色散補償技術在通信網(wǎng)中的應用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 光纖通信課程設計題目：色散補償技術在通信網(wǎng)中的應用院（系）名稱 信 息 工 程 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 2015年6月13日專心-專注-專業(yè)課程設計任務書20142015學年第二學期專業(yè)： 光電信息工程 學號： 姓名： 課程設計名稱： 光纖通信系統(tǒng)課程設計 設計題目： 色散補償技術在通信網(wǎng)中的應用 完成期限：自 2015 年 6 月 14 日至 2015 年 6 月 28 日共 2 周一、設計依據(jù) 通過分析色散對通信系統(tǒng)的影響，搭建基于色散補償技術的通信系統(tǒng)，分析色散補償技術對通信系統(tǒng)的影響。 二、要求及主要內(nèi)容 了解色散補償

2、技術的工作原理及基本結構。根據(jù)optisystem搭建了光纖傳輸系統(tǒng)平臺，驗證色散補償系統(tǒng)的性能。掌握光脈沖在光纖中的傳輸過程，分析光纖的損耗、色散、非線性效應等傳輸特性；通過對光纖色散補償方案的設計，仿真色散補償技術在通信網(wǎng)中的應用。 三、途徑和方法 通過查閱資料，掌握optisystem軟件的使用，搭建基于色散補償技術的通信傳輸系統(tǒng)，分析色散補償對通信網(wǎng)的影響。 四、時間安排 1課題講解：2小時。 2閱讀資料：10小時。 3撰寫設計說明書：12小時。 4修訂設計說明書：6小時。 五、主要參考資料 1 黃平.線性啁啾光纖光柵及其色散補償?shù)睦碚撗芯緿,廣西師范大學碩士學位論文,2008. 2

3、柴瑾.線性啁啾布拉格光纖光柵特性分析及其在光纖通信系統(tǒng)中的色散補償研究D,北京郵電大學碩士學位論文,2007. 指導教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 批準日期： 年 月 日目錄色散補償技術在通信網(wǎng)中的應用摘 要目前，光纖線性通信已不能滿足現(xiàn)在信息處理傳輸?shù)囊?，因為它存在著三個主要的缺陷：其一是光纖的色散，其二是光纖損耗,其三是非線性。低損耗光纖和摻鉺光纖放大器的廣泛應用解決了高速光纖通信系統(tǒng)的傳輸損耗問題。光纖的色散又能有效抑制四波混頻等非線性效應，因此，色散問題已成為光纖通信系統(tǒng)進行升級擴容的主要障礙，成為影響中繼距離的主要因素。所以，對高速率長距離的系統(tǒng)必須要考慮色散補償問題。本文介

4、紹了光纖通信中色散補償?shù)母拍?、分類、影響及補償方法，同時利用Optisystem軟件仿真模擬了色散補償光纖、FBG補償、啁啾光纖光柵等色散補償方案，對色散補償元件的性能做出相應的性能測試和分析。關鍵詞：光纖通信 色散補償 Optisystem仿真1緒論目前，光纖線性通信存在著光纖色散，光纖損耗和非線性等缺陷，已不能滿足現(xiàn)在信息處理傳輸?shù)囊蟆６绊懝饫w傳偷特性的因素主要有兩個：損耗和色散。色散問題已成為光纖通信系統(tǒng)進行升級擴容的主要障礙。同時，近些年來伴隨著因特網(wǎng)的迅速崛起，經(jīng)濟的快速發(fā)展，語音、圖像、數(shù)據(jù)等信息量成爆炸式的增長，除此之外，人們對通信網(wǎng)帶寬的要求也增加。然而，解決網(wǎng)絡容量壓力的

5、最佳選擇不免為光纖通信技術，因為其超高速、大容量、長距離、高抗電磁干擾性和低成本等無可比擬的優(yōu)點。自1970年以來，光纖通信技術同時也取得了突飛猛進的發(fā)展，發(fā)達國家電信骨干網(wǎng)上的單通逆?zhèn)饔渌俾始航?jīng)從OC-48（2.5Gbit/s）增加到OC-192（10Gbit/s）,并正在向40Gbit/s確甚至160Gbit/s邁進。單模光纖中的色散分為色度色散和偏振模色散1兩類，它們分別受光纖材料的色散特性和光源的光潛寬度以及光纖中的偏振效應影響。近幾年，摻餌光纖放大器（EDFA）和拉曼放大器的被廣泛使用和研究，這樣也解決光纖的損耗問題。由非零色散位移光纖（NZDSF）及預碉啾等各種補償技術的發(fā)展，色度

