光纤通信非线性补偿的文献综述
北邮北京邮电大学非线性光纤光学期末论文
光纤通信传输中的损失摘要：本文主要对光纤传输损耗产生的原因进行分析，并根据不同的损耗提出了不同的解决方案。
关键词：光纤通信传输耗损光纤通信由于其自身的一些优点，因此得到了广泛的使用，因此，在光纤通信中产生的问题，也值得我们去认真思考并加以解决。
光纤接续工作，技术复杂、工艺要求高，是对质量标准严格要求的精细工作，也是关系到光纤通信传输质量的重要工作，因此，在施工中，技术人员要充分重视光纤接续时产生的损耗，按照严格标准做好光纤的接续工作，从而降低光缆的附加损耗，提高光纤的传输质量。
同时相关的技术人员也要不断的学习相关的专业知识，不断的提升自身的专业技能，在日常的施工工作中注意总结经验教训，不断的提高施工的质量，这也是提高光纤传输效果的一条有效的途径。
1、光纤通信的相关理论光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。
光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。
传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。
2、光纤传输损耗的种类及原因光纤在传输中的损耗一般可分为接续损耗和非接续损耗。
接续损耗包括由于光纤自身特性引起的固有损耗以及非自身因素(一般为工业加工下艺以及机械的设置)引起的的熔接损耗和活动接头的损耗。
非接续损耗包括光纤自身的弯曲损耗和由于施工等因素造成的损耗，另外由于具体光纤应用环境对光纤传输带来的损耗也属于非接续损耗。
除此之外，按照光纤传输过程中损耗产生的原因，可分为吸收损耗、散射损耗和其他损耗。
2.1 吸收损耗吸收损耗是指光波通过光纤材料时，一部分光能变成热能，造成光功率的损失。
光在传输过程中会与介质发生作用，由于光含有能量，因此在传输过程中必然有一部分被介质所吸收，转化为自身的热能。
光通信系统中的非线性失真补偿技术研究
光通信系统中的非线性失真补偿技术研究近年来，随着光通信技术的不断发展和应用，非线性失真问题逐渐凸显出来。
非线性失真是指信号在光纤传输中由于光的非线性效应而导致的波形畸变和功率损失。
非线性失真的存在会极大地限制光通信系统的传输容量和传输距离。
因此，研究和发展非线性失真补偿技术成为光通信系统中的重要课题。
在光通信系统中，非线性失真主要源于光纤中的三阶非线性效应，包括自相位调制（Self-Phase Modulation，SPM）、互相位调制（Cross-Phase Modulation，XPM）和光纤色散（Fiber Dispersion）。
这些非线性效应会导致信号的波形失真、频率变宽和功率损耗等问题。
针对这些问题，研究人员提出了多种非线性失真补偿技术。
一种常见的非线性失真补偿技术是数字预测补偿法。
这种方法利用光通信系统中的光放大器对信号进行增益。
通过在光放大器中加入预测电路，可以预测信号的扭曲情况，并进行补偿，从而减小非线性失真。
这种方法的优点在于不需要额外的硬件设备，只需要对现有的光通信系统进行软件上的改进。
但是，由于光通信系统中的非线性失真问题比较复杂，预测补偿法的效果并不十分理想，还需要进一步的研究和改进。
另一种非线性失真补偿技术是预补偿法。
这种方法通过在发送端对信号进行预补偿，以消除传输过程中的非线性失真。
预补偿法的基本原理是在信号发出之前对信号进行加工，使得传输过程中的非线性失真得到补偿。
预补偿法需要精确的信号预测和补偿算法，并且需要对光通信系统进行硬件上的改进。
虽然预补偿法的实施比较复杂，但是研究表明，它能够有效地减小非线性失真，提高光通信系统的传输性能。
此外，还有一种非线性失真补偿技术是后补偿法。
这种方法在接收端对信号进行补偿，以消除传输过程中的非线性失真。
后补偿法的基本原理是通过对信号进行反向处理，使得接收到的信号恢复到原始的波形。
后补偿法具有较好的适应性和灵活性，可以根据信号的接收情况进行动态的非线性失真补偿。
光纤通信系统中非线性损伤补偿技术的研究
光纤通信系统中非线性损伤补偿技术的研究徐梦然;崔晟;李俊【摘要】Along with the increase of transmission capacity and distance driven by broadband applications,the Non-Linear Dis-tortion (NLD)of signals in fiber-optic transmissions has become one of the major limiting factors to fiber-optic communication systems.This paper summarizes the latest developments of Non-Linear Compensation (NLC)technologies in the optical and e-lectrical domains,analyzes and compares their mechanisms,characteristics and practical applications with the focus on Digital Signal Processing (DSP)-based NLC for digital coherent optical communication systems and the trend of their future develop-ment.%随着传输容量和传输距离的增加，光纤传输中信号的 NLD(非线性损伤)已经成为限制光纤通信系统性能的主要因素之一。
文章系统地总结了光域和电域 NLC(非线性补偿)技术的最新发展动态，对各种 NLC 技术的机制、特点及其实用性进行了分析比较，并重点介绍了数字相干光通信系统中基于DSP(数字信号处理)的 NLC技术，探讨了其未来的发展方向。
光纤中的非线性效应的研究
光纤中的非线性效应研究一、引言进入21世纪以来，随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。
这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。
