EDFA kuvvetlendiricili DWDM/UDWDM uzak mesafe haberleşme sistemlerinde SRS, FWM ve ASE gürültüsü birleşik etkisinin modellenmesi ve benzetimi
Modeling and simulation of the combined effect of SRS, FWM and ASE noise in DWDM/UDWDM long haul communication systems using EDFAs
Yazar: KÜBRA KILINÇARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. SAİT ESER KARLIK
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dalgaboyu bölmeli çoğullama = Wavelength division multiplexing ; Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; EDFA = EDFA ; Fiber optik = Fiber optics ; Optik yükselteç = Optical amplifers ; İletişim sistemleri = Communication systems

Özet:
Erbiyum katkılı fiber kuvvetlendiricili (EDFA) yoğun/aşırı yoğun dalgaboyu bölmeli çoğullamalı (DWDM/UDWDM) uzak mesafe haberleşme sistemlerinin, modern optik haberleşme sistemlerindeki önemi artmaktadır. Bu sistemler, tasarımda esneklik ve uzak mesafelerde iletim olanağı sağlamaktadır. EDFA kullanılan çok segmentli DWDM/UDWDM sistemler, yüksek kazanç ve düşük gürültü ile optik işareti elektro-optik dönüşümler olmadan kuvvetlendirerek uzak mesafelere iletir. Giriş gücü, kanallar arası boşluk değerleri, kuvvetlendirici sayısı ve aralıkları, toplam iletim uzunluğu gibi sistem parametreleri, optik fiberde oluşan doğrusal olmayan olayları etkileyerek sistem performansını sınırlamaktadır. Optik fiberde meydana gelen doğrusal olmayan olaylar; öz faz modülasyonu (SPM), çapraz faz modülasyonu (XPM), dört dalga karışımı (FWM), uyarılmış Raman saçılması (SRS) ve uyarılmış Brillouin saçılmasıdır (SBS). FWM ve SRS, fiber kuvvetlendiricilerdeki kuvvetlendirilmiş kendiliğinden yayınım (ASE) gürültüsü ile birlikte, sistem performansını sınırlayan en önemli doğrusal olmayan etkilerdir.
Bu tezde tek segmentli (single span) DWDM/UDWDM sistemlerin merkez kanallarında hem yalın FWM etkisi hem de FWM ve SRS birleşik etkisi altında işaret çapraz karışım (SXR) değişimleri; çok segmentli (multi span) DWDM/UDWDM sistemlerin merkez kanallarında, FWM, SRS ve ASE gürültüsü birleşik etkisi altında optik işaret gürültü oranı (OSNR) değişimleri incelenmiştir. Böylece FWM, SRS ve ASE gürültüsünün uzak mesafe optik haberleşme sistemleri üzerindeki birleşik etkisi analiz edilmiştir. Benzetim sonuçları, tek segmentli DWDM/UDWDM sistemlerde, yalın FWM etkisi ile FWM ve SRS birleşik etkisi altında elde edilen SXR değişimleri karşılaştırıldığında, FWM'nin SRS'e kıyasla daha baskın bir etkiye neden olduğunu; kanallar arası boşluk değerlerinin dar olduğu çok segmentli UDWDM sistemlerde, FWM, SRS ve ASE birleşik etkisi altında elde edilen OSNR değişimlerinde, FWM gücünün artışı ve optik filtre bantgenişliğinin dar olmasına bağlı olarak, FWM'nin SRS ve ASE'e kıyasla daha baskın bir etkiye neden olduğunu; kanallar arası boşlukların nispeten geniş olduğu çok segmentli DWDM sistemlerde ise, artan optik filtre bantgenişliği ve azalan kanallar arası boşluk değerlerine bağlı olarak, ASE'nin FWM ve SRS'e kıyasla daha baskın bir etkiye neden olduğunu göstermektedir. Sonuçlar hem  tek segmentli sistemlerin merkez kanallarında yalın FWM etkisi ile FWM ve SRS birleşik etkisini, hem de  EDFA kullanan çok segmentli sistemlerin merkez kanallarında  FWM, SRS, ASE birleşik etkisini karşılaştırmakta ve güvenilir uzak mesafe DWDM/UDWDM sistemlerin tasarımı ve gerçeklenmesi için önemli fikirler vermektedir.

Abstract:
The importance of dense/ultra dense wavelength division multiplexing (DWDM/UDWDM) multi-span long haul communication systems using EDFAs in modern optical fiber communication systems increases. Those systems enable flexible optical network designs and transmission over long distances. DWDM/UDWDM multi-span systems using EDFAs transmit the optical signal by amplifing the optical signal without any need to opto-electronic/electro-optical conversions with high gain and low noise. System parameters such as input power, channel spacing, number and spacing of amplifiers, total transmission length limit the system performance by affecting nonlinear phenomena in the optical fiber. These nonlinear phenomena can be described as self-phase modulation (SPM), cross phase modulation (XPM), four wave mixing (FWM), stimulated Raman scattering (SRS), stimulated Brillouin scattering (SBS) but FWM and SRS are the major nonlinear effects that limit the system performance as well as the amplified spontaneous emission (ASE) noise occuring in EDFAs.
In this thesis, SXR variations both under the single FWM impact and under the combined impact of FWM and SRS at central channels of single span DWDM/UDWDM communication systems; OSNR variations under the combined impact of SRS, FWM and ASE noises at central channels of multi span DWDM/UDWDM communication systems have been analyzed. Simulation results obtained for SXR variations under the single impact of FWM and combined impact of FWM and SRS at single-span DWDM/UDWDM systems show that FWM becomes the more dominant effect with respect to SRS. OSNR variations obtained under the combined impact of SRS, FWM and ASE noise at multi-span UDWDM systems with narrow channel spacing values show that due to the increase in FWM crosstalk power and the decrease in optical filter bandwidth, FWM power becomes the more dominant effect with respect to SRS and ASE noise. OSNR variations obtained under the combined impact of SRS, FWM and ASE noise at multi-span DWDM systems with broad channel spacing values show that due to the increasing optical filter bandwidth and decreasing channel spacing values, ASE noise becomes the more dominant effect with respect to FWM and SRS. Simulation results compare both single impact of FWM with combined impact of FWM and SRS at central channels of single-span systems and combined impact of SRS, FWM and ASE noise at central channes of multi-span systems. Therefore, this thesis gives important clues for design and implementation of reliable long-haul DWDM/UDWDM systems.