（光学工程专业论文）宽带色散补偿技术的研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着光纤通信系统传输速率，传输距离的不断提高，光纤群速度色散，偏振模色散和 非线性效应的影响目益突出，成为限制光纤传输速率和距离的主要因素，引起了人们的关 注。 色散补偿是指光纤传输系统中采取的一种技术措施，用于抵消或减少光纤群速度色散 ( g v d ) 对传输性能的影响。对单信道传输系统而言，只需在一个信道波长上进行色散补偿； 对于w d m 传输系统而言，须同时在多个不同信道波长上进行色散补偿，即宽带色散补偿。 本文主要研究宽带色散补偿技术。在分析、比较常用宽带色散补偿技术的基础上，着 重研究了基于色散补偿光纤( d c f ) 的宽带色散补偿技术和采用高非线性光纤的自适应宽带 色散补偿技术 论文首先介绍了光纤通信的发展、现状和w d m 系统的巷键技术。然后采用直接求解 光信号的基本传播方程的方法，分析了群速度色散，非线性效应，以及两者共同作用对光 信号传输的影响。 其次，对目前主流的色散补偿技术进行了分析和比较，其中基于d c f 的色散补偿技术 的综合性能较优异，具有广阔的应用前景。 接着，采用数值求解基本传播方程的方法，在3 种不同发送码型情况下，对采用d c f 色散补偿单信道系统的传输性能进行了分析；分析了剩余色散对传输系统性能的影响，得 n 7 一些有益的结论；在分析了中心信道完全补偿条件下的w d m 系统性能，得到了系统 传输性能和色散斜率匹配的关系；进而提出了中心信道欠补偿的宽带色散补偿方案，并作 了数值分析，仿真结果表明：在中心信道选取合适的正剩余色散能提高w d m 系统带宽。 最后，分析了一种利用高非线性光纤的自适应色散补偿器件( d d c d ) 的组成和原理， 并对其补偿效果进行了数值分析，仿真结果表明利用非线性色散光纤的d d c d 的补偿带宽 可达1 4 5 p s n m ，在此基础上还对d d c d 的组成方案提出了改进措施，进一步完善了其功能。 关键词：色散斜率宽带色散补偿非线性效应剩余色散色散补偿光纤 自适应色散补偿 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n go ft r a n s m i s s i o ns p e e da n dl e n g t hi no p t i c a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ， g r o u pv e l o c i t yd i s p e r s i o n ( g v d ) ，n o n l i n e a ro p t i c a le f f e c t sa n dp o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ( p m d ) b e c o m e t h em a j o ro b s t a c l e s d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ni s at e c h n o l o g yt oc o u n t e r a c tt h eg v di no p t i c a lt r a n s m i s s i o n s y s t e m t h ed i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ns h o u l db ed o n ef o r t h eo n l yo n e w a v ei nt h es i n g l ec h a n n e l t r a n s m i s s i o ns y s t e m h o w e v e r , t h ew a v ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n gs y s t e m ( w d m ) ，d i f f e r e n t c h a n n e l sh a v eu n e q u a lr e s i d u a ld i s p e r s i o n ( r d ) a n dn e e dt ob ec o m p e n s a t e di n d i v i d u a l t h ed i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ni nw d ms y s t e m b a s e do nt h e a n a l y s i so f s e v e r a lw i d e - b a n dd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g i e s t h ek e yp o i n t sa r et os t u d y o nd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ni nw d ms y s t e mw i t hd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nf