高速光通信系统的调制格式

高速光传输系统的调制格式
WDM专项
曹云

2009年8月28日

内容提要
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光纤通信系统现状 光传输系统的损伤因素 光调制格式分类 各类光调制格式介绍 各码型传输性能比较 高速DWDM系统设计

内容提要
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光纤通信系统现状
光传输系统的损伤因素 光调制格式分类 各类光调制格式介绍 各码型传输性能比较 高速DWDM系统设计

™ 全球IP业务驱动
1000 Voice 800 Data Traffic (Gb/s) 600 Total
400
200
+
+
1995 2000
Year
c
2005 2010
0 1990

™ DWDM趋势：超高速率、超大容量、超长传输距离
Advantages Alcatel&Lucent 320×85.4Gb/s transmit 240km with PolMux-RZDQPSK NTT 204×111Gb/s transmit 240km with PolMux-CSRZDQPSK 10×111Gb/s transmit 2375km with RZ-DQPSK Most Spectrum Utilization 3.2Tbit/s/Hz Most Channel Rate 111Gb/s Most Transmission Reach 2375km
Simense
以上数据来自OFC2008和 ECOC2008

™ 网络部署
™ 市场预测

内容提要
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光纤通信系统现状
光传输系统的损伤因素
光调制格式分类 各类光调制格式介绍 各码型传输性能比较 高速DWDM系统设计

色度色散
PMD OSNR
光传输损伤
非线性效应
滤波器效应

OSNR
光信噪比定义
⎛ Psignal OSNR = 10 lg⎜ ⎜P ⎝ noise
Psignal = Ptotal − Pnoise @ Bs(nm )
Pnoise = Pnoise @ 0.1nm
0.1nm – 10G 0.5nm – 40G
⎞ ⎟ ⎟(dB ) ⎠
10G
OSNR sensitivity
6dB 40G

OSNR
dBm OSNR dB = 58 + Pout − 10 lg N ch − αL − NF dB − 10 lg N
Pout
－入纤总功率 －信道数量 －光纤衰减系数×光纤长度 －EDFA噪声指数 －跨距段数量
N ch
αL
NF
N

色度色散

材料色散：光纤材料对不同波长具有不同折射率 波导色散：光纤设计的折射率差异

调制光信号不能实现零谱宽，而是具有多种频率分量 不同频率分量在光纤中的传输速率不同

正常色散区，

，如DCF 。高频分量较低频快 反常色散区，，低频分量较高频快 表现为时域光脉冲的波形展宽

02>β02<β

2

2022

2021σββσ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=T Z T CZ C

σ高斯脉冲展宽公式

－输出脉冲均方根宽度

－初始脉冲均方根宽度

2βσ

T －色散参量

－啁啾系数

－FWHM

C ＝0，无论正色散还是负色散，均引起脉冲展宽，σ> σ0

β2＝0，高频分量与低频分量同时到达，脉宽不变，σ＝σ0

β2C<0，脉宽在一定范围被压缩，σ<σ0 －预啁啾

结论：谱宽越宽，频谱成分越多，色散越严重

2

20

βT

L D =

色散长度

色散容忍范围

10G

40G

1/16

1

1

偏振模色散

PMD的产生

光纤固有双折射

光纤制作几何尺寸不规则

外加应力导致折射率分布各向异性

PMD的特性

PMD是随机的

一阶PMD或DGD与频率无关

高阶PMD表现为类似色度色散效应

一阶或高阶PMD均引起时域脉冲展宽，产生码间干扰

PMD 对脉冲的展宽

PMD 对脉冲的展宽⎟

⎟⎟

⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−Δ+−Δ+

=13124

20220

2

20

2

στστσσPMD 对高斯脉冲展宽公式

σ－输出脉冲均方根宽度

－初始脉冲均方根宽度

σ

τ

Δ－平均DGD

求解后，存在一最佳的σ0.opt 值；

若输入脉冲σ0> σ0.opt ，则脉宽越大，PMD 引起的展宽越严重通常σ0.opt ≈0.1<△τ>，如<△τ>＝5ps ，最佳脉宽为0.5ps

结论：占空比越小的码型，PMD展宽越小，性能越好

PMD 对系统的影响

PMD 对系统的影响2

1

.0⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛×=c PMD

PMD

B L 引起1dB OSNR 代价的平均DGD 不应超过0.1倍比特周期

PMD 长度

B －信号比特率

PMDc －一阶PMD 系数(ps/km 1/2)

DGD Tolerance

10G

40G

1/4

PMD 受限距离

10G

40G

1/16