Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Omoomi
مسعود عمومی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Mehdi Sharifi
محمدمهدی شریفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Compensation of Optical Fiber Linear and Nonlinear Effects in Coherent Optical Communications Based on Digital Signal Processing Methods
Optical Communication systems have higher capacity than other communication systems, so they are widely deployed in internet infrastructure. Due to extension of online services, demand for more capacity is growing fast. As a result, there is a need to increase the capacity of the optical communication systems. Exploiting coherent detection is one of the proposed solutions to fulfil capacity demand. In-phase and Quadrature components of optical signal are achievable by beating between received signal and local oscillator beam. These two components are enough to use 2D modulation. Furthermore, coherent detection is sensitive to the polarization of the optical signal. This feature can be used to deploy polarization division multiplexing, so that 4D modulation would be available at these systems and capacity could have four-fold increase. There is another advantage for exploiting coherent detection. Since complete information of optical signal is reachable by coherent detection, compensation of signal is possible through digital signal processing methods. Loss, dispersion and nonlinear effects degenerate optical signal in optical fibers. Loss and dispersion have linear response, thus they could be compensated by low computational cost. Nonlinear effects are dependent to amplitude of signal, so their compensation is more complex. According to Shannon’s theory, capacity would increase by soaring signal power. Although increasing power would rise capacity, more power makes more degeneration through nonlinear effects. As a result, nonlinear effects should be compensated for rising capacity. Fundamental of coherent optical fiber communication systems and algorithms for these systems are demonstrated in this thesis. Equations for optical signal propagation in optical fiber are defined and nonlinear effects are categorized. Digital Back Propagation (DBP) and Nonlinear Fourier Division Multiplexing (NFDM) are two methods for nonlinear compensation, those are described in this thesis. These methods are implemented in DSP unit. DBP is inversed kind of optical fiber numerical simulation, otherwise NFDM is kind of analytical method and uses mathematical model for lossless fiber by inverse scattering. There are some simulations to qualify and evaluate the linear and nonlinear compensation algorithms. In addition, a new method is introduced. This method is a combination of optical phase conjugation and NFDM. Keywords: Coherent Optical Fiber Communication, Digital Signal Processing, Nonlinear Effects Compensation, Digital Back Propagation, Nonlinear Frequency Division Multiplexing
سیستم­های مخابرات فیبر نوری ظرفیت بیشتری نسبت به دیگر سیستم­های مخابراتی دارند و این امر موجب به کارگیری این سیستم­ها در سطح وسیعی شده است. با گسترش سرویس­های برخط در عصر حاضر، تقاضا برای افزایش ظرفیت سیستم­های مخابراتی بیشتر شده است. به همین دلیل نیاز است که راهکارهایی برای افزایش ظرفیت سیستم مخابرات فیبر نوری به دست آید. یکی از راه­های پیشنهاد شده برای افزایش ظرفیت سیستم مخابرات فیبر نوری استفاده از آشکارسازی همدوس است. در آشکارسازی همدوس تداخل­سنجی بین سیگنال دریافتی و سیگنال نوسان­ساز محلی صورت می­گیرد و مؤلفه هم­فاز و تربیعی سیگنال آشکارسازی می­شود. به کمک این دو مؤلفه می­توان از مدولاسیون­های دوبعدی بهره گرفت. علاوه بر این آشکارسازی همدوس حساس به قطبش سیگنال دریافتی می­باشد و با توجه به اینکه امکان انتشار دو قطبش متعامد در فیبر نوری وجود دارد می­توان از همتافتگی قطبش بهره جست. آشکارسازی همدوس با داشتن این مزایا باعث افزایش ظرفیت در سیستم­های مخابرات فیبر نوری خواهد شد. استفاده از آشکارسازی همدوس مزیت دیگری نیز دارد. به دلیل اینکه در این آشکارسازی دامنه و فاز سیگنال آشکارسازی می­شود، می­­توان از پردازش سیگنال دیجیتال برای جبران­سازی اثرات مخربی که فیبر بر سیگنال دارد نیز استفاده کرد. از جمله عوامل مخرب مربوط به فیبر نوری که بر روی سیگنال اثرگذارند می­توان اتلاف، پاشندگی و اثرات غیرخطی را نام برد. در بین عوامل بیان شده پاشندگی و اتلاف رفتار خطی دارند و می­توان آنها را با هزینه محاسباتی کم جبران­سازی کرد. اثرات غیرخطی با افزایش دامنه یا توان سیگنال ظاهر می­شوند. از طرف دیگر برای افزایش ظرفیت نیاز است که توان سیگنال افزایش یابد و این امر موجب تشدید اثرات غیرخطی می­شود. پس برای افزایش ظرفیت سیستم مخابرات فیبر نوری نیاز است که جبران­سازی غیرخطی انجام شود. در این پایان­نامه ساختار سیستم مخابرات فیبر نوری همدوس دیجیتال و الگوریتم­های جبران­ساز اثرات خطی بیان شده است. ریاضیات و روابط مربوط به انتشار سیگنال در فیبر آورده شده است و اثرات غیرخطی منتجه از روابط تشریح شده­اند. در مورد دو روش جبران­سازی اثرات غیرخطی یعنی پس­انتشار دیجیتال و همتافتگی تقسیم فرکانس غیرخطی توضیح داده شده است. در شبیه­سازی­های انجام شده عملکرد جبران­سازهای خطی و غیرخطی ارزیابی شده است و در آخر مقایسه و بررسی بین آن­ها صورت گرفته است. روش جبران­سازی جدیدی با ترکیب دو روش همتافتگی تقسیم فرکانس غیر خطی و مزدوج­کننده فاز نوری ارائه شده است و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است. کلمات کلیدی: 1- سیستم مخابرات فیبر نوری همدوس دیجیتال 2- پردازش سیگنال دیجیتال 3- جبران­سازی اثرات غیرخطی 4- پس­انتشار دیجیتال 5-همتافتگی تقسیم فرکانس غیرخطی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی