基于FPGA技术的偏振模色散自适应补偿技术设计与仿真

我国的骨干通信网上的传输速率已经向40 GB/s甚至是160 GB/s发展,传输线路以光纤作为主要的传输通道。与光纤相关的损耗和单模光纤的主要色散,即偏振模色散,不仅仅限制了光信号在通信过程中的传输距离,还很大程度上影响其通信容量。其中,偏振模色散对单模光纤高速和长距离通信的影响尤为突出。因此应现代光纤通信技术网的高速发展的需要,把当前流行的FPGA技术应用到单模光纤的偏振模色散的自适应补偿技术中,用硬件描述语言来实现,可以大大提高光纤的偏振模色散自适应补偿对实时性和稳定性的要求。     

单模光纤测量技术(之一)——单模光纤的色散测量方法

光纤的传输损耗和色散是限制光纤通信中传输距离的主要因素。而色散又是限制光纤通信系统传输带宽的决定性因素,因为色散使在光纤中传输的光脉冲随着传输距离的增加而展宽。在单模光纤中,脉冲展宽主要起源于折射率随波长变化所引起的模内材料色散和单个模的群速度随频率略有变化所导致的波导色散。因此单模光纤的总色散,或者说波长色散或色度色散,主要就包括这两部分。单模光纤色散的测量对于研究单模光纤的传输特性,控制和改进预制件的质量;监测单模光纤通信系统的性能具有很大的理论意义和实用价值。本文主要介绍国内外单模光纤色散测量的各种方法及其特点。     

单模光纤色散测量(上)

一、引言在光纤通信中限制通信距离的是光纤的传输损耗及色散.由于使用较长的波长及材料工艺的改进,光纤损耗已降到很低的程度,色散成了限制多模光纤通信系统通信容量和中继站间距的主要因素.单模光纤不存在模间色散,因而信息容量比多模光纤大得多.单模光纤的这一优点,使其非常适合用作远距离、大容量光纤通信系统的传输媒介.     

PMD光域动态反馈补偿方案

制造过程和外界环境的影响可导致光纤内两个正交偏振模的传播常数不同，由此引起的脉冲展宽就称为偏振模色散（PMD，Polarization Mode Dispersion）。与光纤非线性和色散一样，PMD能损害系统的传输性能，限制系统的传输速率和距离，特别是对于10Gb/s以上的高速光纤通信系统。PMD被认为是限制其传输容量和距离的关键因素，正是由于     

研究单模光纤偏振传输特性的三种方法

单模光纤只传输基模即HE_(11)模,但因光纤内部结构不完善或外部环境扰动,会使两个简并的HE_(11x)、HE_(11y)模分离,出现单模光纤双折射现象,它使不同偏振方向的电磁模式具有不同相速,导致传输光波的偏振演化现象.这种单模光纤双折射特性在高速光纤通信系统中会因偏振色散而限制传输码速,在相干通信系统中会造成极化噪声,在集成光路中会影响光纤与光波导的耦合效率,而在光纤传感技术中又能用来进行各种物理量的传感检测,因此深入研究单模光纤的偏振传输特性兼有理论与应用两方面的意义.     

光纤和光缆的偏振模色散系数研究

综述了偏振模色散的概念、偏振模色散对光传输系统的影响、系统对单模光纤偏振模色散系数的要求,以及获得小的偏振模色散光纤和光缆的方法.     