6、色散也不再對傳輸性能起主要制約作用，也就是一說，單模光纖中損耗和色度色散對光纖通信系統(tǒng)傳愉特性的影響已不是阻礙光纖通信向高速率大容量方向發(fā)展的主要因素。然而，起初不被人們注意的偏振模色散2成為目前被普遍關注的焦點，它被認為是限制高速光纖通信系統(tǒng)傳輸特性的最終因素。根據(jù)ITU-T組織標準規(guī)定，一段光纖的PMD傳愉系數(shù)、傳輸速率和傳輸距離之間滿足如卜關系3： (1-1)式中：B表示傳輸速率，PMD表示偏振模傳輸系數(shù)，L表示傳輸距離，由此可以看出：在PMD值一定的情況卜隨著傳輸速率的增加，傳輸距離將急劇縮短。對目前己鋪光纜PMD值的測試表明，80年代中期以前生產(chǎn)鋪設的光纜PMD值較大，典型值大約為2

7、ps/km，這就是說，2Gb/s系統(tǒng)的傳輸距離不能超過40km；而對于10Gbit/s系統(tǒng)的傳偷距離則須小25km。80年代中期以后生產(chǎn)和鋪設的光纜PMD系數(shù)較小，其引起的功率代價為1dB時，10Gbit/s系統(tǒng)的傳愉距離可達10km至400km ;而對于40Gbit/s系統(tǒng)則劇減為25km至625km。由此可見，在10Ghit/s及以上速率的光纖通信系統(tǒng)中，偏振模色散有著不可忽視的影響，它限制著系統(tǒng)的容量和傳輸距離，所以有人認為它將是高碼率傳輸?shù)淖罱K限制因素。只有補償光纖中的偏振模色散，才能提高光通信系統(tǒng)的傳輸性能，同時有效地利用全球己鋪設好的上億公里光纜，而如何補償偏振模色散己成為發(fā)展卜一

8、代高速光纖通信系統(tǒng)時所而臨的重大技術挑4。2色散補償技術2.1色散補償技術概述2.1.1色散的基本概念 色散就是指不同顏色，不同頻率的光在光纖傳輸時，由于具有不同的傳播速度而相互分離。單模光纖主要色散是群時延色散，即波學色散和材料色散。這些色散都會導致光脈沖展寬，分致信號傳輸時的畸變和接收誤碼率增大。在這里說明4個色散術語：材料色散、波導色散、模式色散和偏振模色散5。 材料色散：這是由于光纖材料的折射率隨光頻率呈非線性變化，而光源有一定譜寬，于是不同的波長引起不同的群速度6。波導色散：這是某個導模在不同波長(光源有一定的譜寬)下的群速度不同引起的色散，它與光纖結構的波導效應有關，又稱為結構色散

9、。模間色散：多模光纖中由于各個導模之間群速度不同造成模間色散。在發(fā)送機多個導模同時激勵時，各個導模其有不同的群速，到達接收端的時刻不同7。偏振模色散：普通單模光纖實際上傳愉兩個相互正交的模式，實際在單模光纖存在各種少量隨機的不確定性，不對稱性，造成了兩個偏振模的群時延不同，導致偏振模色散8。2.1.2色散補償?shù)母拍钤?0Gbit/s以上的高速長距離傳輸系統(tǒng)中，必須考慮色散補償問題。色散補償包括色度色散補償和偏振模色散補償9。 高速光纖系統(tǒng)的群速度色散補償方法，其中幾種具有代表性的是基模/高階模色散補償光纖、色散補償光纖光柵、高階模色散補償器和VIPA（Visual Image Phase Ar

10、ray）器件等。也可在信號調(diào)制和接收剛一采取一定的措施以減小色散的影響，如在信號調(diào)制時加啁啾，在接收端進行動態(tài)色散補償?shù)?。色度色散補償?shù)姆绞桨ㄉ⒀a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），主要利用色散補償光纖DCF構成模塊，但是這種色散補償光纖具有較強的非線性效應，會使不同信道之間的串擾加大。在40Gbit/s系統(tǒng)當中，環(huán)境因素的變化會造成色散量大小的隨機波動，因而還要求色散補償模塊是可調(diào)諧的，需要動態(tài)色散補償，相關的技術有啁啾光纖光柵色散補償，環(huán)形諧振器，虛相位陣列，沉積了加熱金屬的相位平板光柵，連接基于高階模光纖的長周期光柵的光開關，多腔反射濾波器等，但是真正商用的

