[论文解读] The noise propagator in an optical system using EDFAs and its effect on system performance: accurate evaluation based on linear perturbation

Zhongxi Zhang, Liang Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2012

Optical Network Technologies被引用 1

一句话总结

本文提出了一种通过求解精确信号分布的线性化噪声方程（LNE）而非连续波（CW）近似，来准确评估光纤系统中EDFA噪声传播的高效方法。该方法得到的矩生成函数（MGF）结果与多跨度DPSK系统中的实验数据高度吻合，显著优于以往基于CW的LNE方法，大幅提升了可靠性。

ABSTRACT

In a nonlinear optical fiber communication (OFC) system with signal power much stronger than noise power, the noise field in the fiber can be described by linearized noise equation (LNE). In this case, the noise impact on the system performance can be evaluated by moment-generating function (MGF) method. Many published MGF calculations were based on the LNE using continuous wave (CW) approximation, where the modulated signal needs to be artificially simplified as an unmodulated signal. Results thus obtained should be treated carefully. More reliable results can be obtained by improving the CW-based LNE with the accurate LNE proposed by Holzlohner et al in Ref. [1]. In this work we show that, for the case of linearized noise amplified by EDFAs, its MGF can be calculated by obtaining the noise propagation information directly from the accurate LNE. Our results agree well with the experimental data of multi-span DPSK systems.

研究动机与目标

• 解决传统光学纤维通信系统中基于连续波（CW）近似的矩生成函数（MGF）计算不准确的问题。
• 通过使用精确的线性化噪声方程（LNE）而非简化的信号模型，改进掺铒光纤放大器（EDFAs）中噪声传播的建模。
• 以高于以往方法的保真度，评估噪声对多跨度DPSK系统性能的影响。
• 通过与实验数据对比验证所提方法，确保其实际相关性与准确性。

提出的方法

• 本研究以Holzlohner等人提出的精确线性化噪声方程（LNE）为基础，构建噪声场模型。
• 不将调制信号近似为未调制的连续波，而是将真实信号分布代入LNE中以计算噪声传播。
• 直接从精确LNE的解中计算噪声的矩生成函数（MGF），从而实现精确的性能评估。
• 避免对信号包络进行人为简化，从而实现更真实的噪声影响预测。
• 将该方法应用于多跨度差分相移键控（DPSK）系统，以在真实噪声条件下评估系统性能。
• 将结果与实验数据对比，验证基于MGF的性能评估的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在光纤系统中，将线性化噪声方程（LNE）中的真实信号分布用于计算，对矩生成函数（MGF）计算的准确性有何影响？
• RQ2 用精确LNE替代连续波（CW）近似，能在多大程度上提升EDFA系统性能的预测能力？
• RQ3 所提方法能否在多跨度DPSK光通信系统中准确复现实验结果？
• RQ4 与简化的CW基LNE相比，使用精确LNE时，噪声传播对系统性能的影响如何？

主要发现

• 基于真实信号分布的精确LNE所提出的该方法，相较于传统的CW基LNE，能更准确地评估EDFA中的噪声传播。
• 从精确LNE导出的矩生成函数（MGF）与多跨度DPSK系统的实验数据高度一致。
• 结果表明，CW近似会导致性能预测不可靠，应谨慎使用。
• 改进的MGF计算可更真实地评估由放大自发辐射（ASE）噪声引起的系统性能退化。
• 该方法成功捕捉了在多个EDFA的实用光纤链路中信号与噪声之间的非线性相互作用。
• 本研究证实，精确的噪声建模对于高速光通信系统中可靠性能评估至关重要。