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高速光纤通信技术论文

高速光纤通信技术论文

1高速光纤通信系统

随着科学技术的日新月异,互联网的大数据、云计算、平台、移动互联网将人类带入了高速的信息时代,互联网和通信方式改变着人们的生活、工作方式,通信方式发生了质的飞跃。同时,人们对通信系统的传输性能,也提出了更高的要求。通信方式从电缆通信、微波通信、光纤通信,再到目前的研究热点高速光纤通信。光纤通信是三大支柱通信方式的主体。光纤通信系统,顾名思义,是利用光作为载波、以光纤作为传输媒介进行传输信息的通信系统,光纤实际上是一种极细的光导纤维,由纯度很高的玻璃拉制而成。普通光纤通信的传输速率一般是10Gb/s,高速光纤通信的传输速率可达到40Gb/s、160Gb/s甚至更高。事实上,在光纤通信的不同发展阶段,高速的含义是不同的。目前通常把STM-16等级以上的系统称为高速光纤通信系统,也有人称之为超高速光纤通信系统。光纤通信作为当前三大通信方式的主体,有着较为明显的优势:光纤通信的频带较宽,可用带宽约50000GHz,容量大可同时传输更多的路数;光纤通信比任何的传输都具有更小的损耗,损耗小带来的直接好处就是中继距离长,传输稳定可靠;另外抗电磁干扰性强、保密性好。

2高速光纤通信系统面临的挑战

高速光纤通信系统快速发展,并得到广泛应用的同时,也存在着一些问题。比如光信噪比(OSNR),OSNR是光纤信号与噪声的比值,OSNR的大小直接影响传输信号质量的优劣,OSNR过大,传输距离会相应减小。另外,色散、非线性效应等问题也是影响高速光纤通信传输的主要因素。色散会使脉冲展宽、强度降低,增大误码率,信号畸变失真,直接降低通信质量。色散一般分为两类:群速度色散和偏振模色散(PMD)。群速度色散和偏振模色散效应对系统的传输性能、传输速率和传输距离都会有明显的损害。PMD的问题在以往的光纤传输中就存在,传输速率越高,PMD的影响也越加明显。光纤传输的衰减、消耗和色散与光纤长度为线性关系,光纤的带宽与光纤长度为非线性关系,这一非线性关系即为非线性效应。非线性效应分为散射效应、与折射密切相关的自相位调制SPM、交叉相位调制XPM和四波混频效应FWM,其中XPM和FWM对系统影响较为严重。因此,研究OSNR、色散和非线性效应问题是解决高速光纤通信系统高质量传输的关键技术。

3高速光纤通信系统的关键技术

高速光纤通信系统与电缆通信、微波通信相比,在可用带宽、潜在容量、话路数上都显现出了巨大的优势,光纤通信的载波方式为光波,可用带宽达到2000Ghz,潜在容量可达4000G,话路数也可达到6亿个。密集光波分复用技术DWDM、光时分复用技术OTDM等已逐渐成熟,使得光纤通信技术朝高速发展成为可能。因此,要求载体光纤必须具备色散值低、有效面积大、偏振模色散PMD低等特点来有效解决色散问题和非线性效应问题。光纤是光纤通信的物理载体,从G.652单模光纤发展到G.653色散位移光纤,再到现在的性能比较高的G.655非色散位移光纤。G.655具有低色散、大有效面积的特点,对于光纤通信朝高速发展提供了传输的基础。光纤的有效面积越大直接提高了光线中SBS等的非线性效应阈值,阈值的提高使光纤通信系统的传输能力增强,承载功率提高,通道数增多,使误码率降低,容量更大,成本更低。偏振模色散原因多为随机的各种因素造成,偏振模色散是一随机变量,因此需要动态的补偿方式。一般有光域补偿和电域补偿两类。波分复用技术(WDM)在高速光通信系统中已得到普遍应用,PMD补偿是WDM系统中必不可少的一项。但其具有信道单一、成本高等缺点,最差信道补偿法可以弥补这些缺点,其实质是对PMD影响最大的信道进行补偿,对于信道数目较多的情况,可以适当增加检测器,多个检测器可以使得PMD的补偿速度增大。前向纠错编码技术(FEC)是一种自动纠正传输误码的技术,故为“前向”,在传输码列里增加一项冗余纠错码,以此来降低误码率的方法。纠错能力有一定的标准来衡量,一般是WDM中的编码增益,增益值越大则纠错能力越强。在高速光纤通信系统中,还可采用增强型的前向纠错编码技术,以满足高速光纤通信纠错能力特别高的系统。前向纠错编码技术是实现长距离高速光纤通信的关键技术。目前光纤通信中形成标准的两种FEC方案分别采用BCH-3码和RS-8码。FEC编码获得的增益可以改善光纤链路性能、提高抗干扰能力、降低误比特率;另外还可以增大中继传输距离,实现长或超长距离传输。

作者:唐红新 单位:五医院通信站

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