光纖通信的誤碼分析

孫琳 張?jiān)苿P 劉志

摘 要：誤碼是數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)中主要的傳輸損傷，它直接影響信息傳遞的準(zhǔn)確性。其是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。對(duì)誤碼進(jìn)行分析，有助于提高光纖通信系統(tǒng)的性能。本章從誤碼的基本概念出發(fā)，分析了光纖傳輸系統(tǒng)的誤碼產(chǎn)生原因以及測(cè)試方法，并且還描述了各種誤碼的分布。

關(guān)鍵詞：光纖通信；誤碼

一、誤碼的概念以及產(chǎn)生原因

（一）誤碼的概念

所謂誤碼，就是在數(shù)字通信系統(tǒng)的接收端，經(jīng)判決電路，產(chǎn)生的比特流中，某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，對(duì)傳輸質(zhì)量產(chǎn)生了影響。

（二）誤碼產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生誤碼的原因有很多種，包括色散、信噪比、光纖非線性以及單板的光器件性能劣化等原因。

1、光纖的非線性

波分設(shè)備是將多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)復(fù)用在一根光纖中進(jìn)行傳輸，接入波長(zhǎng)越多，乳腺的光功率就越大，32波系統(tǒng)的滿波光功率可以達(dá)到20dBm。在光強(qiáng)很大，光纖傳輸比較長(zhǎng)的情況下，光纖的非線性會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致接收端誤碼性能會(huì)劣化。

2、色散

光纖色散分為色度色散和偏振模色散（PMD）。色度色散是在介質(zhì)的正常區(qū)域，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光具有更快的傳播速度，反之在反常色散區(qū)域，波長(zhǎng)較短的光具有更快的傳播速度。

色散色度一般可以通過(guò)DCF進(jìn)行補(bǔ)償方法解決。PMD是一個(gè)隨機(jī)量，無(wú)法通過(guò)DCF進(jìn)行補(bǔ)償。光纖的色散用色散系數(shù)來(lái)衡量，色散系數(shù)就是兩個(gè)波長(zhǎng)間隔為1nm的兩個(gè)光波傳輸1km長(zhǎng)度光纖到達(dá)時(shí)間之差，單位為ps/nm。

3、光器件的性能劣化

光器件的性能劣化導(dǎo)致單板損壞是目前系統(tǒng)產(chǎn)生誤碼的一個(gè)主要原因。系統(tǒng)中產(chǎn)生誤碼可能性較大的是OUT板和功放板。

功放板容易產(chǎn)生誤碼的原因是摻餌放大器的泵浦激光源會(huì)引起很大的自激輻射噪聲，如果光器件質(zhì)量不好或失效，會(huì)導(dǎo)致接收端的信號(hào)信噪比過(guò)低。

OUT（波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元）產(chǎn)生誤碼的主要原因是信號(hào)在單板上經(jīng)過(guò)了O/E/O（光/電/光）的轉(zhuǎn)換，一路為數(shù)據(jù)信號(hào)，另一路為時(shí)鐘電信號(hào)。任何一個(gè)環(huán)節(jié)的處理芯片和電路不好都會(huì)引起信號(hào)的劣化，從而產(chǎn)生誤碼。另外發(fā)端激光器波長(zhǎng)不穩(wěn)定，偏移標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)過(guò)大，或合波后相鄰波長(zhǎng)信號(hào)隔離度不夠，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生誤碼。

二、誤碼分布

（一）A型傳染分布

A型傳染又稱(chēng)復(fù)合泊松分布，是描述突發(fā)性誤碼的數(shù)學(xué)模型，此時(shí)誤碼是成群發(fā)生的，且基于兩個(gè)前提：①誤碼群發(fā)生的概率是常數(shù)，符合泊松分布；②各誤碼群中的誤碼也是隨機(jī)的，它也符合泊松分布。若定義m1為每秒平均誤群數(shù)，m2為每誤碼群中平均誤碼數(shù)，則T0時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)k個(gè)誤碼的概率經(jīng)化簡(jiǎn)為：P（K）=m2k/k！··e-m1·dkexp[m1eu-m2]/duk

其中k≥1，?是中間分量。

（二）泊松分布

泊松分布是由光纖通信系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)理造成的，且基于兩個(gè)前提而得出的：①假定數(shù)字序列各比特率是相互獨(dú)立的；②有恒定的平均誤碼率Pe，即每個(gè)比特出錯(cuò)概率為常數(shù)Pe

根據(jù)概率理論，速率為B的二進(jìn)制序列在T0時(shí)間內(nèi)傳送的比特?cái)?shù)為BT0，則可求得在BT0比特中不多于m個(gè)比特錯(cuò)誤的概率為：

P{k≤m}=∑P（k）=∑（BT0PE）K/k！·e-BTO

三、誤碼分析處理的方法

誤碼故障處理原則：先外部原因，后系統(tǒng)；先主光通道，后個(gè)別通道。在維護(hù)過(guò)程中，一般采用以下方法來(lái)定位和處理誤碼故障。

