高速光纖通信技術的研究分析

叢犁，杜秋實，張艷

（1.國網吉林省電力有限公司信息通信公司，吉林長春，130022；2.國網吉林省電力有限公司經濟技術研究院，吉林長春，130000；3.國網吉林省電力有限公司，吉林長春，130021）

近年來，光纖通信在我們的日常生活中運用越來越普遍，人們在實際應用中關注最多的還是質量問題，對通訊質量提出了很高的要求。高速光纖通訊技術憑借其信息容量大、傳播速率高等特征在行業中得到了廣泛應用，并且在發展中取得了顯著成果。然后在高速光纖通信的傳播過程中，也存在著諸多的損傷問題。針對問題來研究分析相關補償技術具有重要的理論意義。

1 高速光纖通信技術的分析

■1.1 光纖通信的基本原理

光纖的全稱是光導纖維，其通信原理是首先將調制好的電信號通過光電轉換模塊轉換為光信號之后，通過光波傳輸信息。不是單根光纖傳輸信息，而是許多根光纖聚集以光纜的形式來進行信息傳輸[1]。光纖通信系統的組成框圖如圖1所示。

圖1 光纖通信系統組成框圖

從圖中可以看出，電信號通過光發射機、光纖接口、中繼器、光接收機這三個模塊，從而形成光纖通信系統；當數據需要通過光纖通信系統來進行數據傳輸時，首選需要將電信號轉換為光信號，這個轉換過程是在光發射機內進行的。光發射機內部主要是由光源和調制模塊這兩大部分組成，調制模塊將電信號轉換成光信號，再通過光源模塊以光信號的形式發射出去。光纖接口主要是指物理接口即光電轉換模塊與光纖直接的接口，例如LC、FC、ST、SC等接口，由于光信號在傳輸的過程中存在衰減，中繼器可以通過對光信號的重發或者轉發，從而擴大整個通信系統的傳輸的距離。光接收機主要是完成光電信號的轉換，光接收機內部包括光檢測器、放大器、信號恢復這兩個部分，光檢測器主要是對接收到的光信號強度來進行檢測，然后轉換為電信號，放大器是對光檢測器輸出的電信號進行放大，信號恢復是對放大后的信號進行恢復成發送之前對應的邏輯1和0，信號恢復后的信號輸出電信號給后級數字信號處理系統進行處理[2]。

■1.2 光纖通信的特征

光纖通信具有頻帶寬，傳輸容量大，損耗低，中繼距離比較長，抗電磁干擾，安全性能高等特征。光纖通信的頻帶寬，可以傳輸寬頻帶的信息；光纖的損耗低，所以能實現長距離中繼，主要適用于干線、長途網絡；光纖通信不受外界電磁的影響，在抗電磁干擾方面具有顯著的優勢；光纖在傳輸過程中，密閉性較好，能夠有效地抑制光纖擴散。光纖通信的這些特性對我們的生產生活帶來了更多的便利，同時，對我國的通信事業具有重大的促進意義。

■1.3 光纖通信的研究方向

電纜通信、微波通信、光纖通信是通信的三種基本方式，他們的性能比較如表1所示。隨著社會經濟的發展，人們對通信的傳輸質量提出了更高的要求。目前的研究熱點是高速光纖通信。

表1 三種通信方式的性能比較[6]

普通光纖的傳輸速率很低，一般是10Gbit/s。我們目前研究的熱點是高速光纖通信，它的傳輸速率相比普通光纖要高很多，可達到40Gbit/s、160Gbit/s甚至更高。我們所講的“高速”是指：在光纖通信中，數據的傳輸速率高，究竟多高的數據速率才算高速，ITU–T并沒有明確的規范意見。目前我們通常把STM–16等級以上的通信稱為高速光纖通信，或稱之為超高速光纖通信[6]。