11、產(chǎn)品不多10。對于克服偏振模色散（PMD）,目前有兩種方案，一是在線路上解決PMD問題。采用新的，性能好的，低PMD系數(shù)的光纖，以及光信號采用新的調(diào)制格式，使光信號不易受PMD的影響。這種方法成本較低，只能用于新的光纖。第二種方法是采用PMD補償技術，對PDM動態(tài)地進行調(diào)節(jié)和管理。這種方法價格昂貴，但是可以允許網(wǎng)絡運營商繼續(xù)使用原有的舊光纖10。2.1.3色散補償技術的特點 不同的色散補償技術具有不同的特點，這里只說明幾種色散補償技術。 負色散光纖補償法：DCF是一種有負色散系數(shù)的光纖，D = - 90ps/(nm.kna ) 。若在CSMF中接入足夠長度的DCF,可使總的色散值控制在系統(tǒng)容限

12、以內(nèi)，如圖2-1所示。原則上DCF可放在線路的任何位置，但在發(fā)送端應放在光放大器之前，因為若放在光放大器之后，高功率光信號會引起非線性，不僅減弱DCF的補償作用，還會嚴重影響系統(tǒng)的性能11。圖2-1 DCF的應用舉例 從應用的角度要求DCF的負色散系數(shù)愈大愈好，同時插入衰減越小越好。通常插入的DCF長度是需要補償CSMF的20%左右。與其他色散補償措施相比。DCF技術要相對成熟，但其插入衰減較大，約為CSMF的5倍，須用光放大器補償。 光相位共扼（OPC）或中間頻譜反轉(MSI)技術：在CSMF光纖中級段的中間插入一段DSF作為非線性器件，當光信一號通過時會產(chǎn)生相位共扼波，即頻潛倒置信號。此相

13、位共扼波與原信號具有時間反演的性質(zhì)。原信號因色散作用使波形展寬，而相位共扼波則因色散影響而被壓縮，從而使失真信號重新恢復。利用OPC技術在360km的CSMF上己成功地進行了10Ghit/s的信號傳輸試驗。其主要的限制是中間頻譜反轉單元需較準確地設置在總色散值一半的地方，還要控制偏振波動，以免影響相位共扼波的時間反演特性。在非線性介質(zhì)中，當輸入頻率為w1、w2、w3的光(波矢分別為1, 2, 3)足夠強時，發(fā)生三階段非線性極化。當滿足相位匹配條件時，就會產(chǎn)生四波混頻井愉出頻率為波矢為K的光，其中。在信號光(頻率為)傳輸一段距離之后，加入光功率足夠強的泵浦光(頻率為)，且使其滿足相位匹配條，產(chǎn)生

14、四波混頻效應，這樣輸出光中有頻率的成分，它使得的高頻分量轉換為。的低頻分量。在繼續(xù)傳播過程中，原相位超前的光纖頻率相應便逐漸落后，落后的相應逐漸超前，從而減小直至抵消原有的色散。意大利、丹麥等國家研究高增益半學體光放大器、垂直腔表而輻射激光器的簡并與非簡并四波混頻，通過相位共扼或波長轉換等來實現(xiàn)色散補償。研究表明：頻譜反轉色散補償?shù)姆椒蓪崿F(xiàn)大容量長距離的色散補償，且損耗較小。用半針體器件可實現(xiàn)相位匹配四波棍頻，它與其他光器件集成還可用于光網(wǎng)絡，但對所用的大功率泵浦光波提出的一些要求還無法滿足，這些相關技術有待進一步研究12。 色散支持技術(DST)：DST的基本原理是，高速數(shù)字信號在直接調(diào)制

