相干光正交频分复用系统偏振模色散研究
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第 １ ８ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ３ 年 ２月
文章编号 ：１ ０ ０ ７ ． ０ ２ ４ ９（ ２ ｏ １ ３ ） Ｏ １ ． ０ ０ ４ ７ — ０ ６
Ｒ ＣＵＩ ＴＳ ＡＮＤ Ｓ ＹＳ ＴＥＭ Ｓ
Ｖ Ｏ１ ． １ ８
Ｃ Ｏ — Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系统影 响可分为两种 ： 一种是 由于信号两 正交偏振态传 播速度 的不同，在接收端产生延时 ，
导致脉冲展 宽， 引起 符 号 间 干 扰 （ Ｉ Ｓ Ｉ ） ， 可 通 过 加 保 护 带 的办 法 消 除 【 ８ ｌ ； 另 一 种 是 引起 输 出偏 振 态 （ Ｓ Ｏ Ｐ）
偏 振 光 不 敏 感 接 收 ；根 据 非线 性 薛 定 谔 方 程 （ ＮＬ Ｓ Ｅ） ，对 系 统 进 行 了详 细 的数 学 分 析 ：并 对 系 统 信 道
估 计 方 案 和 信 号 均 衡 算 法进 行研 究 ：最 后 ，对 系 统 系 统 性 能 进 行 数 字 仿 真 ，验 证 系统 模 型 和 算法 的有
中图 分类 号 ｔ Ｔ Ｎ９ ２ ９ ． ５
文献标 识码 ｔ Ａ
１
引 言
随 着 数 字 信 号 处 理技 术 的 迅 速 发 展 ，ＯＦ ＤＭ在 长 距 离 光 传 输 中 的应 用 也 受 到 极 大 的 关 注 ，相 干 光
正交频分复用系统 （ Ｃ ｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｏｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｃ Ｏ— ＯＦ ＤＭ ） 由于 其
摘 要 ，相 干光 正交 频分 复用 系统 （ Ｃ ｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｃ Ｏ— ＯＦ ＤＭ）具有
Ｎ ｏ． １
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ，２ ０ １ ３
相 干光 正 交频 分复 用系 统偏 振 模 色散研 究
郝耀 鸿 １ ， 王荣２ ， 李玉 权３ ， 黄 卫 卫１ ， 李 波
（ １ ．军 事 体 育 进 修 学 院 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ５ ０ ２ ； ２ ．总 参 第 ６ ３ 研究所 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ； ３ ． 解 放 军 理工 大 学 通 信 工程 学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ）
良好 的色 散抑 制性 能及 简单 有 效的信 号均 衡算 法 ，是近 年 来光 传输领 域 的研 究热 点之 一 。偏振模 色散 严 重影 响高速 传 输 ，色 散均 衡 复杂 ，计 算 负荷 较大 。文 章介绍 了一 种基 于偏 振 复用 （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ ＤＭ）和 偏振 分集 接 收 （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ，Ｐ Ｄ Ｒ）的ＣＯ— ＯＦ ＤＭ系 统 （ ＭＩ ＭＯ Ｃ Ｏ． ＯＦ ＤＭ），可 有效 实抑 制一 阶Ｐ ＭＤ， 并 对 系 统 信 号 传 输 机 理 及 均 衡 算 法 以进 行 了数 学分 析 。 分 析 和 仿 真 结 果表 明 ，在 不 需任 何 偏 振 控 制 器 条 件 下 ， ＣＯ． ＯＦ ＤＭ系 统可 实现 偏振 光 的不敏 感接 收 ， 以１ ０ Ｇ ｂ ／ ｓ 的速率 通过 单模 光纤 传输 ８ ０ ０ ｋ ｍ，系统 Ｑ 值 保持 在 １ ５ ｄ Ｂ以上 。 关键 词 。相干 光通 信 ；正 交频 分复 用 ；偏振 模色 散
