The modeling of optical wave propagation in optical fiber is a task of fast and accurate solving the nonlinear Schr\"odinger equation (NLSE), and can enable the optical system design, digital signal processing verification and fast waveform calculation. Traditional waveform modeling of full-time and full-frequency information is the split-step Fourier method (SSFM), which has long been regarded as challenging in long-haul wavelength division multiplexing (WDM) optical fiber communication systems because it is extremely time-consuming. Here we propose a linear-nonlinear feature decoupling distributed (FDD) waveform modeling scheme to model long-haul WDM fiber channel, where the channel linear effects are modelled by the NLSE-derived model-driven methods and the nonlinear effects are modelled by the data-driven deep learning methods. Meanwhile, the proposed scheme only focuses on one-span fiber distance fitting, and then recursively transmits the model to achieve the required transmission distance. The proposed modeling scheme is demonstrated to have high accuracy, high computing speeds, and robust generalization abilities for different optical launch powers, modulation formats, channel numbers and transmission distances. The total running time of FDD waveform modeling scheme for 41-channel 1040-km fiber transmission is only 3 minutes versus more than 2 hours using SSFM for each input condition, which achieves a 98% reduction in computing time. Considering the multi-round optimization by adjusting system parameters, the complexity reduction is significant. The results represent a remarkable improvement in nonlinear fiber modeling and open up novel perspectives for solution of NLSE-like partial differential equations and optical fiber physics problems.


翻译:光纤光波传播模型是快速和准确地解决非线性Schr\'odinger等式(NLSE)的一项任务,可以促进光学系统设计、数字信号处理核查和快速波形计算。全时和全频信息的传统波形建模是分步Fourier方法(SSFM),长期以来,在长波段多路安装(WDM)光纤通信系统中,这种系统被认为是具有挑战性的,因为它非常耗时。在这里,我们提议一个线性非线性特征脱钩(FDDF)波形建模计划,在长线性参数上分配(FDF)波形建模(FDFD)系统上分布(FDF)波形建模(FDFD),这个系统由 NLDM 的模型模型模型模型模型模型模型模型模型模型模拟了非光线型(WDM) 光谱系统(WDM) 系统(WDM), 系统(FS-S-S-S-Slorldalder Sy ) 系统(S-lormalder Silding Stalder Stall Stall) 系统, 10-light Stall Stald Fild Flormald) 系统, 的模型数字数字数号系统, 将减少每10-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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