15、方式作用下，在光強度調(diào)制（IM）的同時還伴有FSK調(diào)制。這是因為與輸入NRZ電信號“0”、“1”對應著兩個光波長，它們由于光纖色散而不能同時到達接收端，其時間差加，即：式中腳為兩個光波的頻率差，正確選抒光源的偏流一可控制v。從而可在接收機利用兩電平判決電路將ASK信號解調(diào)為NRZ信號，而光纖的色散則起到了FS/ASK信號轉換的作用。本技術結構簡單，技術成熟，成本低，但是升級能力差14。 光纖光柵色散補償技術:均勻光纖光柵的一個特性，就是在禁帶附近一股要比普通光纖介質(zhì)大出幾個數(shù)量級信?？梢岳霉饫w光柵的這一特性在傳輸中進行色散補償。盡管這一強色散區(qū)域存在的頻帶很窄，但其獨特的性質(zhì)還是引起了人們的

16、關注。由于F-P效應所造成的反射帶隙外振蕩的影響，這種方法一直未受到人們的重視。最近，隨著光纖光柵切趾技術的成熟，人們已經(jīng)可以消除反射帶隙幾乎所有振蕩，這使得利用均勻光纖光柵進行色散補償再現(xiàn)生命力。在國外，對光纖光柵的傳輸色散性質(zhì)的理論探討和實驗研究已經(jīng)取得了很大成果。有人提出利用這種強色散特性進行色散補償，較其它色散補償方案更易實現(xiàn)，且其有更高的補償效率。實驗上已成功實現(xiàn)了在72km的光纖中利用光纖光柵在10Gbit/s信號無誤傳渝時的色散補償。最近，人們又提出級聯(lián)光纖光柵的構思，利用它可以在密集波分復用系統(tǒng)中實現(xiàn)多信道色散的同時補償14。如圖2-2所示圖2-2 光纖光柵色散補償法通過改變外

17、部條件來改變均勻光纖光柵的結構參數(shù)，可以實現(xiàn)色散的可調(diào)諧。利用壓電陶瓷使得光纖光柵的中心波長移動了5.02nm，這對于均勻光纖光柵的色散調(diào)諧已足夠。如果把兩個或兩個以上不同周期的光纖光柵“連接”起來組成“級聯(lián)光纖光柵，可以實現(xiàn)對不同波長的多路脈沖同時進行色散補償，還可以對整個級聯(lián)光纖光柵進行調(diào)諧，也可以對其中某些光纖光柵進行調(diào)諧，以達到我們所期望的色散補償效果。 光孤子傳輸技術:所謂色散可控光孤子也就是眾所周知的歸零碼(R2)調(diào)制，己同WDM技術相結合，能夠動態(tài)地將光網(wǎng)絡的傳輸速率提升到1 Tb/s以上，傳輸距離可達數(shù)千公里。 孤子波的特點是光脈沖經(jīng)過一段距離的傳輸后不會中斷或者展寬，這使已成

18、為光纖通信網(wǎng)中的一種理想技術。光孤子經(jīng)過精心設計，可以周期性地以可控方式改變它的形狀，從而在到達目的地時仍然保持原狀。因此以色散可控光孤子為基礎的網(wǎng)絡基礎結構減少了對通逆再生的要求，使傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)從這些網(wǎng)中獲得新生。各種因素的平衡超長距離系統(tǒng)的設計者需要在提高光信號功率來克服噪聲影響，或者減少光信號功率來抑制非線性失真這兩者之間做出艱難選擇。而這正是光孤子能夠發(fā)揮優(yōu)點的機會：通過均衡色散和非線性失真的影響來為光孤子脈沖創(chuàng)造近乎理想的光纖傳輸環(huán)境，允許使用比一般情況卜更大的光功率。傳統(tǒng)的系統(tǒng)一般是使用非歸零碼調(diào)制技術，而光孤子則使用歸零碼技術，因為它不容易受非線性失真的影響：通過對光脈沖的精心設

19、計是可以利用光纖色散的累積效應來補償非線性失真的影響的。但光纖路徑上的色散特性必須作為總體系統(tǒng)設計的一部分加以適當控制，故產(chǎn)生了“色散可控光孤子”的名稱。盡管使用的設計規(guī)則不同。在光孤子網(wǎng)絡中的色散控制方式同傳統(tǒng)的長途、高比特率DWDM系統(tǒng)中采用的色散控制方式是相似的，即在放大器節(jié)點上使用無源補償器件（DCM）。本技術適用于系統(tǒng)更新?lián)Q代時采用，因為它需要用新的系統(tǒng)結構來控制色散。如果用在現(xiàn)有系統(tǒng)上而對現(xiàn)有系統(tǒng)要作較大的改動。光孤子傳愉技術對于超長距離中繼段的光纖色散補償具有很好的發(fā)展前景。本方法經(jīng)過進一步實用化研究之后，它將在色散補償技術領域中顯示優(yōu)勢。2.1.4 色散補償技術的發(fā)展歷程色散嚴