i b e r ( d c f ) a n d h i r g h - n o n l i n e a r - f i b e r i nt h ef i r s tp a r t ，w es u mu pp r i m a r yi s s u e sa n dk e yt e c h n i q u e si nh i g h s p e e do p t i c a lw d m t r a n s m i s s i o ns y s t e m t h e nb a s i ct r a n s m i t t i n ge q u a t i o ni sa n a l y z e di nd e t a i l a n dt h ee f f e c t so f g v d ，s p ma n dp m d i no p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r ed i s c u s s e d s e c o n d l y , t h ed i s s e r t a t i o nc o m p a r e st h em a i nd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g i e s t h e d c f w i l lb ee x t r e m e l yu t i l i z e di nt h ef u t u r e t h i r d l y , b ys o l v i n g t h en o n l i n e a rs c h r 6 d i n g e re q u a t i o n ( n l s e ) a n da n a l y z i n gt h e p e r f o r m a n c eo f4 0 g b i t so p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e m so nt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n tm o d u l a t i o n f o r m a t sa n dd i f f e r e n t d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ns c h e m e ；i na d d i t i o n ，u t i l i z i n gn u m e r i c a l s i m u l a t i o nw ea n a l y z eh o wt h er e s i d u a ld i s p e r s i o ni n f l u e n c et h ew d ms y s t e m s ow ed r a w s o m eu s e f u lc o n c l u s i o n s b a s e do nt h ed i s c u s s i o no ff u l ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ni nt h em i d d l e f r e q u e n c yc h a n n e li nw d ms y s t e m ，t h er e l a t i o nb e t w e e ns y s t e mp e r f o r m a n c ea n dd i s p e r s i o n s l o p eh a sb e e na c h i e v e d ，t h e nas o l u t i o no fn o t f u l ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ni nt h em i d d l eo f f r e q u e n c yc h a n n e li nt h ew d ms y s t e mh a sb e e np u tf o r t h n l ec o n c l u s i o n sa r e t h a tp r o p e r p o s i t i v er e s i d u a ld i s p e r s i o nf o rt h em i d d l eo ff r e q u e n c yc h a n n e lc a nw i d e nt h er a n g eo fw d m b a n d a tl a s t ，t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e sas e l f - a d a p t a t i o nd y n a m i cd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n t t 南京邮屯大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t d e v i c e ( d d c d ) a sw e l la sa n a l y z e st h ew i d e b a n