影響光纖通信傳輸距離的因素及解決對(duì)策

石洪波 李立平 徐強(qiáng) 曾靜 王秋蓮

1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)重慶有限公司，中國(guó)·重慶 401120

2.重慶超達(dá)環(huán)?？萍加邢薰?，中國(guó)·重慶 400700

1 引言

光纖通信傳輸技術(shù)在運(yùn)用之后，讓信號(hào)在傳輸層面得到了更大程度的保障，但是有效傳輸距離卻在不同程度遭受種種因素的制約。傳輸距離問題是光纖通信技術(shù)在發(fā)展期間面臨的空前阻力。所以，目前針對(duì)影響光纖通信傳輸距離的因素進(jìn)行有針對(duì)性的分析以及解決，不僅能夠推動(dòng)中國(guó)信息技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，也能讓光線通信技術(shù)在應(yīng)用層面得到更好的貫徹以及落實(shí)。

2 影響光纖通信傳輸距離的因素

2.1 光纖的非線性效應(yīng)

目前，伴隨光纖通信以及傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展，光纖線路在傳輸期間的體量在持續(xù)擴(kuò)增、傳輸間隔也在不斷增加、通路在迅速擴(kuò)展、光纖放大器得到了大范圍的應(yīng)用，由此光纖在非線性層面的性能轉(zhuǎn)換，成為決定系統(tǒng)性能的一個(gè)主要原因。非線性問題由此成為光纖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)期間需要著重考慮的因素，光纖非線性效應(yīng)可以分成兩個(gè)類別：第一類是散射效應(yīng)，如受激喇曼散射SRS、受激布里淵散射SBS；第二類是與克爾效應(yīng)有關(guān)聯(lián)的非線性效應(yīng)，就是與折射率有極大關(guān)系的效應(yīng)，如四波混頻FWM、調(diào)制不穩(wěn)定性、自相位調(diào)制SPM 等。光纖中所產(chǎn)生的非線性效應(yīng)極有可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)頻率移動(dòng)、信道間串?dāng)_、傳輸信號(hào)出現(xiàn)附加損耗等狀況。

2.2 色散

色散顧名思義是指顏色、頻率不同的光在光纖中進(jìn)行傳輸時(shí)，因?yàn)閭鞑ニ俣炔幌嗤?，從而出現(xiàn)互相分散的狀況。單膜光纖存在的色散主要包含群時(shí)延色散，換而言之就是材料色散、波導(dǎo)色散。這類色散容易對(duì)光脈沖造成影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)展寬，從而信號(hào)在傳輸時(shí)期會(huì)出現(xiàn)畸變誤碼率，接收的頻率也會(huì)增加[1]。

2.3 功率消耗的影響

因?yàn)楣獍l(fā)射機(jī)在發(fā)射頻率層面存在一定程度的限制，光接收機(jī)內(nèi)部會(huì)存在一定程度的噪聲，所以需要有充足的信號(hào)光功率穩(wěn)定輸出，才能夠維持光接收器的正常工作，加之光纖自身在傳輸層面會(huì)出現(xiàn)一定程度的耗損，所以系統(tǒng)在傳輸時(shí)的間隔會(huì)受到一定程度的限制，被稱作功率耗損限制。光在傳輸期間出現(xiàn)各種不同程度的損耗，是對(duì)光通信系統(tǒng)在傳輸間隔層面產(chǎn)生影響的一個(gè)重要誘因。

2.4 光發(fā)送機(jī)、接收機(jī)的影響

系統(tǒng)的中繼長(zhǎng)度是由：光纜光纖線路的衰減程度、發(fā)送機(jī)光發(fā)送的具體頻率、接收機(jī)接收光的靈敏程度來共同決定，光傳輸系統(tǒng)對(duì)中繼間隔進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有相應(yīng)公式。經(jīng)過公式計(jì)算之后可以發(fā)現(xiàn)，如果光接收機(jī)的入纖光功率在需求層面有過高的要求，或者是光發(fā)送機(jī)在入纖光功率層面太低，都會(huì)對(duì)光通信系統(tǒng)在傳輸間隔層面造成不同程度的影響[2]。

3 解決光纖通信傳輸距離問題的措施

3.1 降低傳輸材料導(dǎo)致的信號(hào)衰減

為了有效防止通信傳輸期間信號(hào)出現(xiàn)衰減損耗的狀況，就需要通過人為的方式，對(duì)于傳輸線路在施工期間的工藝進(jìn)行合理提升，對(duì)于操作期間的操作人員、技術(shù)水平等，也需要進(jìn)行不同層次有針對(duì)性地提高以及加強(qiáng)，而且光纜在連接期間，所有操作必須保持在一個(gè)整潔的環(huán)境下開展，由此也可以從根源上保證極大程度地減少由于光纜線路出現(xiàn)狀況，從而導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)衰減損耗。

3.2 減低系統(tǒng)傳輸期間的損耗

對(duì)系統(tǒng)傳輸間隔造成影響的損耗，主要包含耦合損耗、傳輸損耗、連接損耗、等。現(xiàn)階段，光纖連接器就技術(shù)層面的發(fā)展角度而言，已經(jīng)逐漸趨于成熟，在連接期間出現(xiàn)的損耗幾乎可以忽略不計(jì)。傳輸損耗和光纖傳輸期間的損耗系數(shù)息息相關(guān)，可以對(duì)通信窗口進(jìn)行合理選取，從而有效降低傳輸期間的損耗。光耦合器又可以被稱作光分波合波器，分波合波器在插入期間損耗小、復(fù)用時(shí)道路多、溫度穩(wěn)定性好、偏振相關(guān)性低、外插入時(shí)損耗變化較為陡峭、帶內(nèi)損耗較為平坦、隔離程度較大?，F(xiàn)階段，在WDM 系統(tǒng)中所應(yīng)用到的光分波合波器主要包含光柵耦合器、干涉膜濾波器、可調(diào)諧濾波器、相控陣列分波器、有陣列波的導(dǎo)光柵AWG 等。