20、重的限制了光纖的傳輸容量，為了使這一問題得到解決，早在1980年美國貝爾公司C.Lin等人就提出了用光脈沖均衡技術來補償傳愉光纖中色散的想法。后來，研究人員針對這種想法采用法布里一泊羅( Fabry-Pcro)千涉儀的全光色散補償技術。1992年，T.Oacki提出了以MZI為基礎的光學均衡濾波器，后來K.Takinguchi制出了平而光波回路形式的MZI，一個內(nèi)含5個MZI的平面光波電路，僅幾個厘米長卻能補償50cm的光纖色散。它們的缺點是帶寬較窄(大約10GHz )，對輸入脈沖的偏振性很敏感。1982年，F(xiàn).aucllcttc首先提出采用布拉格(Sragg)光柵作為反射濾波器實現(xiàn)色散補償?shù)?/p>

21、理論，但是由于當時制造工藝的落后，到了90年代初才使這項技術得到應用，并得到了l 000Gbit/kmls(速率10Gbit/s,距離1OOkm)。日前，使用最多也是最研究最廣泛的色散補償技術是光纖色散補償技術(DCF)和Bragg光纖光柵色散補償技術。由于色散積累是一個隨時間變化的過程，對于不同的傳輸系統(tǒng)或系統(tǒng)受外界因素（如光線的彎曲、網(wǎng)絡結構的重構、環(huán)境變化、光纖線路的老化等）的干擾時，都可以引起色散值的改變，這就需要動態(tài)可調(diào)諧色散補償裝置對變化著的色散進行檢測跟蹤的方式進行補償，基于這一思想，人們又提出了色散管理或動態(tài)色散補償技術。同時人們對光纖光柵的研究也開始從均勻光纖光柵轉向各種非均

22、勻光纖光柵。DCF補償技術由于技術簡單、成本低等優(yōu)點，一直被廣泛研究井投入商用化16。2.2色散補償光纖傳輸系統(tǒng)的關鍵器件2.2.1光源17 用于色散補償系統(tǒng)的光源主要有以下幾種： DFB和DBR半導體激光器：DFB激光器的基本原理是基于布拉格反射原理，是依賴沿縱向等間隔分布的光柵所形成的光禍合，如圖2-3 ,圖中光柵的周期為A,稱為柵趾。圖2-3 DFB激光器的結構DFB激光器與一般F-P激光器相比，主要具有以卜兩大優(yōu)點： 其一，動態(tài)單縱模窄線寬振蕩：由于DFB激光器中光柵的間距（A）很小，形成了一個微型諧振腔，對波長具有良好的選擇性，使主模和邊模值增益相對較大，從而得到比F-P腔激光器窄很

23、多的線寬，井能保持動態(tài)單縱模振蕩。這里所說的“動態(tài)”，是指在高速調(diào)制下也能保打單縱模振蕩，當然動態(tài)的譜寬要比靜態(tài)的譜寬大一點，但還是比F-F腔激光器小很多。其二，波長穩(wěn)定性好：由于DFB激光器內(nèi)的光柵有助于鎖定在給定的波長上，其溫度漂移約為0.8A/C，比F-P腔激光器要好得多。 DFB激光器的光柵是制作的有源區(qū)的波一濘層上，這是光柵起分布反饋的作用，所以不再需要端而反射鏡。DBR激光器的光源是制作在有源區(qū)兩端外的波濘層上，這時光柵起著端而反射鏡的作用。圖2-4為DBR激光器的結構圖。圖2-4 DBR激光器量子阱半導體激光器：量子半導體激光器是一種窄帶隙有源區(qū)夾在寬帶隙半半導體材料中間或交替重