1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km ,使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。
与传统的电通信相比,光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。
光纤通信自从问世以来,就一直向着两个目标不断发展,一是延长无电中继距离；二是提高传输速率（容量）。
随着掺铒光纤放大器（EDFA ）的大量商用，大大增加了无电中继的传输距离；同时，密集波分复用(DWDM ）技术的成熟，极大地增加了光纤中可传输信息的容量，降低了成本。
光纤通信技术正朝着超高速超长距离的方向发展，并逐步向下一代光网络演进.但随着波分复用信道数的增加，单通道速率的提高，光纤的非线性效应成为制约系统性能的主要因素.高速长距离传输必须克服非线性效应的影响。
因此,如何提高光纤传输系统的容量，增加无电中继的传输距离，克服非线性效应,已经成为光纤通信领域研究的热点。
本文详细介绍了在光纤中的几种重要的非线性现象，引出了非线性折射率相关的自相位调制（SPM ）、交叉相位调制（XPM ）和四波混频(FWM ）等克尔效应，以及与受激非弹性散射相关的受激喇曼散射(SRS)与受激布里渊散射（SBS ）效应.二、光纤的非线性特性在高强度电磁场中，任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。
从其基能级看，介质非线性效应的起因与施加到它上面的场的影响下束缚电子的非谐振运动有关,结果导致电耦极子的极化强度P 对于电场E 是非线性的,但满足通常的关系式(1)(2)(3)0(:)P E EE EEE εχχχ=⋅+++式中,0ε是真空中的介电常数，()(1,2,)j j χ=阶电极化率，考虑到光的偏振效应，()j χ 是1j + 阶张量。
光纤通信中的非线性失真与补偿技术研究与应用
光纤通信中的非线性失真与补偿技术研究与应用光纤通信作为现代通信领域中一种重要的通信传输技术，具有传输容量大、传输距离远、抗干扰性强等优势，得到了广泛的应用。
然而，在光纤通信过程中，会受到非线性失真的影响，限制了通信系统的传输性能。
因此，研究与应用非线性失真与补偿技术对提升光纤通信系统的性能具有重要意义。
一、非线性失真的来源和影响光纤通信中的非线性失真主要来源于光纤本身的非线性效应，包括自相位调制、自频率调制、光纤色散、四波混频等。
这些非线性失真效应会造成信号的失真和扭曲，导致通信系统的性能下降，减弱信号的传输质量和传输距离。
二、非线性失真的补偿技术为了克服非线性失真对光纤通信系统的影响，研究人员提出了多种非线性失真的补偿技术。
其中，数字信号处理技术是一种较为有效的方法，通过数字信号处理算法对光信号进行预处理和后处理，降低非线性失真对信号的影响。
同时，光纤光学放大器（EDFA）等光学器件也可以用来减少非线性失真，提高信号的传输质量。
三、非线性失真补偿技术的应用非线性失真补偿技术在光纤通信系统中得到了广泛的应用。
通过在光纤通信系统中引入非线性失真补偿技术，可以有效提高通信系统的传输性能、减少信号的失真和丢失，提高系统的稳定性和可靠性。
目前，非线性失真补偿技术已经在长距离光纤通信、光纤传感、光纤成像等领域得到了应用，并取得了显著的成果。
综上所述，光纤通信中的非线性失真与补偿技术是一个重要的研究领域，对提升光纤通信系统的性能具有重要意义。
通过研究和应用非线性失真补偿技术，可以提高光纤通信系统的传输性能、降低信号失真、提高传输距禿和可靠性，推动光纤通信技术的发展和应用。
光ofdm系统中光调制器非线性补偿的预失真算法研究大学论文
光OFDM系统中光调制器非线性补偿的预失真算法研究摘要摘要光正交频分复用技术 (OOFDM ) 是近几年被提出的一种高频谱效率的光纤通信网络物理层传输技术, 并且迅速成为国内外光纤通信领域中的研究热点之一。
该技术利用数字信号处理将光信道分割成为相互正交的若干子载波 , 并将信息加载到这些正交的子载波上进行传输。
这种光多载波调制技术源于无线通信,不仅能够在光传输中对抗光纤色散、偏振模色散等光信道损伤, 而且其天生的软件定义方式使得其灵活性大大提高,因而成为下一代光网络中最有竞争力的传输技术之一。
然而,OOFDM 信号却对非线性失真敏感 , 非线性产生的多种交调信号项将对多频率载波的 OOFDM 系统性能严重恶化, 而传统光调制器, 如马赫- 曾德调制器, 电吸收调制激光器, 其电光映射的非线性传输函数对于实现高阶调制 OOFDM 发射机性能来说将会是最大的瓶颈。
为了减小非线性失真的影响, 必须引起调制深度的回退, 从而降低系统有效光信噪比。
因而 , 光调制器的非线性补偿对于 OOFDM 系统 , 甚至可以是所有对非线性敏感的光传输系统来说都将是至关重要的。
数字预失真算法是一种高效的调制器非线性补偿方法,该算法估计光调制器的非线性模型, 然后将信号按照该模型的逆函数进行预失真, 从而达到补偿目的。
同时 , 数字预失真只需要少量的硬件便可以实现 , 因此拥有巨大的优势。
关键词: 光正交频分复用;光调制器 ;非线性补偿 ;数字预失真IAbstractAbstractOptical orthogonal frequency division multiplexing OOFDM is a novel fiber transmissiontechnology proposed recently with a high spectral efficiency. Quickly it has become one of theresearch topics in the optical communication society. The optical channel is divided into severalorthogonal sub-channels in the OOFDM system by employing popular digital signal processingtechnology. The data are transmitted through these sub-channels bybeing carried on a set