Yüksek hızlı DWDM sistemlerinde optik fiberdeki FWM ve ASE etkisi altında iletim performansının analizi ve optimizasyonu
Analysis and optimisation of transmission performance in high speed DWDM optical fiber systems regarding FWM and ASE effects
Yazar: BAHADIR HİÇDURMAZ
Danışman: PROF. DR. GÜNEŞ YILMAZ
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Fiber optik = Fiber optics ; İletişim sistemleri = Communication systems

Özet:
Optik fiberli haberleşme sistemlerinde kapasiteyi arttırmak için veri iletim hızının ya da iletim uzaklığının arttırılması gerekmektedir. Ancak kapasiteyi arttırma girişimleri sistem performansını sınırlayan bazı olumsuz etkileri de beraberinde getirmektedir. Günümüzde, optik fiberli haberleşme sistemlerinin veri iletim kapasitesini sınırlayan en önemli unsurlardan biri optik fiberde ortaya çıkan doğrusal olmayan etkilerdir.Bu çalışmada, yoğun dalgaboyu bölmeli çoğullama (DWDM) sistemindeki optik fiberde meydana gelen öz-faz modülasyonu (SPM), çapraz-faz modülasyonu (XPM) ve dört-dalga karışımı (FWM) gibi doğrusal olmayan olayların iletim performansına etkileri araştırılmış ve bu etkilerden özellikle FWM etkisinin azaltılmasına yönelik önerilerde bulunulmuştur. Çalışmada FWM doğrusalsızlığının bozucu etkisi, kanal işaretlerinin optik fiberin çıkışındaki optik işaret-gürültü oranı (OSNR) değerleri göz önüne alınarak, azaltılmaya çalışılmıştır. Bu amaçla, FWM ve yükseltilmiş kendiliğinden yayılma (ASE) gürültüsünün birleşik etkisini OSNR açısından azaltmaya yönelik olarak, her bir kanal işaretinin optik fibere en uygun giriş gücü belirli sınır değerleri içerisinde belirlenmiştir. Bu sayede optik kanalların karakterize edilmesi sağlanmıştır. Buradan yola çıkarak bir optimizasyon problemi tanımlanmış ve Matlab? programı kullanılarak diferansiyel gelişim algoritması (DEA) ile çözülmüştür. Ayrıca, aynı kanal giriş güçlerine sahip işaretler için Matlab? tabanlı yazılımla gerçekleştirilen benzetimlerde elde edilen sonuçların, OptiSim? benzetim programı ile elde edilen değerlerle karakteriksel uyumluluğu gösterilmiştir.Yazılan benzetim programı sayesinde, sistem performansını en üst düzeye getirecek en uygun kanal giriş güçleri kolaylıkla belirlenebilmektedir. Böylece, optimize edilmiş giriş güçlerinde optik kanallara sahip bir DWDM sisteminin OSNR performansı önemli derecede arttırılır.

Abstract:
In order to increase capacity of communication systems, data transmission rate or transmission length must be increased. However, many attempts to increase the capacity were carried out some detractive effects which limit system performance. Today, one of the most important factors limiting the data transmission capacity of optical fiber communication systems is nonlinear effects which arise from optical fiber.In this thesis, the effects of nonlinear phenomena, such as self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM) and four-wave mixing (FWM), occurring in optical fiber of dense wavelength division multiplexing (DWDM) transmission system are investigated for transmission performance and some recommendations are made to reduce especially FWM effect from these effects. In optical signal-to-noise ratio (OSNR) values of each channel output signal from the optical fiber, the disruptive effect of FWM nonlinearity is minimized. For this purpose, in order to degrade the combined effect of FWM and amplified spontanous emission (ASE) noise in terms of OSNR, the optimum input powers for each channel signal within a certain bound values are determined. In this way, the characterization of each optical channel is provided. Based on this, an optimization problem is determined and solved by using a differential evolution algorithm (DEA) in Matlab? programme. Furthermore, the simulation results obtained in our Matlab? based software for channel input signals each of which has the same power are characteristically compatible with those provided by OptiSim? simulation programme.Using our simulation programme, the most appropriate channel input powers regarding the highest system performance can easily be determined as a function of different system parameters. Thus, the OSNR performance of a DWDM link having the optical channels with optimised input powers is significantly increased.