24、疊生長的半學體激光器，是一種很有發(fā)展前途的激光器。 量子階激光器與一般激光器相比，有一些不同的地方： 閥值電流低；由于其結構中“阱”，的作用，使電子和空穴被限制在很薄的有源區(qū)內(nèi)，造成有源區(qū)內(nèi)粒子數(shù)反轉濃度很高，因而大大降低了閥值電流。線寬變窄：由于量子阱中帶間復合的特點，造成線寬增大系數(shù)變小，從而減小了光潛中的線寬，與雙異質(zhì)激光器相比，可縮小近一倍。2.2.2馬赫曾德干涉儀馬赫曾德干涉儀(Mach-Zchndcr; inter-fcrometcr )是用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉的儀器。1810年，托馬斯·楊在英國皇家學會上宣讀了關于薄膜色的論文。論文進一步擴充和發(fā)展了惠更斯的波動

25、說，明確地提出了光具有頻率和波長，完善了光波的概念。他比較圓滿地解釋了牛頓環(huán)的干涉現(xiàn)象，認為“當有不同起源的兩個振動運動或者完全相同，或者在方向很接近時，那么它們的共同作用等于它們何一個振動單獨所發(fā)生的作用之和”。這在實際上已經(jīng)提出了光的相干條件及干涉原理。這一年，他在發(fā)表于哲學會報上的論文中，全而地闡述了干涉原理:“同一束光的兩不同部分以不同的路徑，要么完全一樣地、要么在方向上十分接近地進入很睛，在光線的路程是某個長度的整數(shù)倍的地方，光就被加強，而在干涉區(qū)域中間狀態(tài)，光將最強；對于不同頗色的光束來說，這個長度是不同的”。馬赫曾德干涉儀由于不帶有纖端反射鏡，需要增加一個3dB分路器，如圖2-5

26、。圖2一5 馬赫曾德干涉儀原理光源發(fā)出的相千光經(jīng)3dB分路器分為光強1: 1的兩束光分別進入信號臂光纖和參考臂光纖，兩束光經(jīng)第二個3dB分路器匯合相干形成干涉條紋。M-Z干涉儀的優(yōu)點是不帶纖端反射鏡，克服了邁克耳遜干涉儀回波干擾的缺點，因而在光纖傳感技術領域得到了比邁克耳遜干涉儀更為廣泛的應用。2.2.4貝賽爾濾波器 電子學和信號處理中，貝賽爾（Bessel）濾波器是其有最大平坦的群延遲(線性相位響應)的線性過濾器。貝賽爾濾波器常用在音頻大橋系統(tǒng)中。模擬貝賽爾濾波器描繪為幾乎橫跨整個通頻帶的恒定的群延遲，因而在通頻帶上保持了被過濾的信號波形。濾波器的名字來自于Fricdrich貝賽爾，一位德國

27、數(shù)學家（1784-1846），他發(fā)展了濾波器的數(shù)學理論基礎。貝塞爾(Bessel)濾波器具有最平坦的幅度和相位相應。帶通(通常為用戶關注區(qū)域)的相位響應近乎呈線性。Bessel濾波器可用于減少所有IIR濾波器固有的非線性相位失真。描述貝塞耳濾波器低通濾波器的傳遞函數(shù)如下：這里是一個反向貝塞耳多項式，是選定的期望截止頻率。貝塞爾（Bessel）線性相位濾波器正是由于具有向其截止頻率以卜的所有頻率提供等量延時的特性，才被用于音頻設備中，在音頻設各中，必須在不損害頻帶內(nèi)多信號的相位關系前提下，消除帶外噪聲。另外，貝塞爾濾波器的階躍響應很快，并且沒有過沖或振鈴，這使它在作為音頻DAC輸出端的平滑濾波器

28、，或青頻ADC輸入端的抗混疊濾波器方面，是一種出色的選擇。貝塞爾濾波器還可用于分析D類放大器的輸出，以及消除其它應用中的開關噪聲，來提高失真測量和示波器波形測量的精確度。雖然貝塞爾濾波器在它的通頻帶內(nèi)提供平坦的幅度和線性相位(即一致的群延時)響應，但它的選擇性比同階(或極數(shù))的巴特沃斯（Butterworth）濾波器或切比雪大（Chcbyshey）濾波器要差。因此，為了達到特定的阻帶衰減水平，需要設計更高階的貝塞爾濾波器，從而它又需要仔細選擇放大器和兀件來達到最低的噪聲和失真度。3色散補償技術仿真與性能分析日前色散補償技術已被國內(nèi)外許多學者進行了廣泛地研究和實驗，形成了許多方法。傳統(tǒng)的DCF因