oforthogonal optical subcarriers. This kind of optical multicarrier modulation is inspired by thewireless communication. The high tolerance of the fiber channel distortion such as chromaticdispersion, polarization mode dispersion and the flexibilities of OOFDM due to its intrinsicsoftware definition make it one of the most competitive candidates in the next generation ofoptical networksHowever, the OOFDM signal is sensitive to the nonlinear distortion. The intermodulationdistortion will cause the OOFDM system severe performance degradation. The bottleneck of theOOFDM transmitters with higher modulation formats will be conventional optical modulators,such as Mach-Zehnder modulators, electro-absorption modulated lasers, which have nonlineartransfer functions. To reduce the nonlinear effect, the optical modulation depth must have aback-off, but this will lower the effective optical signal-to-noise ratio as well. Therefore, thenonlinear compensation technique of the optical modulators is very important to the OOFDMsystems and it can be broadened to all the optical transmission systems which have poortolerance to the nonlinearities. Digital pre-distortion DPD algorithm is one kind of effectivemethods to compensate for the nonlinearities induced by the optical modulators by estimating thenonlinear transfer function of the modulators with a math model and pre-distorting the inputsignal by the inverse function of the math model. Besides, the DPD scheme needs a fewcomponents only so that it has a huge advantageKey words: OOFDM; optical modulator; nonlinearity compensation; digital pre-distortionII 目录目录摘要IAbstract II目录III第一章绪论. 11.1 引言 11.1.1 光纤通信的发展. 11.1.2 光调制格式 21.1.3 光调制器. 31.1.4 光调制器非线性失真51.2 光调制器非线性补偿研究现状及分析61.3 本论文的研究工作和创新点. 7第二章高速 OOFDM 系统 82.1 OOFDM 技术简介. 82.1.1 OOFDM 发射112.1.2 OOFDM 接收122.2 实数调制 OOFDM 系统142.3 复数调制 OOFDM 系统182.4 本章小结 23第三章基于多项式的光调制器非线性估计以及补偿 243.1 非线性模型. 243.1.1 Volterra 模型. 253.1.2 广义记忆多项式模型 263.2 DPD 算法框架与原理263.2.1 直接训练式 DPD 算法. 273.2.2 间接训练式 DPD 算法. 273.3 基于 DPD 算法的 OOFDM 系统设计、优化以及针对波分 OOFDM 系统的改进. 293.3.1 基于 DPD 的高速 OOFDM 发射机框架. 303.3.2 系统噪声以及优化. 303.3.3 DPD 补偿方案用于波分 OOFDM 系统的改进 323.4 实验结果333.4.1 30Gb/s 基于 EML 的复数调制 OOFDM 系统的 DPD 算法移植 343.4.2 20Gb/s 基于 MZM 的实数调制 OOFDM 系统的 DPD 算法移植393.5 本章小结41第四章总结和展望42参考文献 44附录 A 缩略词50攻读硕士学位期间发表的论文. 53致谢54III第一章绪论第一章绪论1.1 引言1.1.1 光纤通信的发展自从远古时代人类就已经开始利用光信号作为传递信息的一种方式。
【文献综述】光纤通信中的衰减、色散及非线性特性的研究
文献综述电子信息工程光纤通信中的衰减、色散及非线性特性的研究光纤通信因其具有的损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。
目前，光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域，包括邮电通信、广播通信、电力通信和军用通信等领域。
光纤的衰减传输衰减是光纤很重要的一项光学性质，它在很大程度上决定着传输系统的中继距离。
损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究。
