基于MATLAB的高速光通信色散補償技術

辛磊

摘要：隨著現代科學技術不斷發展，工業、農業以及經濟貿易全球化中人與人之間的交流必然帶來龐大的信息交換。文章主要從色散角度來討論其對通信系統的影響，介紹目前光通信系統中的幾種色散補償方案，并通過用MATLAB軟件仿真對各種方案的優缺點進行了比較分析，對今后色散補償技術的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：非線性效應；MATLAB；色散補償；光纖色散技術；啁啾光纖光柵補償法

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0061-02

光纖通信具有信息容量大、距離長以及抗干擾能力強等優勢，給信息傳播技術提供了更加有利的條件，能夠滿足人們日益增加的信息需求。但是光纖通信技術本身也存在一定的缺陷，在容量擴大、傳輸信息速度加快的同時也會造成光纖的損耗，伴隨非線性效應以及色散效應，這些都不利于光纖通信技術的健康可持續發展，其中影響最大的就是色散效應。

1 光通信系統中色散補償原理

1.1 造成色散的原因

近幾年光纖通信技術有了很大的發展，但是色散一直是影響通信效果的重要原因。光信號是由頻率以及模型組成，一旦頻率和模型成分出現差異就會直接造成色散效應，通信的效果也會受到影響。光信號的傳遞速度并不固定，很多時候會出現信號延時的情況，延長的時間越久，色散程度越嚴重，光信號在這段延長的時間內會發生變化，所以經常會用延長的時間來判斷色散的程度。色散效應最容易出現在模間、材料和光波之中。

1.2 色散效應造成的危害

色散效應最直接的影響就是造成脈沖的重疊，光纖的容量減少。目前使用的光纖通信系統，當出現色散效應，光信號傳輸的速度到達一定的程度就會給系統的運行造成很嚴重的影響，光纖的通信距離也會相繼縮短。

1.3 現有的光纖光色散補償技術

色散補償技術就是通過在系統內附加負色散，以抵消傳輸光纖的累積色散，改善信號質量。目前如何解決色散問題已經引起了廣泛關注，針對這些問題也提出了相應的解決辦法，其中最常見的就是相位陣列法、色散支持傳輸技術以及光孤子傳輸法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾參數對脈沖展寬的影響

本仿真是在不考慮非線性效應、損耗及其他因素的影響，單純考慮群速度色散對脈沖展寬的影響下進行的。

（1）參數的設置。

常規單模光纖的參數：

圖4 色散補償光纖對色散的補償效果

脈沖在經過單模光纖后由于色散的原因使脈沖展寬了，而色散使光信號展寬是由相位系數引起的，它使光脈沖經光纖傳輸時產生了新的頻率成分。但當脈沖經過色散補償光纖后，光脈沖進行了很好的補償，從上圖4可以看出，經過色散補償光纖后脈沖基本恢復了原來的樣子，即對色散進行了很好的補償。

3 色散補償技術的優劣比較

通過利用MATLAB軟件對色散中的一些參數進行仿真（仿真啁啾參數對脈沖展寬的影響，DCF光纖對色散的補償，啁啾光纖光柵提供的色散與光纖色散的關系，孤子傳輸系統中脈沖形狀與傳輸距離的關系），并結合目前現有的幾種色散補償技術可以比較得出：

（1）色散支持傳輸技術：這種傳輸技術最大的優勢就是操作簡單和成本低，但是它本身也存在一些缺點。主要是這種技術在使用過程中涉及的參數比較復雜，不同的傳輸距離和速度都要改變相應的參數，只有數值達到規定的標準才能真正發揮系統的作用，這樣會給整個通信系統的運行造成一定的影響，再加上技術的升級功能較差，不能根據實際通信的需要自動進行

升級。

（2）光孤子通信系統具有超長距離的傳輸能力，其應用潛力是巨大的。但這種系統正處于研究開發階段，對現有系統要作較大的改動，要真正進入使用化尚需解決一系列實際應用問題。

