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OptiSystem-系統角度下分析色散補償方案 |
| 時間:2021-07-02 14:47來源:未知作者: infotek點擊:次列印 |
在本文章中，我們將展示色散補償方案如何影響系統性能。色散的脈衝展寬效應導致相鄰位元週期中的信號重
疊。這稱為碼間干擾（ISI）。展寬是距離和色散參數D的函數。色散參數以ps/nm/km為單位，隨光纖的變化而變
化。它也是波長的函數。對於標準單模光纖（SMF），在1.55um波長範圍內，D值通常大約為17ps/nm/km。對於
色散位移光纖（DSF），在同一視窗中的最大值為3.3ps/nm/km。非零色散光纖（NDF）的色散範圍為
1～6ps/nm/km或-1～6ps/nm/km。
對於外部調製光源，受色散限制的傳輸距離為
當D=16 ps/（km nm）和2.5 Gbps時，L≈ 500km，而在10gbps位元速率下，它下降到30km。色散補償光
纖或光纖布拉格光柵等技術可以用來補償光纖中累積的色散。在下面的例子中，我們將展示三種不同的方案，前
補償、後補償和對稱補償，以補償光纖色散。首先我們將使用色散補償光纖（DCF）。然後我們將展示色散補償
器的累積色散量如何影響性能。在這種情況下，我們將使用一個理想的色散補償模組（DCM）作為色散補償器來
說明這個想法。
用DCF進行前、後、對稱補償
前、後和對稱補償配置如圖1、圖2和圖3所示。在我們的類比中，我們在每根光纖後面使用了光放大器來補償跨
距損耗。SMF的色散參數為120km長和16ps/nm-km。因此，總累積色散為16×120=1920 ps/nm。這種很大的色
散可以通過使用一個24公里長、色散為-80 ps/km nm的DCF來補償。總傳輸距離為120×2=每種情況240公里。在
補償後的情況下，DCF放在SMF之後。在對稱補償情況下，光纖的放置順序為SMF、DCF、DCF、SMF。
圖 1: 色散後補償
圖 2: 色散前補償
圖 3: 色散對稱補償
在這些類比中，我們使用了NRZ調製格式。2.5 Gbps的接收機靈敏度為-28 dBm，10 Gbps的接收機靈敏度
為-25 dBm(介面的熱雜訊為2.048e-23W/Hz。）模擬結果如圖4和圖5所示。圖4顯示了這三種方案在2.5 Gbps位
元速率下接收信號的Q因數與發射信號功率的關係。圖5顯示了10 Gbps位元速率的相同圖形。要以10 Gbps類比
設計，需要將全域參數位元速率設置為10 Gbps。從這些數位，我們可以得出結論，最佳性能是通過使用對稱色
散補償獲得的。最壞的情況是色散預補償。這也可以從圖5給出的眼圖中看出。這些結果與文獻[2][3]中的結果完
全一致。
圖4:Q因數與2.5和10 Gbps位元速率下的信號功率之比，用於前、後和對稱色散補償
圖5：前、後和對稱色散補償在2.5和10 Gbps位元速率下的系統性能。眼圖所示為-12和10 dBm信號功率。
利用DCM實現色散補償
我們現在將展示補償色散量如何影響系統性能。我們將使用一個理想的色散補償光纖光柵作為色散補償
模組（見圖6）。在這種情況下，我們選擇了後補償方案，因為它比對稱補償方案簡單。
圖 6: 利用DCM實現色散補償
SMF的總累積色散為16×120=1920 ps/nm。我們將FBG的總色散範圍從-30掃到-3000ps/nm。位元速率設置
為10 Gbps。在這個類比中，我們要研究系統的色散限制性能。為了避免觸發光纖非線性，我們將接收功率保持
在-3dbm。其他例子將考慮殘餘色散對非線性效應的影響。圖7顯示了Q因數與剩餘色散的關係。類比結果表明，
在線性區（低功率），完全補償光纖色散效果最好。過度補償會降低系統性能。
圖 7:Q因數與剩餘色散
References:
[1]G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley-Interscience, 1997.
[2]R. Ramaswami and K. N. Sivarajan, Optical Networks: A practical Perspective, Morgan Kaufmann,
1998.
[3]M. I. Hayee and A. E. Willner, “Pre- and post-compensation of dispersion and nonlinearities in 10-
Gb/s WDM systems”, IEEE Photon. Tech. Lett. 9, pp. 1271, 1997.
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