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    光纖通信中的色散補償技術及其應用

    來源:UC論文網2018-03-12 09:11

    摘要:

      摘要近年來隨著信息技術的不斷發展,人們對數據傳輸速度、傳輸距離及傳輸質量的要求越來越高,而光纖通信得益于自身高速長距離的傳輸優勢,在生產生活中的諸多領域得到了較為廣泛的應用。隨著光纖通信技術的發展...

      摘要近年來隨著信息技術的不斷發展,人們對數據傳輸速度、傳輸距離及傳輸質量的要求越來越高,而光纖通信得益于自身高速長距離的傳輸優勢,在生產生活中的諸多領域得到了較為廣泛的應用。隨著光纖通信技術的發展,色散已經成為制約光纖通信進一步發展的重要因素,本文主要針對光纖通信中的色散補償技術及其應用進行了簡要的分析和闡述。


      【關鍵詞】光纖通信色散補償應用


      1引言


      二十一世紀以來,隨著信息化時代的到來,越來越多的數據以數字化的形式進行存儲與傳輸,龐大體量的數據使得人們對通信的速度和距離都有了更高的需求,光纖通信得益于自身高速長距離的傳輸優勢,逐步成為長距離大數據量的主要傳輸方式。隨著光纖通信的推廣與應用,光纖通信的數據傳輸量不斷增長,為了解決能耗問題,光纖放大器等開始在光纖通信中得到應用,但在解決光纖通信中損耗問題的同時,卻也放大了色散的影響,使得色散已經成為制約光纖通信的重要影響因素。本文主要針對光纖通信中的色散問題,簡要分析了色散補償技術,并對其實際應用進行了簡要的闡述。


      2光纖通信中的色散現象


      在光纖通信中,作為信息傳輸載體的并不是單色光,而是多種不同波長的光的集合,由于不同波長的光在傳輸介質中的折射率不同,傳輸速度也不同,這就導致光脈沖被展寬,形成了色散。光纖通信作為一種數字化的通信方式,脈沖的展寬將導致脈沖間的交疊,使得接收機難以將兩個脈沖準確地區分出來,從而產生了嚴重的碼間干擾,誤碼率大大提高,不利于光纖通信的質量,并且隨著傳輸距離的增大,色散現象不斷加劇,嚴重制約了光纖通信長距離高質量傳輸的優勢。


      為了避免脈沖展寬引起的碼間重疊,增大脈沖間距雖然能避免脈沖間的干擾問題,但通信容量與傳輸速度將大大降低,不利于通信帶寬的充分利用,在一定程度上也制約了傳輸距離,不利于光纖技術的發展。


      3光纖通信中的色散補償技術


      由于光纖通信中的色散現象嚴重制約了光纖通信技術的發展與應用,因此需要對其進行補償,根據補償方式與原理的不同,可以將色散補償分為光色散補償、電色散補償以及光電色散補償三類。


      3.1光色散補償


      光色散補償重要利用光學器件在光域對色散現象進行補償,一般來說根據補償器件與方式的不同,又可以分為以下三種:


      3.1.1色散補償光纖


      色散補償光纖是一種應用較為廣泛、較為成熟的無源補償器件,其可以安裝在光纖的任意位置,利用補償光纖的特有光學形式對色散進行補償,具有較好的適應性與兼容性,在長距離傳輸光纖的色散補償中,由于長距離傳輸造成的能量損耗,一般需要在補償光纖后增加光放大器以保證通信的質量。色散補償光纖對溫度變化較為敏感,其具有一定的可變性,在不同條件下的補償效果不同,因此需要增設自適應補償模塊對其進行管理與控制。


      3.1.2啁啾光纖光柵


      啁啾光纖光柵作為一種補償系數較大的色散補償方式,可以采用盡可能少的補償模塊實現較好的補償效果,對節約補償成本有著積極的意義。當不同頻率的光穿過啁啾光纖光柵時,會產生反射導致不同的時延,這就使得啁啾光纖光柵對色散產生的輻射噪聲具有較強的抑制作用,從而實現了對色散的補償。啁啾光纖光柵的適應性也較強,能夠在不同條件的傳輸光纖中得到應用,補償方式簡便易行,得到了較為廣泛的應用。


      3.1.3中點譜反轉法


      為了徹底避免光纖通信中的色散現象,采用零色散的傳輸光纖成為人們的解決思路,但由于領色散光纖的性質,產生的四波混頻現象將嚴重影響正常的光纖通信功能,中點譜反轉法成為解決這一問題的重要手段。中點譜反轉法通過光纖通信中色散的相互抵消實現色散較好的補償,但由于自相位的調節容易產生失真的現象,同時補償成本也較高,因此與其他兩種光色散補償方式相比,這種補償方式的應用相對較少。


      3.2電色散補償


      與光色散補償方式不同,電色散補償主要應用在接收端而不是傳輸過程,主要利用光纖通信中的色散特征對傳輸數據進行處理,從而減少碼間的干擾,提高光纖通信的傳輸質量,與光色散補償相比,其成本優勢更大。


