基于MATLAB的高速光通信色散補償技術(shù)

辛磊

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟貿(mào)易全球化中人與人之間的交流必然帶來龐大的信息交換。文章主要從色散角度來討論其對通信系統(tǒng)的影響，介紹目前光通信系統(tǒng)中的幾種色散補償方案，并通過用MATLAB軟件仿真對各種方案的優(yōu)缺點進行了比較分析，對今后色散補償技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：非線性效應(yīng)；MATLAB；色散補償；光纖色散技術(shù)；啁啾光纖光柵補償法

中圖分類號：TN929 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0061-02

光纖通信具有信息容量大、距離長以及抗干擾能力強等優(yōu)勢，給信息傳播技術(shù)提供了更加有利的條件，能夠滿足人們?nèi)找嬖黾拥男畔⑿枨蟆５枪饫w通信技術(shù)本身也存在一定的缺陷，在容量擴大、傳輸信息速度加快的同時也會造成光纖的損耗，伴隨非線性效應(yīng)以及色散效應(yīng)，這些都不利于光纖通信技術(shù)的健康可持續(xù)發(fā)展，其中影響最大的就是色散效應(yīng)。

1 光通信系統(tǒng)中色散補償原理

1.1 造成色散的原因

近幾年光纖通信技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是色散一直是影響通信效果的重要原因。光信號是由頻率以及模型組成，一旦頻率和模型成分出現(xiàn)差異就會直接造成色散效應(yīng)，通信的效果也會受到影響。光信號的傳遞速度并不固定，很多時候會出現(xiàn)信號延時的情況，延長的時間越久，色散程度越嚴(yán)重，光信號在這段延長的時間內(nèi)會發(fā)生變化，所以經(jīng)常會用延長的時間來判斷色散的程度。色散效應(yīng)最容易出現(xiàn)在模間、材料和光波之中。

1.2 色散效應(yīng)造成的危害

色散效應(yīng)最直接的影響就是造成脈沖的重疊，光纖的容量減少。目前使用的光纖通信系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)色散效應(yīng)，光信號傳輸?shù)乃俣鹊竭_一定的程度就會給系統(tǒng)的運行造成很嚴(yán)重的影響，光纖的通信距離也會相繼縮短。

1.3 現(xiàn)有的光纖光色散補償技術(shù)

色散補償技術(shù)就是通過在系統(tǒng)內(nèi)附加負(fù)色散，以抵消傳輸光纖的累積色散，改善信號質(zhì)量。目前如何解決色散問題已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，針對這些問題也提出了相應(yīng)的解決辦法，其中最常見的就是相位陣列法、色散支持傳輸技術(shù)以及光孤子傳輸法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾參數(shù)對脈沖展寬的影響

本仿真是在不考慮非線性效應(yīng)、損耗及其他因素的影響，單純考慮群速度色散對脈沖展寬的影響下進行的。

（1）參數(shù)的設(shè)置。

常規(guī)單模光纖的參數(shù)：

圖4 色散補償光纖對色散的補償效果

脈沖在經(jīng)過單模光纖后由于色散的原因使脈沖展寬了，而色散使光信號展寬是由相位系數(shù)引起的，它使光脈沖經(jīng)光纖傳輸時產(chǎn)生了新的頻率成分。但當(dāng)脈沖經(jīng)過色散補償光纖后，光脈沖進行了很好的補償，從上圖4可以看出，經(jīng)過色散補償光纖后脈沖基本恢復(fù)了原來的樣子，即對色散進行了很好的補償。

3 色散補償技術(shù)的優(yōu)劣比較

通過利用MATLAB軟件對色散中的一些參數(shù)進行仿真（仿真啁啾參數(shù)對脈沖展寬的影響，DCF光纖對色散的補償，啁啾光纖光柵提供的色散與光纖色散的關(guān)系，孤子傳輸系統(tǒng)中脈沖形狀與傳輸距離的關(guān)系），并結(jié)合目前現(xiàn)有的幾種色散補償技術(shù)可以比較得出：

（1）色散支持傳輸技術(shù)：這種傳輸技術(shù)最大的優(yōu)勢就是操作簡單和成本低，但是它本身也存在一些缺點。主要是這種技術(shù)在使用過程中涉及的參數(shù)比較復(fù)雜，不同的傳輸距離和速度都要改變相應(yīng)的參數(shù)，只有數(shù)值達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)才能真正發(fā)揮系統(tǒng)的作用，這樣會給整個通信系統(tǒng)的運行造成一定的影響，再加上技術(shù)的升級功能較差，不能根據(jù)實際通信的需要自動進行

升級。

（2）光孤子通信系統(tǒng)具有超長距離的傳輸能力，其應(yīng)用潛力是巨大的。但這種系統(tǒng)正處于研究開發(fā)階段，對現(xiàn)有系統(tǒng)要作較大的改動，要真正進入使用化尚需解決一系列實際應(yīng)用問題。