衰减机理又可分为不同的情况：一是石英光纤的固有衰减机理，像石英材料的本证吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小衰减；二是由于材料和工艺所引起的非固有衰减机理，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小，甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导的散射等。
光纤材料的本征散射主要指瑞利散射，它是由于光线中折射率在微观上的随机起伏所引起的。
石英光纤在加热拉制过程中，由于热骚动，使原子得到的压缩不均匀，这使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀性在冷却的过程中被固定下来。
这种不均匀度与波长相比是小尺寸的，因此产生的散射称为瑞利散射。
瑞利散射按1/λ的比例产生衰减，在较长的波长上传输时，瑞利散射衰减大大减小光纤作为光波导遇到不连续点会产生光功率的衰减和反射。
固定接头和活动接头都是光纤通路上的一种特定的不连续点，会引起一定的功率衰减，称为插入衰减，定义为连接器输入功率与输出功率之比的分贝数。
连接错位一般有以下几种情况：轴向位移、连接间隔、倾斜位移。
轴向位移即两根光纤连接处有轴向错位。
其耦合损耗在零点几分贝到几个分贝之间，若错位距离小于光纤直径的5%，则损耗一般可忽略不计。
连接间隔有时又称端分离。
如果两根光纤直接对接，则必须接触在一起，光线分得越开，广的损耗越大。
如果两根光纤通过连接器连接，则不必接触，因为连接器接触产生的相互摩擦会损坏光纤。
倾斜错位又称角错位。
如角错位小于2º，则耦合损耗不会超过0.5dB 。
光纤通信中的光纤非线性效应与补偿技术
光纤通信中的光纤非线性效应与补偿技术现代通信技术的快速发展离不开光纤通信这一重要的基础设施。
光纤通信作为一种高带宽、低损耗、抗干扰性强的通信方式，广泛应用于电话、互联网、电视等领域。
然而，光纤通信系统中存在着一些非线性效应，会影响通信质量和传输性能。
因此，有效的非线性效应补偿技术对于光纤通信系统的性能优化至关重要。
1. 光纤非线性效应的原理与分类光纤非线性效应是指光信号在光纤传输过程中，受到光泵浦功率的影响，导致介质的响应不再是线性的。
常见的光纤非线性效应包括自相位调制效应、自频移效应、四波混频效应等。
这些效应会在高功率、长距离传输时逐渐显现，影响通信系统的性能和可靠性。
2. 光纤非线性效应的影响光纤非线性效应会导致信号失真、频率偏移、相位畸变等问题，降低系统的信号传输质量和传输距离。
特别是在高速、长距离通信中，非线性效应的影响更加显著，需要进行有效的补偿和调控。
3. 光纤非线性效应的补偿技术为缓解光纤非线性效应带来的问题，研究人员提出了多种补偿技术。
其中，数字预先补偿技术通过数字信号处理的方式，对受到非线性效应影响的信号进行相位预先补偿，有效抑制了非线性效应对信号的影响。
另外，光纤非线性效应的自适应预先补偿技术，利用实时检测系统的反馈信息，实现动态调控，提高了通信系统的性能和可靠性。
4. 光纤非线性效应补偿技术的发展趋势随着通信技术的不断发展，对光纤通信系统性能要求的提高，光纤非线性效应的补偿技术也在不断创新和完善。
未来，基于机器学习和人工智能的光纤非线性效应补偿技术将成为研究的重点方向。
通过建立更加精准的模型和算法，实现对非线性效应的更加有效和高效的补偿，提高通信系统的传输速率和传输距离，推动光纤通信技术的发展。
总的来说，光纤通信中的非线性效应是一项重要的研究内容，对于光纤通信系统的性能和可靠性具有重要影响。
通过不断创新和完善补偿技术，可以有效减小非线性效应带来的问题，优化光纤通信系统的性能，推动通信技术的发展。
光纤通信系统中的非线性效应分析与补偿研究
光纤通信系统中的非线性效应分析与补偿研究光纤通信系统是现代通信技术的重要组成部分，其高带宽和低损耗的特点使其成为现代通信领域的核心技术之一。
然而，随着通信传输速率的不断增加，光纤通信系统中的非线性效应也日益显著。
非线性效应带来的衰减和失真会限制光信号的传输距离和可靠性，因此深入理解和研究光纤通信系统中的非线性效应，并采取相应的补偿措施，对于提高光纤通信系统的性能至关重要。
一、光纤通信系统中的非线性效应分析1.色散效应色散是光纤通信系统中的一种重要非线性效应。
由于不同光频率的光波在光纤中传播速度不同，会导致光信号的失真和相位畸变。
色散效应主要包括色散的产生机制、色散的分类、色散的计算和补偿等方面的内容。
通过对色散效应的深入分析，可以优化光纤通信系统的传输性能，减小色散引起的衰减和失真。
2.自相位调制效应自相位调制效应是光纤通信系统中的另一种非线性效应，它是由于调制信号引起的相位调制效应。
自相位调制效应会导致光信号的频宽扩展和相位畸变，从而影响信号传输的可靠性和准确性。
通过对自相位调制效应的深入研究和分析，可以优化调制器的设计，降低相位调制引起的失真，并提高光信号的传输质量。
3.光纤非线性效应光纤本身具有一些非线性特性，比如自然色散、拉曼散射和Kerr效应等。
这些非线性效应会导致光信号的非线性失真、相位畸变和频谱扩展等问题。
通过研究和分析这些非线性效应的特性和产生机制，可以采取相应的方法来补偿和调整光信号，从而减小非线性引起的衰减和失真。
二、光纤通信系统中的非线性效应补偿研究1.数字信号处理技术数字信号处理技术是目前应用最广泛的非线性效应补偿方法之一。
通过使用数字信号处理器和相关算法，实时监测和补偿光信号中的非线性效应。
这种方法具有高灵活性和高效性的优点，可以有效地降低非线性引起的衰减和失真。
2.光学相干检测技术光学相干检测技术是一种基于均衡原理的非线性效应补偿方法。
通过测量和分析光信号的相位和幅度信息，可以实时监测和补偿光信号中的非线性效应。
光纤通信系统的非线性失真补偿方法研究
光纤通信系统的非线性失真补偿方法研究引言光纤通信系统是现代通信技术的重要组成部分，具有高速、大容量和长距离传输等特点。
然而，由于光纤通信中存在的非线性失真问题，其系统性能会受到一定的限制。
因此，研究光纤通信系统的非线性失真补偿方法具有重要的意义。
本文将对光纤通信系统中非线性失真的产生原因及常见的非线性失真补偿方法进行探讨。
第一章非线性失真的产生原因光纤通信系统的非线性失真主要来自于光纤介质的非线性特性。