（3）啁啾光纖光柵補償法具有成本低、消耗少等優勢。它憑借反射率高以及色散量大等特點能夠很好地解決DWDM技術中存在的缺陷，光纖光柵本身的體積較小，可以直接安裝在通信系統的內部，直接對光纖信號產生效用，這種補償方式在保證通信質量的同時還能節省開支，可以根據光纖通信技術的實際情況制定具體的補償方案。

4 結語

為了改善光纖通信技術的光纖損耗以及色散效應，采用了色散支持傳輸技術、光孤子傳輸技術以及啁啾光纖光柵補償法等，并對這些辦法的優劣勢進行了比較，綜合可以得出啁啾光纖光柵補償法的優勢更大，能夠很好地解決現在光纖通信技術中存在的問題，但是現在還沒有正式投入應用，還需要根據實際情況制定詳細的計劃，才能真正發揮這種解決辦法的優勢。

參考文獻

[1] 龔倩，徐榮，等.高速超長距離光傳輸技術[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[2] 張華，曹文華.光纖通信系統中的色散補償技術

[J].半導體光電，2001，22（6）.

[3] 原榮.光纖通信[M]. 北京：電子工業出版業，2002.

[4] 楊祥林.光纖通信系統[M].北京：國防工業出版社，2000.endprint

摘要：隨著現代科學技術不斷發展，工業、農業以及經濟貿易全球化中人與人之間的交流必然帶來龐大的信息交換。文章主要從色散角度來討論其對通信系統的影響，介紹目前光通信系統中的幾種色散補償方案，并通過用MATLAB軟件仿真對各種方案的優缺點進行了比較分析，對今后色散補償技術的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：非線性效應；MATLAB；色散補償；光纖色散技術；啁啾光纖光柵補償法

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0061-02

光纖通信具有信息容量大、距離長以及抗干擾能力強等優勢，給信息傳播技術提供了更加有利的條件，能夠滿足人們日益增加的信息需求。但是光纖通信技術本身也存在一定的缺陷，在容量擴大、傳輸信息速度加快的同時也會造成光纖的損耗，伴隨非線性效應以及色散效應，這些都不利于光纖通信技術的健康可持續發展，其中影響最大的就是色散效應。

1 光通信系統中色散補償原理

1.1 造成色散的原因

近幾年光纖通信技術有了很大的發展，但是色散一直是影響通信效果的重要原因。光信號是由頻率以及模型組成，一旦頻率和模型成分出現差異就會直接造成色散效應，通信的效果也會受到影響。光信號的傳遞速度并不固定，很多時候會出現信號延時的情況，延長的時間越久，色散程度越嚴重，光信號在這段延長的時間內會發生變化，所以經常會用延長的時間來判斷色散的程度。色散效應最容易出現在模間、材料和光波之中。

1.2 色散效應造成的危害

色散效應最直接的影響就是造成脈沖的重疊，光纖的容量減少。目前使用的光纖通信系統，當出現色散效應，光信號傳輸的速度到達一定的程度就會給系統的運行造成很嚴重的影響，光纖的通信距離也會相繼縮短。

1.3 現有的光纖光色散補償技術

色散補償技術就是通過在系統內附加負色散，以抵消傳輸光纖的累積色散，改善信號質量。目前如何解決色散問題已經引起了廣泛關注，針對這些問題也提出了相應的解決辦法，其中最常見的就是相位陣列法、色散支持傳輸技術以及光孤子傳輸法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾參數對脈沖展寬的影響

本仿真是在不考慮非線性效應、損耗及其他因素的影響，單純考慮群速度色散對脈沖展寬的影響下進行的。

（1）參數的設置。

常規單模光纖的參數：

圖4 色散補償光纖對色散的補償效果

脈沖在經過單模光纖后由于色散的原因使脈沖展寬了，而色散使光信號展寬是由相位系數引起的，它使光脈沖經光纖傳輸時產生了新的頻率成分。但當脈沖經過色散補償光纖后，光脈沖進行了很好的補償，從上圖4可以看出，經過色散補償光纖后脈沖基本恢復了原來的樣子，即對色散進行了很好的補償。

