Optik fiberlerdeki doğrusal olmayan olayların tek ve çok segmentli DWDM uzak mesafe iletişim sistemlerinin performansı üzerindeki birleşik etkilerinin modellenmesi ve karşılaştırmalı analizi
Modeling and comparative analysis of the combined impacts of nonlinear phenomena in optical fibers on the performance of single-span and multi-span DWDM long-haul communication systems
Yazar: ABBAS YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. SAİT ESER KARLIK
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Fiber optik = Fiber optics ; Optik ağlar = Optical networks ; Optik iletişim sistemleri = Optical communication systems ; WDM =

Özet:
Doğrusal olmayan olayların etkisi optik haberleşme sistemlerinin performansını kısıtlamaktadır. Yoğun dalgaboyu bölmeli çoğullamalı (DWDM) sistemlerde öz faz modülasyonu (SPM), çapraz faz modülasyonu (XPM) ve dört dalga karışımının (FWM) birleşik etkisi, doğrusal olmayal optik olayların karmaşık hali, test ekipmanlarının sınırlı olması ve uzak mesafe ölçümlerindeki zorluklar nedeniyle, modelleme ve benzetimlerle incelenebilmektedir. Ayrıca, literatürdeki WDM tabanlı sistemlerde birleşik SPM+XPM+FWM etkisini inceleyen makale ve yayın sayısı sınırlıdır. Genellikle, yayınlarda birleşik etki, SPM, XPM ve FWM'nin tekli etkilerinden elde edilen sonuçların toplanmasıyla belirlenmektedir. Bu nedenle SPM, XPM ve FWM arasındaki etkileşim genel olarak ihmal edilmektedir. Bu tezde, uzak mesafeli DWDM sistemlerinde segment açısından iki tür sistem incelemesi yapılmıştır. Tek segmentli DWDM sistemlerde, birleşik SPM+XPM+FWM etkisi ile FWM yalın etkisi modellenmiş olup elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. İşaret çaprazkarışım oranının (SXR), 15, 31 ve 63 kanallı sistemlerde kanalların giriş gücü ve kanal aralıklarındaki değişime göre değişimi gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre SPM+XPM+FWM etkisi, FWM yalın etkisine göre baskın biçimde SXR değerini daha fazla etkilemektedir. Erbiyum katkılı fiber kuvvetlendirici (EDFA) kullanan çok segmentli sistemlerde, birleşik SPM+XPM+FWM+SRS+ASE gürültüsü etkisi altında ve birleşik FWM+SRS+ASE gürültüsü etkisi altında modellemelerden elde edilen benzetim sonuçları karşılaştırılmıştır. 63 kanallı DWDM sistemlerde merkez kanalları etkileyen doğrusal olmayan olayların birleşik etkisi altında optik işaret gürültü oranının (OSNR), kanalların giriş gücü, kanal aralıkları ve kullanılan EDFA sayısı kriterlerine göre değişimi gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, birleşik SPM+XPM+FWM+SRS+ASE gürültüsü etkisinin, birleşik FWM+SRS+ASE gürültüsü etkisine göre baskın biçimde OSNR değerini daha fazla etkilediğini göstermektedir.

Abstract:
The impact of nonlinear phenomena limits the performance of optical communication systems. The combined impact of self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM) and four-wave mixing (FWM) in dense wavelength division multiplexed (DWDM) systems has generally been analyzed with modelling and simulations in the literature because of the complexity of nonlinear optical phenomena, limitations in test equipments and difficulties encountered in long-distance measurements. Furthermore, the number of researches investigating the combined impact of SPM+XPM+FWM in WDM-based systems is rather limited. The combined impact focused on at those researches is generally determined by summing results obtained from the single effects of SPM, XPM and FWM. Therefore, the interaction among SPM, XPM and FWM has generally been neglected. In this thesis, two types of systems have been considered in long-distance DWDM systems, i.e. single-span and multi-span systems. In single-span DWDM systems, the combined impact of SPM+XPM+FWM and the single FWM impact have been modelled and simulation results have been compared. The signal-to-crosstalk ratio (SXR) variations according to varying channel input powers and channel spacings in 15-, 31- and 63-channel systems under the combined impact of nonlinearities have been observed. The combined impact of SPM+XPM+FWM has been found to be more dominant and significantly affecting the SXR with respect to the single impact of FWM. In multi-span systems using erbium doped fiber amplifiers (EDFAs), the combined impact of SPM+XPM+FWM+SRS+ASE noise and the combined impact of FWM+SRS+ASE noise have been compared using simulation results. In 63-channel DWDM systems, under the combined impact of nonlinearities affecting center channels, the variation of optical signal-to-noise ratio (OSNR) with variations in input powers of channels, channel spacings and numbers of EDFAs has been observed. The combined impact of SPM+XPM+FWM+SRS+ASE noise has been found to be more dominant and significantly affecting the OSNR with respect to the combined impact of FWM+SRS+ASE noise.