当光信号在光纤中传输时，由于光的强度会随着传输距离的增加而衰减，光信号会受到非线性效应的影响而发生失真。
主要原因包括：1. 光纤材料的非线性特性：光纤材料的非线性特性导致了光信号的传播速度依赖于其强度，从而引起了非线性失真。
2. 光纤的色散效应：由于光纤的色散效应，不同波长的光信号会在光纤中传播时发生时间错位，造成失真。
第二章非线性失真补偿方法的分类针对光纤通信系统中的非线性失真问题，目前已经提出了多种补偿方法。
按照补偿原理和技术手段的不同，可以将非线性失真补偿方法分为以下几类：1. 前向传输补偿方法：前向传输补偿方法是在发送端进行补偿操作。
其中包括预编码、预失真和数字前向补偿等技术。
这些方法通过在发送端对光信号进行预处理，使其在传输过程中受到的非线性失真影响降低。
2. 后向传输补偿方法：后向传输补偿方法是在接收端进行补偿操作。
这些方法利用接收端的反馈信息，通过信道估计和后向等化等技术，在接收端对接收到的信号进行修复和补偿，减小非线性失真的影响。
3. 混合补偿方法：混合补偿方法是前向传输补偿方法和后向传输补偿方法的结合，综合利用两种补偿方法的优势。
这种方法充分考虑了系统的实际需求和复杂性，提高了非线性失真的补偿效果。
第三章常见的非线性失真补偿方法1. 预编码方法：预编码方法是通过在发送端对光信号进行预处理，通过改变光信号的频率、相位、振幅等参数，来减小光信号在传输过程中的非线性失真。
常见的预编码方法包括：多频段预编码、相位预编码和振幅预编码等。
光纤通信系统中的非线性失配补偿算法研究
光纤通信系统中的非线性失配补偿算法研究随着信息时代的到来，光纤通信系统成为现代通信领域的重要基础设施。
然而，由于光纤中非线性效应的存在，传输信号在长距离传输过程中会出现失真和衰减问题，降低了通信系统的性能和可靠性。
因此，研究非线性失配补偿算法成为提高光纤通信系统可靠性和性能的一个重要方向。
一、光纤通信系统中的非线性失配问题光纤通信系统中的非线性效应主要包括自相位调制（SPM），互相位调制（XPM）和光束非线性（FNL）等。
这些非线性效应会导致传输信号的失真和非理想解码，从而降低了通信系统的性能。
其中，自相位调制是指信号光在光纤中的相位随光功率的变化而变化。
自相位调制引起的传输信号失真是由于不同频率分量之间的相位变化导致的。
互相位调制是指由于信号光和参考光的交叉作用而引起的相位调制。
互相位调制会导致信号间的相互作用，从而产生交叉调制和串扰。
光束非线性是指在光纤中由于介质的非均匀性或非线性折射率引起的光束发生非线性变形。
二、非线性失配补偿算法的研究意义非线性失配补偿算法的研究对于提高光纤通信系统的传输性能具有重要意义。
通过补偿非线性效应，可以降低传输信号的失真和衰减，提高系统的传输速率和可靠性。
另外，非线性失配补偿算法还可以降低通信系统的成本。
传统上，为了抑制非线性失真，通信系统通常需要增加发送功率。
而利用非线性失配补偿算法，可以在不增加发送功率的情况下，降低非线性失真的影响，从而节省能源和降低系统的成本。
三、非线性失配补偿算法的研究进展目前，研究者们已经提出了许多非线性失配补偿算法。
下面我们将介绍其中的几种常见算法。
1. 前向误差修正（FFE）算法前向误差修正算法通过近似估计非线性失配引起的信号失真，然后对信号进行前向误差修正来补偿失真。
这种算法简单高效，并且能够有效地补偿信号失真，提高系统的性能。
2. 后向非线性预测（BNLMS）算法后向非线性预测算法通过建立非线性失配模型来预测信号的失真，然后对信号进行后向误差修正来补偿失真。
光纤通信中的非线性失真与补偿技术研究
光纤通信中的非线性失真与补偿技术研究在光通信中，光纤扮演着传输信息的重要角色。
然而，光纤通信系统在传输过程中会出现各种信号失真问题，其中非线性失真是一个比较严重的挑战。
非线性失真会导致信号形状的改变，降低通信系统的性能和可靠性。
为了解决非线性失真问题，研究人员提出了各种补偿技术，以提高光纤通信系统的性能。
光纤通信系统中的非线性失真主要源于光强度对折射率的依赖关系。
随着光信号在光纤中传播，光强度的增加会导致折射率的变化，从而引起非线性效应的产生。
这种非线性效应包括自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）等，会使光信号产生频率漂移、相位畸变和色散等问题，降低信号的传输质量。
为了补偿非线性失真，研究人员提出了各种方法和技术。
其中，数字信号处理技术是常用的一种手段。
通过在接收端对接收到的信号进行数字信号处理，可以实现非线性失真的补偿和校正。
数字前向补偿（DFE）和数字后向补偿（DBE）是常见的数字信号处理技术，能有效减小非线性失真对信号的影响。
另外，预失真技术也是一种常用的非线性失真补偿方法。
通过在发送端对信号进行预失真处理，可以抵消信号在传输过程中因非线性失真而产生的畸变。
预失真技术需要在系统设计阶段就考虑到信号在光纤中的传输特性，从而在发送端对信号进行合适的调节，使其在接收端能够恢复到原始状态。
此外，光纤通信系统中还可以采用自适应均衡技术来补偿非线性失真。
自适应均衡器可以根据信号的接收情况实时调整均衡参数，从而实现对非线性失真的补偿。
这种技术能够有效应对信号在传输过程中受到的各种干扰，提高系统的性能和稳定性。
综合以上几种补偿技术，可以有效解决光纤通信系统中的非线性失真问题。
研究人员在不断探索和改进补偿技术的基础上，希望能够进一步提高光纤通信系统的传输效率和可靠性，推动光通信技术的发展和应用。
相信随着技术的不断创新和发展，光纤通信系统在未来会迎来更广阔的发展空间和应用前景。
光纤通信系统中的色散补偿问题综述
光纤通信系统中的色散补偿问题综述1.Introduction光纤通信具有高速率、大容量、长距离以及抗干扰性强等特点。
但损耗和色散是长期阻碍光纤通信向前发展的主要因素。
伴随着损耗问题的解决,色散成为决定光纤通信系统性能优劣的主要因素。
如何控制色散以便提高光纤通信系统的性能,成为光纤通信研究的热门课题之一.目前对于光纤的色散已经提出了很多补偿方法，主要有色散补偿光纤（DCF）,啁啾光纤光栅，均匀光纤光栅，相位共轭（中点谱反转)，全通滤波器、预啁啾等。
随着以上各方法缺点的暴露，学者们提出了光孤子色散补偿技术，又相继提出了色散管理孤子,密集色散管理孤子等技术。
色散管理成为近年来光纤通信前沿研究的重要热点。