（一）儀表測(cè)試法

在日常維護(hù)中，系統(tǒng)上一般都割接了實(shí)際的業(yè)務(wù)信號(hào)，業(yè)務(wù)沒(méi)有中斷的情況下是不可能進(jìn)行斷纖試驗(yàn)的，對(duì)維護(hù)中遇到的誤碼處理中，如果輔助以儀表在線測(cè)試，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行定性的分析，方便對(duì)誤碼故障的定位。

（二）環(huán)回法

系統(tǒng)出現(xiàn)誤碼的時(shí)候，有時(shí)從告警和性能數(shù)據(jù)可能分析不出來(lái)，這時(shí)，可以象SDH中的故障處理方法一樣，對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)逐段環(huán)回來(lái)進(jìn)行故障定位，回環(huán)可以在收發(fā)的OUT單板進(jìn)行，也可以在收發(fā)WBA和WPA之間加衰減進(jìn)行；可以在本站環(huán)回，也可以在對(duì)端站環(huán)回。環(huán)回法要中斷業(yè)務(wù)，環(huán)回前應(yīng)該先在SDH上做強(qiáng)制倒換，將業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)后再斷纖。環(huán)回法在誤碼處理過(guò)程中非常有用，不過(guò)做環(huán)回的時(shí)候一定要注意加衰減，以免光功率過(guò)大損壞激光器。

四、降低誤碼率的方法

（一）前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC）

前向糾錯(cuò)技術(shù)是指信號(hào)在被送入傳輸信道之前預(yù)先進(jìn)行編碼處理，加入帶有信號(hào)特征的冗碼，在接收端按照相應(yīng)算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解碼，從而找出傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤碼并將其糾正的技術(shù)。前向糾錯(cuò)編碼（FEC）技術(shù)通過(guò)在傳輸碼列中加入冗余糾錯(cuò)碼，在一定條件下，通過(guò)解碼可以自動(dòng)糾正傳輸誤碼，降低接收信號(hào)的誤碼率。在光纖傳輸中采用FEC技術(shù)，不僅能夠減小系統(tǒng)的誤碼率。而且其編碼增益還能夠提供一定的系統(tǒng)富余量，從而降低光鏈路中線性及非線性因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。FEC的實(shí)現(xiàn)方式有帶外FEC系統(tǒng)和帶內(nèi)FEC系統(tǒng)兩種。帶內(nèi)FEC的增益一般為3dB左右，而帶外FEC的增益遠(yuǎn)高于帶內(nèi)，使用帶外FEC后線路速率會(huì)提高，下圖是兩者的性能比較：

與帶內(nèi)FEC相比，采用帶外FEC后系統(tǒng)在性能上可獲得更大的改善。

（二）信道均衡技術(shù)

均衡是指對(duì)信道特性的均衡，即接收端的均衡器產(chǎn)生與信道特性相反的特性，用來(lái)減小或消除因信道的時(shí)變多徑傳播特性引起的碼間干擾。均衡分為兩種，頻域均衡和時(shí)域均衡。

（三）色散補(bǔ)償技術(shù)

1、傳統(tǒng)的色散補(bǔ)償技術(shù)

色散補(bǔ)償光纖

所有的散補(bǔ)償技術(shù)都是圍繞如何消除相位系數(shù)的影響，使光信號(hào)得以還原而進(jìn)行的。色散補(bǔ)償光纖是目前較成熟、應(yīng)用較廣泛的色散補(bǔ)償技術(shù)。其原理是利用和傳輸光纖色散系數(shù)符號(hào)相反的色散補(bǔ)償光纖傳輸光纖的色散。

光纖型色散補(bǔ)償技術(shù)大體可分為兩類(lèi)：a基于基膜的單模色散補(bǔ)償光纖的補(bǔ)償技術(shù)。b基于高階模的雙模DCF補(bǔ)償技術(shù)，它是利用在截止波長(zhǎng)附近工作的高階模有很大的負(fù)色散的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)摹?/p>

光纖色散補(bǔ)償器是利用線性啁啾光纖光柵實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償，讓原先跑得快的波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償器時(shí)慢下來(lái)，減小不同波長(zhǎng)由于速度不一樣而導(dǎo)致的時(shí)延。跟色散補(bǔ)償光纖不一樣，光纖光柵補(bǔ)償模塊體積小、損耗低、不易受到非線性效應(yīng)影響、無(wú)偏振相關(guān)性。尤其是啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償器受到高度重視。通常認(rèn)為光纖光柵只適合于窄帶補(bǔ)償，工作帶寬難以達(dá)到DWDM系統(tǒng)補(bǔ)償要求。實(shí)用的光纖光柵補(bǔ)償器以窄帶的居多，對(duì)于占用頻帶特別寬的多波長(zhǎng)系統(tǒng)，只好進(jìn)行通道分組補(bǔ)償。

2、電域色散補(bǔ)償技術(shù)

電域色散補(bǔ)償技術(shù)彌補(bǔ)了光域色散補(bǔ)償技術(shù)的很多缺點(diǎn)，因此目前成為很多研究機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)。電域補(bǔ)償技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：減少了使用昂貴的光器件的成本；減少了由于使用光器件而必須加入的光放大器的數(shù)目，提高了信號(hào)的質(zhì)量；采用成熟的電處理自適應(yīng)算法，可以動(dòng)態(tài)的進(jìn)行色散補(bǔ)償。

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