非线性串扰也有待于进一步的研究。根据以上研究背景,本论文致力于将无线全双工技术引入至光纤通信中,对同波长双向相干光通信系统中的非线性串扰和瑞利散射串扰进行了深入的理论研究与实验验证,主要完成工作与成果如下:(1)针对于同波长双向相干光通信系统中的非线性串扰进行了详尽的理论研究。对用于评估单纤单向系统中非线性串扰的高斯噪声模型(Gaussian Noise,GN)进行了理论分析与推广,将其应用场景扩展至单纤双向系统中。此推广后的非线性串扰模型表明:在单纤双向通信系统中,由于前后向传输信号之间的强走离效应,后向信号几乎不会对前向信号产生额外的附加非线性串扰,更具体而言,前、后向信号引入的非线性串扰比值约为21 d B,这意味着传统GN模型在单纤双向场景下将同样适用。(2)针对于GN模型数值计算复杂度过高的问题,提出了一种在双向拉曼泵浦配置下具有半解析形式的GN模型,该模型在评估系统中非线性串扰强度时与原始GN模型相比仅表现出0.06 d B的误差,但其计算效率却有了极大的提升。(3)针对于信号光和瑞利散射光传输与积累的路径差异,提出了一种基于增益不对称性的瑞利散射串扰抑制方法。通过理论推导发现无损传输为瑞利散射串扰的最佳抑制条件,并辅以了相应的实验验证。严格意义上的无损传输链路是难以实现的,但准无损传输链路可以借助分布式拉曼放大器逼近,因此,本文结合分布式拉曼放大器将此结论应用到实际的同波长双向相干光通信系统中,最终分别在75 km和100 km的传输距离下,实现了111.6 Tbit/s和110.4 Tbit/s的传输容量,此为当前在C波段使用普通单模光纤的通信系统中所记录的最高传输容量。进一步分析表明,其相比于单纤单向传输方案的容量提升分别达到了90%和80%,这充分证实了此方案在扩容方面的巨大潜力。

关键词：同波长单纤双向相干光通信非线性串扰高斯噪声模型瑞利散射噪声拉曼放大器光纤扩容

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基于拉曼放大的千公里传输系统

基于拉曼放大的千公里传输系统

作者：范文文北京邮电大学

学位级别：硕士

随着信息技术的不断发展,人们对光纤通信系统的传输距离提出了更高的要求,千公里传输系统已经成为国内外无可争辩的研究热点,其中最为重要的是如何在保证系统性能的情况下实现对传输系统中信号光的高增益。拉曼光纤大器以传输光纤本身... 详细信息

随着信息技术的不断发展,人们对光纤通信系统的传输距离提出了更高的要求,千公里传输系统已经成为国内外无可争辩的研究热点,其中最为重要的是如何在保证系统性能的情况下实现对传输系统中信号光的高增益。拉曼光纤大器以传输光纤本身作为增益介质,能够对光信号进行分布式的在线放大,它工作区域可以是光纤整个低损耗波段,能够极大地提高频谱的利用率,达到更高的传输系统速率。拉曼放大器具有其独特的优势,特别适合应用于超长距离传输,本文分别就拉曼放大器和千公里传输进行了研究,并提出了基于拉曼放大的千公里传输系统。本论文介绍了千公里光传输系统的背景和意义;研究并分析了拉曼放大器的结构、分类、功能和应用方式;介绍了拉曼放大器的工作原理受激拉曼散射,其中包括自发的和受激的拉曼散射以及拉曼的阈值;研究拉曼放大器的性能参数,包括增益、噪声指数和增益的平坦度;分析光纤非线性效应的的影响,泵浦与信号之间的SRS,包括泵浦与泵浦之间、泵浦与信号之间、信号与信号之间的作用,对拉曼放大器进行建模并进行仿真,研究信号及泵浦的功率、波长、纤芯有效面积、增益光纤长度、拉曼峰值增益系数等因素对增益和噪声系数的影响;并搭建双向拉曼放大的传输系统,并对其进行验证仿真。提出了多阶拉曼放大器结构,并通过仿真研究多阶拉曼放大器的性能,对比多阶拉曼放大器和传统的一阶拉曼放大器,得到二阶拉曼放大器泵浦总功率、等效噪声和增益之间的关系,选出一阶和二阶泵浦在功率上的最优搭配,即保证增益系数最大而噪声指数尽可能的小;讨论二阶泵浦对WDM信号光增益均衡的影响。介绍了千公里传输系统的关键技术：衰减克服技术;色散克服技术;信噪比和非线性克服技术;提出了两种可以利用二阶拉曼放大器实现超长距离传输的放大方案,一种具有色散补偿功能,另一种将遥泵放大技术与二阶泵浦相结合,综合着两种技术方案,得到最终的千公里传输系统,该系统利用超低损耗光纤SMF-28ULL,传输过程中经过前向拉曼、ROPA+二阶泵浦和二次二阶拉曼放大,实现分布式的级联放大,达到千公里传输,仿真结果显示其误码率低于10-8,且证明该系统的方案是可行的。