dd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o np r i n c i p l e s b y s i m u l a t i n gt h i sd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o np r o j e e t ，t h er e s u l t si n d i c a t et h ec o m p e n s a t i o nb a n dc a l l r e a c ha b o u t1 4 5 p s n m t h e nt h em o d i f i e dp r o j e c th a sb e e nd o n et oi m p r o v es y s t e mp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：d i s p e r s i o ns l o p e ；w i d e - b a n dd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ；n o n l i n e a re f f e c t s ； r e s i d u a ld i s p e r s i o n ；d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nf i b e r ；s e l f - a d a p t a t i o nd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n i l l 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学光学工程 研究方向：光纤通信及其接入技术 作 者：二堕级研究生 占晖 指导教师韭鲑造 题目：宽带色散补偿技术的研究 英文题目：s t u d yo nd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g y i nh i g h s p e e dw d mc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 主题词：色散斜率宽带色散补偿非线性效应 剩余色散色散补偿光纤自适应色散补偿 k e y w o r d s ：d i s p e r s i o ns l o p e w i d e b a n dd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n n o n l i n e a re f f e c t sr e s i d u a ld i s p e r s i o n d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nf i b e r s e l f a d a d t a t i o nd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所辇交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文巾特别加以标滓和致谢的 地方外，论文1 | 1 不包禽其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮【乜大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：墨竖1 1 期：型! ：垒! 罗 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公d i s ( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名占吩 导师签名：纽缝咝日期：翌! ! ! ：! ! 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 光纤通信系统是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，它使通信领 域发生了巨大的变化，是信息时代的重要物质基础。本翥将介绍光纤通信的发展和现状， 以及当前光纤通信w d m 传输的主要关键技术，为后续的分析提供背景知识和基本概念。 1 1 光纤通信的发展与现状 光纤通信作为一种新兴的通信技术，具有频带宽，通信容量大；损耗低，传输距离长： 保密性好，抗干扰能力强，传输质量好；重量轻，材料来源广泛，经济性好等优点，从一 开始就显示出无比的优越性，引起了人们的极大兴趣和关注。从1 9 6 6 年高熄( k a oc k ) 发表重要论文光频率的介质纤维波导 1 1 ，开创光纤通信的新时代至今，在短短的三十 几年中，光通信技术取得的进步使通信领域发生了巨大的变化。目前，光通信已经是通信 网的主要传输方式，光通信网遍布全球。 人类社会在进入2 1 世纪的同时，也进入了一个信息高速发展的时代，传统的光纤通 信网正在向着下一代全光通信网快速演进。人们对信息的需求不断地增加，对通信传输系 统的性能要求越来越高。