[发明专利]一种多跨段光纤传输系统优化方法

权利要求书

1.一种多跨段光纤传输系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对多跨段的光纤传输系统组成部分进行抽象分析，所述光纤传输系统组成部分包括光纤和放大器，提取影响系统性能的因素并构建数学建模，步骤S1建立的数学模型包括：

光纤信号在光纤中传输抽象为非线性薛定谔方程，方程表示如下：

其中，A表示光信号电场，z表示传输距离，β₂表示色散系数，γ表示非线性系数，t表示时间，α表示衰减系数，i表示虚数单位；

放大器的数学模型表示为：

其中，G表示放大器增益，N表示放大器噪声功率，表示放大器的输入信号功率，表示放大器的输出信号功率；

S2：对已建立的数学模型在设定的条件下根据不同的方法进行推导计算得到表征光纤传输系统性能的表达式，所述设定的条件包括：设定光纤传输系统中所有放大器有相同的噪声系数，所有光纤链路的损耗相同，所述的不同的方法推导系统性能的表达式包括：线性补偿方法和非线性补偿方法；

S3：从光纤传输系统性能的表达式中提取待优化量，以光纤传输系统中总的放大器增益等于总的链路损耗为限定条件，利用遗传算法对待优化量进行优化，得到优化后的参数，利用优化后的参数对光纤传输系统进行设置，提升光纤传输系统的性能；所述的待优化量为光纤传输系统每一级的放大器增益，所述光纤传输系统每一级的放大器增益表示如下：

其中，P_launch为发射功率，P_opt是每一级放大器增益等于损耗情况下的最优发射功率，由线性补偿系统的性能表示和非线性补偿系统的性能表示计算给出；G_{i_opt}是发射功率为P_opt时通过遗传算法优化得到的第i个放大器的增益。

2.根据权利要求1所述的一种多跨段光纤传输系统优化方法，其特征在于，所述线性补偿方法是将自发放大辐射噪声和信号的克尔非线性效应作为影响因素进行系统性能的表达式计算，线性补偿方法流程如下：

第i个放大器产生的自发放大辐射噪声的功率谱密度表示如下：

其中，h是普朗克常量，v是光载波频率，NF是放大器的噪声系数，G_i是第i个放大器增益；

对于级联有N个放大器的光纤传输系统，每段链路损耗为L的传输系统，总的自发放大辐射噪声的功率谱密度I_n表示为：

第i段光纤产生的克尔非线性的功率谱密度为：

其中I_s是信号的发射功率谱密度，η是非线性系数；

总的自发放大辐射噪声的功率谱密度I_ke表示如下：

I_{ke_i}表示第i个放大器的自发放大辐射噪声的功率谱密度；

线性补偿方法系统的性能表示为：

3.根据权利要求1所述的一种多跨段光纤传输系统优化方法，其特征在于，所述非线性补偿方法是将自发放大辐射噪声和信号与噪声的非线性串扰作为影响因素进行系统性能的表达式计算，非线性补偿方法流程如下：

自发放大辐射噪声表示如下：

将非线性串扰分为一阶项和高阶项，第i段光纤过补偿产生的信号和噪声的一阶串扰项表示为：

第i段光纤过补偿产生的信号和噪声的第m阶串扰项表示为：

第i段光纤过补偿的总的非线性串扰为：

非线性方法补偿系统的性能表示为：

4.根据权利要求1所述的一种多跨段光纤传输系统优化方法，其特征在于，所述影响系统性能的因素包括：光纤的衰减、色散、克尔非线性效应、放大器的增益、放大器自发放大辐射噪声。