效性 。
２ 基于 偏振 复 用和偏 振 分集 接收 的 相干 光 ＯＦ ＤＭ 系统
２ ． １ 相 干 光 ＯＦ ＤＭ 系 统 受 Ｐ ＭＤ 影 响
光 纤 属 于 频 率 选 择 性 衰 落信 道 ，信 号 不 同 频 率 成 分 对 应 不 同折 射 率 。经 光 纤 传 输 ，折 射 率 的不 同 带 来 两 个 正 交 的光 场 分 量 在 轴 向 相 移 的 差 异 ，进 而 合 成 光 矢 量 不 同 ，造 成 输 出偏 振 态 的差 异 。Ｐ ＭＤ 对
系 统 性 能 的优 越 ，特 别 是 可有 效 抑 制 光 纤 色 散 和 偏 振 模 色 散 （ Ｐ ＭＤ）对 系 统 的影 响［ １ ￣ ３ ｌ ， 是近 年 来 光 传 输 领 域 研 究热 点之 一 。对 于 高 速 光 传 输 ，偏 振 模 色 散 （ Ｐ ＭＤ）极 大 地 限 制 了系 统 的传 输 容 量 和 传 输 距 离 ，为 了 实 现 色 散 均 衡 ，需 要 通 过 光偏 振 控 制 器 （ Ｐ Ｃ）等 复 杂 光器 件 来 调 节 偏振 态 ， 因此 光 学 结 构 复 杂 、计 算 负 荷 大 。 目前对 Ｃ Ｏ— ＯＦ ＤＭ系 统 中Ｐ ＭＤ的研 究 还 不够 全 面 ，缺 乏 较 为 深 入 的 数 学 分 析 【 ４ ’ ５ ］ 。 文 章 介 绍 了基 于 偏 振 复用 ［ ］ （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ ＤＭ ）和偏 振 分集 接 收［ 】 （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ，Ｐ ＤＲ）的Ｃ Ｏ． ＯＦ ＤＭ系 统 ，在 不 需 要 任 何 复 杂 偏 振 光 控 制 器 件 的条 件 下 ，可 实 现 对
文章编号 ：１ ０ ０ ７ ． ０ ２ ４ ９（ ２ ｏ １ ３ ） Ｏ １ ． ０ ０ ４ ７ — ０ ６
Ｒ ＣＵＩ ＴＳ ＡＮＤ Ｓ ＹＳ ＴＥＭ Ｓ
Ｖ Ｏ１ ． １ ８
Ｃ Ｏ — Ｏ Ｆ Ｄ Ｍ 系统影 响可分为两种 ： 一种是 由于信号两 正交偏振态传 播速度 的不同，在接收端产生延时 ，
导致脉冲展 宽， 引起 符 号 间 干 扰 （ Ｉ Ｓ Ｉ ） ， 可 通 过 加 保 护 带 的办 法 消 除 【 ８ ｌ ； 另 一 种 是 引起 输 出偏 振 态 （ Ｓ Ｏ Ｐ）
偏 振 光 不 敏 感 接 收 ；根 据 非线 性 薛 定 谔 方 程 （ ＮＬ Ｓ Ｅ） ，对 系 统 进 行 了详 细 的数 学 分 析 ：并 对 系 统 信 道
估 计 方 案 和 信 号 均 衡 算 法进 行研 究 ：最 后 ，对 系 统 系 统 性 能 进 行 数 字 仿 真 ，验 证 系统 模 型 和 算法 的有
中图 分类 号 ｔ Ｔ Ｎ９ ２ ９ ． ５
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引 言
随 着 数 字 信 号 处 理技 术 的 迅 速 发 展 ，ＯＦ ＤＭ在 长 距 离 光 传 输 中 的应 用 也 受 到 极 大 的 关 注 ，相 干 光
正交频分复用系统 （ Ｃ ｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｏｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｃ Ｏ— ＯＦ ＤＭ ） 由于 其
摘 要 ，相 干光 正交 频分 复用 系统 （ Ｃ ｏ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｃ Ｏ— ＯＦ ＤＭ）具有
