幾種信道間隔方案對四波混頻效應(yīng)的抑制研究

申靜 邵立蓉

摘 要：為了抑制四波混頻FWM效應(yīng)，根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理和主要影響因素，結(jié)合信道的合理分布，文章設(shè)計了3種基于傳統(tǒng)信道等間隔系統(tǒng)的改進(jìn)方案，并與傳統(tǒng)方案進(jìn)行了比較，分析了每種改進(jìn)方案的性能特點(diǎn)，以及在每種方案下傳輸距離對系統(tǒng)性能的影響。文章采用optisystem軟件搭建系統(tǒng)信道模型，并進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明改進(jìn)方案都能很好地抑制FWM效應(yīng)，且后兩種方案的效果更好，能有效提高系統(tǒng)的性能。

關(guān)鍵詞：光傳輸;四波混頻;抑制;信道間隔

0 引言

光傳輸系統(tǒng)在傳輸?shù)乃俾?、傳輸?shù)娜萘恳约皞鬏數(shù)木嚯x長短等方面發(fā)展迅速，為了使信道傳輸?shù)乃俾矢摺⑿诺乐g的間隔更小以及傳輸?shù)闹欣^傳輸距離更長，光纖的色散和非線性效應(yīng)成為了限制長距離光傳輸系統(tǒng)的主要因素。因此，光傳輸系統(tǒng)需要設(shè)計恰當(dāng)?shù)纳⒀a(bǔ)償方案來綜合考量色散、非線性對系統(tǒng)的影響。在光波分復(fù)用（Wavelength-Division Multiplexing，WDM）系統(tǒng)[1]中，各種光纖非線性會對系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響，尤其是四波混頻（Four Wave Mixing，F(xiàn)WM）效應(yīng)。FWM效應(yīng)會損耗信號的功率，新光波所產(chǎn)生的非線性串?dāng)_也會對系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，因此會限制傳輸系統(tǒng)信號的傳輸容量，尤其會對長傳輸距離以及大容量的系統(tǒng)產(chǎn)生更大的影響。因此，研究在WDM傳輸系統(tǒng)能夠有效抑制FWM的方法尤其重要。不同信道間隔抑制四波混頻的效果不同，同時隨著傳輸距離的變化，抑制四波混頻的效果也會有變化。

文中首先介紹了FWM效應(yīng)產(chǎn)生的物理機(jī)制，并得到了影響 FWM效率的因素。在理論研究的基礎(chǔ)上，將FWM理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合，利用Optisystem平臺軟件仿真分析了關(guān)于信道間隔方案以及傳輸距離對FWM效應(yīng)的影響。

1 FWM效應(yīng)產(chǎn)生的物理機(jī)制

FWM效應(yīng)是指兩個或三個不同波長的光波相互干擾作用從而導(dǎo)致在其他波長上產(chǎn)生混頻產(chǎn)物或邊帶的新光波效應(yīng)。發(fā)生四波混頻效應(yīng)是由于入射光中的某一個波長上的光使光纖的折射率發(fā)生變化，會改變?nèi)肷涔庠诓煌l率上的光波相位，則會產(chǎn)生不同的新的波長的光波。當(dāng)光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離的長度、所使用的波長數(shù)量以及光功率大小等因素增長時，光纖的非線性抑制的研究十分必要[2]。在這種非線性效應(yīng)中，3個光場通過光纖傳播將產(chǎn)生1個新的光場，這取決于3個光場[3]。

FWM效應(yīng)與比特率無關(guān)，而主要取決于光纖的信道間距。隨著WDM系統(tǒng)所需的傳輸信息容量的加大和傳輸速率的提升，信道的間隔也越來越小，WDM系統(tǒng)中的FWM成了影響系統(tǒng)傳輸系能的主要原因之一，因此必須降低系統(tǒng)中FWM效應(yīng)所產(chǎn)生的影響。而FWM對WDM傳輸系統(tǒng)的影響主要在于系統(tǒng)傳輸?shù)男诺罃?shù)量以及單個信道的入纖功率，所以可以通過適當(dāng)調(diào)整信道的間隔來抑制四波混頻效應(yīng)。

2 系統(tǒng)模型的建立

本文利用Optisystem平臺進(jìn)行搭建光纖傳輸系統(tǒng)模型，并對其進(jìn)行設(shè)置。仿真系統(tǒng)模型為一個8信道的 WDM光纖傳輸系統(tǒng)，通過仿真結(jié)果對各個信道傳輸性能進(jìn)行分析。系統(tǒng)傳輸由50 km的單模光纖、10 km的DCF以及一個理想的摻餌光纖放大器組成。在本次仿真中，傳輸信號采用歸零碼RZ調(diào)制格式[4]，占空比0.6，輸入功率為0 dBm，放大器增益為15 dB。通過調(diào)節(jié)信道間隔，比較Q值來分析各個信道間隔的性能特點(diǎn)。