同时，高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种 各样的新业务，特别是视频点播( r o d ) 、高清晰度电视( h d t v ) 等宽带业务和多媒体通 信提供了实现的可能。而更大的带宽又可让运营商更加灵活有效地提供服务。所以，必须 不断提高光纤通信系统的传输容量来满足信息传送量增长的需要。 提高单根光纤所能传送的信息容量的方法概括起来主要有两个方面1 2 j ：一是从光域上 进行复用，在一对光纤上传送多个光信道，如采用d w d m 、o t d m 等光复用方式；二是从 时域上提高单个光信道的传输速率。随着一系列关键技术的突破，商用的光纤传输系统已 经达至l j l t b s ( 1 0 g b s x1 0 0 波长) ，而4 0 g b s 的光纤传输系统是光通信发展的必然结果。 i t u - - t 基于光纤的衰减谱对光纤的可用波段资源进行了详细的划分1 3 j ，如表1 1 所示， 需要指出的是目前工程实用的密集波分复用系统主要工作在c 带( 1 5 3 0 n m - - 1 5 6 5 n m ) 。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 波段波长范围( n m )应用系统使用光纤 第1 传输窗口 85 0 附近单通道多模光纤 标准单模光纤 0 带( o r i g i n a lb a n d ) 1 2 6 0 1 3 6 0单通道，1 】d m ( s m f ) e 带( e x t e n d e db a n d ) 1 3 6 0 一1 4 6 0w d m低水峰光纤 s 带( s h o r tb a n d ) 1 4 6 0 1 5 3 0未来的w d m c 带( c o n v e n t i o n a lb a n d ) 1 5 3 0 1 5 6 5d w d m 、c w d m 非零色散位移光纤 l 带( l o n gb a n d ) 1 5 6 5 1 6 2 5 ( n z d s f ) d w d m u 带( u l t r a l o n gb a n d ) 1 6 2 5 1 6 7 5 表1 1 光纤资源划分 d w d m 系统在我国骨干网和省二级骨干传送网的网络上得到了广泛的应用，基于 l o g b i t s 和2 5 g b i t s 的d w d m 系统已经成为基本的传送平台t 在东部等业务量大的发达 地区使用的是基于1 0 g b i t s 的d w d m 传送平台，目前使用c 波段，波长间隔为i o o g h z ，可 升级为4 0 波系统。2 0 0 5 年骨干网上也开始使用c 波段波长间隔为5 0 g h z ，系统容量可达到 8 0 波l o g b i t s 的系统 从d w d m 系统的传输距离来看，根据国内关于w d m 系统的行业标准，可以把长途光纤传 输系统分为常规长距离传输系统l h ( l o n gh a u l ) 、亚超长距离传输系统e l h ( e n h a n c e dl o n g h a u l ) 、超长传输系统u l h ( u l t r a l o n gh a u l ) 。对于传输距离小于1 0 0 0 k m 的w d m 系统称为 常规长距离传输系统，传输距离1 0 0 0 2 0 0 0 k m 的w d m 系统称为亚超长传输( e l h ) 系统， 传输距离大于2 0 0 0 k m 的w d m 系统称为超长距离传输( ulh ) 系统。 目前，常规长距离w d m 传输系统在我国的干线网络上已经有大量的应用，亚超长距离 系统的标准化也已经完成，超长距离的技术和标准都在研究当中，已经有相当多的厂家有 了商用化产品，在我国使用较多的还是解决单段长跨距的w d m 传输技术。由于传输距离长， u l hw d m 系统的优势是显而易见的，它可以减少电再生站、光放站的数量，延伸光放站之 间的距离，有效降低系统成本，尤其对于中国这样幅员辽阔的国家，u l h 将更具实际意义。 随着初期投资成本的降低，其维护成本低的优势将更加明显，与r o a d m 技术结合应用会增 加网络的灵活性，简化网络层次。从城域传送网的层面来看，城域w d m 环网技术经过几年 的发展之后，在数据业务逐渐增多的网络应用中，逐步显露出它多种业务承载，同时具有 保护功能。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 而高速光纤通信系统，特别是4 0 g b s 以上的光通信系统在使得传输容量和速度都得 到很大增加的同时，也使得光纤群速度色散，偏振模色散，非线性效应等问题日益突出， 成为影响光纤传输性能的主要因素m 】。 光纤群速度色散( g v d ) 对光通信系统的性能影响主要表现在对传输中继距离和传输 速率的限制。光纤色散对中继距离的影响机理主要是色散使传输脉冲展宽，从而产生脉冲 码间干扰。当色散引起光信号脉冲的展宽大于0 3 倍的输入脉宽时，光接收灵敏度就急剧 下降，导致均衡困难，误码率增加。因此要想保证通信质量必须加大码间距，这就不得不 付出降低码速率、减少通信容量的代价。另外，色散引起的光脉冲展宽随着传输距离的增 加将越来越严重，也必须减小中继距离以保证通信质量。 偏振模色散( p m d ) 是由于光纤中存在双折射现象，光纤中实际传输的两个相互正交 的偏振模将会以不同的速度传播，从而导致模式之间具有差分群时延。