2 高速光纖通信技術存在的問題分析

高速光纖通信技術在實際應用中，給人們的生產生活帶來了很大便利，同時也存在著很多問題。其中，在數據高速傳輸過程中，難免會產生很多信號損傷的問題。光纖耗損與色散是引起信號損傷的主要因素。關于色散問題，研究發現采用單模光纖比多模光纖更好，因此，在光纖通信中經常使用單模光纖，從而緩解了模間色散問題。但是隨著傳輸距離的加大，在材料色散和波導色散因素的干擾下又出現了光纖損耗的問題。為了更好地解決色散問題，提高單載波的速率，一般會采用DCF（色散補償光纖）進行補償。實踐工作表明，對高速光纖系統中的信號損傷進行補償，可以有效提高通信速率[7]。

3 高速光纖通信中信號損傷的補償技術研究分析

在數據高速傳輸過程中，難免產生很多數據信息損傷問題，針對損傷問題國內外學者進行了大量的相關研究，得出很多研究方法及研究內容方面的結論，本文總結了相關研究成果如下：

通過色散方面的研究可以得出，如果偏振模色散在10Gbit/S的速度上進行長距離傳輸時，其傳輸功率會大大受損，進而影響信號的傳輸速率，因此，應該綜合考慮各種因素對高速光纖通信系統中信號色散補償技術進行研究。

據相關的研究結果顯示，造成信號損傷的主要原因是一階偏振模色散效應。因此，關于偏振膜色散的問題，研究熱點是一階偏振模色散效應。光路上補償和電路上補償是我們通常采用的偏振模色散補償方式，它們的工作原理都是延遲光或電，再利用反饋回路控制，以延長偏振模色散的兩偏振模之間的時差，進而完成補償，最后再將補償后的兩偏振模的信號統一輸出[10]。

目前，已經存在很多色散補償方法，如色散補償光纖（DCF）法，中點譜反轉法，光纖布拉格光柵補償模塊法，雙模光纖法等[8]。隨著研究的進展，研究者們會進一步深入研究色散補償方法。

綜上所述，因為這些方法都具有補償范圍大，能提高傳輸距離，所以，在常規光纖傳輸網中都可以采取這些方法。隨著科技的發展，人類的進步，解決光纖通信系統所面臨的各種挑戰越來越困難。尤其是補償后傳輸系統的累積色散沒有完全消失，還有殘余，無法保證高速光纖傳輸的性能，因此，要綜合應用多種技術解決各種復雜問題。

4 關于高速光纖通信的研究趨勢

關于色散補償技術研究方法方面，還有很多值得去探究的問題。比如，在40G直接檢測系統中，為了克服偏振模色散對系統的影響，光域偏振模色散補償成為首選方案。由于偏振模色散具有隨機特性，光域偏振模色散補償主要使用反饋控制結構。采用什么作為反饋控制信號，如何根據反饋信號操控補償單元，如何盡量減少反饋控制環的時間消耗，這些都是研究者所面臨的挑戰。

進入100G時代，隨著偏振復用、各種高級碼型調制格式和相干接收的應用，通信系統中還會存在更多的問題，如偏振模色散、偏振串擾、鏈路中的色散、激光器的相位噪聲以及光纖非線性等。在電域補償光纖鏈路中，由于采用了相干接收技術很可能造成信號損傷現象。如何設計高效的數字信號處理算法來補償信號損傷成為研究者所面臨的新挑戰。

5 結論

近年來，光纖通信在我們的日常生活中運用越來越普遍，人們在實際應用中關注最多的還是質量問題，對通訊質量提出了很高的要求。高速光纖通訊技術憑借其信息容量大、傳播速率高等特征在行業中得到了廣泛應用，并且在發展中取得了顯著成果。然后在高速光纖通信的傳播過程中，也存在著諸多的損傷問題。本文簡要分析了高速光纖通信技術的損傷問題，重點針對色散問題進行相關補償技術分析，以期為后期相關研究指明方向。