（3）啁啾光纖光柵補償法具有成本低、消耗少等優(yōu)勢。它憑借反射率高以及色散量大等特點能夠很好地解決DWDM技術(shù)中存在的缺陷，光纖光柵本身的體積較小，可以直接安裝在通信系統(tǒng)的內(nèi)部，直接對光纖信號產(chǎn)生效用，這種補償方式在保證通信質(zhì)量的同時還能節(jié)省開支，可以根據(jù)光纖通信技術(shù)的實際情況制定具體的補償方案。

4 結(jié)語

為了改善光纖通信技術(shù)的光纖損耗以及色散效應(yīng)，采用了色散支持傳輸技術(shù)、光孤子傳輸技術(shù)以及啁啾光纖光柵補償法等，并對這些辦法的優(yōu)劣勢進行了比較，綜合可以得出啁啾光纖光柵補償法的優(yōu)勢更大，能夠很好地解決現(xiàn)在光纖通信技術(shù)中存在的問題，但是現(xiàn)在還沒有正式投入應(yīng)用，還需要根據(jù)實際情況制定詳細(xì)的計劃，才能真正發(fā)揮這種解決辦法的優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 龔倩，徐榮，等.高速超長距離光傳輸技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[2] 張華，曹文華.光纖通信系統(tǒng)中的色散補償技術(shù)

[J].半導(dǎo)體光電，2001，22（6）.

[3] 原榮.光纖通信[M]. 北京：電子工業(yè)出版業(yè)，2002.

[4] 楊祥林.光纖通信系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.endprint

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟貿(mào)易全球化中人與人之間的交流必然帶來龐大的信息交換。文章主要從色散角度來討論其對通信系統(tǒng)的影響，介紹目前光通信系統(tǒng)中的幾種色散補償方案，并通過用MATLAB軟件仿真對各種方案的優(yōu)缺點進行了比較分析，對今后色散補償技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：非線性效應(yīng)；MATLAB；色散補償；光纖色散技術(shù)；啁啾光纖光柵補償法

中圖分類號：TN929 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0061-02

光纖通信具有信息容量大、距離長以及抗干擾能力強等優(yōu)勢，給信息傳播技術(shù)提供了更加有利的條件，能夠滿足人們?nèi)找嬖黾拥男畔⑿枨?。但是光纖通信技術(shù)本身也存在一定的缺陷，在容量擴大、傳輸信息速度加快的同時也會造成光纖的損耗，伴隨非線性效應(yīng)以及色散效應(yīng)，這些都不利于光纖通信技術(shù)的健康可持續(xù)發(fā)展，其中影響最大的就是色散效應(yīng)。

1 光通信系統(tǒng)中色散補償原理

1.1 造成色散的原因

近幾年光纖通信技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是色散一直是影響通信效果的重要原因。光信號是由頻率以及模型組成，一旦頻率和模型成分出現(xiàn)差異就會直接造成色散效應(yīng)，通信的效果也會受到影響。光信號的傳遞速度并不固定，很多時候會出現(xiàn)信號延時的情況，延長的時間越久，色散程度越嚴(yán)重，光信號在這段延長的時間內(nèi)會發(fā)生變化，所以經(jīng)常會用延長的時間來判斷色散的程度。色散效應(yīng)最容易出現(xiàn)在模間、材料和光波之中。

1.2 色散效應(yīng)造成的危害

色散效應(yīng)最直接的影響就是造成脈沖的重疊，光纖的容量減少。目前使用的光纖通信系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)色散效應(yīng)，光信號傳輸?shù)乃俣鹊竭_一定的程度就會給系統(tǒng)的運行造成很嚴(yán)重的影響，光纖的通信距離也會相繼縮短。

1.3 現(xiàn)有的光纖光色散補償技術(shù)

色散補償技術(shù)就是通過在系統(tǒng)內(nèi)附加負(fù)色散，以抵消傳輸光纖的累積色散，改善信號質(zhì)量。目前如何解決色散問題已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，針對這些問題也提出了相應(yīng)的解決辦法，其中最常見的就是相位陣列法、色散支持傳輸技術(shù)以及光孤子傳輸法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾參數(shù)對脈沖展寬的影響

本仿真是在不考慮非線性效應(yīng)、損耗及其他因素的影響，單純考慮群速度色散對脈沖展寬的影響下進行的。

（1）參數(shù)的設(shè)置。

常規(guī)單模光纖的參數(shù)：

圖4 色散補償光纖對色散的補償效果

脈沖在經(jīng)過單模光纖后由于色散的原因使脈沖展寬了，而色散使光信號展寬是由相位系數(shù)引起的，它使光脈沖經(jīng)光纖傳輸時產(chǎn)生了新的頻率成分。但當(dāng)脈沖經(jīng)過色散補償光纖后，光脈沖進行了很好的補償，從上圖4可以看出，經(jīng)過色散補償光纖后脈沖基本恢復(fù)了原來的樣子，即對色散進行了很好的補償。