3 色散補償技術的優劣比較

通過利用MATLAB軟件對色散中的一些參數進行仿真（仿真啁啾參數對脈沖展寬的影響，DCF光纖對色散的補償，啁啾光纖光柵提供的色散與光纖色散的關系，孤子傳輸系統中脈沖形狀與傳輸距離的關系），并結合目前現有的幾種色散補償技術可以比較得出：

（1）色散支持傳輸技術：這種傳輸技術最大的優勢就是操作簡單和成本低，但是它本身也存在一些缺點。主要是這種技術在使用過程中涉及的參數比較復雜，不同的傳輸距離和速度都要改變相應的參數，只有數值達到規定的標準才能真正發揮系統的作用，這樣會給整個通信系統的運行造成一定的影響，再加上技術的升級功能較差，不能根據實際通信的需要自動進行

升級。

（2）光孤子通信系統具有超長距離的傳輸能力，其應用潛力是巨大的。但這種系統正處于研究開發階段，對現有系統要作較大的改動，要真正進入使用化尚需解決一系列實際應用問題。

（3）啁啾光纖光柵補償法具有成本低、消耗少等優勢。它憑借反射率高以及色散量大等特點能夠很好地解決DWDM技術中存在的缺陷，光纖光柵本身的體積較小，可以直接安裝在通信系統的內部，直接對光纖信號產生效用，這種補償方式在保證通信質量的同時還能節省開支，可以根據光纖通信技術的實際情況制定具體的補償方案。

4 結語

為了改善光纖通信技術的光纖損耗以及色散效應，采用了色散支持傳輸技術、光孤子傳輸技術以及啁啾光纖光柵補償法等，并對這些辦法的優劣勢進行了比較，綜合可以得出啁啾光纖光柵補償法的優勢更大，能夠很好地解決現在光纖通信技術中存在的問題，但是現在還沒有正式投入應用，還需要根據實際情況制定詳細的計劃，才能真正發揮這種解決辦法的優勢。

參考文獻

[1] 龔倩，徐榮，等.高速超長距離光傳輸技術[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[2] 張華，曹文華.光纖通信系統中的色散補償技術

[J].半導體光電，2001，22（6）.

[3] 原榮.光纖通信[M]. 北京：電子工業出版業，2002.

[4] 楊祥林.光纖通信系統[M].北京：國防工業出版社，2000.endprint

摘要：隨著現代科學技術不斷發展，工業、農業以及經濟貿易全球化中人與人之間的交流必然帶來龐大的信息交換。文章主要從色散角度來討論其對通信系統的影響，介紹目前光通信系統中的幾種色散補償方案，并通過用MATLAB軟件仿真對各種方案的優缺點進行了比較分析，對今后色散補償技術的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：非線性效應；MATLAB；色散補償；光纖色散技術；啁啾光纖光柵補償法

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0061-02

光纖通信具有信息容量大、距離長以及抗干擾能力強等優勢，給信息傳播技術提供了更加有利的條件，能夠滿足人們日益增加的信息需求。但是光纖通信技術本身也存在一定的缺陷，在容量擴大、傳輸信息速度加快的同時也會造成光纖的損耗，伴隨非線性效應以及色散效應，這些都不利于光纖通信技術的健康可持續發展，其中影響最大的就是色散效應。

1 光通信系統中色散補償原理

1.1 造成色散的原因

近幾年光纖通信技術有了很大的發展，但是色散一直是影響通信效果的重要原因。光信號是由頻率以及模型組成，一旦頻率和模型成分出現差異就會直接造成色散效應，通信的效果也會受到影響。光信號的傳遞速度并不固定，很多時候會出現信號延時的情況，延長的時間越久，色散程度越嚴重，光信號在這段延長的時間內會發生變化，所以經常會用延長的時間來判斷色散的程度。色散效應最容易出現在模間、材料和光波之中。

