《高速光通信系统中的偏振复用技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速光通信系统中的偏振复用技术（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高速光通信系统中的偏振复用技术摘要：偏振复用(Polarization Division Multiplexing:PDM)技术不仅能够在很大程度上提高系统通信容量还 能使系统的频谱效率得到明显改善。偏振复用技术利用光的偏振维度，在同一波长信道中，通过光的两个 相互正交偏振态同时传输两路独立数据信息达到加倍系统总容量和频谱利用率目的。它是光纤通信中一种 比较新的复用方式，在这种复用方式中，传输波长的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别传输 两路信号，从而使光纤的信息传输能力提高一倍且不需要增加额外的带宽资源。本文论述了高速光通信系 统中的偏振复用技术的研究意义，发展现状以及偏振复用技术在
2、高速光通信系统中的关键技术和信息处理 技术，包括全光复用技术、全光信号处理技术和数字信号处理技术。最后对高速传输时偏振复用链路的损 失和串扰进行概述。关键词：偏振复用；咼速光通信；PMDPolarization Division Multiplexing In High-speedOptical Communication SystemsLiu Yu(Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065)Abstract： Polarization Di
3、vision Multiplexing (Polarization Division Multiplexing:PDM) technology can not only improve the system to a great extent communication capacity of the system spectrum efficiency,but also can be significantly improved. PDM technique which utilizes the polarization dimension of light,carries two inde
4、pendent data at the same wavelength with orthognal states of polarizatio n.It can double the system capacity and spectral efficiency directly.It is a kind of relatively new multiplexing method, optical fiber communication in this kind of multiplex mode,two orthogonal polarization of transmission wav
5、elengths as a separate channel signal transmission two road is independent and mutually,so that the capacity of optical fiber information transmission to double and does not need to increase the additional bandwidth resources.This paper discusses the research significance of the polarization multipl
6、exing technology of high speed optical communication system, the current situation of the development and the key technology of polarization multiplexing technology in high-speed optical communication system and information processing technology, including QuanGuangFu technology, all-optical signal
7、processing technology and digital signal processing technology.Finally, the high speed transmission when polarization multiplexing link loss and crosstalk are summarized.Key words： Polarization Division Multiplexing;High-speed optical communication;PMD网的视频应用和P2P交互式应用的爆炸式发展，骨0前言干通信网络带宽需求迅猛增长，现有密集波分复用
8、(DWDM )系统己经不能满足日益增长的带宽需 求，提高系统传输能力势在必行。偏振复用技术能 随着互联网业务的快速发展，尤其是基于互联够平滑的使通信系统数据速率提升一倍，进而使得 通信系统的传输能力增加一倍，并且在较高的通信 速率下，系统仍能保持很高的偏振模色散的容限和 灵敏度，具有相对简单的系统终端扩容设备，因此 针对偏振复用技术的探索1高速光通信系统及偏振复用技术的发展1.1偏振复用技术的研究意义复用技术即在信号发送端将多路信号按照不同 的方法或者区分方式进行组合，经历同一个信道传 输后，在接收端将原本复用的信号分离出来，达到 有效利用现有设施的目的。除了 DWDM（密集型光 波复用），O