Ｎ ｏ． １
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ，２ ０ １ ３
相 干光 正 交频 分复 用系 统偏 振 模 色散研 究
郝耀 鸿 １ ， 王荣２ ， 李玉 权３ ， 黄 卫 卫１ ， 李 波
（ １ ．军 事 体 育 进 修 学 院 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ５ ０ ２ ； ２ ．总 参 第 ６ ３ 研究所 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ； ３ ． 解 放 军 理工 大 学 通 信 工程 学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ）
良好 的色 散抑 制性 能及 简单 有 效的信 号均 衡算 法 ，是近 年 来光 传输领 域 的研 究热 点之 一 。偏振模 色散 严 重影 响高速 传 输 ，色 散均 衡 复杂 ，计 算 负荷 较大 。文 章介绍 了一 种基 于偏 振 复用 （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ ＤＭ）和 偏振 分集 接 收 （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ，Ｐ Ｄ Ｒ）的ＣＯ— ＯＦ ＤＭ系 统 （ ＭＩ ＭＯ Ｃ Ｏ． ＯＦ ＤＭ），可 有效 实抑 制一 阶Ｐ ＭＤ， 并 对 系 统 信 号 传 输 机 理 及 均 衡 算 法 以进 行 了数 学分 析 。 分 析 和 仿 真 结 果表 明 ，在 不 需任 何 偏 振 控 制 器 条 件 下 ， ＣＯ． ＯＦ ＤＭ系 统可 实现 偏振 光 的不敏 感接 收 ， 以１ ０ Ｇ ｂ ／ ｓ 的速率 通过 单模 光纤 传输 ８ ０ ０ ｋ ｍ，系统 Ｑ 值 保持 在 １ ５ ｄ Ｂ以上 。 关键 词 。相干 光通 信 ；正 交频 分复 用 ；偏振 模色 散
效性 。
２ 基于 偏振 复 用和偏 振 分集 接收 的 相干 光 ＯＦ ＤＭ 系统
２ ． １ 相 干 光 ＯＦ ＤＭ 系 统 受 Ｐ ＭＤ 影 响
光 纤 属 于 频 率 选 择 性 衰 落信 道 ，信 号 不 同 频 率 成 分 对 应 不 同折 射 率 。经 光 纤 传 输 ，折 射 率 的不 同 带 来 两 个 正 交 的光 场 分 量 在 轴 向 相 移 的 差 异 ，进 而 合 成 光 矢 量 不 同 ，造 成 输 出偏 振 态 的差 异 。Ｐ ＭＤ 对
系 统 性 能 的优 越 ，特 别 是 可有 效 抑 制 光 纤 色 散 和 偏 振 模 色 散 （ Ｐ ＭＤ）对 系 统 的影 响［ １ ￣ ３ ｌ ， 是近 年 来 光 传 输 领 域 研 究热 点之 一 。对 于 高 速 光 传 输 ，偏 振 模 色 散 （ Ｐ ＭＤ）极 大 地 限 制 了系 统 的传 输 容 量 和 传 输 距 离 ，为 了 实 现 色 散 均 衡 ，需 要 通 过 光偏 振 控 制 器 （ Ｐ Ｃ）等 复 杂 光器 件 来 调 节 偏振 态 ， 因此 光 学 结 构 复 杂 、计 算 负 荷 大 。 目前对 Ｃ Ｏ— ＯＦ ＤＭ系 统 中Ｐ ＭＤ的研 究 还 不够 全 面 ，缺 乏 较 为 深 入 的 数 学 分 析 【 ４ ’ ５ ］ 。 文 章 介 绍 了基 于 偏 振 复用 ［ ］ （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ ＤＭ ）和偏 振 分集 接 收［ 】 （ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ，Ｐ ＤＲ）的Ｃ Ｏ． ＯＦ ＤＭ系 统 ，在 不 需 要 任 何 复 杂 偏 振 光 控 制 器 件 的条 件 下 ，可 实 现 对