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通信系统中的色散管理和设计
一、引言
随着通信技术的快速发展,人们越来越希望通信系统有着更宽的带宽、超高的传输速率、超长的传输距离.在通信业务中,光纤通信技术明显比其他通信技术更有优势.如今处理超长距离信道传送中色散问题的方案有很多：如DST（色散支持传输技术）、光弧子传输技术、中点光谱反转技术、FBG（布拉格光栅）和DCF（色散补偿光纤）[1] 等.本设计拟采用DCF 进行色散补偿,即系统采用普通光纤+DCF（色散补偿光纤）+ 色散补偿元件的组合.
二、色散补偿的基本原理
2.1 色散
光脉冲具有不同的频率分量,当不同谱线宽度的光源发射的脉冲能量进入到传输系统的时候,将导致不同的传播速度,在接收端时将产生时延差,因而信号在系统传送的过程中脉冲会呈现展宽的现象.随着光纤传送速度的大幅度提高,色散展宽越来越严重.
2.2 色散补偿光纤与色散补偿
色散补偿光纤(DCF), 是安装在光链路中作为补偿色散好方案的一种光纤.
DCF 是一种单模光纤,它在波长为1550nm 周围有很大的负色散.当工作频段由1310nm 迁移到1550nm 这个低损耗窗口波长,其总色散呈正数.所以可以用DCF 去中和这部分色散值, 进而实现基于1550nm 的常规单模光纤远距离低色散传输.DCF 会引入色散斜率补偿误差,而光纤放大器可以完全补偿因加入DCF 给系统带来的衰减.
DCF 技术的原理是在1550nm 窗口处将具有较大的负色散系数的色散补偿光纤与正色散系数的单模光纤（F）串接,使正负色散相互抵消[3]（图1）,起到减少时延差、压缩谱宽的作用.
三、基于Optisystem 仿真设计过程
Optisystem 提供强大的性能优化与误差分析、模拟环境.它广泛的应用在CATV 网络设计、系统代价（penalty）的评估、放大器和接收器的设计、TDM?WDM 网络设计、色散图设计等,是一款集测试、设计与优化于一体的集成仿真软件.
3.1 色散展宽模拟
在Optisystem 上进行试验,设计理想色散补偿结构如图2 所示.
如图3（in 为入纤前光脉冲的波形图,out 为经过10km后的脉冲波形图）,系统光纤传输速率在10G 的时候色散展宽表示还不是很明显,然而在40G 时,脉宽将近展宽4 倍于初始脉冲,导致了严重的脉冲失真,在传输过程中会引起严重的码间串扰,系统传输性能极差.
3.2 初始框架选取
3.3 色散补偿优化设计方案本系统设计了单信道40Gbit/s 的G.652 色散补偿光传输系统,Pseudo-Random Bit 发生器产生的数据流发送到RZ 脉冲发生器经过Mach-Zehnder 将电信号调制成光信号,途中DCM 是采用DCF 技术进行色散补偿.将占空比调为0.5,如图4 所示.
为了更好的改善系统,在实验中FBG 和F 的关系为：D(λS)L+DFBG等于0,式中,DFBG 是单个FBG 的色散总量.选择上面的混合色散补偿方案2（先后置在前置）,将DCF 的色散系数改为-80ps/(nm·km),后面添加一个FBG（图5）；另一个仿真模型保持不变,输入功率为6mdB.
3.4 优化结果
从表1、2 可以看出随着距离的增加,Q 值下降,OSNR变化不大,但是传输相同的距离的时候优化方案的Q 值比混合补偿方案大1 ～ 4, 眼图线条更加整齐,这说明在静态的DCF 补偿中加入FBG 可以补偿色散且补偿效果更好.
四、小结
本次设计利用色散补偿光纤的基本原理,采用色散管理思想,设计了三种常规的色散补偿方案与优化方案,讨论相关方案的传输长度、入纤光率与眼图、最大Q 因子的关系,对它们进行综合分析和对比,可以得到几点结论:
（1）系统中在短距离( 小于400km）光信号的传输中使用后置补偿方案优势明显；在长距离传输中混合补偿方案更有优越性,可以有效地削弱光纤非线性的影响,它的最佳输入功率比后置方案大2 ～ 3 dB , 大大增加信号的传输距离；
（2）最佳补偿方案是混合补偿方案2（后置补偿+ 前置补偿）；
（3）EDFA 应该放置在F 与DCF 的后面,可以减少非线性和色散的共同作用；
（4）混合补偿的DCF 与FBG 联合使用的动态+ 静态补偿可以改善系统的性能.相关结论可以进一步应用于WDM系统中进行讨论与比较分析.
通信系统论文范文结:
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