高速光纖通信技術(shù)論文
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隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、平臺(tái)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將人類帶入了高速的信息時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)和通信方式改變著人們的生活、工作方式，通信方式發(fā)生了質(zhì)的飛躍。同時(shí)，人們對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸性能，也提出了更高的要求。通信方式從電纜通信、微波通信、光纖通信，再到目前的研究熱點(diǎn)高速光纖通信。光纖通信是三大支柱通信方式的主體。光纖通信系統(tǒng)，顧名思義，是利用光作為載波、以光纖作為傳輸媒介進(jìn)行傳輸信息的通信系統(tǒng)，光纖實(shí)際上是一種極細(xì)的光導(dǎo)纖維，由純度很高的玻璃拉制而成。普通光纖通信的傳輸速率一般是10Gb/s，高速光纖通信的傳輸速率可達(dá)到40Gb/s、160Gb/s甚至更高。事實(shí)上，在光纖通信的不同發(fā)展階段，高速的含義是不同的。目前通常把STM-16等級(jí)以上的系統(tǒng)稱為高速光纖通信系統(tǒng)，也有人稱之為超高速光纖通信系統(tǒng)。光纖通信作為當(dāng)前三大通信方式的主體，有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)：光纖通信的頻帶較寬，可用帶寬約50000GHz，容量大可同時(shí)傳輸更多的路數(shù)；光纖通信比任何的傳輸都具有更小的損耗，損耗小帶來的直接好處就是中繼距離長(zhǎng)，傳輸穩(wěn)定可靠；另外抗電磁干擾性強(qiáng)、保密性好。
2高速光纖通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
高速光纖通信系統(tǒng)快速發(fā)展，并得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也存在著一些問題。比如光信噪比（OSNR），OSNR是光纖信號(hào)與噪聲的比值，OSNR的大小直接影響傳輸信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣，OSNR過大，傳輸距離會(huì)相應(yīng)減小。另外，色散、非線性效應(yīng)等問題也是影響高速光纖通信傳輸?shù)闹饕蛩?。色散?huì)使脈沖展寬、強(qiáng)度降低，增大誤碼率，信號(hào)畸變失真，直接降低通信質(zhì)量。色散一般分為兩類：群速度色散和偏振模色散（PMD）。群速度色散和偏振模色散效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的傳輸性能、傳輸速率和傳輸距離都會(huì)有明顯的損害。PMD的問題在以往的光纖傳輸中就存在，傳輸速率越高，PMD的影響也越加明顯。光纖傳輸?shù)乃p、消耗和色散與光纖長(zhǎng)度為線性關(guān)系，光纖的帶寬與光纖長(zhǎng)度為非線性關(guān)系，這一非線性關(guān)系即為非線性效應(yīng)。非線性效應(yīng)分為散射效應(yīng)、與折射密切相關(guān)的自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM和四波混頻效應(yīng)FWM，其中XPM和FWM對(duì)系統(tǒng)影響較為嚴(yán)重。因此，研究OSNR、色散和非線性效應(yīng)問題是解決高速光纖通信系統(tǒng)高質(zhì)量傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。
3高速光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
高速光纖通信系統(tǒng)與電纜通信、微波通信相比，在可用帶寬、潛在容量、話路數(shù)上都顯現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)，光纖通信的載波方式為光波，可用帶寬達(dá)到2000Ghz，潛在容量可達(dá)4000G，話路數(shù)也可達(dá)到6億個(gè)。密集光波分復(fù)用技術(shù)DWDM、光時(shí)分復(fù)用技術(shù)OTDM等已逐漸成熟，使得光纖通信技術(shù)朝高速發(fā)展成為可能。因此，要求載體光纖必須具備色散值低、有效面積大、偏振模色散PMD低等特點(diǎn)來有效解決色散問題和非線性效應(yīng)問題。光纖是光纖通信的物理載體，從G.652單模光纖發(fā)展到G.653色散位移光纖，再到現(xiàn)在的性能比較高的G.655非色散位移光纖。G.655具有低色散、大有效面積的特點(diǎn)，對(duì)于光纖通信朝高速發(fā)展提供了傳輸?shù)幕A(chǔ)。光纖的有效面積越大直接提高了光線中SBS等的非線性效應(yīng)閾值，閾值的提高使光纖通信系統(tǒng)的傳輸能力增強(qiáng)，承載功率提高，通道數(shù)增多，使誤碼率降低，容量更大，成本更低。偏振模色散原因多為隨機(jī)的各種因素造成，偏振模色散是一隨機(jī)變量，因此需要?jiǎng)討B(tài)的補(bǔ)償方式。一般有光域補(bǔ)償和電域補(bǔ)償兩類。波分復(fù)用技術(shù)(WDM)在高速光通信系統(tǒng)中已得到普遍應(yīng)用，PMD補(bǔ)償是WDM系統(tǒng)中必不可少的一項(xiàng)。但其具有信道單一、成本高等缺點(diǎn)，最差信道補(bǔ)償法可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)是對(duì)PMD影響最大的信道進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)于信道數(shù)目較多的情況，可以適當(dāng)增加檢測(cè)器，多個(gè)檢測(cè)器可以使得PMD的補(bǔ)償速度增大。前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)（FEC）是一種自動(dòng)糾正傳輸誤碼的技術(shù)，故為“前向”，在傳輸碼列里增加一項(xiàng)冗余糾錯(cuò)碼，以此來降低誤碼率的方法。糾錯(cuò)能力有一定的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，一般是WDM中的編碼增益，增益值越大則糾錯(cuò)能力越強(qiáng)。在高速光纖通信系統(tǒng)中，還可采用增強(qiáng)型的前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，以滿足高速光纖通信糾錯(cuò)能力特別高的系統(tǒng)。前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高速光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)。目前光纖通信中形成標(biāo)準(zhǔn)的兩種FEC方案分別采用BCH-3碼和RS-8碼。FEC編碼獲得的增益可以改善光纖鏈路性能、提高抗干擾能力、降低誤比特率；另外還可以增大中繼傳輸距離，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)或超長(zhǎng)距離傳輸。
作者：唐紅新 單位：五醫(yī)院通信站