3.3 優(yōu)化光接收機(jī)的性能

光接收機(jī)在信號(hào)傳輸期間，會(huì)被衰減出現(xiàn)變形的微弱脈沖信號(hào)所影響，從而變化成為電脈沖信號(hào)，與此同時(shí)還會(huì)對(duì)其進(jìn)行放大，在經(jīng)過均衡、定時(shí)之后，會(huì)重新再生還原，并變成標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字脈沖信號(hào)。光接收機(jī)的誤碼率、輸入光功率二者之間出現(xiàn)矛盾關(guān)系，所以需要針對(duì)其中一項(xiàng)在人為層面對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，通常情況下誤碼率的標(biāo)準(zhǔn)是10-9。按照此需求可以尋找數(shù)字光接收機(jī)在接收期間光功率的最小數(shù)值，將其當(dāng)作性能的具體指標(biāo)數(shù)值，換而言之就是接收期間的靈敏程度。對(duì)光接收器在靈敏程度層面進(jìn)行提升，可以有效擴(kuò)增光纖通信在傳輸期間的間隔。光接收機(jī)的具體靈敏程度與頻率啁啾、碼間串?dāng)_、色散長(zhǎng)寬等都存在不同程度的關(guān)系。

色散容易致使脈沖出現(xiàn)展寬現(xiàn)象，一旦長(zhǎng)寬高于系統(tǒng)分配的具體時(shí)隙時(shí)，一些脈沖能量會(huì)滲透到鄰近時(shí)隙，從而出現(xiàn)碼間干擾的狀況。然而，本時(shí)隙內(nèi)部的脈沖能量容易減少，會(huì)導(dǎo)致判決電路中的SNR 不斷減少，從而致使接收機(jī)在靈敏程度層面受到不同程度的影響，所以要盡可能降低通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的色散狀況。

頻率啁啾對(duì)于廣播系統(tǒng)性能而言，是起到限制作用的一個(gè)主要誘因。對(duì)半導(dǎo)體的激光器展開調(diào)制工作時(shí)，光脈沖傳播常數(shù)、折射率在有源區(qū)域內(nèi)部都會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，此種由于調(diào)幅到調(diào)相相互轉(zhuǎn)變，從而致使光譜出現(xiàn)了加大現(xiàn)象，就稱之為頻率啁啾。光脈沖一旦存在頻率啁啾，那么在色彩光纖中進(jìn)行傳輸期間，就一定會(huì)導(dǎo)致脈沖的形狀出現(xiàn)不同程度的變化。因?yàn)楣庾V發(fā)生移動(dòng)脈沖，在光纖中進(jìn)行傳輸操作時(shí)，脈沖周周分量中的一部分功率會(huì)出現(xiàn)溢出并形成比特時(shí)隙。此功率損耗會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)的SNR 減少，讓靈敏程度受到不利影響。可以應(yīng)用MZ-M、EAM 等啁啾調(diào)制的技術(shù)，對(duì)于系統(tǒng)在性能層面進(jìn)行有利優(yōu)化[3]。

3.4 優(yōu)化光發(fā)送機(jī)的性能

要想讓光纖通信系統(tǒng)在傳輸間隔層面得到有效提升，可以對(duì)入纖光功率進(jìn)行合理增強(qiáng)，但是增強(qiáng)會(huì)對(duì)光纖在折射層面的頻率造成變化，致使光信號(hào)在光纖傳輸期間出現(xiàn)相位調(diào)制現(xiàn)象。然而，相位調(diào)制又會(huì)導(dǎo)致光脈沖的頻率成分出現(xiàn)轉(zhuǎn)變引發(fā)脈沖展寬，最終對(duì)于系統(tǒng)在帶寬上造成限制。所以，一般情況下應(yīng)用的方式是選擇最佳的碼型，從而更好地實(shí)現(xiàn)在加入其他設(shè)備的狀況之下，可以讓最大傳輸間隔得到有效增加。伴隨傳輸間隔的不斷增加、速率的提升，光纖的非線性效應(yīng)、PDM、色度色散、OSNR 容限等，在低速短間隔的傳輸狀況之下，可以對(duì)物理效應(yīng)進(jìn)行忽略，而且此狀況表現(xiàn)得異常明顯，對(duì)于傳輸業(yè)務(wù)在容量、覆蓋范圍，在提升層面都會(huì)造成不利影響。所以，可以應(yīng)用與NRZ 碼有區(qū)別的RZ 碼，在調(diào)制格式層面對(duì)其展開調(diào)制。RZ 碼對(duì)于光纖在非線性層面的效應(yīng)，可以起到一定程度的免疫效果，脈沖特性也可以有效降低DWDM 信道相互之間出現(xiàn)的作用。此外，PDM在應(yīng)用RZ調(diào)制的狀況之下，也會(huì)出現(xiàn)明顯的減少狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，光纖通信技術(shù)在面世之后，優(yōu)化了傳統(tǒng)信息在傳輸領(lǐng)域中，電子信號(hào)出現(xiàn)持續(xù)減小、不穩(wěn)定的諸多不足之處。但自身在遠(yuǎn)間隔傳輸期間存在的問題也逐漸凸顯。在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)日益完善的目前，只有對(duì)光纖通信技術(shù)進(jìn)行持續(xù)增強(qiáng)，并對(duì)影響傳輸間隔的因素進(jìn)行科學(xué)合理的解決，才能夠更好地推動(dòng)其在信息傳輸行業(yè)得到更大范圍的運(yùn)用。