一种密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法。所述计算方法包括如下步骤：步骤1、确定第i信道以及第j信道的初始性能指标，所述初始性能指标包括第i信道的入射功率以及光纤长度L，根据所述初始性能指标计算所需的信道物理参数；步骤2、利用所述物理参数建立相干光信道的受激拉曼散射效应模型，形成光信号传输距离z与第i信道z处的输出功率P

【技术实现步骤摘要】
一种密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法


[0001]本专利技术涉及光纤通信
，尤其是指一种密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法。

技术介绍

[0002]波分复用技术是现代通信系统的支柱之一，波分复用技术将光纤能够应用的波长范围划分成多个波段，每个波段作为一个独立的信号传输通道传输一种特定光波长的光信号，这和电信号中频分复用FDM(Frequency DivisionMultiplexing)的原理相同，但是对于光通常使用波长进行描述，因此取名为波分复用技术。密集波分复用是信道分布更加密集的波分复用技术，在原理上没有本质区别。
[0003]目前密集波分复用系统DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 的通信波段主要利用C窗口，也就是1529.16nm～1560.61nm的波长范围，总的谱宽为4THz。下一代光通信将同时包含L波段(波长范围为 1570nm～1611nm)，也就是C+L双波段共同传输，总的谱宽最低可达9.6Thz，最大可达到13Thz左右,大大提高传输容量。
[0004]受激拉曼散射效应SRS(Stimulated Raman Scattering)由于C+L双波段通信有着较大的频谱宽度而变得更加严重。受激拉曼散射效应是光纤中一种非常重要的非线性现象，其具体表现为光信号随着光纤链路传输，处于短波长的信号波道的能量会逐渐向长波长处的信号转移，从而导致光信号经过光纤传输后功率在长短波处出现较大差异。对于骨干光网络，主要是用相干光通信，也就是连续波的情况，受激拉曼散射在连续波情况下比在脉冲波情况下更加严重。脉冲波情况由于光纤色散，不同信道光脉冲之间会发生走离效应，使得SRS效应的影响相对较小；而连续波情况中，光场没有走离现象，光场从入射到射出光纤都在相互作用，其中SRS效应持续稳定发生。因此SRS 的影响在连续波情况下相当高，特别影响光纤输出端的功率平坦度，削弱光信号接收质量。总之SRS是制约骨干光网络C+L扩频通信质量的重要因素之一。
[0005]而现有针对相干光(连续波)通信系统的光纤链路SRS模型的计算方法和脉冲信号传输方程的求解方法相同，为分步傅里叶法，其需要较小的计算步长以保证计算结果的精度。对于C+L双波段传输其信道数量可能达到 200个之多，并且传输链路可能包含多个跨距，总的传输距离达到数百甚至数千千米，如果利用分步傅里叶法进行计算则需要耗费大量的算力以及时间，因此提高光纤链路SRS模型的计算效率已迫在眉睫。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法，其采用龙格库塔法计算信道在不同光信号传输距离处的输出功率，为DWDM通信系统提供一个快速、准确的信道输出功率分布计算方法。
[0007]所述计算方法包括如下步骤：
[0008]步骤1、确定第i信道以及第j信道的初始性能指标，所述初始性能指标包括第i信
(z)，...，P
N
(z))， N为信道数量，G
S
为拉曼泵浦增益矩阵，G
P
为拉曼泵浦消耗矩阵，拉曼泵浦矩阵G＝G
S
‑
G
P
。
[0021]所述拉曼泵浦增益矩阵G
S
为：
[0022][0023]其中，第i信道被第j信道泵浦的拉曼增益G
si，j
＝g
ij
/(A
ij
*K
ij
)；
[0024]所述拉曼泵浦消耗矩阵G
P
为：
[0025][0026]其中，第i信道泵浦第j信道的拉曼增益C
p i，j
＝(g
ij
*λ
j
)/(A
ij
*K
ij
*λ
i
)。
[0027]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0028]本专利技术采用龙格库塔法计算信道在不同光信号传输距离处的输出功率，每一步长计算四次斜率再取平均值，提高计算精度，同时能够加大步长的取值，缩短计算时间，提高计算效率；将光信号传输距离z与第i信道处的输出功率P
