高速光纖通信系統中信號損傷緩解與補償技術

王偉

摘 要：近年來，我國光纖通信系統發展起來，其應用規模也呈現出不斷擴大的趨勢，但是，在信號傳輸過程中，信號損傷問題越發嚴重，高速光纖通信系統中信號損傷主要由偏振模色散引起。本文主要從高速光纖通信系統中信號損傷與補償介紹出發，具體闡述了高速光纖中偏振模色散概念及其測量方式，并提出了相應的高速光纖通信系統中信號損傷補償技術，希望對高速光纖通信系統中信號損傷緩解與補償有所幫助。

關鍵詞：高速光纖；通信系統；信號損傷緩解；補償技術

隨著信息化時代的到來，通信成為人們日常生活不可分離的一部分，通信容量呈現出不斷上升的趨勢。科學家預測未來每名通信用戶的通信容量高達1000Mb/s，可見未來人們對通訊需求之大，因此，高速光纖通信系統的未來發展會逐漸向高速率和大容量發展。

1 高速光纖通信系統中信號損傷與補償

高速光纖通信系統在傳播過程中常常會發生信號損傷的問題，色散和光纖耗損是導致高速光纖通信系統中信號損傷的主要原因。傳統光纖系統中，多模光纖較為常見，在不同模式下光纖的信號傳播速度不同，證明了信號傳播過程中存在模間色散。隨著科技的發展，單模光纖在光纖通信系統中使用廣泛，在一定程度上減少了色散，也就緩解了模間色散的問題。 但是，隨著通信容量的不斷擴大，信號傳輸距離也越來越遠，新的問題也隨之出現，長距離運輸過程中的光纖虛耗成為制約信號傳播的關鍵。單模光纖能夠解決模間色散問題，但是會受到材料和波導色散的干擾，導致色度色散問題的存在，在傳播過程中損傷通信信號。

因此，人們開始采用色散補償光纖來補償色散問題，促進單載波速率的提高，進而解決信號損傷的問題。大量實踐經驗也表明，采取措施緩解和補償高速光纖系統中的信號損傷能夠大大提高通信的速率。

近年來，我國科學技術不斷發展，偏振模色散使用廣泛，相干接收和高級碼型調制格式也獲得了廣泛的應用，導致偏振模色散和偏振串擾成為損傷通信系統的主要因素，加上光纖非線性和激光器的相位噪聲的制約，信號損傷問題仍然是通信系統研究的主要問題。

2 高速光纖通信系統中偏振模色散

2.1 高速光纖中偏振模色散概念

單模光纖中，一個基模由兩個相互之間垂直的偏振模組合而成，但是，單模光纖在實際運行過程中，會受到多種因素的制約，導致兩個偏振模間的無法保持運行速度一致，導致脈沖展寬，進而導致偏振模色散的產生，偏振模色散產生的主要原因是：

首先，光纖自身具有雙折射，光纖在運行過程中會有一些不規則的應力的產生，導致光纖信號發生折射；

其次，在鋪設光纜時，光纜會受到不同程度的擠壓，進而有些部位會發生彎曲和變形，加上在環境的制約下，信號在傳播過程中出現偏振模的禍合效應，影響偏振模傳播速度，導致偏振模色散的產生。

最后，一些信號需要經過通信器，例如濾波器和隔離器等，這些通信器的材料和結構缺陷會在一定程度上影響信號傳播，導致雙折射的產生，引起偏振模色散現象。在常規數學中，描述雙折射和禍合效應一般采用參量和瓊斯矩陣，也在很大程度上便于人們對雙折射和禍合效應的理解。在理想狀態下，光波速率不會導致雙折射，雙折射也與傳送距離無關，但是，在實際運行過程中，雙折射和禍合效應與距離和光波速率關系重大。