由于偏振模色散， 光纤上传输的信号脉冲会发生展宽，而且这种展宽会随着时间而波动，这就会使系统的性 能下降，严重时会中断正常通信。同时由于光纤中的偏振模色散不是固定的，它服从一定 的统计分布，且偏振模色散对外部环境变化很敏感，因此补偿偏振模色散就很困难。当前 的光通信系统速率越来越高，而研究表明，当码速率达到1 0 g b s 以上时，就需要考虑偏 振模色散作用。 目前光通信系统中普遍引入e d f a 以及普遍采用波分复用( w d m ) 技术来提高系统的 容量和传输距离，光纤的入纤功率很高，光纤中将出现非线性效应，并且色散补偿光纤的 纤芯较常规单模光纤细，更容易产生非线性效应，例如自相位调制( s p m ) ，受激赖曼散射 ( s r s ) ，受激布里渊散射( s b s ) 等，而光纤非线性效应与光纤群速度色散( g v d ) 相互作用将 影响光纤传输系统的性能，且非线性效应具有累积性。 为提高通信传输质量，有必要对以上问题加以分析，研究探讨相关解决技术。 1 2w d m 传输的关键技术 目前，色散补偿技术、宽带拉曼放大器技术( r f a ) 、前向纠错( f e c ) 、动态调制均衡、 码型技术、遥泵技术等已经成为被众多电信运营商、设备供应商和科研人员广泛认同的关 键技术【6 叫： 1 色散补偿 在1 0 g b i t s 以上的高速长距离传输系统中，必须考虑色散补偿问题。色散补偿包括色 度色散补偿和偏振模色散补偿。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 高速光纤系统的群速度色散补偿方法，其中几种较具有代表性的是基模，高阶模色散补 偿光纤、色散补偿光纤光栅、高阶模色散补偿器和v i p a ( v i s u a li m a g ep h a s ea r r a y ) 器件等。 也可在信号调制和接收时采取一定的措施以减小色散的影响，如在信号调制时加啁啾；在 接收端进行动态色散补偿等。 色度色散补偿的方式包括色散补偿器件和色散补偿模块，目前使用最多的是色散补偿 模块( d c m ) ，主要利用色散补偿光纤d c f 构成模块，但是这种色散补偿光纤具有较强的非线 性效应，会使不同信道之间的串扰加大。在4 0 g b i t s 系统当中，环境因素的变化会造成色 散量大小的随机波动，因而还要求色散补偿模块是可调谐的，需要动态色散补偿，相关的 技术有啁啾光纤光栅色散补偿，环行谐振器，虚象相位阵列，沉积了加热金属的相位平板 光栅，连接基于高阶模光纤的长周期光栅的光开关，多腔反射滤波器等，但是真正商用的 产品尚不多。 对于克服偏振模色散( p m d ) ，目前有两种方案，一是在线路上解决p i v i d 问题。采用 新的，性能好的、低p m d 系数的光纤，以及光信号采用新的调制格式，使光信号不易受 p m d 的影响。这种方法成本较低，只能用于新的光纤。第二种方法是采用p m d 补偿技术， 对p m d 动态地进行调节和管理。这种方法价格昂贵，但是可以允许网络运营商继续使用 原有的旧光纤。 2 拉曼光纤放大器( 砌a ) 技术 在u l h 系统中，喇曼放大器技术是非常受瞩目的光传输技术，可以放大e i ) f a 所不 能放大的波段，并且利用普通的传输光纤就能实现分布式放大，从而大大提高系统的光信 噪比( 0 s n r ) 。喇曼放大器利用光纤自身对信号进行放大，信号在传输过程中的固有损耗 可以在光纤内部进行补偿。一种应用较广的喇曼放大器称之为分布式喇曼放大器( d r a ) 。 l i r a 工作的基本原理是受激喇曼散射( s r s ) 效应，既将- - + 部分入射功率由一光束转移到 另外一个频率下移的光束，频率下移量由非线性介质的振动模式决定，当波长较短( 与信 号波长相比) 的泵浦光馈入光纤时，发生此类效应。泵浦光光子释放其自身的能量，释放 出基于信号光波长的光子，将其能量叠加在信号光上，从而完成对信号光的放大。喇曼增 益取决于泵浦光功率、泵浦光波长和信号光波长之间的波长差值，所有的喇曼放大器都可 应用于4 0 g b i t s 和1 0 g b i t s 的传输系统，有时还会采用互泵浦和相对泵浦技术。对于超长 距系统来说利用喇曼放大器提高系统的0 s n r 、增加系统跨距长度、提高w d m 系统的通路和 抑制光纤非线性效应是主要的目的 3 光信号的调制解调技术 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 在高速光纤系统中，究竟采用什么码型，是一个值得探索的问题。由于非归零( n i 屹) 码、归零( r z ) 码以及近年出现的载频抑制归零( c s r z ) 码和改进归零( m d r z ) 码等 不同线路调制码型的光信号在色散容限、s p m ( 自相位调制) 、x p m ( 交叉相位调制) 等 非线性的容纳能力、频谱利用率等方面各有特点，因此要根据实际的应用情况和传输距离， 选择采用的调制码型。而且，高速率系统对调制器的要求更高，要求这些调制器具有高调 制带宽、高消光比、低回损、高饱和功率和低驱动电压等特点。 对于超宽频带的超长距离w d m 传输系统中，n r z 、r z 等码型都有自己的特色。n r z 码 的应用简单、成本低、频谱效率高，是目前s d h 和w d m 系统中应用最广泛的码型，由于n r z 码元过渡不归零，对传输损伤敏感。