光纤通信的误码分析

孙琳 张云凯 刘志

摘 要：误码是数字通信传输系统中主要的传输损伤，它直接影响信息传递的准确性。其是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的一个非常重要的指标。对误码进行分析，有助于提高光纤通信系统的性能。本章从误码的基本概念出发，分析了光纤传输系统的误码产生原因以及测试方法，并且还描述了各种误码的分布。

关键词：光纤通信；误码

一、误码的概念以及产生原因

（一）误码的概念

所谓误码，就是在数字通信系统的接收端，经判决电路，产生的比特流中，某些比特发生了差错，对传输质量产生了影响。

（二）误码产生的原因

产生误码的原因有很多种，包括色散、信噪比、光纤非线性以及单板的光器件性能劣化等原因。

1、光纤的非线性

波分设备是将多个波长信号复用在一根光纤中进行传输，接入波长越多，乳腺的光功率就越大，32波系统的满波光功率可以达到20dBm。在光强很大，光纤传输比较长的情况下，光纤的非线性会严重影响系统的性能，导致接收端误码性能会劣化。

2、色散

光纤色散分为色度色散和偏振模色散（PMD）。色度色散是在介质的正常区域，波长较长的光具有更快的传播速度，反之在反常色散区域，波长较短的光具有更快的传播速度。

色散色度一般可以通过DCF进行补偿方法解决。PMD是一个随机量，无法通过DCF进行补偿。光纤的色散用色散系数来衡量，色散系数就是两个波长间隔为1nm的两个光波传输1km长度光纤到达时间之差，单位为ps/nm。

3、光器件的性能劣化

光器件的性能劣化导致单板损坏是目前系统产生误码的一个主要原因。系统中产生误码可能性较大的是OUT板和功放板。

功放板容易产生误码的原因是掺饵放大器的泵浦激光源会引起很大的自激辐射噪声，如果光器件质量不好或失效，会导致接收端的信号信噪比过低。

OUT（波长转换单元）产生误码的主要原因是信号在单板上经过了O/E/O（光/电/光）的转换，一路为数据信号，另一路为时钟电信号。任何一个环节的处理芯片和电路不好都会引起信号的劣化，从而产生误码。另外发端激光器波长不稳定，偏移标称波长过大，或合波后相邻波长信号隔离度不够，也会导致产生误码。

二、误码分布

（一）A型传染分布

A型传染又称复合泊松分布，是描述突发性误码的数学模型，此时误码是成群发生的，且基于两个前提：①误码群发生的概率是常数，符合泊松分布；②各误码群中的误码也是随机的，它也符合泊松分布。若定义m1为每秒平均误群数，m2为每误码群中平均误码数，则T0时间内出现k个误码的概率经化简为：P（K）=m2k/k！··e-m1·dkexp[m1eu-m2]/duk

其中k≥1，?是中间分量。

（二）泊松分布

泊松分布是由光纤通信系统的内部机理造成的，且基于两个前提而得出的：①假定数字序列各比特率是相互独立的；②有恒定的平均误码率Pe，即每个比特出错概率为常数Pe

根据概率理论，速率为B的二进制序列在T0时间内传送的比特数为BT0，则可求得在BT0比特中不多于m个比特错误的概率为：

P{k≤m}=∑P（k）=∑（BT0PE）K/k！·e-BTO

三、误码分析处理的方法

误码故障处理原则：先外部原因，后系统；先主光通道，后个别通道。在维护过程中，一般采用以下方法来定位和处理误码故障。

（一）仪表测试法

在日常维护中，系统上一般都割接了实际的业务信号，业务没有中断的情况下是不可能进行断纤试验的，对维护中遇到的误码处理中，如果辅助以仪表在线测试，采集数据进行定性的分析，方便对误码故障的定位。

（二）环回法

系统出现误码的时候，有时从告警和性能数据可能分析不出来，这时，可以象SDH中的故障处理方法一样，对业务信号逐段环回来进行故障定位，回环可以在收发的OUT单板进行，也可以在收发WBA和WPA之间加衰减进行；可以在本站环回，也可以在对端站环回。环回法要中断业务，环回前应该先在SDH上做强制倒换，将业务进行保护后再断纤。环回法在误码处理过程中非常有用，不过做环回的时候一定要注意加衰减，以免光功率过大损坏激光器。

四、降低误码率的方法

（一）前向纠错技术（FEC）

前向纠错技术是指信号在被送入传输信道之前预先进行编码处理，加入带有信号特征的冗码，在接收端按照相应算法对接收信号进行解码，从而找出传输过程中产生的错误码并将其纠正的技术。前向纠错编码（FEC）技术通过在传输码列中加入冗余纠错码，在一定条件下，通过解码可以自动纠正传输误码，降低接收信号的误码率。在光纤传输中采用FEC技术，不仅能够减小系统的误码率。而且其编码增益还能够提供一定的系统富余量，从而降低光链路中线性及非线性因素对系统性能的影响。FEC的实现方式有带外FEC系统和带内FEC系统两种。带内FEC的增益一般为3dB左右，而带外FEC的增益远高于带内，使用带外FEC后线路速率会提高，下图是两者的性能比较：

与带内FEC相比，采用带外FEC后系统在性能上可获得更大的改善。

（二）信道均衡技术

均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减小或消除因信道的时变多径传播特性引起的码间干扰。均衡分为两种，频域均衡和时域均衡。

（三）色散补偿技术

1、传统的色散补偿技术

色散补偿光纤

所有的散补偿技术都是围绕如何消除相位系数的影响，使光信号得以还原而进行的。色散补偿光纤是目前较成熟、应用较广泛的色散补偿技术。其原理是利用和传输光纤色散系数符号相反的色散补偿光纤传输光纤的色散。

光纤型色散补偿技术大体可分为两类：a基于基膜的单模色散补偿光纤的补偿技术。b基于高阶模的双模DCF补偿技术，它是利用在截止波长附近工作的高阶模有很大的负色散的特点来实现色散补偿的。

光纤色散补偿器是利用线性啁啾光纤光栅实现色散补偿，让原先跑得快的波长经过补偿器时慢下来，减小不同波长由于速度不一样而导致的时延。跟色散补偿光纤不一样，光纤光栅补偿模块体积小、损耗低、不易受到非线性效应影响、无偏振相关性。尤其是啁啾光纤光栅色散补偿器受到高度重视。通常认为光纤光栅只适合于窄带补偿，工作带宽难以达到DWDM系统补偿要求。实用的光纤光栅补偿器以窄带的居多，对于占用频带特别宽的多波长系统，只好进行通道分组补偿。

2、电域色散补偿技术

电域色散补偿技术弥补了光域色散补偿技术的很多缺点，因此目前成为很多研究机构研究的热点。电域补偿技术的优点：减少了使用昂贵的光器件的成本；减少了由于使用光器件而必须加入的光放大器的数目，提高了信号的质量；采用成熟的电处理自适应算法，可以动态的进行色散补偿。

参考文献：

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