高速光纤通信系统码型技术的研究高速光纤通信系统码型技术的研究

发表时间:2019/4/4   来源:《知识-力量》2019年7月上   作者:徐莹莹
[导读] 光纤通信在现代信息化社会建设中起着十分重要的作用。40-Gb/s的高速光纤通信技术已经运用的非常普遍。由于传输速率很高,信号在传输的过程中变得十分容易的损伤,从而引起了一系列的问题。

(许昌学院,461000)
摘要:光纤通信在现代信息化社会建设中起着十分重要的作用。40-Gb/s的高速光纤通信技术已经运用的非常普遍。由于传输速率很高,信号在传输的过程中变得十分容易的损伤,从而引起了一系列的问题。本文简要介绍了高速光纤通信系统的发展现状,研究了它的一些特点和问题,并总结了一些理论知识和技术。主要是对光纤光导传播过程中的一些方式方法进行了研究,对于群速度色散和非线性效应对信号传输的两种不同形式的影响进行比较研究。同时,对归零码、不归零码、载波抑制归零码、啁啾归零码和DPSK码进行了分析,得出了一些非常有用的结论。
关键词:高速光纤通信技术;调制码型;非线性损伤;色度色散

 
        1.光纤通信的发展和现状
        光纤通信系统以光导纤维纤作为传输介质,光波作为载波频率组成。自1966年高琨(Charles K.Kao)和霍克曼(G.A.Hckman)提出玻璃纤维可传输光信号,这种宽频带、高容量、损耗小,抗干扰、重量极轻、经济稳定等众多优点的传输方式备受人们喜爱,六十多年间光通信技术的不断进化让人们的生活发生了翻天覆地的变化,更是让通信领域进入一个崭新的光通信时代。
        在这个信息高速发展的时代,高速度的信息传输系统不仅增加了传输信息的数量,而且为各种各样的新型产业提供了可能性,特别是在高速光纤通信中40Gb/s以上光传输系统得到越而来越多的应用。40Gb/s以上的光传输系统传输容量和速度增大的同时,光纤群速度色散(GVD)、偏振膜色散(PMD)、非线性效应等问题日益突出,称为影响光传导的主要问题。
        EDFAH和波分复用(WDM)技术是现在通信行业普遍用来提高系统的传输能力和传输距离的方法,光纤工艺精细程度提升,更易产生非线性效应,非线性效应与光纤群速度色散(GVD)相互影响光纤传输系统的性能,使非线性效应会累加的越来越多。为了提高传输质量,接下接将对上述问题研究解决。
        2.光调制器和调制方式
        在光纤通信系统中,光源充当载波,光调制器将信号加载到光载波上以形成光信号。调制器和光源相关的技术分为内外调制两种。
        内调制技术将信息和电信号结合在一起,以光信号的形式输出。变更半导体激光器的偏执电流从而获得光频的幅度调制,这种简单经济容易实现的调制方式是目前常用的。然而,在高速通信系统中存在一些限制。首先,半导体激光器的响应速度是有限的。其次,直接调制时,源区载流子浓度的变化会使激光辐射频率不稳定,频率啁啾大,动态谱线变宽,传输容量有限。
        外调制技术是指光源在外部调制器中接收的信息信号的调制输出光信号,称为外调制。外调制技术,又称间接调制技术,主要是基于光电效应的电光调制器。
        3.非归零(NRZ)码
        非归零码(NRZ)是马赫-曾德尔(MZ)调制器获得的最有效的码。非归零码(NRZ)具有较高的色散容限和频谱效率。其缺点是非线性容限低,单跳传输距离短。通常使用WDM和DWDM系统。
        4.归零(RZ)码
        当两个马赫-曾德尔(MZ)调制器级联时,可以得到归零(RZ)码。第一调制器产生NRZ码来加载数据,第二调制器产生脉冲信号。当输入不同的偏置电压和输入电压时,可以得到33%和50%的RZ码。
        与非归零(NRZ)码相比,归零(RZ)码的非线性容限更高,光信噪比(OSNR)容限更低。其缺点是调制方式复杂、色散容限低、窄带滤波效果灵敏、频谱效率低。适用于长距离波分复用系统。
        5.CSRZ码
        CSRZ码和33%RZ码的输出频率是时钟频率的两倍。50%RZ码的输出频率等于时钟频率。将MZM的偏置电压调整到最小。



        CSRZ码具有比CSRZ码具有更高的频谱效率、更高的色散容忍度和更高的非线性容忍度的优点。在CSRZ码中,载波相位周期性变化能有效地抑制WDM系统中相邻信道之间的串扰。CSRZ相邻符号具有相反相位、窄谱宽、高色散容限和高抗非线性效应。其缺点是调制方式复杂,对窄带滤波效果敏感。适用于长距离波分复用系统。
        6.DPSK信号的调制和解调
        6.1 DPSK信号的调制
        DPSK信号调制主要有两种方法。第一种是使用相位调制器,所以产生的信号根本没有幅度信息,但是缺点是驱动信号的幅度直接决定相位的值,所以不能完全保证信号的相位只有0和 两种状态。另一种调制方法是使用MZM调制器。由于MZM的相位信息只有0和 两种可能,所以相位信息非常精确,但存在剩余幅度调制。
        6.2 DPSK信号的解调
        DPSK信号的接收可分为两步:首先是MZI的差分译码,因为MZI有1位延迟干扰,所以可以实现相邻比特的相位干扰(“1”)和 相位差(“0”)的相位干扰消除;对MZI输出信号进行强度检测,采用平衡接收机提高了DPSK的接收灵敏度。
        7.啁啾码
        色散和非线性会引起传输过程中的光信号失真,这种失真可以用频率啁啾来表示。在初始脉冲中加入啁啾可以消除由色散和非线性引起的啁啾,提高传输系统的性能。这就是所谓的预啁啾技术。预啁啾技术是提高高速光纤传输系统中信号传输质量的有效手段。
        CRZ码是以普通RZ码为基础,用一个主调制器完成相位调制,从而可以提高传输性能。但其相关技术要求高,调制过程复杂,系统成本较高。
        8.码型性能比较
        通过上面理论可以得到这几种码型的特性如下:
        NRZ码的频谱很窄。它只用一个马赫-曾德调制器就能实现。调制简单,成本低。在低于10Gb/s的传输系统中,广泛使用。然而,NRZ符号转换不为零,对传输损伤敏感,平均传输功率高,易受非线性影响,不适合高速、超长距离的光信号传输。
        RZ码的每个符号返回到零,这有利于时钟恢复,并减少相邻码之间的相关效应。随着占空比和平均发射功率的降低,抑制光纤非线性影响效果较好,适合大功率、长距离传输。然而,RZ码具有较宽的频率谐波和较低的色散容限,不利于色散管理。
        CSRZ码的频率宽度介于NRZ码和RZ码之间。采用相邻码间脉冲相位反转传输,抑制载波,减小频谱宽度。它不仅提高了色差,而且抵抗了SPM、FWM等光纤的非线性影响。
        在高速光纤通信系统中,色散(包括CD和PMD)是制约系统性能的主要因素之一。因此,选择具有较强色散电阻的调制码是设计高速光纤通信系统的主要手段之一。
        在高速光纤通信系统中,色散(包括CD和PMD)是限制系统性能的主要因素之一。所以选择具有较强色散抵抗能力的调制码型,是设计高速光纤通信系统所采取的主要手段之一。
参考文献
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