偏振模色散仿真器特性研究

光纤通信线路的偏振模色散已成为高速、长距离光纤通信系统发展的主要障碍之一 ,其特性、测量以及补偿方法的研究成为目前光纤通信研究热点之一。偏振模色散仿真器 ,用于仿真传输链路的偏振模色散特性 ,不仅可用于偏振模色散补偿器 ,也可用于高速长距离光纤通信系统的规划设计等。本文分析了光纤偏振模色散仿真器的研究现状 ,归纳总结了现有偏振模色散仿真器的设计原理和结构特征 ,并用蒙特卡罗法对常用的偏振模色散仿真器的特性进行了数值模拟     

减小单模光纤中偏振模色散的研究

光纤中的偏振模色散是限制光纤传输容量的极限因素，我们利用模耦合理论，采用在光纤拉丝过程中同时旋转预制棒的工艺来增强模耦合，实现了光纤偏振模色散的减小，能保证普通单模光纤的偏振模色散值小于０．５ｐｓ／ｋｍ。     

偏振模色散补偿对脉冲展宽的影响

在高速光纤通信系统中,偏振模色散(PMD)已被认为是限制光纤通信系统性能的一个主要因素,而脉冲的均方根展宽是表征信号传输性能的一个重要的物理量.研究了偏振模色散对脉冲展宽的影响,推导出含有一阶偏振模色散补偿的光纤链路中偏振模色散矢量的自相关函数的分析表达式.在此表达式的基础上,推出了以高斯脉冲为例的一阶偏振模色散补偿系统中的均方根脉宽解析表达式.     

减小单模光纤中偏振色散的研究

光纤中的偏振模色散是限制光纤传输容量的极限因素，我们利用模耦合理论，采用在光纤拉丝过程中同时旋转预测制棒的工艺来增强模耦合，实现了光纤偏振模色散的减小，能保证普通单模光纤的偏振模色散值小于０．５ｐｓ√ｋｍ。     

偏振模色散的抑制技术

当光纤通信系统单信道速率升级到40 Gbit/s以上时,偏振模色散(PMD)已经成为严重影响系统性能的主要因素.PMD是由于光纤结构的不完美性以及外界应力作用而产生的,是一个服从Maxwell分布的随机量.文中对现有的PMD抑制技术进行了分析评价,并针对波分复用系统中PMD的补偿提出了可行性的方案.     

2.5 Gb/s偏振模色散自动补偿对偏振模色散容限值的影响

在我国现有的光纤通信骨干网中,绝大部分速率为2.5 Gb/s。今后如在我国现有的2.5 Gb/s网络系统上进行密集波分复用(DWDM)升级,亦需要考虑偏振模色散(PMD)对系统容量升级的影响。采用十段高双折射光纤级联而成的偏振模色散模拟器模拟实际光纤,从信号中提取基带频率分量作为反馈信号,对2.5 Gb/s系统进行了偏振模色散自动补偿实验,并对反馈前后的系统进行了系统代价的测量和比较。实验结果表明,偏振模色散自动补偿能较大幅度地提高系统的偏振模色散容限值。     

PSO-based Control Algorithm for Polarization Mode Dispersion Self-adaptive Compensation

Polarization mode dispersion（PMD） is considered to be the ultimate limitation in high-speed optical fiber communication systems. Establishing an effective control algorithm for adaptive PMD compensation is a challenging task, because PMD possesses the time-varying and statistical properties. The particle swarm optimization（PSO） algorithm is introduced into self-adaptive PMD compensation as feedback control algorithm. The experiment results show that PSO-based control algorithm has some unique features of rapid convergence to the global optimum without being trapped in local sub-optima and good robustness to noise in the optical fiber transmission line that has never been achieved in PMD compensation before.     

偏振模色散的分析模型

当光纤通信系统单信道速率到40Gbit/s以上时，偏振模色散的影响已经成为严重影响系统性能的主要因素。对偏振模色散现象的研究通常可采用几种不同的分析模型：琼斯矩阵、斯托克斯空间、耦合非线性薛定谔方程；对这几种分析模型作了详细地介绍，进行了分析和比较，并对40Gbit／s光纤传输系统进行了数值模拟。     

PSO2 based Control Algorithm for Polarization Mode Dispersion Self-adaptive Compensation

Polarization mode dispersion(PMD) is considered to be the ultimate limitation in high-speed optical fiber communication systems. Establishing an effective control algorithm for adaptive PMD compensation is a challenging task, because PMD possesses the time-varying and statistical properties. The particle swarm optimization(PSO) algorithm is introduced into self-adaptive PMD compensation as feedback control algorithm. The experiment results show that PSO2based control algorithm has some unique features of rapid convergence to the global optimum without being trapped in local sub-optima and good robustness to noise in the optical fiber transmission line that has never been achieved in PMD compensation before.     