      3.2.1線性均衡技術


      線性均衡技術就是將色散造成的脈沖展寬引起的碼間干擾信號視為線性干擾信號,通過觀測數據利用橫截濾波器增加反向數值信號抵消干擾信號,從而實現色散的補償。這種橫截濾波器石油不同時延不同權重的抽頭組成的組合濾波器,通過對碼間干擾信號的估計調整抽頭的權重,進而實現線性均衡,達到色散補償的效果。線性均衡器原理簡單結構輕巧,得到了較為廣泛的應用,但隨著抽頭數目的增多,冗余數據會導致均衡器對噪聲產生放大作用,不利于光線中信號的傳輸。


      3.2.2判決反饋均衡技術


      判決反饋均衡技術較好地解決了線性均衡技術存在的噪聲放大問題,其通過兩個橫向濾波器的級聯,一個用于線性均衡處理,另一個負責將均衡結果反饋至判決器進行判決。雙濾波器的均衡方式使其具有一定的記憶功能,能夠根據已有的判決信息自適應調整后續判決門限,從而保證在噪聲干擾下,能夠對碼間干擾具有較好地檢測的分割效果。


      3.2.3最大似然均衡技術


      最大似然均衡技術具有均衡與判決功能,其通過利用數據序列中碼間的相關特性,將整個序列視為一個統一的整體進行處理,從而有效地抑制了噪聲的干擾,提高了對色散引起的碼間干擾的均衡效果,具有較強的適應性。盡管最大似然均衡技術具有較好的均衡效果,但其均衡器設備成本較高,因此在實際中應用較少,只在一些對均衡效果要求較高且對成本要求較低的條件下得到應用。


      4光纖通信中色散補償技術的應用


      光色散補償從色散產生的物理本質上對其進行了抑制和補償,具有較好的適應能力和補償效果,在長距離光纖通信中得到了較為廣泛的應用,本文主要針對基于色散補償光纖的色散補償技術進行了簡要的分析和闡述。


      4.1色散補償原理


      根據色散的性質不同,可以將色散分為正色散與負色散,兩者對光脈沖有著不同的影響。正色散能夠展寬光脈沖,是造成碼間干擾的重要原因,而負色散則壓縮光脈沖,這對光纖通信而言有著積極的意義,因此對色散的補償主要是指對正色散的補償。


      以常規的G.652單模光纖為例,光信號其在1.55附近將產生正色散,造成碼間干擾,而色散補償光纖由于不同的光纖材料,光信號在1.55附近將產生較高的負色散,通過常規光纖與色散補償光纖的級聯,能夠利用色散補償光纖的負色散補償常規光纖的正色散,從而實現光纖通信中色散的補償,校正脈沖展寬效應及帶來的碼間干擾,大大提高光纖通信的質量。


      4.2色散補償系統設計


      色散補償系統的結構如圖1所示,根據色散程度的計算,在常規光纖中增設相應長度的色散補償光纖,從而實現了色散造成的脈沖展寬的校正,并通過放大器提高了光纖通信的傳輸速度與傳輸效率。


      通過圖1可以看出,光源信號經過常規光纖的傳輸后,正色散使得脈沖發生了明顯的展寬,形成了嚴重的碼間干擾,嚴重影響了光纖通信的質量。經過色散補償光纖負色散的補償,脈沖發生了明顯的收窄,避免了脈沖間的交疊問題,有效解決了碼間干擾,取得了較好的色散補償效果。


      首先,色散補償光纖作為一種無源器件,使其在配置過程中可以不考慮對其他器件的影響,配置策略更為靈活,可以布置在光纖傳輸鏈路的任意位置進行補償;其次色散補償光纖與常規光纖的級聯操作較為便捷;此外色散補償光纖的補償能力較強,對于長距離光纖通信的色散補償具有一定的優勢。


      5結論


      隨著光纖通信技術的不斷發展與應用,色散已經成為制約其通信質量與通信效率的重要因素,色散導致的脈沖展寬將造成嚴重的碼間干擾,對數據的傳輸有著不利的影響。本文主要針對光纖通信中的色散補償技術進行了簡要的分析,并對色散補償光纖的應用及設計進行了簡要的闡述。相信隨著光纖通信技術的不斷成熟,其將在長距離高速通信中發揮更為重要的作用。


      參考文獻 

      [1]趙懷罡.光傳輸系統中色散補償問題的探討[J].光通信研究,2010,3(02). 

      [2]李任新.長距離光纖傳輸放大器與色散補償技術探討[J].通訊世界,2016,1(05). 

      [3]姜晉霄.光纖通信技術發展的現狀及前景分析[J].無線互聯科技,2016,18(03). 

      [4]李東瑾等.基于電學補償的頻率光纖傳輸系統設計[J].光通信技術,2016,6(05). 

      作者:徐志軍,1.海參信息通信局 北京市 100841 ,2.海軍工程大學 湖北省武漢市 430033 

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