按照上述模型搭建傳統(tǒng)等間隔信道模型，信道間隔設(shè)置為0.1 THz。在第一種方案的基礎(chǔ)上，對間隔進(jìn)行調(diào)整，分別為0.05 THz，0.1 THz，0.15 THz，0.2 THz，0.25 THz，0.3 THz，0.35 THz，同時保證其他參數(shù)不變。但由于增大了信道間隔，因此占用大量帶寬，會使得系統(tǒng)帶寬利用率降低?；诖藛栴}，提出部分等間隔抑制方案，間隔為0.2 THz，0.2 THz， 0.1 THz，0.1 THz，0.1 THz，0.2 THz，0.2 THz，呈現(xiàn)兩頭大中間小的帶寬分布。并在此信道分布基礎(chǔ)上，再次對信道間隔參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時還要保持帶寬利用率不變，嘗試調(diào)整為兩頭小中間大的信道間隔分布，同時保證其他的參數(shù)不變，此時信道間隔分別調(diào)整為0.1 THz，0.1 THz，0.2 THz，0.2 THz，0.2 THz，0.1 THz，0.1 THz。

3 系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析

按照上述系統(tǒng)模型及各信道參數(shù)的設(shè)置，可得出4種方案下各個信道的Q值，結(jié)果如圖1所示。

對于信道等間隔分布的光傳輸系統(tǒng)，由于產(chǎn)生FWM效應(yīng)，坐落于中間位置的信道其Q值比兩端的信道Q值略低。而對于不等間隔信道分布方案，由于信道的間隔變大，將原本FWM效應(yīng)所產(chǎn)生混頻分量改變原來的位置，使其新產(chǎn)生的混頻分量不落在原始信道上，以此來提高系統(tǒng)的性能。相比不等間隔方案，部分等間隔方案由于中間信道分布略密集，F(xiàn)WM所引起的串?dāng)_將發(fā)生在中間信道，導(dǎo)致Q值降低，但此方案提高了帶寬利用率。除此之外，采用兩端小中間大的信道分布方案，中間信道的Q值有明顯的提高，兩端信道分布略密集，因此兩端信道將會產(chǎn)生更多的混頻分量影響，導(dǎo)致兩端信道的Q值降低。從圖1可以看出，當(dāng)采用不等間隔或部分等間隔方案時，Q值明顯比等間隔方案有所提高。當(dāng)適當(dāng)調(diào)整信道間隔時，四波混頻所產(chǎn)生的新頻譜雖然會對光信噪比產(chǎn)生一定的影響[5]，但是這種頻譜能夠通過濾波器濾掉，因此，調(diào)整信道間隔的抑制方法可以有效地提高系統(tǒng)性能。

4 ? 結(jié)語

對于WDM系統(tǒng)中的四波混頻效應(yīng)，搭建8信道傳輸系統(tǒng)，通過對信道間隔參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對抑制FWM效應(yīng)進(jìn)行分析。通過對傳統(tǒng)等間隔方案及部分等間隔方案比較，本研究得出了部分等間隔方案對四波混頻效應(yīng)抑制效果更突出。結(jié)果表明：采用相同系統(tǒng)參數(shù)的兩種部分等間隔信道時，由于四波混頻所產(chǎn)生的新頻譜會落在各信道之間，系統(tǒng)Q值和帶寬利用率等改善明顯增大，且系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量也得到了提升。

[參考文獻(xiàn)]

[1]田浩.波分復(fù)用系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].中國新通信，2020（1）：86.

[2]楊奇明，郭淑琴，徐博.波分復(fù)用系統(tǒng)中色散系數(shù)選擇優(yōu)化設(shè)計[J].光通信技術(shù)，2010（2）：61-62.

[3]SINGH S P，SINGH N. Nonlinear effects in optical fibers： origin，management and applications[C]. Mumbai：Progress in Electromagnetic Research，2007.

[4]王曉艷，徐高魁.通信系統(tǒng)中的色散管理與設(shè)計[J].中國新通信，2018（4）：30-31.

[5]孫嚴(yán)智，胡勁松，劉宇明，等.基于長距離光傳送網(wǎng)的光信噪比計算[J].光通信研究，2018（2）：14-17.

（編輯 王永超）