2.Concept of Dispersion由于信号在光纤中是由不同的波长成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的波长成分和模式成分有不同的传播速率，从而引起色散。
也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是说光脉冲在通过光纤传播期间，其波形随时间发生展宽，这种现象称为光纤的色散。
3.Dispersion Causes通常把光纤中的色散分为三种类型：模式色散、模内色散和偏振色散。
a)模式色散模式色散是多模光纤才有的。
多模光纤中,即使是同一波长,模式不同传播速度也不同，它所引起的色散称为模式色散。
不同模式的光在光纤中传输时的传输常数不同，从而使传输同样长的距离后，不同模式的光波之间产生了群时延差,假设光纤可以传输多个模式,其中高次模到达输出端所需的时间较长,结果使入射到光纤的脉冲，由于不同模式到达的时间不同，或者说群时延不同，在输出端发生了脉冲展宽.b)模内色散模内色散亦称颜色色散或多色色散.主要是由于光源有一定带宽，信号在光纤中会有不同的波长成分，信号的不同波长分量具有不同的群速度，结果导致光脉冲的展宽.模内色散包括材料色散和波导色散。
c)偏振色散通常的轴对称单模光纤是违背“单模”名称的。
实际上有可能传播着两个模，即在光纤横截面上的两个正交方向(设为x方向与y方向)上偏振的(即在这些方向上具有场分量的)偏振模，同时由于实际的光纤中必然存在着一些轴不对称，那么,光纤会存在双折射，模传输常数β对于x，y方向偏振模稍有不同，就会使这两个模式的传输速度不同，由此引起的色散叫偏振色散。
光纤通信系统中非线性损伤补偿技术的研究
11基于光相位调制器的补偿技术由于spmxpm效应导致的非线性相移与信号功率有关信号自身和周围信道功率的瞬时变化都会造成信号相位抖动因此有学者提出在接收机前加入用于nlc的pm相位调制器和光探测器pm对信号相位的调制幅度与光探测器探测到的信号瞬时功率成正比调制系数则与光纤的非线性系数异号从而抵消非线性相移1
一
。
了分 析 比较 ， 并 重 点介 绍 了数 字相 干 光 通 信 系统 中基 于 Ｄ Ｓ Ｐ （ 数 字信 号 处理 ） 的Ｎ Ｌ Ｃ技 术 ， 探 讨 了其 未 来 的 发 展 方 向 。
关键词 ： 光 纤 通信 ； 非线性补偿 ； 数字信号处理 ； 数 字相 干 系统 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ９ １ ５ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ５ — ８ ７ ８ ８ （ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ５ － ０ ０ １ ２ — ０ ３
ｍ ｅｎｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ － ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ＤＳ Ｐ；ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｘ ｕ Ｍｅ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ ．Ｃｕ ｉ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ～．Ｌｉ Ｊ ｕ ｎ ’
光纤通信中的衰减、色散及非线性特性的研究【开题报告】
开题报告电子信息工程光纤通信中的衰减、色散及非线性特性的研究一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义如今光纤通信已经得到迅速的发展，这与其优越性是分不开的。
光纤通信的主要优点有：（1）传输损耗小，容量大；（2）尺寸小，重量轻，有利于敷设和运输；(3) 抗电磁干扰性能好，适合应用于强电干扰和电磁辐射的环境中；（4）光纤之间的串话小；（5）制造光纤的主要原料是二氧化硅，它是地球上蕴藏最丰富的物质，取之不尽，用之不竭。
但光纤通信也受到光纤的衰减效应、色散效应、非线性效应等诸多因素的制约。
光纤材料的本征吸收和本征散射是光纤的固有衰减机理，光纤材料的本征散射主要指瑞利散射。
光纤的损耗特性主要包括光纤自身的损耗和通信系统的插入损耗等。
这方面的新技术有低噪声放大技术、新型调制格式等。
色散是指不同频率的电波以不同的相速度和群速度在介质中传播的物理现象。
光纤的色散包括模式色散、材料色散、波导色散。
这方面的新技术有群速度色散、偏振模色散等。
非线性折射率波动效应可分为三大类：自相位调制（SPM），交叉相位调制（XPM)以及四波混频（FWM）。
非线性受激散射可分为布里渊散射和拉曼散射两种形式。
这方面的新技术有非线性光学效应的抑制等。
光纤的损耗决定了光纤通信系统中的无中继传输距离，光纤的色散导致光脉冲的展宽，从而从两个方面影响系统的传输性能，在传输距离一定的情况下，色散限制系统的传输速率；在传输速率一定的条件下色散限制系统的传输距离。
光纤的衰减效应、色散效应、非线性效应严重的影响了光纤通信的质量与传输距离，所以对光纤的衰减效应、色散效应、非线性效应的研究，是对光纤通信的发展有重大意义的。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：本课题主要研究以下四个方面：（1）光纤通信的基本定义及特点（2）光纤的衰减效应的定义、基本特性及仿真（3）光纤的色散效应的定义、基本特性及仿真（4）光纤的非线性效应的定义、基本特性及仿真三、研究步骤、方法及措施：2010年11月--2011年2月为准备阶段查阅资料，酝酿课题仿真资料等2011年3月-2011年4月写出初稿2011年5月实施阶段积累资料，完善仿真方案，写出论文,结题验收四、参考文献［1］王铁军, 黄德修.色散补偿技术的最新进展[J], 光通信技术, 2004(6): 57~59.［2］李众.高级调制方式、电子色散补偿与低色散光纤支撑无色散补偿[J].清华大学学报， 2007（3）：10~11［3］赵怀罡.光传输系统中色散补偿问题的探讨[J].光通信研究,2008（4）51~52［4］李广, 黄旭光.