29、其光纖技術成熟度好，生產(chǎn)方便，在近幾年內(nèi)仍然是主流產(chǎn)品；而多通遒光纖光柵色散補償技術的研究逐漸成為熱點，多通道色散補償器己經(jīng)具一備了一定的市場競爭力，大量商用產(chǎn)品己經(jīng)推向市場，有逐步取代傳統(tǒng)DCF之勢。故本文特選DCF, FBG與PMD進行色散補償仿真，比較之間的優(yōu)劣性，為今后的研究提供幫助。3.1 DCF色散補償仿真3.1.1系統(tǒng)仿真結構圖3-1 DCF系統(tǒng)仿真結構 圖3-1為負色散光纖補償系統(tǒng)仿真結構，本實驗系統(tǒng)設計一個隨機序列發(fā)生器作為信號源，經(jīng)過一段單模光纖SMF傳輸后再通過一段其有負色散系數(shù)的光纖，以此來觀察研究負色散光纖補償法(DCF)的原理和其性能參數(shù)。實驗分別從信號經(jīng)過SMF前

30、后和經(jīng)過負色散補償光纖前后的光時域觀察儀和光潛分析儀中觀察信號變化。3.1.2仿真結果分析圖3-2 光時域觀察儀結果(一)圖3-2為調(diào)制信號還沒有經(jīng)過單模光纖（SMF）的時域波形。圖3-3光譜分析儀結果(一)圖3-3為調(diào)制信號還沒有經(jīng)過SMF傳輸?shù)墓庾V圖。圖3-4 光時域觀察儀結果(二)圖3-4為調(diào)制信號經(jīng)SMF傳輸后的情形，可以清楚的看到，由于SMF的色散，導致信號的脈沖展寬。圖3-5光譜分析儀結果(二)圖3-5為調(diào)制信號經(jīng)SMF傳輸后的光譜圖。圖3-6光時域觀察儀結果(三)圖3-6為調(diào)制信號經(jīng)過負色散補償光纖后還原的波形。圖3-7 光譜分析儀結果(三) 圖3-7為調(diào)制信號經(jīng)過負色散補償系后

31、的光譜。通過光譜分析儀可以發(fā)現(xiàn)，信號的光譜沒有發(fā)生多少變化，這一說明光纖色散對信號頻率的影響很小，可以忽略不記。而通過時域觀察儀可以發(fā)現(xiàn)，色散會使信號產(chǎn)生明顯的脈沖展寬，而通過負色散光纖（負色散系數(shù)D=-90ps/nm/km）的補償，信號能還原為原來的信號。通過圖3-6可以看出經(jīng)過補償?shù)男盘栔饋肀仍盘柍埃鴮嶋H上信號在傳輸中會產(chǎn)生延遲，這種超前對信號的傳輸沒有壞的影響，反而會保證信號傳輸?shù)男省Ｍㄟ^大量實驗證明：負色散光纖的長度為SMF的20%能最好的實現(xiàn)色散補償，最大限度的還原出原信號。3.2光纖光柵色散(FBG)補償仿真3.2.1系統(tǒng)仿真結構圖3-8 光纖光柵色散補償系統(tǒng)仿真結構圖3

32、-8為光纖光柵色散補償（FBG）系統(tǒng)仿真結構，本實驗同樣以隨機序列發(fā)生器作為信號源，通過馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制后進入光纖傳輸系統(tǒng)。信號先經(jīng)過SMF再通過理想摻餌光纖放大器進入色散補償光柵光纖，這個補償線路由一個閉環(huán)控制器控制。輸出的信號通過一個探測器針再與貝塞爾低通濾波器相連，然后將偷出的信號發(fā)送到分析儀器進行分析。實驗通過將原信號，調(diào)制后的信號和色散補償后的信號進行比較，通過它們的仿真圖研究其中產(chǎn)生何種變化，同時將得出最佳仿真的效果值。3. 2.2仿真結果分析圖3-9 調(diào)制信號的總功率圖3-10 調(diào)制信號的噪聲功率圖3-11調(diào)制信號功率圖3-12抽樣信號功率圖3-9到3-12為信號調(diào)制后的通過光

