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光纤通信中的色散补偿技术及其应用
[ 通信界 / 徐志军 / www.cntxj.net / 2019/11/18 11:16:13 ]
 

  摘要:近年来随着信息技术的不断发展,人们对数据传输速度、传输距离及传输质量的要求越来越高,而光纤通信得益于自身高速长距离的传输优势,在生产生活中的诸多领域得到了较为广泛的应用。随着光纤通信技术的发展,色散已经成为制约光纤通信进一步发展的重要因素,本文主要针对光纤通信中的色散补偿技术及其应用进行了简要的分析和阐述。

  关键词:光纤通信色散补偿应用

  1引言

  二十一世纪以来,随着信息化时代的到来,越来越多的数据以数字化的形式进行存储与传输,庞大体量的数据使得人们对通信的速度和距离都有了更高的需求,光纤通信得益于自身高速长距离的传输优势,逐步成为长距离大数据量的主要传输方式。随着光纤通信的推广与应用,光纤通信的数据传输量不断增长,为了解决能耗问题,光纤放大器等开始在光纤通信中得到应用,但在解决光纤通信中损耗问题的同时,却也放大了色散的影响,使得色散已经成为制约光纤通信的重要影响因素。本文主要针对光纤通信中的色散问题,简要分析了色散补偿技术,并对其实际应用进行了简要的阐述。

  2光纤通信中的色散现象

  在光纤通信中,作为信息传输载体的并不是单色光,而是多种不同波长的光的集合,由于不同波长的光在传输介质中的折射率不同,传输速度也不同,这就导致光脉冲被展宽,形成了色散。光纤通信作为一种数字化的通信方式,脉冲的展宽将导致脉冲间的交叠,使得接收机难以将两个脉冲准确地区分出来,从而产生了严重的码间干扰,误码率大大提高,不利于光纤通信的质量,并且随着传输距离的增大,色散现象不断加剧,严重制约了光纤通信长距离高质量传输的优势。

  为了避免脉冲展宽引起的码间重叠,增大脉冲间距虽然能避免脉冲间的干扰问题,但通信容量与传输速度将大大降低,不利于通信带宽的充分利用,在一定程度上也制约了传输距离,不利于光纤技术的发展。

  3光纤通信中的色散补偿技术

  由于光纤通信中的色散现象严重制约了光纤通信技术的发展与应用,因此需要对其进行补偿,根据补偿方式与原理的不同,可以将色散补偿分为光色散补偿、电色散补偿以及光电色散补偿三类。

  3.1光色散补偿

  光色散补偿重要利用光学器件在光域对色散现象进行补偿,一般来说根据补偿器件与方式的不同,又可以分为以下三种:

  3.1.1色散补偿光纤

  色散补偿光纤是一种应用较为广泛、较为成熟的无源补偿器件,其可以安装在光纤的任意位置,利用补偿光纤的特有光学形式对色散进行补偿,具有较好的适应性与兼容性,在长距离传输光纤的色散补偿中,由于长距离传输造成的能量损耗,一般需要在补偿光纤后增加光放大器以保证通信的质量。色散补偿光纤对温度变化较为敏感,其具有一定的可变性,在不同条件下的补偿效果不同,因此需要增设自适应补偿模块对其进行管理与控制。

  3.1.2啁啾光纤光栅

  啁啾光纤光栅作为一种补偿系数较大的色散补偿方式,可以采用尽可能少的补偿模块实现较好的补偿效果,对节约补偿成本有着积极的意义。当不同频率的光穿过啁啾光纤光栅时,会产生反射导致不同的时延,这就使得啁啾光纤光栅对色散产生的辐射噪声具有较强的抑制作用,从而实现了对色散的补偿。啁啾光纤光栅的适应性也较强,能够在不同条件的传输光纤中得到应用,补偿方式简便易行,得到了较为广泛的应用。

  3.1.3中点谱反转法

  为了彻底避免光纤通信中的色散现象,采用零色散的传输光纤成为人们的解决思路,但由于领色散光纤的性质,产生的四波混频现象将严重影响正常的光纤通信功能,中点谱反转法成为解决这一问题的重要手段。中点谱反转法通过光纤通信中色散的相互抵消实现色散较好的补偿,但由于自相位的调节容易产生失真的现象,同时补偿成本也较高,因此与其他两种光色散补偿方式相比,这种补偿方式的应用相对较少。

  3.2电色散补偿

  与光色散补偿方式不同,电色散补偿主要应用在接收端而不是传输过程,主要利用光纤通信中的色散特征对传输数据进行处理,从而减少码间的干扰,提高光纤通信的传输质量,与光色散补偿相比,其成本优势更大。