2.2 高速光纖中偏振模色散測量方式

偏振模色散能夠以一個統計量來計算，也在一定程度上受到時間和溫度變化的制約，同時測量環境也會影響到偏振模色散的測量。也就是說在不同的時間進行同一光纖的測量會有一定誤差的存在。目前，國際上通行的偏振模色散測量方法有四種。本文暫不介紹波長掃描傅立葉變換法和波長掃描極值數計算法。

2.2.1 Jones矩陣本征值測量法

Jones矩陣本征值測量法最常用于測算偏振模色散值的計算依據測量光纖的偏振傳輸函數這種情形。Jones矩陣本征值測量法是測量光纖某一處的偏振傳輸函數，然后依據測試準確全面描述偏振模色散特征。在進行測試時，要采用激光器和分析儀來對光纖上等間距波長的矩陣進行測量，然后依據矩陣將本征矢量和本征值算出來，從而依據一定公式計算出PSP和DGD，然后將他們的平均值求出來，最后變可以得到偏振模色散的值。Jones矩陣本征值測量法具有一定優勢，能夠全面測量偏振模色散值，甚至能夠十分準確地進行最小值的測量。但是Jones矩陣本征值測量法也存在一定的缺陷，Jones矩陣本征值測量法的測量結果受到外界干擾大，且需要較長時間，測量速度慢，測量效率低，只適用于科學研究中。

2.2.2 干涉儀法

干涉儀法適用于一定時間段內的測量，主要是通過試光纖將端電場將自相關函數輸出，然后將振模色散的傳輸時間均方差計算出來。寬帶LED是干涉儀法中需要使用到的光源，干涉儀掃描光纖輸出端，確保在這個時間段內相關信號的存在，偏振模色散值即為測量出的自相關函數的二階矩均方值。干涉儀法具有速度快且效率高的優點，具有較強的外界干擾抵御能力，但是，干涉儀法也存在一定的缺陷，這種方法難以提供一些相關信息。

3 高速光纖通信系統中信號損傷補償技術

在實際運行過程中，長距離輸送時，偏振模色散速度為10Gb/S時，輸送功率會在很大程度上受到損傷，影響信號傳輸速率，造成信號損失。因此，高速光纖通信系統中信號損傷補償技術研究時要考慮相關影響因素。據相關研究顯示，信號損傷的主要原因是一階偏振模色散效應，在此基礎上，高階偏振模色散會加劇信號損傷的惡化。因此，一階偏振模色散效應的研究成為高速光纖通信系統中信號損傷補償技術研究的關鍵。光路和電路上的補償是目前最常用的高速光纖通信系統中信號損傷補償技術。光路和電路上的補償主要原理是采取措施延遲光或者電，然后控制反饋回路，進一步將偏振模色散中的兩個偏振模之間的時差進行延長，來補償高速光纖通信系統中的信號，然后統一輸出兩個偏振模的信號。大量實驗表明，光路和電路上的補償能夠對高速光纖通信系統中信號損傷進行補償。在此對光補償進行一個案例分析。

光補償案例分析：在此方案中，增設光延遲線，對兩個偏振模間的時差進行調整，最終進行補償來保證偏光纖。同時，在以上基礎上安裝偏振模控制器，來調整輸入光的偏振態，確保光的偏振態與光纖切合，需要注意的是，在此過程中，控制器反應速度必須大于偏振器變換速度，從而確保光纖輸出光信號，控制偏振器的信號。這種方案能夠補償高速率高速光纖信號，也能夠補償長距離高速光纖信號，同時在一定程度上降低功率損失。

4 結束語

總而言之，偏振模色散是引起高速光纖通信系統中信號損傷的主要原因，目前，高速光纖通信系統中信號損傷已逐漸成為通信系統研究的重點。隨著我國科學技術的發展，我國對高速光纖通信系統中信號損傷緩解與補償技術有待進一步發展，希望在未來我國能夠采用更加科學的手段來解決高速光纖通信系統中信號損傷問題，為人們通信需求提供更好的服務。

參考文獻：

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