r z 码的主要缺点是信号频谱宽度相对n r z 码增加，增 加调制器使系统变得复杂，成本提高。为了进一步提高r z 码的传输性能，近年来还出现了 c s r z ( 载频抑* i r z ) 和m d r z ( 改良的双二进制码) 等码型，在功率较高的情况下，不但增加了 色散容限，而且有更强的抵抗s p m 和f w m 等光纤非线性效应的能力。c s r z 码中，相邻码元的 相位相差1 8 0 度；m d r z 码所有“0 ”码相位保持不变，相邻“1 ”码相位相差1 8 0 度，频谱宽 度l k r z 和c s r z 窄，缺点是调制技术复杂。最近又研究出新的编码格式直i c s r z d p s k 、差分 相移键控归零码( r z - d p s k ) 、双二进制、单边带剩余边带调制( s s b v s b ) 、相位整形 二进制传输( p s b t ) 都可应用于高速率w d m 传输系统。 4 前向纠错( f e c ) 技术 在光传输系统中采用前向纠错( f e c ) 技术，能够消除系统性能曲线中的误码率平台现 象，其编码增益也提供了一定的系统富余量，从而降低光链路中线性及非线性因素对系统 性能的影响。对于有光放大器的系统，可以增加光放大器间隔，延长传输距离，提高信道 速率，减小单通路光功率。 f e c 的实现方式有两种：一是带夕b f e c 系统，二是带p i j f e c 系统。带内编码f e c 是指利用 信道本身的未使用传输开销字节作为f e c 2 q 错编码字节，实施f e c 编码后，信道码速不变i 带外编码f e c 是指f e c q 错冗余字节加入传输信道，实施f e c 编码后，信道码速增加，能较 大地改善系统性能。带p q f e c 的增益一般为3 d b 左右，而带外f e c 的增益远高于带内，因此 超长距系统均采用带# f e c 编码。在现有常规d w d m 系统中所应用的f e c 编码，尤n r s 编码最 普遍。r s 2 2 3 编码i = k r s 2 3 9 编码拥有更多的冗余字节，因此前向纠错能力更好，r s 2 3 9 编码 可以比无编码时的o s n r 情况改善5 d b 左右，而r s 2 2 3 编码又可以【= k r s 2 3 9 改善4 d b ，因此使 用超强f e c 时，o s n r 总体改善情况为9 d b ，大大提高了系统的传输距离。 实验证明，采用3 b i t 软判决块t u r b o 码，可获得1 0 i d b 的净编码增益和2 4 6 的冗余。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 对于4 0 g b i t s 传输系统，由于接收机对o s n r 更敏感，在高链路速率中经常发生信号损伤， 因此在4 0 g b i t s 系统中需要更高的编码增益，并降低开销冗余。 5 动态调制均衡 对于超长距离传输，保证整个线路上的增益平坦是非常重要的，增益均衡用于保证线 路上各个波长之间的增益平坦，在主光通道的入口可能和各个波长之间的功率电平一样， 但由于放大器增益平坦度以及各个波长在线路中衰耗的不一致，会导致在接收端各个波长 之间的功率差异较大，影响正常的接收。目前一种通用的方法是在各个光放站放置增益平 坦滤波器，此外通过基于各个通道光谱密度的大小，实施反馈控制，可以动态管理平坦进 程。动态增益均衡的优势在于可以增加超长距传输系统的区段数目，可以在级联5 0 个e d f a 情况下，不进行电再生中继；支持动态网络配置，在网络波长数目发生重大差异时不会对 o s n r 造成损伤；由于输入光功率变化也会造成增益斜度劣化，而通过动态增益均衡，可以 代替目前正在使用的可调光衰减器( 主要位于发射机一侧) 。 6 遥泵技术 遥泵技术是用于单段长跨距传输的专门技术，主要解决单长跨距传输中信号光的o s n r 受限问题。在单段长跨距传输系统中，光纤输出端口处的光功率总是很小，极易造成接收 端o s n r 受限，因此需要采用高入纤光功率。同时为了避免出现非线性失真，总光功率一般 限制在3 0 d b m 以下。为了进一步解决o s n r 受限延长传输距离，可在光纤链路中间部分对光 信号进行预先放大：在传输光纤的适当位置熔入一段掺铒光纤，并从单段长跨距传输系统 的端站( 发射端或接收端) 发送一个高功率泵浦光，经过光纤传输和合波器后注入铒光纤 并激励铒离子。信号光在铒纤内部获得放大，并可显著提高传输光纤的输出光功率。由于 泵浦激光器的位置和增益介质( 铒纤) 不在同个位置，因此称为“遥泵( r e m o t ep u m p ) ”。 遥泵光源通常采用瓦级的1 4 8 0 h m 激光器，以克服长距离光纤传输的损耗问题。根据泵浦 光和信号光是否在一根光纤中传输，遥泵又分为“旁路”( 泵浦光和信号光经由不同光纤 传输) 和“随路”( 两者通过同一光纤传输) 两种形态。随路方式中泵浦光还可对光纤中 的信号光进行喇曼放大，进一步增加传输距离，并可节省光纤资源，可以得以广泛应用。 遥泵技术通常还可综合其他新技术，如光纤有效截面管理、二阶喇曼泵浦、两级遥泵增益 区等。 总之，遥泵传输技术是在光缆线路中插入掺铒光纤等增益介质来进行光放大，这些点 不需要供电设施，也无需维护，适合那些穿越沙漠、高原、湖泊、海峡的环境。