  3.2.1线性均衡技术

  线性均衡技术就是将色散造成的脉冲展宽引起的码间干扰信号视为线性干扰信号,通过观测数据利用横截滤波器增加反向数值信号抵消干扰信号,从而实现色散的补偿。这种横截滤波器石油不同时延不同权重的抽头组成的组合滤波器,通过对码间干扰信号的估计调整抽头的权重,进而实现线性均衡,达到色散补偿的效果。线性均衡器原理简单结构轻巧,得到了较为广泛的应用,但随着抽头数目的增多,冗余数据会导致均衡器对噪声产生放大作用,不利于光线中信号的传输。

  3.2.2判决反馈均衡技术

  判决反馈均衡技术较好地解决了线性均衡技术存在的噪声放大问题,其通过两个横向滤波器的级联,一个用于线性均衡处理,另一个负责将均衡结果反馈至判决器进行判决。双滤波器的均衡方式使其具有一定的记忆功能,能够根据已有的判决信息自适应调整后续判决门限,从而保证在噪声干扰下,能够对码间干扰具有较好地检测的分割效果。

  3.2.3最大似然均衡技术

  最大似然均衡技术具有均衡与判决功能,其通过利用数据序列中码间的相关特性,将整个序列视为一个统一的整体进行处理,从而有效地抑制了噪声的干扰,提高了对色散引起的码间干扰的均衡效果,具有较强的适应性。尽管最大似然均衡技术具有较好的均衡效果,但其均衡器设备成本较高,因此在实际中应用较少,只在一些对均衡效果要求较高且对成本要求较低的条件下得到应用。

  4光纤通信中色散补偿技术的应用

  光色散补偿从色散产生的物理本质上对其进行了抑制和补偿,具有较好的适应能力和补偿效果,在长距离光纤通信中得到了较为广泛的应用,本文主要针对基于色散补偿光纤的色散补偿技术进行了简要的分析和阐述。

  4.1色散补偿原理

  根据色散的性质不同,可以将色散分为正色散与负色散,两者对光脉冲有着不同的影响。正色散能够展宽光脉冲,是造成码间干扰的重要原因,而负色散则压缩光脉冲,这对光纤通信而言有着积极的意义,因此对色散的补偿主要是指对正色散的补偿。

  以常规的G.652单模光纤为例,光信号其在1.55附近将产生正色散,造成码间干扰,而色散补偿光纤由于不同的光纤材料,光信号在1.55附近将产生较高的负色散,通过常规光纤与色散补偿光纤的级联,能够利用色散补偿光纤的负色散补偿常规光纤的正色散,从而实现光纤通信中色散的补偿,校正脉冲展宽效应及带来的码间干扰,大大提高光纤通信的质量。

  4.2色散补偿系统设计

  色散补偿系统的结构如图1所示,根据色散程度的计算,在常规光纤中增设相应长度的色散补偿光纤,从而实现了色散造成的脉冲展宽的校正,并通过放大器提高了光纤通信的传输速度与传输效率。

  通过图1可以看出,光源信号经过常规光纤的传输后,正色散使得脉冲发生了明显的展宽,形成了严重的码间干扰,严重影响了光纤通信的质量。经过色散补偿光纤负色散的补偿,脉冲发生了明显的收窄,避免了脉冲间的交叠问题,有效解决了码间干扰,取得了较好的色散补偿效果。

  首先,色散补偿光纤作为一种无源器件,使其在配置过程中可以不考虑对其他器件的影响,配置策略更为灵活,可以布置在光纤传输链路的任意位置进行补偿;其次色散补偿光纤与常规光纤的级联操作较为便捷;此外色散补偿光纤的补偿能力较强,对于长距离光纤通信的色散补偿具有一定的优势。

  5结论

  随着光纤通信技术的不断发展与应用,色散已经成为制约其通信质量与通信效率的重要因素,色散导致的脉冲展宽将造成严重的码间干扰,对数据的传输有着不利的影响。本文主要针对光纤通信中的色散补偿技术进行了简要的分析,并对色散补偿光纤的应用及设计进行了简要的阐述。相信随着光纤通信技术的不断成熟,其将在长距离高速通信中发挥更为重要的作用。

  参考文献
  [1]赵怀罡.光传输系统中色散补偿问题的探讨[J].光通信研究,2010,3(02).
  [2]李任新.长距离光纤传输放大器与色散补偿技术探讨[J].通讯世界,2016,1(05).
  [3]姜晋霄.光纤通信技术发展的现状及前景分析[J].无线互联科技,2016,18(03).
  [4]李东瑾等.基于电学补偿的频率光纤传输系统设计[J].光通信技术,2016,6(05).

 

作者:徐志军 合作媒体:通信界 编辑:顾北

 

 

 
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