关键词：拉曼放大器多阶拉曼放大器千公里传输泵浦增益平坦遥泵放大

应用于远程异地存储FC-SAN的CWDM实现方法

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计算机工程与科学 2006年第1期28卷 93-94,100页

作者：周敬利马吉峰秦磊华华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

本文结合FC-SAN的网络传输模型,分析了在远程异地存储系统中传统使用的DWDM的实现方法的利弊,并由此提出了一种新的实现方法,即CWDM的实现方法。该方法能有效地实现FC-SAN和CWDM的无缝集成,在远程异地存储系统中,相对于DWDM而言能带来... 详细信息

本文结合FC-SAN的网络传输模型,分析了在远程异地存储系统中传统使用的DWDM的实现方法的利弊,并由此提出了一种新的实现方法,即CWDM的实现方法。该方法能有效地实现FC-SAN和CWDM的无缝集成,在远程异地存储系统中,相对于DWDM而言能带来较大的经济效益。

关键词： FC-SAN CWDM DWDM 拉曼放大器

四阶色散与五阶非线性效应对超长跨距光传输系统性能的影响分析

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四阶色散与五阶非线性效应对超长跨距光传输系统性能的影响分析

作者：徐健东南大学

学位级别：硕士

随着光纤通信技术的迅猛发展,大容量超长跨距光传输系统获得越来越多的应用。然而,超长跨距光纤链路工程系统中传输的高速光脉冲,会产生沿线功率抖动、误码率降低等问题,传统的光传输理论难以解释这些现象。本文从包含四阶色散、五阶非... 详细信息

随着光纤通信技术的迅猛发展,大容量超长跨距光传输系统获得越来越多的应用。然而,超长跨距光纤链路工程系统中传输的高速光脉冲,会产生沿线功率抖动、误码率降低等问题,传统的光传输理论难以解释这些现象。本文从包含四阶色散、五阶非线性效应的薛定谔方程出发,研制光传输仿真软件,仿真分析了四阶色散与五阶非线性效应对超长跨距光传输系统性能的影响。本文首先从非线性光学理论、麦克斯韦方程组出发,建立了综合考虑四阶色散和三、五阶非线性的光传输方程;分析了五阶非线性自相位、交叉相位调制现象;根据标量光散射理论,讨论了自发光散射和受激光散射效应;给出了三、五阶非线性效应同时存在时考虑受激散射影响的光传输方程。接着,本文基于以上光传输方程,提出了光传输分析软件整体框架和流程,对考虑脉冲内拉曼散射的光传输方程进行离散化处理,采用对称分步傅里叶法求解,研制了光传输分析软件。基于该软件,实现了单模光纤内光信号长距离传输的仿真分析,对仿真结果进行了验证,分析了误差来源。然后,本文分析了五阶非线性效应对光纤链路中传输单脉冲、脉冲序列的影响,发现单模光纤中五阶非线性系数、入纤功率和传输距离等因素对五阶非线性效应影响较大。通过场发射扫描电镜实验和X射线衍射实验,得到G.652D和G.657A2光纤芯棒表面形貌、原子组成等信息,为进一步探索光纤纤芯中导致五阶非线性效应的物理起因提供了可行的方法。最后,本文研究了五阶非线性效应对前向拉曼放大系统的影响,发现五阶非线性效应随着泵浦功率的增大而增强,泵浦功率一定时,给出了系统的极限传输距离。研究了一阶双向拉曼放大器的优化配置,讨论了合理的泵浦波长和泵浦功率范围,比较了多波长均衡泵浦的系统性能。研究了四种不同配置的二阶拉曼放大器,给出了系统的极限传输距离并分析了该系统的性能参数。