不便之处 在于，它需要在适当的位置切断光缆，将掺铒光纤串联到原来的光纤中，施工改动量和难 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 度较大。 以上这些技术大都是围绕提高接收端的光信噪比和减小信号的波形畸变展开的。 1 3w d m 技术的现状和发展趋势 国内各个厂商对于u l h 技术也进行了大量的研究，中兴、烽火等公司在国家8 6 3 计划的 资助下，已经完成了u l h 试验系统的研究和搭建。中兴公司研发的大容量、超长距离传输 u l h 系统容量可升级达至u 6 0 l o g b i t s ，波长范围覆盖c + l 波段，可在g 6 5 2 光纤的环路 平台上实现超过5 0 0 0 k m 的无电中继传输。烽火公司研发的超长距离传输系统覆盖c + l 波 段，系统容量可升级达到1 6 0 l o g h i t s ，直线传输距离可以达到3 0 4 0 k m 。两个系统使用 的都是c s r z 编码，e d f a 和喇曼混合放大技术。上述两个公司的相关研究成果已经有进一 步商用化的计划。华为公司也宣布研制成功了u l h 系统，据报道在业务容量为4 0 x 1 0 g b i t s 使用g 6 5 2 和g 6 5 5 两种光纤的情况下，该系统实现全长4 6 0 0 k m 的无电中继传 送。 国外设备制造商也在前几年开始了u l hw d m 系统的研发，朗讯公司开发的 l a m b d a x t r e m e 超长距离光传输系统据报道能够将1 2 8 条l o g b i t s 光信号传送至4 0 0 0 k m ，中 间无需放大器。对于6 4 条4 0 g b i t s 的光信号，传输距离可达1 0 0 0 k m 。同时a l c a t e l 、c i e n a 、 c o r v i s 、n o r t e l 等公司也有了商用化产品，但总的来说应用还不多。 从技术角度来看，利用u l hw d m 系统中的e d f a 和喇曼放大器结合的放大技术、采用色 散和非线性容限较高的码型等，u l hw d m 技术都可以延长光放段的传输距离，用于骨干网 中部分长跨距的应用，这是目前比较普遍的u l hw d m 技术应用。同时u l hw d m 系统可以减 少电再生站、光放站的数量，延伸光放站之间的距离，充分反映出采用超长距系统对系统 成本的降低。直接建设大型城市之间的超长距传输系统可以解决对带宽的迫切需要，同时 节省了大量的光放站和电再生中继站，降低了系统的成本和维护费用，与可配置o a d m 技术 结合，在骨干网上可以实现大城市之间的快速直达车，在中间的大城市站点可以采用o a d m 来实现业务接入。城域w d m 环网技术随着城域网中数据业务需求的增加而显示出它多业务 平台、透明传输，同时可以提供一定的保护机制的优势。在城域传送网的核心层，尤其是 光纤资源相对紧张的地区有较好的发展前景。骨干网上对于波长的需求已经逐步增加，目 前骨干网建设中，目标波长数为8 0 波的系统已经提上议事日程，相信随着业务的不断增加， 对于更高速率、更多波长和更长传输距离的d w d m 系统的要求也会不断增加，会为技术的进 一步发展提供驱动。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 度较大。 以上这些技术大都是围绕提高接收端的光信噪比和减小信号的波形畸变展开的。 1 3w d m 技术的现状和发展趋势 国内各个厂商对于u l h 技术也进行了大量的研究，中兴、烽火等公司在国家8 6 3 计划的 资助下。已经完成了u l h 试验系统的研究和搭建。中兴公司研发的大容量、超长距离传输 u l h 系统容量可升级达到1 5 0 l o g h i t s ，波长范围覆盖c + l 波段，可在g 6 5 2 光纤的环路 平台上实现超过5 0 0 0 k m 的无电中继传输。烽火公司研发的超长距离传输系统覆盖c + l 波 段，系统容量可升级达到1 6 0 1 0 6 b i t s ，直线传输距离可以达到3 0 4 0 | ( 【n 。两个系统使用 的都是c s r z 编码，e d f a 和喇曼混合放大技术。上述两个公司的相关研究成果已经有进一 步商用化的计划。华为公司也宣布研制成功了u l h 系统，据报道在业务容量为4 0 l o g b i z s 使用g 6 5 2 和g 6 5 5 两种光纤的情况下，该系统实现全长4 6 0 0 k m 的无电中继传 送。 国外设备制造商也在前几年开始了u u lw d m 系统的研发，朗讯公司开发的 l a m b d a x t r e m e 超长距离光传输系统据报道能够将1 2 8 条l o g b i t s 光信号传送至4 0 0 0 k m ，中 间无需放大器。对于6 4 条4 0 g b i t s 的光信号，传输距离可达1 0 0 0 k m 。同时a l c a t e l 、c i e n a 、 c o r v i s 、n o r t e l 等公司也有了商用化产品，但总的来说应用还不多。 从技术角度来看，利用u l hw d m 系统中的e d f a 和喇曼放大器结合的放大技术、采用色 散和非线性容限较高的码型等，u l hw d m 技术都可咀延长光放段的传输距离，用于骨干网 中部分长跨距的应用，这是目前比较普遍的u l hw d m 技术应用。