3 色散補償技術(shù)的優(yōu)劣比較

通過利用MATLAB軟件對色散中的一些參數(shù)進行仿真（仿真啁啾參數(shù)對脈沖展寬的影響，DCF光纖對色散的補償，啁啾光纖光柵提供的色散與光纖色散的關(guān)系，孤子傳輸系統(tǒng)中脈沖形狀與傳輸距離的關(guān)系），并結(jié)合目前現(xiàn)有的幾種色散補償技術(shù)可以比較得出：

（1）色散支持傳輸技術(shù)：這種傳輸技術(shù)最大的優(yōu)勢就是操作簡單和成本低，但是它本身也存在一些缺點。主要是這種技術(shù)在使用過程中涉及的參數(shù)比較復(fù)雜，不同的傳輸距離和速度都要改變相應(yīng)的參數(shù)，只有數(shù)值達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)才能真正發(fā)揮系統(tǒng)的作用，這樣會給整個通信系統(tǒng)的運行造成一定的影響，再加上技術(shù)的升級功能較差，不能根據(jù)實際通信的需要自動進行

升級。

（2）光孤子通信系統(tǒng)具有超長距離的傳輸能力，其應(yīng)用潛力是巨大的。但這種系統(tǒng)正處于研究開發(fā)階段，對現(xiàn)有系統(tǒng)要作較大的改動，要真正進入使用化尚需解決一系列實際應(yīng)用問題。

（3）啁啾光纖光柵補償法具有成本低、消耗少等優(yōu)勢。它憑借反射率高以及色散量大等特點能夠很好地解決DWDM技術(shù)中存在的缺陷，光纖光柵本身的體積較小，可以直接安裝在通信系統(tǒng)的內(nèi)部，直接對光纖信號產(chǎn)生效用，這種補償方式在保證通信質(zhì)量的同時還能節(jié)省開支，可以根據(jù)光纖通信技術(shù)的實際情況制定具體的補償方案。

4 結(jié)語

為了改善光纖通信技術(shù)的光纖損耗以及色散效應(yīng)，采用了色散支持傳輸技術(shù)、光孤子傳輸技術(shù)以及啁啾光纖光柵補償法等，并對這些辦法的優(yōu)劣勢進行了比較，綜合可以得出啁啾光纖光柵補償法的優(yōu)勢更大，能夠很好地解決現(xiàn)在光纖通信技術(shù)中存在的問題，但是現(xiàn)在還沒有正式投入應(yīng)用，還需要根據(jù)實際情況制定詳細(xì)的計劃，才能真正發(fā)揮這種解決辦法的優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 龔倩，徐榮，等.高速超長距離光傳輸技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[2] 張華，曹文華.光纖通信系統(tǒng)中的色散補償技術(shù)

[J].半導(dǎo)體光電，2001，22（6）.

[3] 原榮.光纖通信[M]. 北京：電子工業(yè)出版業(yè)，2002.

[4] 楊祥林.光纖通信系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.endprint

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟貿(mào)易全球化中人與人之間的交流必然帶來龐大的信息交換。文章主要從色散角度來討論其對通信系統(tǒng)的影響，介紹目前光通信系統(tǒng)中的幾種色散補償方案，并通過用MATLAB軟件仿真對各種方案的優(yōu)缺點進行了比較分析，對今后色散補償技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：非線性效應(yīng)；MATLAB；色散補償；光纖色散技術(shù)；啁啾光纖光柵補償法

中圖分類號：TN929 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0061-02

光纖通信具有信息容量大、距離長以及抗干擾能力強等優(yōu)勢，給信息傳播技術(shù)提供了更加有利的條件，能夠滿足人們?nèi)找嬖黾拥男畔⑿枨蟆５枪饫w通信技術(shù)本身也存在一定的缺陷，在容量擴大、傳輸信息速度加快的同時也會造成光纖的損耗，伴隨非線性效應(yīng)以及色散效應(yīng)，這些都不利于光纖通信技術(shù)的健康可持續(xù)發(fā)展，其中影響最大的就是色散效應(yīng)。

1 光通信系統(tǒng)中色散補償原理

1.1 造成色散的原因

近幾年光纖通信技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是色散一直是影響通信效果的重要原因。光信號是由頻率以及模型組成，一旦頻率和模型成分出現(xiàn)差異就會直接造成色散效應(yīng)，通信的效果也會受到影響。光信號的傳遞速度并不固定，很多時候會出現(xiàn)信號延時的情況，延長的時間越久，色散程度越嚴(yán)重，光信號在這段延長的時間內(nèi)會發(fā)生變化，所以經(jīng)常會用延長的時間來判斷色散的程度。色散效應(yīng)最容易出現(xiàn)在模間、材料和光波之中。