i
(z)的方程式写成矩阵形式，使得任意数量的信道输出功率能够同时计算，便于编写计算机程序，降低对计算机的硬件要求,适应实际应用。
附图说明
[0029]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]图1是本专利技术使用四阶龙格库塔法的计算流程图；
[0031]图2为现有分步傅里叶法计算流程图；
[0032]图3为本专利技术VPIphotonics仿真原理图；
[0033]图4为本专利技术VPIphotonics仿真结果图；
[0034]图5为现有分步傅里叶法的式计算结果和本专利技术VPIphotonics仿真结果对比示意图；
[0035]图6为图5a处放大示意图；
[0036]图7为本专利技术采用四阶龙格库塔法不同步长计算结果对比示意图；
[0037]图8为图7b处放大示意图；
[0038]图9为现有分步傅里叶法不同步长计算结果对比示意图；
[0039]图10为图9c处放大示意图；
[0040]图11为相同计算次数下四阶龙格库塔法和传统分步傅里叶法计算结果对比示意图；
[0041]图12为图11d处放大示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0043]如图1所示，为了给DWDM通信系统提供一个快速、准确的信道输出功率分布计算方法，本专利技术计算方法包括如下步骤：
[0044]步骤1、确定第i信道以及第j信道的初始性能指标，所述初始性能指标包括第i信道的入射功率以及光纤长度L，根据所述初始性能指标计算所需的信道物理参数；
[0045]其中，i、j均为正整数，第i信道以及第j信道其中之一为泵浦信道，另一为斯托克斯信道；
[0046]具体地，根据受激拉曼散射效应可知，光信号随着光纤链路传输，短波长信道的能量会逐渐向长波长信道转移，即短波长信道泵浦长波长信道，此时，短波长信道为泵浦信道，长波长信道为斯托克斯信道。计算光信号传输通道功率分布时，需要确定一泵浦信道以及与所述泵浦信道相对应的斯托克斯信道，具体为本领域技术人员所熟知，此处不在赘述。
[0047]如图1所示，计算信道，即光信号传输通道输出功率，首先需要确定信道的初始性能指标，即第i信道中心频率、第j信道中心频率、第i信道入射功率、第j信道入射功率以及光纤长度L。根据所述初始性能指标确定物理参数，所述物理参数包括第i信道的衰减系数a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：步骤1、确定第i信道以及第j信道的初始性能指标，所述初始性能指标包括第i信道的入射功率以及光纤长度L，根据所述初始性能指标计算所需的信道物理参数；其中，i、j均为正整数，第i信道以及第j信道其中之一为泵浦信道，另一为斯托克斯信道；步骤2、利用所述物理参数建立相干光信道的受激拉曼散射效应模型，形成光信号传输距离z与第i信道z处的输出功率P
i
(z)的方程式；步骤3、根据所需的计算精度以及计算时间确定步长h，利用龙格库塔法求解步骤2中的方程式，以所述入射功率为初值，根据所述入射功率得到光信号传输距离z＝h处的第i信道输出功率，进行迭代运算得到下一步长h处的第i信道输出功率P
i
(z+h)，直至所述光信号传输距离z达到所述光纤长度L，得到光纤终端的输出功率。2.根据权利要求1中所述的密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法，其特征是：步骤1中，所述初始性能指标还包括第i信道中心频率、第j信道中心频率以及第j信道入射功率；所述物理参数包括第i信道的衰减系数a
i
、第i信道与第j信道之间的拉曼增益系数g
ij
、偏振系数K
ij
、第i信道与第j信道之间的模场交叠面积A
ij
、第i信道光波长λ
i
以及第j信道光波长λ
j
。3.根据权利要求2中所述的密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法，其特征是：步骤2中，所述光信号传输距离z与第i信道z处的输出功率P
i
(z)的方程式为：4.根据权利要求3中所述的密集波分复用相干光信道输出功率的计算方法，其特征是：步骤3中，利用龙格库塔法求解步骤2中的方程式，得到龙...

【专利技术属性】
技术研发人员：向练，俞益凡，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：