Pasif optik erişim ağlarında fiberdeki doğrusal olmayan olayların sistem performansı üzerindeki birleşik etkilerinin modellenmesi ve benzetimi

Abstract

Dalgaboyu Bölmeli Çoğullamalı Pasif Optik Ağ (WDM-PON), modern optik ağ iletişim sistemlerinde önemli bir rol oynamakta olup uzak mesafe ağlarda, tasarımda esneklik sağladığı ve iletim kapasitesini önemli ölçüde arttırdığı için iyi bir seçenek haline gelmiştir. Günümüzde, Gigabit Pasif Optik Ağ (GPON) yapıları, erişim ağları için önemli özellikler sağlamaktadır. Kanal başına giriş gücü, kanallar arasındaki mesafe, kanal sayısı ve toplam iletim uzunluğu gibi sistem özellikleri, sistemin performansı üzerinde önemli rol oynamakta olup optik fiberdeki doğrusal olmayan etkiler de sistemin performansını sınırlamaktadır. Optik fiberdeki tüm doğrusal olmayan olaylar arasında, uyarılmış Raman saçılması (SRS) ve dört dalga karışımının (FWM), optik fiberli sistemlerdeki performans sınırlamaları üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Bu tezde, işaret-çapraz karışım oranı (SXR), -SRS'den kaynaklanan modifiye işaret gücünün FWM çapraz karışım gücüne oranı - değişimlerinden yararlanılarak, aşırı yoğun/ yoğun dalgaboyu bölmeli çoğullamalı gigabit pasif optik ağ (UDWDM/DWDM-GPON) sistemleri üzerindeki SRS ve FWM'nin birleşik etkisi ile FWM'nin yalın etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ayrıca Stokes dalgasının kuvvetlendirme faktörünün -Raman kazancı (GR)- sistem parametreleriyle değişimi de analiz edilmiştir. Benzetim sonuçları, SRS'nin FWM'nin olumsuz etkilerini kompanze ettiğini ve artan kanal sayıları ve kanallar arası boşluk değerleri ile kompanzasyon miktarının arttığını göstermektedir. Ayrıca, Raman kazancının 0.1-5 mW aralığında kanal giriş gücü ile yaklaşık lineer bir değişim sergilediği ve artan fiber uzunlukları, kanallar arası boşluk değerleri ve kanal sayıları ile arttığı gözlemlenmiştir. Sonuçlar, sistem üzerinde SRS ve FWM'nin birleşik etkisi ile FWM'nin yalın etkisi arasındaki önemli farkları vurgulamakta ve mevcut/gelecekteki UDWDW/DWDM-GPON uygulamaları için önemli fikirler vermektedir.

Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM-PON) is playing an important role on modern optical network communication systems and becomes a good choice for long-haul networks since it provides flexibility in design and enhances the transmission capacity. Currently, Gigabit Passive Optical Network (GPON) structures promise important features for access networks. System specifications such as input power per channel, channel spacing values, channel numbers and total transmission length have important roles in overall system performance as well as the nonlinear effects in optical fibers limiting the system performance. Among all nonlinear phenomena in the optical fiber, stimulated Raman scattering (SRS) and four wave mixing (FWM) are known to have the major impact on performance limitations in optical fiber systems. In this thesis, using the variations on signal-to-crosstalk ratio (SXR), i.e. the ratio of the modified signal power due to SRS to the FWM crosstalk power, comparative analysis of the combined impact of SRS and FWM with the single impact of FWM on the ultra-dense/dense wavelength division multiplexed gigabit passive optical network (UDWDM/DWDM-GPON) systems has been accomplished. Furthermore, variation of the amplification factor of the Stokes wave, i.e. the Raman gain (GR), with system parameters has been also analyzed. Simulation results show that SRS compensates negative impacts of FWM and the significance of compensation enhances with increasing channel numbers and channel spacing values. In addition, it has been observed that the Raman gain exhibits an approximately linear variation with channel input powers in the range of 0.1-5 mW and it increases with increasing fiber lengths, channel spacing values and channel numbers. Simulation results emphasize the significant difference between the combined impact of SRS and FWM and the single impact of FWM on the system performance and give important clues for current/future UDWDW/DWDM-GPON implementations.