33、功率觀察儀觀察到的各種功率大小。圖3-13 抽樣信號光譜圖圖3-14噪聲信號光譜圖圖3-15 調(diào)制信號經(jīng)過光柵補償后的光譜圖圖3-13到3-15為調(diào)制信號經(jīng)光柵補償后的各種光譜圖。圖3一16 FBG調(diào)試示意圖圖3-16為光柵補償模塊的參數(shù)設置界面。通過修改參數(shù)進行系統(tǒng)仿真實驗達到最佳補償效果，從而得出優(yōu)化值。圖3-17 信號經(jīng)光纖光秘色散補償前后的眼圖圖3-17為補償后的誤碼率顯示圖（眼圖）。通過多次實驗得出相對較標準的眼圖。圖3-18 抽樣信號波形觀察結果圖3-19噪聲信號波形觀察結果圖3-20 總信號波形觀察結果圖3-18到3-20為調(diào)制信號經(jīng)過光柵補償后的波形，可以從中發(fā)現(xiàn)噪聲信號基本被

34、屏蔽掉了，因此我們得出光柵補償能較好的防止噪聲信號的干擾同時保證信號不失真（即誤碼率降低）18。3.3偏振模色散補償( PMD)仿真3.3.1 系統(tǒng)仿真結構圖3-21 偏振模色散補償仿真結構 圖3-21為偏振模色散補償（PMD）系統(tǒng)仿真結構，本系統(tǒng)仿真結構同樣采用經(jīng)過馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制后的信號作為仿真信號源，與FBG補償仿真結構類似，將其中的FBG模塊改成PMD模塊，通過修改PMD中的參數(shù)值來得出最佳的眼圖效果，從而得出最佳參數(shù)值。3.3.2仿真結果分析圖3-22 調(diào)制信號總功率圖3-22為調(diào)制信號的總功率，因為采用的是與FBG一樣的信號源，所以它們的所有功率參數(shù)一樣，在這里就只顯示出總功率即

35、可，其他功率參數(shù)可參考圖3-10到3-12。圖3-23 調(diào)制信號補償后的光譜圖圖3-23為調(diào)制信號PMD后的光譜圖，可以清楚的發(fā)現(xiàn)噪聲信號占用的空間很多，而抽樣信號則大為減少。圖3-24 調(diào)制信號PMD后的眼圖圖3-24為調(diào)制信號的誤碼率顯示圖(眼圖)，這是通過多次實驗得出的最佳眼圖，可以發(fā)現(xiàn)其眼圖不是很規(guī)則，由此可以知道PMD的保真度不是很好。圖3-25 PMD后的波形圖 圖3-25為調(diào)制信號經(jīng)過偏振模色散補償(PMD )模塊補償后的波形圖，與光纖光柵色散補償(FBG)后的波形相比更不規(guī)則，與抽樣信號相比也有一些明顯的差入，但是與原信號的相似度非常大，可以肯定可以得出原信號。因此我們可以明顯

36、的發(fā)現(xiàn)PMD沒有FBG優(yōu)越。結論 通過對色散補償系統(tǒng)的仿真，驗證了其工作原理，并得到了較為理想的系統(tǒng)眼圖，從而驗證了色散補償系統(tǒng)的正確性和設計方案的可行性。分析系統(tǒng)輸出波形可以得到，色散補償光纖傳愉系統(tǒng)存在一般光纖系統(tǒng)的性能缺點，如色散、碼間串擾、非線性效應等，但通過修改色散補償模塊的參數(shù)，可以優(yōu)化這些性能，提高系統(tǒng)總體性能。色散補償光纖傳輸系統(tǒng)是將調(diào)制信號經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的色散效應通過色散補償模塊將此效應對信號的影響降低，有些時候需要增大色散效應，有些時候需要減小色散效應。本論文通過對負色散光纖補償（DCF），光纖光柵色散補償（FBG）和偏振模色散補償（PMM）的仿真分析得出結果：DCF系統(tǒng)簡單，補償效果也好，但是由于光纖的補償系數(shù)跟其材料有關，不便于多種模式的補償；FBG系統(tǒng)相對較復雜，所以成本較高，但是其補償距離和補償模式可以是多變的，具有很好的適應性;而PMD系統(tǒng)部建議采用此種色散補償，通過查閱大量資料發(fā)現(xiàn)，PMD補償適用范圍狹窄，只有一些特殊場合（軍用、密報等）才會用到，一般民用光纖傳輸系統(tǒng)的PMD效應可忽略，且通過仿真可發(fā)現(xiàn)其補償效果不是很好。致 謝本次課程設計過程是艱辛的，在此要感謝我的指導老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過