同时u l hw d m 系统可以减 少电再生站、光放站的数量，延伸光放站之问的距离，充分反映出采用超长距系统对系统 成本的降低。直接建设大型城市之间的超长距传输系统可以解决对带宽的迫切需要，同时 节省了大量的光放站和电再生中继站降低了系统的成本和维护费用，与可配置0 a d m 技术 结合，在骨干网上可以实现大城市之间的快速直达车，在中间的大城市站点可以采用o a d m 来实现业务接入。城域；v d m 环网技术随着城域网中数据业务需求的增加而显示出它多业务 平台、透明传输，同时可以提供一定的保护机制的优势。在城域传送网的核心层，尤其是 光纤资源相对紧张的地区有较好的发展前景。骨干网上对于波长的需求已经逐步增加，日 前骨干网建设中，目标波长数为8 0 波的系统已经提上议事日程，相信随着业务的1 i 断增加， 对于更高速率、更多波长和更长传输距离的d w d m 系统的要求也会不断增加，会为技术的进 对于更高速率、更多波长和更长传输距离的d w d m 系统的要求也会不断增加，会为技术的进 一步发展提供驱动。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 4 本论文的主要工作 本文在对光信号传输理论和三种码型分析的基础上，通过建立仿真模型，对高速光纤 w d m 传输系统中利用d c f 进行色度色散补偿性能进行了研究。提出了中心信道处欠补偿 的w d m 色散补偿方案，并对一种利用高非线性光纤的自适应宽带色散补偿技术进行仿真分 析，并进行了改进。 本文第一章为绪论部分，对光纤通信的发展，w d m 传输的关键技术，现状和发展趋 势作一概述，引入本论文的中心论题。 第二章首先说明色散的基本概念，色散的基本类型，光信号的基本传播方程，接着进 一步讨论了色度色散g v d 和非线性效应s p m 对系统性能的影响以及两者共同作用时对系统 性能的影响。 第三章，计算了不同波长，不同速率光信号色度色散色散受限距离，分析了高速光系 统中4 种较为常用的色散补偿技术，并对4 种补偿技术进行了比较，其中基于d c f 的色散补 偿技术的综合性能较优异，具有广阔的应用前景。 第四章作为本文重点之一，介绍了对光纤传输系统进行分析的方法，讨论了1 i d m 系统 常用的2 种数值模型，建立数值仿真模型，并对分布傅立叶算法进行了讨论。 分析了4 0 g b s 单信道3 种不同码型的色散补偿方案以及对前后补偿问题进行了研 究：分析了剩余色散对w d m 系统的影响 分析了d c f 的宽带色散补偿与色散斜率的关系 在s m f 和d c f 的色散斜率给定的条件下，如何得到最佳的宽带补偿方案，提出了 中心信道处欠补偿的w d m 色散补偿方案。 第五章作为本文另一个重点，对一种基于g v d 和非线性s p m 效应的“平衡”的自适 应色散补偿技术的组成和原理进行分析研究，并进行了改进，仿真结果表明这种方法能提 高系统的带宽。 最后在第六章中对本文的研究成果和一系列结论进行了简明总结。 参考文献 1 k c k a o ，e ta 1 ，d i e l e c t r i c f i b e rw a v e g u i d e sf o ro p t i c a lf r e q u e n c i e s ，p r o c 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 i n s t e l e c t e n g ，1 9 6 6 ：3 ，7 2 左萌、张慧剑等4 0 g b s 传输系统的解决方案及应用前景分析现代有线传输2 0 0 4 4 ： 8 7 9 0 3 王辉等光纤通信电子工业出版社，2 0 0 4 4 。龚倩光网络热点技术综述通讯世界2 0 0 2 3 ：5 1 1 5 韦乐平光通信系统技术的发展与展望电信技术2 0 0 2 6 ：2 6 6 崔强u l hd w o m 传输系统中的新技术发展及应用分析邮电规划2 0 0 4 3 ：3 1 3 5 7 吕建新、毛谦4 0 g b i t s 光传输技术及应用前景通信世界2 0 0 3 4 ：4 1 4 2 8 闻和、顾畹仪长距离光纤传输的关键技术通信世界2 0 0 3 4 ：4 3 4 4 【9 】张海懿u l h 及w d m 的发展 光通信2 0 0 51 0 ：3 2 3 3 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章光纤的色散和非线性对系统性能的影响 第二章光纤的色散和非线性对系统性能的影响 现在的光纤通信正在朝长距离、高速率的方向演进，限制光纤通信传输速率和距离的 主要因素是损耗和色散。损耗是首要的特性，关系到通信系统传输距离的长短和中继站间 隔距离的选择。随着通信技术的发展特别是e d f a ( 掺铒光纤放大器) 的出现基本解决了损耗 限制问题。而色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生信道间的干扰，增加误码率，从 而限制通信容量。在传统的光纤通信系统中，光纤中的光场较弱，光纤的各项特征参量不 随光场而变化，故认为光纤是一种线性介质。但随着光功率的增加，同时光纤的损耗又很 低，高光强在光纤中能保持很长的距离，光纤中的非线性效应会变得十分