高速光纤通信技术的研究分析

丛犁，杜秋实，张艳

（1.国网吉林省电力有限公司信息通信公司，吉林长春，130022；2.国网吉林省电力有限公司经济技术研究院，吉林长春，130000；3.国网吉林省电力有限公司，吉林长春，130021）

近年来，光纤通信在我们的日常生活中运用越来越普遍，人们在实际应用中关注最多的还是质量问题，对通讯质量提出了很高的要求。高速光纤通讯技术凭借其信息容量大、传播速率高等特征在行业中得到了广泛应用，并且在发展中取得了显著成果。然后在高速光纤通信的传播过程中，也存在着诸多的损伤问题。针对问题来研究分析相关补偿技术具有重要的理论意义。

1 高速光纤通信技术的分析

■1.1 光纤通信的基本原理

光纤的全称是光导纤维，其通信原理是首先将调制好的电信号通过光电转换模块转换为光信号之后，通过光波传输信息。不是单根光纤传输信息，而是许多根光纤聚集以光缆的形式来进行信息传输[1]。光纤通信系统的组成框图如图1所示。

图1 光纤通信系统组成框图

从图中可以看出，电信号通过光发射机、光纤接口、中继器、光接收机这三个模块，从而形成光纤通信系统；当数据需要通过光纤通信系统来进行数据传输时，首选需要将电信号转换为光信号，这个转换过程是在光发射机内进行的。光发射机内部主要是由光源和调制模块这两大部分组成，调制模块将电信号转换成光信号，再通过光源模块以光信号的形式发射出去。光纤接口主要是指物理接口即光电转换模块与光纤直接的接口，例如LC、FC、ST、SC等接口，由于光信号在传输的过程中存在衰减，中继器可以通过对光信号的重发或者转发，从而扩大整个通信系统的传输的距离。光接收机主要是完成光电信号的转换，光接收机内部包括光检测器、放大器、信号恢复这两个部分，光检测器主要是对接收到的光信号强度来进行检测，然后转换为电信号，放大器是对光检测器输出的电信号进行放大，信号恢复是对放大后的信号进行恢复成发送之前对应的逻辑1和0，信号恢复后的信号输出电信号给后级数字信号处理系统进行处理[2]。

■1.2 光纤通信的特征

光纤通信具有频带宽，传输容量大，损耗低，中继距离比较长，抗电磁干扰，安全性能高等特征。光纤通信的频带宽，可以传输宽频带的信息；光纤的损耗低，所以能实现长距离中继，主要适用于干线、长途网络；光纤通信不受外界电磁的影响，在抗电磁干扰方面具有显著的优势；光纤在传输过程中，密闭性较好，能够有效地抑制光纤扩散。光纤通信的这些特性对我们的生产生活带来了更多的便利，同时，对我国的通信事业具有重大的促进意义。

■1.3 光纤通信的研究方向

电缆通信、微波通信、光纤通信是通信的三种基本方式，他们的性能比较如表1所示。随着社会经济的发展，人们对通信的传输质量提出了更高的要求。目前的研究热点是高速光纤通信。

表1 三种通信方式的性能比较[6]

普通光纤的传输速率很低，一般是10Gbit/s。我们目前研究的热点是高速光纤通信，它的传输速率相比普通光纤要高很多，可达到40Gbit/s、160Gbit/s甚至更高。我们所讲的“高速”是指：在光纤通信中，数据的传输速率高，究竟多高的数据速率才算高速，ITU–T并没有明确的规范意见。目前我们通常把STM–16等级以上的通信称为高速光纤通信，或称之为超高速光纤通信[6]。

2 高速光纤通信技术存在的问题分析

高速光纤通信技术在实际应用中，给人们的生产生活带来了很大便利，同时也存在着很多问题。其中，在数据高速传输过程中，难免会产生很多信号损伤的问题。光纤耗损与色散是引起信号损伤的主要因素。关于色散问题，研究发现采用单模光纤比多模光纤更好，因此，在光纤通信中经常使用单模光纤，从而缓解了模间色散问题。但是随着传输距离的加大，在材料色散和波导色散因素的干扰下又出现了光纤损耗的问题。为了更好地解决色散问题，提高单载波的速率，一般会采用DCF（色散补偿光纤）进行补偿。实践工作表明，对高速光纤系统中的信号损伤进行补偿，可以有效提高通信速率[7]。

3 高速光纤通信中信号损伤的补偿技术研究分析

在数据高速传输过程中，难免产生很多数据信息损伤问题，针对损伤问题国内外学者进行了大量的相关研究，得出很多研究方法及研究内容方面的结论，本文总结了相关研究成果如下：

通过色散方面的研究可以得出，如果偏振模色散在10Gbit/S的速度上进行长距离传输时，其传输功率会大大受损，进而影响信号的传输速率，因此，应该综合考虑各种因素对高速光纤通信系统中信号色散补偿技术进行研究。

据相关的研究结果显示，造成信号损伤的主要原因是一阶偏振模色散效应。因此，关于偏振膜色散的问题，研究热点是一阶偏振模色散效应。光路上补偿和电路上补偿是我们通常采用的偏振模色散补偿方式，它们的工作原理都是延迟光或电，再利用反馈回路控制，以延长偏振模色散的两偏振模之间的时差，进而完成补偿，最后再将补偿后的两偏振模的信号统一输出[10]。

目前，已经存在很多色散补偿方法，如色散补偿光纤（DCF）法，中点谱反转法，光纤布拉格光栅补偿模块法，双模光纤法等[8]。随着研究的进展，研究者们会进一步深入研究色散补偿方法。

综上所述，因为这些方法都具有补偿范围大，能提高传输距离，所以，在常规光纤传输网中都可以采取这些方法。随着科技的发展，人类的进步，解决光纤通信系统所面临的各种挑战越来越困难。尤其是补偿后传输系统的累积色散没有完全消失，还有残余，无法保证高速光纤传输的性能，因此，要综合应用多种技术解决各种复杂问题。

4 关于高速光纤通信的研究趋势

关于色散补偿技术研究方法方面，还有很多值得去探究的问题。比如，在40G直接检测系统中，为了克服偏振模色散对系统的影响，光域偏振模色散补偿成为首选方案。由于偏振模色散具有随机特性，光域偏振模色散补偿主要使用反馈控制结构。采用什么作为反馈控制信号，如何根据反馈信号操控补偿单元，如何尽量减少反馈控制环的时间消耗，这些都是研究者所面临的挑战。

进入100G时代，随着偏振复用、各种高级码型调制格式和相干接收的应用，通信系统中还会存在更多的问题，如偏振模色散、偏振串扰、链路中的色散、激光器的相位噪声以及光纤非线性等。在电域补偿光纤链路中，由于采用了相干接收技术很可能造成信号损伤现象。如何设计高效的数字信号处理算法来补偿信号损伤成为研究者所面临的新挑战。

5 结论

近年来，光纤通信在我们的日常生活中运用越来越普遍，人们在实际应用中关注最多的还是质量问题，对通讯质量提出了很高的要求。高速光纤通讯技术凭借其信息容量大、传播速率高等特征在行业中得到了广泛应用，并且在发展中取得了显著成果。然后在高速光纤通信的传播过程中，也存在着诸多的损伤问题。本文简要分析了高速光纤通信技术的损伤问题，重点针对色散问题进行相关补偿技术分析，以期为后期相关研究指明方向。