[论文解读] Analytical Estimation in Differential Optical Transmission Systems Influenced by Equalization Enhanced Phase Noise

Tianhua Xu, Gunnar Jacobsen+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2016

Optical Network Technologies参考文献 31被引用 4

一句话总结

本文提出了一种分析模型，用于估算受均衡增强相位噪声（EEPN）影响的差分m-PSK光传输系统中的误比特率（BER）性能。该文推导了DQPSK、D8PSK和D16PSK的闭式表达式，结果与仿真数据高度吻合，能够准确预测BER，尤其在DQPSK中表现优异，并对高阶格式采用一阶近似方法。

ABSTRACT

An analytical model is presented for assessing the performance of the bit-error-rate (BER) in the differential m-level phase shift keying (m-PSK) transmission systems, where the influence of equalization enhanced phase noise (EEPN) has been considered. Theoretical analysis has been carried out in differential quadrature phase shift keying (DQPSK), differential 8-PSK (D8PSK), and differential 16-PSK (D16PSK) coherent optical transmission systems. The influence of EEPN on the BER performance, in term of signal-to-noise ratio (SNR), are investigated for different fiber dispersion, LO laser linewidths, symbol rates, and modulation formats. Our analytical model achieves a good agreement with previously reported EEPN induced BER floors, and can give an accurate prediction for the DQPSK system, and a leading-order approximation for the D8PSK and the D16PSK systems.

研究动机与目标

• 开发一种用于评估差分m-PSK相干光通信系统BER性能的分析框架。
• 研究均衡增强相位噪声（EEPN）对各种调制格式系统性能的影响。
• 提供一个理论模型，准确预测在实际系统参数下EEPN引起的BER退化。
• 通过与先前报告的仿真结果及EEPN引起的BER底限对比，验证该模型。
• 将对EEPN影响的分析理解从DQPSK扩展至更高阶格式，如D8PSK和D16PSK。

提出的方法

• 推导差分m-PSK系统在EEPN影响下判决度量的概率密度函数（PDF）的解析表达式。
• 将EEPN效应建模为接收端电子均衡引起的相位噪声分量，影响信号的相位分布。
• 应用渐近分析与高斯近似技术，简化m-PSK格式的BER表达式。
• 在推导过程中考虑了光纤色散、本振激光线宽、符号速率和调制阶数等系统参数。
• 通过将模型预测结果与先前报告的仿真结果及BER底限测量值对比，验证了分析模型的准确性。
• 采用基于微扰的方法，对D8PSK和D16PSK的BER进行近似，将高阶相位噪声效应视为二阶修正项。

实验结果

研究问题

• RQ1 均衡增强相位噪声（EEPN）如何降低差分m-PSK光传输系统的BER性能？
• RQ2 该分析模型在EEPN影响下对DQPSK、D8PSK和D16PSK的BER预测准确性如何？
• RQ3 光纤色散、本振激光线宽和符号速率如何影响EEPN引起的BER退化？
• RQ4 能否为受EEPN影响的差分m-PSK系统推导出BER的闭式解析表达式？
• RQ5 该分析模型在预测仿真中观察到的BER底限方面具有多高的准确性？

主要发现

• 该分析模型与先前报告的DQPSK系统在EEPN影响下的BER底限测量结果高度一致。
• 对于DQPSK，该模型在不同信噪比和系统参数下均能准确预测EEPN引起的BER退化。
• 对于D8PSK和D16PSK，该模型提供了BER的一阶近似，表明其在定性与半定量分析中的有效性。
• 结果表明，EEPN对BER的影响显著受本振激光线宽和符号速率影响，线宽越大、符号速率越高，BER退化越严重。
• 光纤色散在塑造EEPN影响方面起着非平凡的作用，该模型通过推导出的解析表达式捕捉到了这一依赖关系。
• 该模型证实，EEPN在差分m-PSK系统中引入了根本性的BER底限，无法通过提高信噪比（SNR）消除。