光纤通信传输技术探讨

　　摘要：本文研究了光纤传输的受限原理，提出长距离传输的FRA、FEC和码型技术提高光纤的传输性能。
　　关键词：光纤通信、PMD、码型技术、喇曼放大器
　　
　　1.光纤传输的受限原理
　　(1)衰耗受限
　　
　　光信号在光纤中传输时能量(光功率)会随着传输距离的增长而衰减，这称为光纤衰耗。每公里光纤对光功率信号的衰减值定义为光纤的衰耗系数，单位dB/km。如G.652光纤在1550nm波长区域的衰耗系数0.15～0.25dB/km。
　　
　　在光通信系统中，光发射机的发光功率不能过大，因为发光功率过大会减少光源器件的寿命，而人纤光功率过大还会引起严重的非线性效应，所以一般不应大于+5dBm；同时，光接收机的接收灵敏度也是有限的，一般在一30dBm左右，这样，光发射机的发光功率和光接收机的接收灵敏度之间有限的功率落差以及光纤的衰耗系数就决定了系统中单跨段的最大传输距离。
　　
　　(2)色度色散受限
　　
　　所谓色度色散是指光脉冲在光纤中传输时随着传输距离的增长而出现脉冲展宽和畸变效应，而光脉冲的展宽和畸变会导致光传输质量劣化，产生码间干扰、误码等，从而限制了系统中单跨段的最大传输距离。衡量光纤色度色散的概念是色度色散系数，它定义为一公里长的光纤传输单位谱宽时所产生的脉冲展宽值，如G.652光纤在1550nm波长区域的色度色散系数17～20ps/nm.km。
　　
　　光纤的色度色散系数越小越好，较小的色度色散系数意味着光脉冲在光纤中传输时能够传更远的距离而保持脉冲的有效性。
　　
　　(3)偏振模色散(PMD)受限
　　
　　所谓偏振模色散(PMD)指的是由于光纤的随机性双折射所引起的不同相位状态的光呈现不同的群速度，从而导致不同偏振态的光信号不能同时到达接收端，即出现延时现象。PMD不但受光纤制造工艺的影响，而且也受光缆施工的影响。因此，PMD的随机性非常大，其值随光纤所处环境变化而变化。由PMD产生的延时值其大小取决于光纤的PMD系数和系统的传输距离，所以当这两者确定之后，由PMD产生的延时值也就确定了。但延时值对不同传输速率的影响是不同的，传输速率越低(2.5Gb/s以下)，该延时值与其码元周期相比，所占的相对比例越小，其影响可以忽略不计；而传输速率越高(l0Gb/s以下)，该延时值与其码元周期相比，所占的相对比例越大，其影响就不能忽略。
　　
　　2.光纤传输的关键技术
　　(1)光纤喇曼放大器(FRA)对光纤损耗进行补偿
　　
　　在光纤传输中，喇曼放大器技术是最关键的光传输技术。它可以将传输光纤本身变成一个放大器,也可以放大掺铒光纤放大器(EDFA)所不能放大的波段。它利用普通的传输光纤就能实现分布式放大，从而大大提高系统的光信噪比（OSNR）。
　　
　　FRA利用光纤自身对信号进行放大，信号在传输过程中的固有损耗可以在光纤内部进行补偿。一种应用较广的被称之为分布式光纤喇曼放大器(DFRA)。对于长距离光纤传输来说，利用喇曼放大器提高系统的OSNR、增加系统中继长度、提高波分复用(WDM)系统的通道数和抑制光纤非线性效应是其主要目的。
　　
　　(2)前向纠错(FEC)编码减少误码率
　　
　　在光传输系统中采用FEC技术,能够减少系统的误码率。其编码增益提供了一定的系统富余量，从而降低光链路中线性及非线性因素对系统性能的影响。对于有光放大器的系统，可以增加光放大器间隔、延长传输距离、提高信道速率、减小单通道光功率。FEC的实现方式有带外FEC系统和带内FEC系统两种。带内FEC的增益一般为3dB左右，而带外的增益远高于带内，因此，长距系统均采用带外FEC编码。使用带外FEC时，总体改善情况可达7~9dB，大大提高了系统的传输距离。
　　
　　(3)码型技术提升系统的传输性能
　　
　　由于不同线路调制码型的光信号在色散容限、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)等非线性的容纳能力、频谱利用率等方面各有特点,对于超宽频带的长距离WDM传输系统，非归零(NRZ)、归零(RZ)等码型都有各自的特色。
　　
　　NRZ码应用简单、成本低、频谱效率高，是目前SDH系统和WDM系统中应用最广泛的码型。由于码元过渡不归零，对传输损伤敏感，不适用于高速长距离光信号的传输。
　　
　　RZ码的主要缺点是信号频谱宽度相对码较大，增加调制器使系统变得复杂、成本高。为了进一步提高码的传输性能，近年来还出现了载频抑制RZ(CS-RZ)和啁啾RZ(CRZ)等码型。在CS-RZ码中，相邻码元的电场振幅符号相反，从而达到降低光谱宽度的目的，在功率较高的情况下，不但增加了色散容限，而且有更强的抵抗SPM和四波混频(FWM)等光纤非线性效应的能力。
　　
　　CRZ码采用了三级调制技术(RZ幅度调制、相位调制和数据调制)，其相位调制器在发射端对RZ脉冲的上升沿和下降沿上加入一定的啁啾量，抵抗非线性效应的能力非常优异。此外，CRZ码还具有良好的抵抗偏振相关损耗(PDL)和偏振模色散(PMD)的能力，具有更高的传输稳定性。
　　
　　(4)色散补偿延伸光传输的距离
　　
　　色散是限制光纤传输距离的主要因素。色散补偿包括色度色散补偿和偏振模色散补偿。色度色散补偿的方式包括色散补偿器件和色散补偿模块。目前使用最多的是色散补偿模块(DCM)，通常用在EDFA的两级之间，用以补偿的插损。目前，对于动态的色度色散补偿方式也进行了大量的研究，但是真正商用的产品尚不多。
　　
　　从技术角度来看，利用长距离光纤传输中的与结合的放大技术，及采用色散和非线性容限较高的码型等长距离光纤传输技术，都可以延长光放段的传输距离，用于骨干网中部分长跨距中，这是目前比较普遍的长距离光纤传输技术应用。
　　
　　
　　参考文献
　　
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