基于双二进制编码的单工光通信系统设计及其仿真模拟[J].华南师范大学学报: 自然科学版,［5］张晓光,于丽,郑远等.光纤通信系统中偏振模色散自适应补偿实验研究[J]. 光子学报,2003,32(12):1474-1478.［6］刘剑飞,于晋龙,王剑等.10Gbit/s的光纤通信系统中一阶偏振模色散自动补偿技术的研究.[J]中国激光,2004,30(4):349［7］孙学明.高速光纤通信系统中偏振模色散的研究[J],光通信技术,2003,30(2):102［8］董建军,吴重庆,王秀彦.整段光纤的PMD 与各部分的PMD 的关系[J].半导体光电,2002,20(3)：23［9］孙学康，张金菊.光纤通信技术[M].人民邮电出版社，2008.［10］全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选(2003)[M]. 北京理工大学出版社,2005.［11］谢自美. 电子线路设计·实验·测试[M]. 武汉: 华中理工大学出版社, 2000.［12］马梅忠. 单片机的C 语言应用程序设计( 第三版) [M].北京航空航天大学出版社, 2004.［13］吴建平, 殷战国, 曹思榕, 等.红外反射式传感器在自主式寻迹小车导航中的应用[J]. 中国测试技术, 2004, 30( 6)［14］龚倩,徐荣,张民,等. 光网络的组网与优化设计[M ].北京邮电大学出版社, 2002.［15］赵梓森. 光纤通信工程(修订本) [M ].人民邮电出版社, 2003. ［16］张宝富，崔敏，王海潼等.光纤通信[M ].西安电子科技大学出版社2004［17］顾畹仪，李国瑞等.光纤通信系统[M ].北京邮电大学出版社2006 ［18］李玉权，朱勇，王江平等. [M ].科学出版社 2005。
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光纤通信非线性补偿的文献综述光通信系统中非线性补偿算法的综述摘要：文章第一部分首先引出本文所要讲述的主要的光纤通信系统：相干光正交频分复用系统(CO-OFDM)、波分复用系统(WDM)，然后对二者当中存在的各种干扰以及各自的优点进行分析，最后根据分析结果得出：非线性损伤是亟待解决的主流问题。
第二部分针对这两种系统当中的非线性损伤的补偿问题介绍一下国内外的研究现状。
第三部分根据国内外对非线性损伤的补偿的研究现状做出大胆的预测，并预测未来光通信系统的发展趋势。
关键词：CO-OFDM；WDM；非线性损伤；补偿算法；Abstract: The first part of the artical leads to about the main optical fiber communication systems: coherent optical orthogonal frequency division multiplexing (CO-OFDM), wavelength division multiplexing system (WDM),and then analyze various kinds of interference and their respective advantages existent in the two systems .,at last know that nonlinear damage is a mainstream problem to be solved.The secondpart of the issue introduced the research about the nonlinear compensation for these two systems .The third part of the artical make a bold prediction about the nonlinear compensation and forecast the development trend of future optical communication systems. Key words: CO-OFDM; WDM; nonlinear damage; compensation algorithm;一前沿当前，人们对通信容量的需求急剧增加，光纤通信技术以其超高速、大容量、长距离、高抗电磁干扰性和低成本等无可比拟的优点，成为解决骨干网络容量压力的最佳选择。
由于目前商用的光传输系统主要是以10Gbit/s为主的波分复用(Mavelength Division Multiplexing，WDM)系统[1]，为了提高波分复用(WDM)长距离光纤传输系统的容量，可以通过三种途径来处理：(1)增加波长通道数，减小信道间隔；(2)扩展新的频带；(3)提高单信道信号速率。
目前在一些大容量WDM链路上，传输容量已经达到Tbit/s，如果想采用上述技术继续扩容就会产生很多限制因素：首先继续增加波长通道数，增加频谱效率，会使得通道间隔变窄，从而使光纤非线性效应尤其是信道间的串扰的抑制变得更加困难，同时对信道的复用/解复用器的要求也更加严格；其次，目前波长已应用了C和L波段，继续扩展新的频带来增加信道数量，将会向S、xL波段进而全波段发展，但相应波段的光放大器还不成熟。
所以如果要继续提高系统的传输容量和带宽，就必须提高单信道传输速率，即将单信道速率从目前10Gbit/s提高至40Gbit/s甚至100Gbit/s，产生单信道高速光传输系统。
但是随着单信道传输速率的大幅度提高，传统的强度调制/直接检测(IM/DD)系统面临着许多极限性的挑战：难度极大的色度色散(CD)以及色散斜率的补偿和管理；随机性的偏振模色散(PMD)，PMD极大的限制着系统的容量和传输距离，并被认为将是高码率IM/DD传输的最终限制因素[2]。
文献研究表明，当光纤传输系统速率达到40Gbit/s及以上时，光纤的非线性损伤成为抑制系统传输性能的最主要因素之一[3]。
光纤中的非线性效应包括：受激非弹性散射(包括受激布里渊散射和受激喇曼散射)、非线性折射率(Kerr)效应。
光Kerr效应包括自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM)等[4]。
