光纖傳輸系統(tǒng)中的PMD效應及其補償分析

王帥

摘 要 本文主要對光纖傳輸系統(tǒng)中的PMD效應及其補償進行了研究分析，首先對PMD簡介與效應分析進行了闡述，然后對光纖傳輸系統(tǒng)中的PMD的補償設計進行了概述，最后對自適應PMD補償器的設計與實現(xiàn)進行了實驗分析。

關鍵詞 光纖傳輸系統(tǒng);PMD效應;補償設計

在通信事業(yè)不斷發(fā)展進步的背景下，用戶對通信質(zhì)量的需求越來越高。在光纖傳輸系統(tǒng)中，主要是以高速率通信作為主體，并且具備的優(yōu)勢較多，如距離、速率和容量等等。在傳統(tǒng)的低速通信中，并沒有認識到PMD的重要性。但是高速光纖通信技術具備著較多的優(yōu)勢，因此，研究分析PMD補償方式有著重要意義。

1PMD效應概述

在光信號中，偏振模色散（PMD）是基本的特征之一，與光纖長度之間有著息息相關的關系，并且具體的含義是光信號中所含有電場矢量的取向。在波長長度固定時，劃分信號能量為兩個正交偏振模。但是由于雙折射度會存在一定的差異性，兩者在傳播的過程中，傳播的速度也會存在不同之處，并且在偏振方面，會存在旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的過程中，延差為。對于以上存在的影響因素，會對脈沖的展寬產(chǎn)生影響，被稱作為PMD。但是在延差差距較大的情況下，由于存在的光脈沖現(xiàn)象，會造成出現(xiàn)展寬與相鄰脈沖重疊的情況，從而會對接收機判決的合理性造成影響，也就是由于產(chǎn)生了錯誤信息，會造成光纖信息承載量的局限性，從而影響了光纖傳輸系統(tǒng)的速率。如果一個偏振模用進行表示的情況下，那么另一個偏振模用進行表示時，在兩個偏振模經(jīng)過一段距離之后，這一段距離用L進行表示，所產(chǎn)生的時間延遲差異表示為。在計算時間延遲差異數(shù)值的過程中，其計算公式如下：

在所產(chǎn)生的雙折射效應中，與溫度之間存在的緊密的關系，因此，在PMD所產(chǎn)生的變化中，具備著隨機性的特點，用進行表示的情況，計算期望值的過程中，計算公式為：

在計算公式中，的含義為PMD的平均數(shù)值，單位為;但是由于光纜所出的環(huán)境會存在差異，因此PMD的平均值也發(fā)生一定的變化，其區(qū)間在，并且在期望值與光源因素、時間之間，不會存在一定關系。光纖網(wǎng)絡中包含了電磁波，同時也包括了這兩項內(nèi)容。在這兩項內(nèi)容中，可以一共形成基礎模型，也就稱作為偏振模型。在應用偏振模型的過程中，由于存在的影響因素較多，并且大部分的時間并不符合所制定要求，光纖狀態(tài)的變化逐漸呈現(xiàn)出多樣化的特點。例如，在鋪設成纜的過程中，由于存在的外力作用影響因素，造成光纖內(nèi)部產(chǎn)生應力類型較多，對光纖的理想性產(chǎn)生了影響，并且材料密度的均勻性也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，在方向不同時，密度產(chǎn)生了較大的差異，在介質(zhì)或者方向不同的情況下，會對光纖的折射率造成影響，出現(xiàn)雙折射的現(xiàn)象;在之間的傳輸速度存在差異的情況下，會產(chǎn)生差分群時延的情況，也被稱作為PMD，這回嚴重影響傳輸信號的質(zhì)量。另外，在存在時延的情況下，會導致激光脈沖的形態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)脈沖變形或者展寬的情況。在發(fā)生此變化的情況下，是不能對光信號進行接收和識別，并產(chǎn)生了誤碼，這就要采取有效的解決措施，對光纖傳輸系統(tǒng)進行PMD效應的補償行為。

2光纖傳輸系統(tǒng)中PMD的補償設計

2.1 瓊斯矩陣補償

通過研究分析PMD的定義，可以知道在制定補償方案的過程中，要結(jié)合不同階段PMD的情況，實施相應的補償方案。曾經(jīng)某一位學者開展了實驗，分離了一階PMD與高階，并進行了補償，在此情況下，就是實施的補償方案為獨立控制。在帶寬固定時，要根據(jù)光纖傳輸矩陣的構(gòu)建，定義旋轉(zhuǎn)軸所包括的內(nèi)涵，并且要以恒定速率的方向為主，進行旋轉(zhuǎn)。為了可以保證滿足高階PMD補償效率的需求，要補償旋轉(zhuǎn)軸的運動。在利用瓊斯矩陣形式的過程中，那么高階PMD補償器表示為：

在計算公式中，所包含字母含義如下：

離中心載頻的頻率偏移值用進行表示;時延用字母進行表示;而歸一化的瓊斯矩陣表示為，主要在空間中，負責促進矢量的旋轉(zhuǎn);矩陣中旋轉(zhuǎn)軸的速率用進行表示。

根據(jù)瓊斯矩陣的形式，可以知道通過利用偏振控制器實現(xiàn)補償行為，在第二與第四矩陣中，要利用延遲線、合成器及控制器實現(xiàn)補償行為，其目的是讓偏振的形態(tài)發(fā)生變化，對預先已經(jīng)明確的查找表進行完善。在運行中通過微調(diào)的方式，可以讓延遲之間發(fā)生變化，并且不會對偏振的形態(tài)造成影響，在此情況下，可以使與一階補償之間，形成相互分離的狀態(tài)。

2.2 兩級級聯(lián)補償

通過利用光纖通信的發(fā)射端和接收端，針對PMD進行補償行為。通常情況下，主要的補償方式包括了前置補償法和后置補償法。在前置補償法中，是運用PC控制器，對偏振態(tài)進行調(diào)整;而在后置補償法中，要有效結(jié)合延遲線和PC控制器，完成補償行為。在實際工作中，通過采取反饋控制的方式，可以對PC控制器進行動態(tài)調(diào)整，保證系統(tǒng)運行性能可以保持在最佳的狀態(tài)。但是，對于上述的方式，只能在一階PMD補償中得到適用。在對高階PMD進行補償?shù)倪^程中，可以采取多段固定DCG延遲線補償法[1]。但是運用該種方式，其具備的復雜程度較高，這就要借助多種反饋控制變量的方式，來實現(xiàn)補償行為，被稱作為兩級級聯(lián)高階PMD補償方案。通過PMD的效應，可以知道在斯托克斯空間中，傳輸光纖可以采取PMD矢量的進行表示。并且在進行后置補償?shù)倪^程中，對于系統(tǒng)所包含的PMD矢量，可以表示為：

在公式中，補償器中的矢量是用進行表示，這就說明了通過對補償器中矢量的調(diào)節(jié)，可以讓保持一致，這是就可以對一階PMD進行補償，但是并不能對二階PMD進行補償。在的情況下，可以說明二階PMD中的PSP在補償中有著重要的主導作用。

3結(jié)束語

總而言之，本文主要對PMD效應進行了分析，并提出了瓊斯矩陣補償和兩級級聯(lián)補償這兩種應用措施，兩級級聯(lián)補償主要的方式為前置補償法和后置補償法，在應用補償方案的過程中，要根據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)中PMD效應的情況，選擇合適的補償方案，保證光纖傳輸系統(tǒng)的正常運行。

參考文獻

[1] 王誠忠，華文.光纖信號源IP化傳輸接收系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].廣播與電視技術，2020，47（1）：69-71.