摘要：本文研究了光纖傳輸的受限原理，提出長距離傳輸的FRA、FEC和碼型技術提高光纖的傳輸性能。
　　關鍵詞：光纖通信、PMD、碼型技術、喇曼放大器
　　
　　1.光纖傳輸的受限原理
　　(1)衰耗受限
　　
　　光信號在光纖中傳輸時能量(光功率)會隨著傳輸距離的增長而衰減，這稱為光纖衰耗。每公里光纖對光功率信號的衰減值定義為光纖的衰耗系數，單位dB/km。如G.652光纖在1550nm波長區域的衰耗系數0.15～0.25dB/km。
　　
　　在光通信系統中，光發射機的發光功率不能過大，因為發光功率過大會減少光源器件的壽命，而人纖光功率過大還會引起嚴重的非線性效應，所以一般不應大于+5dBm；同時，光接收機的接收靈敏度也是有限的，一般在一30dBm左右，這樣，光發射機的發光功率和光接收機的接收靈敏度之間有限的功率落差以及光纖的衰耗系數就決定了系統中單跨段的最大傳輸距離。
　　
　　(2)色度色散受限
　　
　　所謂色度色散是指光脈沖在光纖中傳輸時隨著傳輸距離的增長而出現脈沖展寬和畸變效應，而光脈沖的展寬和畸變會導致光傳輸質量劣化，產生碼間干擾、誤碼等，從而限制了系統中單跨段的最大傳輸距離。衡量光纖色度色散的概念是色度色散系數，它定義為一公里長的光纖傳輸單位譜寬時所產生的脈沖展寬值，如G.652光纖在1550nm波長區域的色度色散系數17～20ps/nm.km。
　　
　　光纖的色度色散系數越小越好，較小的色度色散系數意味著光脈沖在光纖中傳輸時能夠傳更遠的距離而保持脈沖的有效性。
　　
　　(3)偏振模色散(PMD)受限
　　
　　所謂偏振模色散(PMD)指的是由于光纖的隨機性雙折射所引起的不同相位狀態的光呈現不同的群速度，從而導致不同偏振態的光信號不能同時到達接收端，即出現延時現象。PMD不但受光纖制造工藝的影響，而且也受光纜施工的影響。因此，PMD的隨機性非常大，其值隨光纖所處環境變化而變化。由PMD產生的延時值其大小取決于光纖的PMD系數和系統的傳輸距離，所以當這兩者確定之后，由PMD產生的延時值也就確定了。但延時值對不同傳輸速率的影響是不同的，傳輸速率越低(2.5Gb/s以下)，該延時值與其碼元周期相比，所占的相對比例越小，其影響可以忽略不計；而傳輸速率越高(l0Gb/s以下)，該延時值與其碼元周期相比，所占的相對比例越大，其影響就不能忽略。
　　
　　2.光纖傳輸的關鍵技術
　　(1)光纖喇曼放大器(FRA)對光纖損耗進行補償
　　
　　在光纖傳輸中，喇曼放大器技術是最關鍵的光傳輸技術。它可以將傳輸光纖本身變成一個放大器,也可以放大摻鉺光纖放大器(EDFA)所不能放大的波段。它利用普通的傳輸光纖就能實現分布式放大，從而大大提高系統的光信噪比（OSNR）。
　　
　　FRA利用光纖自身對信號進行放大，信號在傳輸過程中的固有損耗可以在光纖內部進行補償。一種應用較廣的被稱之為分布式光纖喇曼放大器(DFRA)。對于長距離光纖傳輸來說，利用喇曼放大器提高系統的OSNR、增加系統中繼長度、提高波分復用(WDM)系統的通道數和抑制光纖非線性效應是其主要目的。
　　
　　(2)前向糾錯(FEC)編碼減少誤碼率
　　
　　在光傳輸系統中采用FEC技術,能夠減少系統的誤碼率。其編碼增益提供了一定的系統富余量，從而降低光鏈路中線性及非線性因素對系統性能的影響。對于有光放大器的系統，可以增加光放大器間隔、延長傳輸距離、提高信道速率、減小單通道光功率。FEC的實現方式有帶外FEC系統和帶內FEC系統兩種。帶內FEC的增益一般為3dB左右，而帶外的增益遠高于帶內，因此，長距系統均采用帶外FEC編碼。使用帶外FEC時，總體改善情況可達7~9dB，大大提高了系統的傳輸距離。
　　
　　(3)碼型技術提升系統的傳輸性能
　　
　　由于不同線路調制碼型的光信號在色散容限、自相位調制(SPM)、交叉相位調制(XPM)等非線性的容納能力、頻譜利用率等方面各有特點,對于超寬頻帶的長距離WDM傳輸系統，非歸零(NRZ)、歸零(RZ)等碼型都有各自的特色。
　　
　　NRZ碼應用簡單、成本低、頻譜效率高，是目前SDH系統和WDM系統中應用最廣泛的碼型。由于碼元過渡不歸零，對傳輸損傷敏感，不適用于高速長距離光信號的傳輸。
　　
　　RZ碼的主要缺點是信號頻譜寬度相對碼較大，增加調制器使系統變得復雜、成本高。為了進一步提高碼的傳輸性能，近年來還出現了載頻抑制RZ(CS-RZ)和啁啾RZ(CRZ)等碼型。在CS-RZ碼中，相鄰碼元的電場振幅符號相反，從而達到降低光譜寬度的目的，在功率較高的情況下，不但增加了色散容限，而且有更強的抵抗SPM和四波混頻(FWM)等光纖非線性效應的能力。
　　
　　CRZ碼采用了三級調制技術(RZ幅度調制、相位調制和數據調制)，其相位調制器在發射端對RZ脈沖的上升沿和下降沿上加入一定的啁啾量，抵抗非線性效應的能力非常優異。此外，CRZ碼還具有良好的抵抗偏振相關損耗(PDL)和偏振模色散(PMD)的能力，具有更高的傳輸穩定性。
　　
　　(4)色散補償延伸光傳輸的距離
　　
　　色散是限制光纖傳輸距離的主要因素。色散補償包括色度色散補償和偏振模色散補償。色度色散補償的方式包括色散補償器件和色散補償模塊。目前使用最多的是色散補償模塊(DCM)，通常用在EDFA的兩級之間，用以補償的插損。目前，對于動態的色度色散補償方式也進行了大量的研究，但是真正商用的產品尚不多。
　　
　　從技術角度來看，利用長距離光纖傳輸中的與結合的放大技術，及采用色散和非線性容限較高的碼型等長距離光纖傳輸技術，都可以延長光放段的傳輸距離，用于骨干網中部分長跨距中，這是目前比較普遍的長距離光纖傳輸技術應用。
　　
　　
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