最近，无线通信领域中成熟的正交频分复用(OFDM)技术成为高速光传输中的一个研究热点。
相干光正交频分复用（CO-OFDM）由于使用的数百个子载波均采用高阶调制格式，其频谱效率高，并对光纤色散和偏振模色散具有很好的鲁棒性而正在引起显著的关注[5-9]。
OFDM技术不需要光链路做任何色散补偿管理，仅仅采用电域补偿算法就可以非常有效的补偿CD和PMD。
尤其是相干光OFDM技术(CO-OFDM)融合了OFDM技术和相干光通信的优点，具有高传输速率、高抗色散能力、高频谱效率等优势。
研究表明，CO-OFDM系统可以在现有光传输系统的基础上构建出高速率、低成本、长距离的光传输网络，是实现下一代超高速长距离光传输系统的十分有竞争力的技术之一[2]。
但是，OFDM固有的缺点之一是它的高峰平均功率比(PARR)，这就需要高动态范围的线性功率放大器，DA / AD转换器，光调制器/解调器。
在CO-OFDM 系统中，高PAPR增加的克尔效应引起光纤的光纤非线性损伤。
因此，它使得信号经过传输之后的光信噪比(OSNR)很低，并最终限制了传输的最大化[10]。
目前，补偿线性损伤包括CD和PMD的技术日渐成熟[11-12]，非线性损伤成为CO-OFDM通信系统容量的限制因素。
在WDM系统中，信道数目的增加和信道间隔的减小导致了较高的非线性损伤[13]。
提高频谱效率和增加传输距离要求增加光信噪比，但是对于一个给定的噪声水平的通信系统OSNR的增加需要增加信号功率，这反过来又产生更严重的非线性损伤[14]。
经过以上分析可知，减少或补偿非线性损伤，成为一个棘手的问题。
二非线性损伤的补偿在国内外的研究现状除非是系统信道中光功率刻意的保持很低，否则非线性损伤会影响所有长距离光传输系统[15]，对于有很高PAPR的CO-OFDM系统更是如此。
由于光OFDM信号是由一系列的子信道信号重叠起来的，所以很容易使时域信号具有高的PAPR。
与无线通信系统相比，光纤通信系统属于非线性媒质传输，由于光OFDM系统各子载波之间频谱间隔小，这使得子载波间的走离效应很弱，很容易满足非线性FWM相互作用产生的条件，形成串扰；由于子载波间隔一般为数十MHz或几百MHz，与WDM系统不一样，各子载波间的数据相关性也会通过交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)非线性效应相互影响[2]。
在CO-OFDM系统中的主要的非线性损伤是FWM，子载波的SPM和XPM 产生的固定相移不会有明显损伤[16-20]。
文献[16]从频域单个子载波的角度，利用藕合波方程，详细分析了CO-OFDM系统中非线性损伤的作用机理，主要研究FWM损伤。
2008年M. Nazarathy，J. Khurgin，R. Weidenfeld等人分析研究了在OFDM多带系统当中色散和FWM的综合效应，得到色散可以有效降低FWM的影响[21]。
伦敦大学的Yannis Benlaehtar等用实验证实11Gbit/sOFDM 系统传输1600公里时自相位调制(SPM)对光OFDM信号的损伤[22]。
2009年有人从每一个子载波产生非线性噪声角度研究分析了CO-OFDM系统信道的非线性损伤[23]。
在OFDM系统当中，由于高的PAPR会产生严重的非线性损伤，所以可以从降低PAPR的方面入手来减弱非线性损伤的影响。
一些方法已经被研究用于降低OFDM系统的PAPR。
例如限幅技术[24] 、预编码[25]、部分传输技术[26]、选择性映射[27]、光学相位调制器[28]。
限幅技术是最简单也是在实时处理系统中广泛采用的技术，但是它会引入限幅噪声从而影响系统的性能。
其它方法增加了额外的复杂度、编码开销、额外增加光学器件等。
在2010年，Hwan Seok Chung，Sun Hyok Chang，Kwangjoon Kim等人[29]证明了在CO-OFDM传输系统当中，μ-律压扩变换对光纤非线性抑制。
这种方法基于时域盲信号处理操作。
其中对压扩参数对噪声的变化和PAPR的影响进行了研究。
研究过程中数模转换器、色散图、发射功率的公差等因素都被考虑在内。
误比特率的测量结果表明μ-律压扩变换使得光信号通过SMF传输1040km之后OSNR可以达到超过5.5dB。
测量结果也表明μ-律压扩变换在减少光纤非线性损伤时对限幅技术有很好的效果。
最近，离散傅里叶传输扩展的正交频分复用（discrete-Fourier-transform spread OFDM ，DFT-S OFDM ）作为一个具有吸引力的代表被用于传统的CO-OFDM系统中代替原始的OFDM调制方式[30]，其在每一个OFDM子带内都具有较低的PAPR。
和传统的OFDM相比较，DFT-S OFDM 优越的非线性性能已经通过仿真得到了很好的证明30]。
2011年Xi Chen，An Li，Guanjun Gao，William Shieh等人对DFT-S OFDM的优越的非线性性能用实验进行了验证，一个密集间隔为8×55.1 Gbit / s的DFT-S OFDM信道在经过1120km传输后被成功接收，其频谱效率达到了3.5 bit/s/Hz[31]。
在后向传输的系统中通过使用DSP技术，那些确定的线性和非线性噪声可以得到补偿，但是由于放大自发辐射（ASE）噪声和系统中的光纤克尔非线性效应一起造成的非线性相位噪声，又称G-M影响[32]，不能使用数字后向传输技术得到补偿。
Xianming Zhu，Shiva Kumar等人在2010年推导出一个适用于计算CO-OFDM系统中，由于ASE噪声和系统中的光纤克尔非线性效应一起造成的非线性相位噪声的解析公式[33]。
Liang B. Y. Du and Arthur J. Lowery等人在2010年提出一种多步的非线性补偿的方法，该方法用在采用数字后向传输技术的系统当中可以对这种技术进行有效的改进[34]。
单步方法在认为光纤中的色散是可以忽略的条件下而进行的非线性补偿，该方法具有高的计算效率，但是他们只适合低色散的光纤或者色散被定期补偿的光纤链路[35]。
Liang B. Y. Du，Arthur J. Lowery等人在2011年证明基于试点的非线性补偿（Pilot-based nonlinearity compensation ，PB-NLC）可以有效地补偿当系统中的SPM首先被补偿之后由XPM造成的非线性损伤[36]。