关键词：超长跨距光传输系统非线性薛定谔方程五阶非线性光传输分析软件拉曼放大器

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超高动态范围OTDR关键技术研究

超高动态范围OTDR关键技术研究

作者：周琪武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)是一种基于分布式光纤传感技术,通过对光在光纤中传输时产生的瑞利背向散射功率的检测,从而分析光纤质量的装置。由于光纤是通信光网络中的传输介质,一旦光纤的某处出现了断裂、... 详细信息

光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)是一种基于分布式光纤传感技术,通过对光在光纤中传输时产生的瑞利背向散射功率的检测,从而分析光纤质量的装置。由于光纤是通信光网络中的传输介质,一旦光纤的某处出现了断裂、损伤等事件,光网络的服务质量就会受到影响。为了保证高质量的通信服务,常常需要快速在长达几十到上百公里的光纤中确定这些异常事件发生的位置,从而对其进行及时的维修。OTDR就是一种有效的光纤质量分析工具。动态范围是OTDR的关键技术指标之一。由于光损耗和噪声的影响,OTDR能检测光纤的距离是有限的。动态范围越高,OTDR能检测到的距离就越远,相应地也就能用于更长距离的光通信线路。本文通过同步二阶拉曼放大方案和脉冲编码技术,实现了50dB动态范围的OTDR。论文的主要内容包括:(1)介绍了OTDR的背景技术,工作原理以及相关技术指标,对目前已有的相关技术作了介绍。(2)提出了结合使用同步二阶拉曼放大器和脉冲编码技术提高信噪比的方案并完成了该方案的设计和测试,验证了该方案对于提高动态范围的有效性,达到了50d B动态范围的水平。(3)提出了使用二维小波图像处理方案降低OTDR检测结果噪声,从而提升检测结果有效性的方案。

关键词：光时域反射仪动态范围拉曼放大器信号处理算法

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电力长跨距无中继光纤传输系统的仿真设计

电力长跨距无中继光纤传输系统的仿真设计

作者：李志风华北电力大学

学位级别：硕士

根据产业化升级和信息化建设的需要,国家电网公司把构建国网公司各大区域的特高压电网和直流输变电工程作为“十一五”期间的主要目标。结合我国地理环境复杂的实际情况,构建电力长跨距无中继光纤传输系统对提高电网的资源优化配置水平... 详细信息