9、TDM （光时分复用）和OFDM （正交 频分复用技术）外，提高单波长比特率来满足增长 的带宽需求引起了普遍的关注。然而当比特率达到 160Gbit/s时，超短脉冲的生成、积累色散的管理在 OTDM中都会限制每个波长比特率的增长。因此， 当传输带宽受限时，偏振复用成为了提高传输容量 的有效的方法之一。在偏振复用方式中，两束相同 或不同波长的光可以同时在一根光纤中相互独立地 传输，从而使光纤的信息传输能力提高一倍且不需 要增加额外的带宽资源。所以偏振复用技术的提出 对于实现高速传输是非常有意义的卩。1.2偏振复用技术的发展及现状在上世纪八十年代的一次学术会议上，首次提 出偏振复用技术，但当时的传
10、输方案是使用保偏光 纤（CPMF）来实现偏振复用，由于保偏光纤的价 格与普通单模光纤（SMF）相比较高，而实际中投 入使用的大多数都是SMF，这就使得以SMF作为 传输媒质的偏振复用系统成为研究热点。国外对于 偏振复用技术的研究更为深入并且取得了一定的成 果。1991 年，Claude Herard 和 Alain Lacourt 提出了 偏振光复用的基础理论以及偏振光在单模光纤中的 传播。1992年，S. G.Evangelides Jr等人提出基于孤 子源发射的正交偏振态在系统中能保持其正交性的 事实，提出了偏振/时分复用的方法，两路正交偏振 的光孤子比特流在时间上交叉复用。同年，Paul
11、 M.Hill用每路2Gbit/s二进制相移编码（BPSK）的 数据正交复用形成了 4Gbit/s的光偏振复用信号，接 收端则采用相关的外差检测方法。2001年，通过采 用40Gbit/s的复用器和铌酸锂（LiNbO3）调制器产 生20Gbit/s的光传输信号。在发射端用差分相移编 码（DPSK）调制来控制信道间干扰，接收端允许适 当调整偏振控制器来最小化干涉。2007年， 等人提出接收端采用盲均衡实现偏振解 复用的技术方案，使用非归零码-正交相移编码（NRZ-QPSK）调制方式，以标准单模光纤（SSMF） 作为传输媒质实现了速率为42.8Gbit/s的信号传输 6400km的实验，并首次使用
12、恒模算法（CMA）在 离线（OilLine）的条件下对混合信号解复用。2008 年，C. Wree,S. Bhandare等人第一次采用归零码差 分正交相移编码（RZ-DQPSK）码型的偏振复用技 术实现了 40Gbit/s（2.20Gbit/s）的传输。同年，在波兰 电信研究和发展中心，Obrzezna等人提出并在实验 室实现了三路偏振光信道的复用和解复用技术，这 是第一次超过两路偏振信道的偏振复用传输。2010 年，在文献中，第一次在实验室实现用单偏振- 差分八进制相移编码（SP-DBPSK） OTDM技术达 到传输距离超过220km、传输速率为0.44Tbit/s的 目的，解决了 400
13、Gbit/s以太网的可行性问题，同时 也证明了在没有辅助时钟情况下也能在速率为 0.87Tbit/s的情况下使传输距离达到110km。2011 年，在文献3中，采用了 InP接收机光激性的集成 电路和偏振复用差分正交相移编码（DQPSK）技术 实现了 10信道每个信道45.6Gbit/s的传输。光激性 的集成电路（PIC）对于偏振复用的DQPSK信号来 说是一种新的解调技术，将光输入信号组合及复用 来解调信号。国内对于偏振复用技术的研究相对于国外来说 较慢，实际上早在1986年，就提到了这种新的光纤 通信复用方式。文中阐述了偏振复用可以在一根光 纤中同时传输两路相同波长的光信号，从而使光纤 的
14、信息传输能力提高一倍。为了分析偏振复用的指 标，又提出了固有偏振消光比这个参数，并用回谐 函数展开法对单模光纤的固有偏振消光比进行了计 算，并给出了相应的结果。只是当时这个新的复用 技术并没有引起国内专家的关注，直到近十年内， 偏振复用技术才又重新受到国内的青睐。2002年， 徐文成和陈伟成研究了双折射光纤中偏振复用技术 的三阶色散抑制和补偿。文中描述了在强双折射光 纤中，让两孤子脉冲沿光纤的两个偏振轴入射，利 用交叉相位调制效应克服偏振模色散，自相位调制 效应克服群速度色散，使两偏振脉冲在光纤中互不 走离地稳定传输，在单信道码率不变的情况下能提 高一倍的通信容量。但是从长距离传输角度看，色
15、散平坦光纤仍不能很好地解决问题o 2009年，王铁 城和姚晓天根据偏振依赖损耗（CPDL）的原理，推 导了偏振复用系统中两正交信道夹角与PDL （偏振 依赖损耗）的数值关系，计算了 PDL大小对系统 的影响。并依据理论模型构建了实验系统，对光纤 一个主轴光强进行衰减，描绘出信道间串扰和PDL 之间的实验曲线，验证了理论分析的有效性。2010 年，冯勇闻等人利用已有的混频器，搭建了偏振分 集90光学混频器，并且补偿其相位误差，接收端 实现了偏振分集的相干接收。通过实验实现了 10Gbit/s,偏振复用DPSK光信号，经过掺饵光纤放 大器（EDFA）和标准单模光纤（SSMF ）的干误码 280km
16、传输。近些年来，国内外对于偏振复用技术的热衷都 表明在高速光纤通信系统中采用偏振复用技术，并 将其与先进的调制码型技术相结合来提高光纤传输 速率是非常有意义的。2高速光通信系统中偏振复用技术的研究进展2.1偏振复用的光纤通信系统主要关键技术（1）调制码型。不同的码型对通信系统的色散 以及非线性效应的影响程度也不一样，因此对光 纤通信系统选择合适的码型是非常必要的。随着传 输速率的不断提高，为了改善通信系统的传输效率 研究人员越来越倾向于使用QPSK （正交相移编 码）,DQPSK（偏振复用差分正交相移编码）,mQAM（正交振幅调制）等多进制调制格式，研究两个偏 振态使用不同调制格式的系统性能。使用偏振复用 技术与新型的调制格式相融合的方式可以使系统的 传输容量得到很大的改善。在高速光纤通信系统中 各种因素都会对系统的性能产生一定的影响比如 PMD （偏振膜色散）和偏振不稳定性、偏振相关损 耗和非线性偏振旋转等。由此可见，在高速偏振复 用光纤通信系统中，合适的调制格