1.2 色散效應(yīng)造成的危害

色散效應(yīng)最直接的影響就是造成脈沖的重疊，光纖的容量減少。目前使用的光纖通信系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)色散效應(yīng)，光信號傳輸?shù)乃俣鹊竭_一定的程度就會給系統(tǒng)的運行造成很嚴(yán)重的影響，光纖的通信距離也會相繼縮短。

1.3 現(xiàn)有的光纖光色散補償技術(shù)

色散補償技術(shù)就是通過在系統(tǒng)內(nèi)附加負(fù)色散，以抵消傳輸光纖的累積色散，改善信號質(zhì)量。目前如何解決色散問題已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，針對這些問題也提出了相應(yīng)的解決辦法，其中最常見的就是相位陣列法、色散支持傳輸技術(shù)以及光孤子傳輸法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾參數(shù)對脈沖展寬的影響

本仿真是在不考慮非線性效應(yīng)、損耗及其他因素的影響，單純考慮群速度色散對脈沖展寬的影響下進行的。

（1）參數(shù)的設(shè)置。

常規(guī)單模光纖的參數(shù)：

圖4 色散補償光纖對色散的補償效果

脈沖在經(jīng)過單模光纖后由于色散的原因使脈沖展寬了，而色散使光信號展寬是由相位系數(shù)引起的，它使光脈沖經(jīng)光纖傳輸時產(chǎn)生了新的頻率成分。但當(dāng)脈沖經(jīng)過色散補償光纖后，光脈沖進行了很好的補償，從上圖4可以看出，經(jīng)過色散補償光纖后脈沖基本恢復(fù)了原來的樣子，即對色散進行了很好的補償。

3 色散補償技術(shù)的優(yōu)劣比較

通過利用MATLAB軟件對色散中的一些參數(shù)進行仿真（仿真啁啾參數(shù)對脈沖展寬的影響，DCF光纖對色散的補償，啁啾光纖光柵提供的色散與光纖色散的關(guān)系，孤子傳輸系統(tǒng)中脈沖形狀與傳輸距離的關(guān)系），并結(jié)合目前現(xiàn)有的幾種色散補償技術(shù)可以比較得出：

（1）色散支持傳輸技術(shù)：這種傳輸技術(shù)最大的優(yōu)勢就是操作簡單和成本低，但是它本身也存在一些缺點。主要是這種技術(shù)在使用過程中涉及的參數(shù)比較復(fù)雜，不同的傳輸距離和速度都要改變相應(yīng)的參數(shù)，只有數(shù)值達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)才能真正發(fā)揮系統(tǒng)的作用，這樣會給整個通信系統(tǒng)的運行造成一定的影響，再加上技術(shù)的升級功能較差，不能根據(jù)實際通信的需要自動進行

升級。

（2）光孤子通信系統(tǒng)具有超長距離的傳輸能力，其應(yīng)用潛力是巨大的。但這種系統(tǒng)正處于研究開發(fā)階段，對現(xiàn)有系統(tǒng)要作較大的改動，要真正進入使用化尚需解決一系列實際應(yīng)用問題。

（3）啁啾光纖光柵補償法具有成本低、消耗少等優(yōu)勢。它憑借反射率高以及色散量大等特點能夠很好地解決DWDM技術(shù)中存在的缺陷，光纖光柵本身的體積較小，可以直接安裝在通信系統(tǒng)的內(nèi)部，直接對光纖信號產(chǎn)生效用，這種補償方式在保證通信質(zhì)量的同時還能節(jié)省開支，可以根據(jù)光纖通信技術(shù)的實際情況制定具體的補償方案。

4 結(jié)語

為了改善光纖通信技術(shù)的光纖損耗以及色散效應(yīng)，采用了色散支持傳輸技術(shù)、光孤子傳輸技術(shù)以及啁啾光纖光柵補償法等，并對這些辦法的優(yōu)劣勢進行了比較，綜合可以得出啁啾光纖光柵補償法的優(yōu)勢更大，能夠很好地解決現(xiàn)在光纖通信技術(shù)中存在的問題，但是現(xiàn)在還沒有正式投入應(yīng)用，還需要根據(jù)實際情況制定詳細(xì)的計劃，才能真正發(fā)揮這種解決辦法的優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 龔倩，徐榮，等.高速超長距離光傳輸技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社， 2005.

[2] 張華，曹文華.光纖通信系統(tǒng)中的色散補償技術(shù)

[J].半導(dǎo)體光電，2001，22（6）.

[3] 原榮.光纖通信[M]. 北京：電子工業(yè)出版業(yè)，2002.

[4] 楊祥林.光纖通信系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.endprint