光纖通信的誤碼分析

孫琳 張云凱 劉志

摘 要：誤碼是數字通信傳輸系統中主要的傳輸損傷，它直接影響信息傳遞的準確性。其是衡量數字光纖通信系統傳輸質量優劣的一個非常重要的指標。對誤碼進行分析，有助于提高光纖通信系統的性能。本章從誤碼的基本概念出發，分析了光纖傳輸系統的誤碼產生原因以及測試方法，并且還描述了各種誤碼的分布。

關鍵詞：光纖通信；誤碼

一、誤碼的概念以及產生原因

（一）誤碼的概念

所謂誤碼，就是在數字通信系統的接收端，經判決電路，產生的比特流中，某些比特發生了差錯，對傳輸質量產生了影響。

（二）誤碼產生的原因

產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

波分設備是將多個波長信號復用在一根光纖中進行傳輸，接入波長越多，乳腺的光功率就越大，32波系統的滿波光功率可以達到20dBm。在光強很大，光纖傳輸比較長的情況下，光纖的非線性會嚴重影響系統的性能，導致接收端誤碼性能會劣化。

2、色散

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

色散色度一般可以通過DCF進行補償方法解決。PMD是一個隨機量，無法通過DCF進行補償。光纖的色散用色散系數來衡量，色散系數就是兩個波長間隔為1nm的兩個光波傳輸1km長度光纖到達時間之差，單位為ps/nm。

3、光器件的性能劣化

光器件的性能劣化導致單板損壞是目前系統產生誤碼的一個主要原因。系統中產生誤碼可能性較大的是OUT板和功放板。

功放板容易產生誤碼的原因是摻餌放大器的泵浦激光源會引起很大的自激輻射噪聲，如果光器件質量不好或失效，會導致接收端的信號信噪比過低。

OUT（波長轉換單元）產生誤碼的主要原因是信號在單板上經過了O/E/O（光/電/光）的轉換，一路為數據信號，另一路為時鐘電信號。任何一個環節的處理芯片和電路不好都會引起信號的劣化，從而產生誤碼。另外發端激光器波長不穩定，偏移標稱波長過大，或合波后相鄰波長信號隔離度不夠，也會導致產生誤碼。

二、誤碼分布

（一）A型傳染分布

A型傳染又稱復合泊松分布，是描述突發性誤碼的數學模型，此時誤碼是成群發生的，且基于兩個前提：①誤碼群發生的概率是常數，符合泊松分布；②各誤碼群中的誤碼也是隨機的，它也符合泊松分布。若定義m1為每秒平均誤群數，m2為每誤碼群中平均誤碼數，則T0時間內出現k個誤碼的概率經化簡為：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的內部機理造成的，且基于兩個前提而得出的：①假定數字序列各比特率是相互獨立的；②有恒定的平均誤碼率Pe，即每個比特出錯概率為常數Pe

根據概率理論，速率為B的二進制序列在T0時間內傳送的比特數為BT0，則可求得在BT0比特中不多于m個比特錯誤的概率為：

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；先主光通道，后個別通道。在維護過程中，一般采用以下方法來定位和處理誤碼故障。

（一）儀表測試法

在日常維護中，系統上一般都割接了實際的業務信號，業務沒有中斷的情況下是不可能進行斷纖試驗的，對維護中遇到的誤碼處理中，如果輔助以儀表在線測試，采集數據進行定性的分析，方便對誤碼故障的定位。

（二）環回法

系統出現誤碼的時候，有時從告警和性能數據可能分析不出來，這時，可以象SDH中的故障處理方法一樣，對業務信號逐段環回來進行故障定位，回環可以在收發的OUT單板進行，也可以在收發WBA和WPA之間加衰減進行；可以在本站環回，也可以在對端站環回。環回法要中斷業務，環回前應該先在SDH上做強制倒換，將業務進行保護后再斷纖。環回法在誤碼處理過程中非常有用，不過做環回的時候一定要注意加衰減，以免光功率過大損壞激光器。

四、降低誤碼率的方法

（一）前向糾錯技術（FEC）

前向糾錯技術是指信號在被送入傳輸信道之前預先進行編碼處理，加入帶有信號特征的冗碼，在接收端按照相應算法對接收信號進行解碼，從而找出傳輸過程中產生的錯誤碼并將其糾正的技術。前向糾錯編碼（FEC）技術通過在傳輸碼列中加入冗余糾錯碼，在一定條件下，通過解碼可以自動糾正傳輸誤碼，降低接收信號的誤碼率。在光纖傳輸中采用FEC技術，不僅能夠減小系統的誤碼率。而且其編碼增益還能夠提供一定的系統富余量，從而降低光鏈路中線性及非線性因素對系統性能的影響。FEC的實現方式有帶外FEC系統和帶內FEC系統兩種。帶內FEC的增益一般為3dB左右，而帶外FEC的增益遠高于帶內，使用帶外FEC后線路速率會提高，下圖是兩者的性能比較：

與帶內FEC相比，采用帶外FEC后系統在性能上可獲得更大的改善。

（二）信道均衡技術

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

（三）色散補償技術

1、傳統的色散補償技術

色散補償光纖

所有的散補償技術都是圍繞如何消除相位系數的影響，使光信號得以還原而進行的。色散補償光纖是目前較成熟、應用較廣泛的色散補償技術。其原理是利用和傳輸光纖色散系數符號相反的色散補償光纖傳輸光纖的色散。

光纖型色散補償技術大體可分為兩類：a基于基膜的單模色散補償光纖的補償技術。b基于高階模的雙模DCF補償技術，它是利用在截止波長附近工作的高階模有很大的負色散的特點來實現色散補償的。

光纖色散補償器是利用線性啁啾光纖光柵實現色散補償，讓原先跑得快的波長經過補償器時慢下來，減小不同波長由于速度不一樣而導致的時延。跟色散補償光纖不一樣，光纖光柵補償模塊體積小、損耗低、不易受到非線性效應影響、無偏振相關性。尤其是啁啾光纖光柵色散補償器受到高度重視。通常認為光纖光柵只適合于窄帶補償，工作帶寬難以達到DWDM系統補償要求。實用的光纖光柵補償器以窄帶的居多，對于占用頻帶特別寬的多波長系統，只好進行通道分組補償。

2、電域色散補償技術

電域色散補償技術彌補了光域色散補償技術的很多缺點，因此目前成為很多研究機構研究的熱點。電域補償技術的優點：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目，提高了信號的質量；采用成熟的電處理自適應算法，可以動態的進行色散補償。

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