1.2 色散效應造成的危害

色散效應最直接的影響就是造成脈沖的重疊，光纖的容量減少。目前使用的光纖通信系統，當出現色散效應，光信號傳輸的速度到達一定的程度就會給系統的運行造成很嚴重的影響，光纖的通信距離也會相繼縮短。

1.3 現有的光纖光色散補償技術

色散補償技術就是通過在系統內附加負色散，以抵消傳輸光纖的累積色散，改善信號質量。目前如何解決色散問題已經引起了廣泛關注，針對這些問題也提出了相應的解決辦法，其中最常見的就是相位陣列法、色散支持傳輸技術以及光孤子傳輸法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾參數對脈沖展寬的影響

本仿真是在不考慮非線性效應、損耗及其他因素的影響，單純考慮群速度色散對脈沖展寬的影響下進行的。

（1）參數的設置。

常規單模光纖的參數：

圖4 色散補償光纖對色散的補償效果

脈沖在經過單模光纖后由于色散的原因使脈沖展寬了，而色散使光信號展寬是由相位系數引起的，它使光脈沖經光纖傳輸時產生了新的頻率成分。但當脈沖經過色散補償光纖后，光脈沖進行了很好的補償，從上圖4可以看出，經過色散補償光纖后脈沖基本恢復了原來的樣子，即對色散進行了很好的補償。

3 色散補償技術的優劣比較

通過利用MATLAB軟件對色散中的一些參數進行仿真（仿真啁啾參數對脈沖展寬的影響，DCF光纖對色散的補償，啁啾光纖光柵提供的色散與光纖色散的關系，孤子傳輸系統中脈沖形狀與傳輸距離的關系），并結合目前現有的幾種色散補償技術可以比較得出：

（1）色散支持傳輸技術：這種傳輸技術最大的優勢就是操作簡單和成本低，但是它本身也存在一些缺點。主要是這種技術在使用過程中涉及的參數比較復雜，不同的傳輸距離和速度都要改變相應的參數，只有數值達到規定的標準才能真正發揮系統的作用，這樣會給整個通信系統的運行造成一定的影響，再加上技術的升級功能較差，不能根據實際通信的需要自動進行

升級。

（2）光孤子通信系統具有超長距離的傳輸能力，其應用潛力是巨大的。但這種系統正處于研究開發階段，對現有系統要作較大的改動，要真正進入使用化尚需解決一系列實際應用問題。

（3）啁啾光纖光柵補償法具有成本低、消耗少等優勢。它憑借反射率高以及色散量大等特點能夠很好地解決DWDM技術中存在的缺陷，光纖光柵本身的體積較小，可以直接安裝在通信系統的內部，直接對光纖信號產生效用，這種補償方式在保證通信質量的同時還能節省開支，可以根據光纖通信技術的實際情況制定具體的補償方案。

4 結語

為了改善光纖通信技術的光纖損耗以及色散效應，采用了色散支持傳輸技術、光孤子傳輸技術以及啁啾光纖光柵補償法等，并對這些辦法的優劣勢進行了比較，綜合可以得出啁啾光纖光柵補償法的優勢更大，能夠很好地解決現在光纖通信技術中存在的問題，但是現在還沒有正式投入應用，還需要根據實際情況制定詳細的計劃，才能真正發揮這種解決辦法的優勢。

參考文獻

[1] 龔倩，徐榮，等.高速超長距離光傳輸技術[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[2] 張華，曹文華.光纖通信系統中的色散補償技術

[J].半導體光電，2001，22（6）.

[3] 原榮.光纖通信[M]. 北京：電子工業出版業，2002.

[4] 楊祥林.光纖通信系統[M].北京：國防工業出版社，2000.endprint