高速光纖通信技術論文
1高速光纖通信系統
隨著科學技術的日新月異，互聯網的大數據、云計算、平臺、移動互聯網將人類帶入了高速的信息時代，互聯網和通信方式改變著人們的生活、工作方式，通信方式發生了質的飛躍。同時，人們對通信系統的傳輸性能，也提出了更高的要求。通信方式從電纜通信、微波通信、光纖通信，再到目前的研究熱點高速光纖通信。光纖通信是三大支柱通信方式的主體。光纖通信系統，顧名思義，是利用光作為載波、以光纖作為傳輸媒介進行傳輸信息的通信系統，光纖實際上是一種極細的光導纖維，由純度很高的玻璃拉制而成。普通光纖通信的傳輸速率一般是10Gb/s，高速光纖通信的傳輸速率可達到40Gb/s、160Gb/s甚至更高。事實上，在光纖通信的不同發展階段，高速的含義是不同的。目前通常把STM-16等級以上的系統稱為高速光纖通信系統，也有人稱之為超高速光纖通信系統。光纖通信作為當前三大通信方式的主體，有著較為明顯的優勢：光纖通信的頻帶較寬，可用帶寬約50000GHz，容量大可同時傳輸更多的路數；光纖通信比任何的傳輸都具有更小的損耗，損耗小帶來的直接好處就是中繼距離長，傳輸穩定可靠；另外抗電磁干擾性強、保密性好。
2高速光纖通信系統面臨的挑戰
高速光纖通信系統快速發展，并得到廣泛應用的同時，也存在著一些問題。比如光信噪比（OSNR），OSNR是光纖信號與噪聲的比值，OSNR的大小直接影響傳輸信號質量的優劣，OSNR過大，傳輸距離會相應減小。另外，色散、非線性效應等問題也是影響高速光纖通信傳輸的主要因素。色散會使脈沖展寬、強度降低，增大誤碼率，信號畸變失真，直接降低通信質量。色散一般分為兩類：群速度色散和偏振模色散（PMD）。群速度色散和偏振模色散效應對系統的傳輸性能、傳輸速率和傳輸距離都會有明顯的損害。PMD的問題在以往的光纖傳輸中就存在，傳輸速率越高，PMD的影響也越加明顯。光纖傳輸的衰減、消耗和色散與光纖長度為線性關系，光纖的帶寬與光纖長度為非線性關系，這一非線性關系即為非線性效應。非線性效應分為散射效應、與折射密切相關的自相位調制SPM、交叉相位調制XPM和四波混頻效應FWM，其中XPM和FWM對系統影響較為嚴重。因此，研究OSNR、色散和非線性效應問題是解決高速光纖通信系統高質量傳輸的關鍵技術。
3高速光纖通信系統的關鍵技術
高速光纖通信系統與電纜通信、微波通信相比，在可用帶寬、潛在容量、話路數上都顯現出了巨大的優勢，光纖通信的載波方式為光波，可用帶寬達到2000Ghz，潛在容量可達4000G，話路數也可達到6億個。密集光波分復用技術DWDM、光時分復用技術OTDM等已逐漸成熟，使得光纖通信技術朝高速發展成為可能。因此，要求載體光纖必須具備色散值低、有效面積大、偏振模色散PMD低等特點來有效解決色散問題和非線性效應問題。光纖是光纖通信的物理載體，從G.652單模光纖發展到G.653色散位移光纖，再到現在的.性能比較高的G.655非色散位移光纖。G.655具有低色散、大有效面積的特點，對于光纖通信朝高速發展提供了傳輸的基礎。光纖的有效面積越大直接提高了光線中SBS等的非線性效應閾值，閾值的提高使光纖通信系統的傳輸能力增強，承載功率提高，通道數增多，使誤碼率降低，容量更大，成本更低。偏振模色散原因多為隨機的各種因素造成，偏振模色散是一隨機變量，因此需要動態的補償方式。
一般有光域補償和電域補償兩類。波分復用技術(WDM)在高速光通信系統中已得到普遍應用，PMD補償是WDM系統中必不可少的一項。但其具有信道單一、成本高等缺點，最差信道補償法可以彌補這些缺點，其實質是對PMD影響最大的信道進行補償，對于信道數目較多的情況，可以適當增加檢測器，多個檢測器可以使得PMD的補償速度增大。前向糾錯編碼技術（FEC）是一種自動糾正傳輸誤碼的技術，故為“前向”，在傳輸碼列里增加一項冗余糾錯碼，以此來降低誤碼率的方法。糾錯能力有一定的標準來衡量，一般是WDM中的編碼增益，增益值越大則糾錯能力越強。在高速光纖通信系統中，還可采用增強型的前向糾錯編碼技術，以滿足高速光纖通信糾錯能力特別高的系統。前向糾錯編碼技術是實現長距離高速光纖通信的關鍵技術。目前光纖通信中形成標準的兩種FEC方案分別采用BCH-3碼和RS-8碼。FEC編碼獲得的增益可以改善光纖鏈路性能、提高抗干擾能力、降低誤比特率；另外還可以增大中繼傳輸距離，實現長或超長距離傳輸。
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