使用PSO算法的二阶偏振模色散自适应补偿实验

偏振模色散（PMD）已经成为高速光纤通信系统发展的严重障碍。我们将粒子群优化（Particle Swarm Optimization—PSO）算法作为偏振模色散自适应补偿中的反馈控制算法，对光链路中的PMD信号进行收索跟踪，并控制偏振控制器（Polarization Controller—PC），成功的实现了对二阶PMD的自适应补偿。实验结果表明，粒子群优化算法能够避免陷入局部极值而快速的搜索全局最佳值，同时它还具有很强的抗链路噪声的能力，补偿效果良好。     

PMD对高速光纤通信系统性能影响的研究

偏振模色散(PMD)降低了高速光纤通信系统的性能,对于传输速率超过10Gbit/s的系统,PMD的影响尤为严重.文中首先介绍了PMD的基本概念,然后分析了其对高速光纤通信系统性能的影响,最后提出了几种解决方案.     

用波长扫描法测量光纤偏振模色散及其研究

光纤中的偏振模色散ＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）是限制高速光纤通信系统传输容量的极限因素，我们首次用波长扫描法在国空实现了对光纤偏振色散的测量；并对国内外多种光纤进行了测量比较，发现国产的光纤质量有待改进。     

光纤偏振模色散和偏振相关损耗对超短光脉冲传输的影响

采用琼斯矩阵与随机耦合的波片模型（Monte—Carlo）方法相结合研究了在偏振模色散（PMD）和偏振相关损耗（PDL）共同作用下,超短光脉冲经光纤传输后脉冲被展宽的统计特性。结果表明,通过与偏振模色散的相互作用,偏振相关损耗可以引起光脉冲的压缩效应,同时脉冲展宽和压缩的概率密度分布与光纤偏振模色散及偏振相关损耗的相对数值存在十分密切的关系。在偏振模色散为0．05ps／km^1/2,光纤长度为75km的情况下,当偏振相关损耗均值从0．07dB／km增加到0．49dB／km时,光脉冲被压缩的概率从4．3％增大到92．9％。无论何种情况下,脉冲压缩和展宽的概率密度均可用瑞利-麦克斯韦分布函数进行描述。     

Polarization Mode Dispersion of Installed Fibers

Polarization mode dispersion (PMD), a potentially limiting impairment in high-speed long-distance fiber-optic communication systems, refers to the distortion of propagating optical pulses due to random birefringences in an optical system. Because these perturbations (which can be introduced through manufacturing imperfections, cabling stresses, installation procedures, and environmental sensitivities of fiber and other in-line components) are unknowable and continually changing, PMD is unique among optical impairments. This makes PMD both a fascinating research subject and potentially one of the most challenging technical obstacles for future optoelectronic transmission. Mitigation and compensation techniques, proper emulation, and accurate prediction of PMD-induced outage probabilities critically depend on the understanding and modeling of the statistics of PMD in installed links. Using extensive data on buried fibers used in long-haul high-speed links, the authors discuss the proposition that most of the temporal PMD changes that are observed in installed routes arise primarily from a relatively small number of "hot spots" along the route that are exposed to the ambient environment, whereas the buried shielded sections remain largely stable for month-long time periods. It follows that the temporal variations of the differential group delay for any given channel constitute a distinct statistical distribution with its own channel-specific mean value. The impact of these observations on outage statistics is analyzed, and the implications for future optoelectronic fiber-based transmission are discussed