根据产业化升级和信息化建设的需要,国家电网公司把构建国网公司各大区域的特高压电网和直流输变电工程作为“十一五”期间的主要目标。结合我国地理环境复杂的实际情况,构建电力长跨距无中继光纤传输系统对提高电网的资源优化配置水平和网络的安全运营具有重要的意义。本文结合长跨距无中继传输系统理论基础知识,利用Optisystem光通信仿真软件,基于拉曼放大器的平均功率模型和EDFA的Giles模型,分别设计了双向泵浦的分布式拉曼放大器、遥泵放大器、拉曼放大器和遥泵放大器组合成的混合放大器。考虑到无中继系统中采用的放大器的复杂结构,其仿真设计时需采用多参量优化模式,以得到最佳的放大器结构参数。然后结合无中继传输系统中的调制码型、色散补偿、前向纠错等各项关键技术,对跨距分别为300km、400km、500kmm的2.5Gbit/s单信道无中继传输系统在满足系统误码率要求的条件下,进行了最佳设计;考虑到RZ-DPSK调制码型在长跨距光纤传输系统中的应用优势,设计了基于该调制码型的10Gbit/s的400kmm无中继传输系统;最后考虑到电力光通信系统将来的升级换代需求,设计了4×10Gbit/s的300km跨距的WDM无中继传输系统。以上系统设计方案能够为将来实际的工程应用提供理论参考。

关键词：无中继传输拉曼放大器遥泵放大器波分复用

超300km级别光纤传输技术在电力通信中的研究与应用

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电力大数据 2022年第1期25卷 67-74页

作者：龙诺亚王飞郑元伟贵州电网有限责任公司信息中心贵州贵阳550002 无锡市德科立光电子技术股份有限公司江苏无锡214028

在贵州地区电力通信网络的建设中,长站距传输是一个必须考虑的问题。文章介绍了为在贵州电网综合数据网新平面工程中,采用超长距无中继传输技术,实现省干综合数据网至省内地、市供电局超300公里范围内的无任何中继、中途放大器等设备的... 详细信息

在贵州地区电力通信网络的建设中,长站距传输是一个必须考虑的问题。文章介绍了为在贵州电网综合数据网新平面工程中,采用超长距无中继传输技术,实现省干综合数据网至省内地、市供电局超300公里范围内的无任何中继、中途放大器等设备的直连通信的目的,利用SBS抑制技术、超强前向误码纠错技术、分布式拉曼放大技术,波长转换技术等技术手段,实现了电力超300km光通信工程中超长站距无任何中继、中途放大器等设备的直连方法,并成功开通单跨72dB 10G超长距大容量通讯系统。通过超长距离传输技术的应用,可节省光纤路由通道、OTN传输设备等资源,同时能够达到长距离传输的大带宽稳定通道可保障多种路由组织方式,进一步增强电力通信系统的安全可靠性,为超长距大容量传输系统在贵州省复杂应用环境中的部署提供理论及实践指导。

关键词：超长站距 SBS抑制超强前向误码纠错非线性容限拉曼放大器

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长距离光栅阵列温度测量系统设计与实现

电子设计工程 2022年第4期30卷 37-42页

作者：欧阳修筑武汉邮电科学研究院湖北武汉430073

基于光栅阵列温度测量系统,设计了一种适用于长距离温度监测场景的温度解调系统,通过分布式光纤拉曼放大器的引入对传感链路提供分布式的放大效果,并对回光信号进行了前置放大,有效补偿了信号长距离传输面临的损耗问题。利用光纤光栅的... 详细信息

基于光栅阵列温度测量系统,设计了一种适用于长距离温度监测场景的温度解调系统,通过分布式光纤拉曼放大器的引入对传感链路提供分布式的放大效果,并对回光信号进行了前置放大,有效补偿了信号长距离传输面临的损耗问题。利用光纤光栅的中心波长与温度变化的关系实现了温度解调,系统的空间分辨率可达1 m,在55 km传感距离处实现了温度测量精度达±1℃,温度分辨率为0.1℃,响应时间10 s的性能指标。与现有的光栅阵列温度系列产品相比,测量距离大幅提升,在管线监测等长距离、大范围工程领域有广阔的发展和应用前景。

关键词：温度测量光栅阵列拉曼放大器长距离温度解调

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PB超短脉冲激光与非线性光学

激光与光电子学进展 2001年第A9期38卷 61-63页