基于MATLAB的高速光通信色散补偿技术

辛磊

摘要：随着现代科学技术不断发展，工业、农业以及经济贸易全球化中人与人之间的交流必然带来庞大的信息交换。文章主要从色散角度来讨论其对通信系统的影响，介绍目前光通信系统中的几种色散补偿方案，并通过用MATLAB软件仿真对各种方案的优缺点进行了比较分析，对今后色散补偿技术的发展趋势进行了展望。

关键词：非线性效应；MATLAB；色散补偿；光纤色散技术；啁啾光纤光栅补偿法

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0061-02

光纤通信具有信息容量大、距离长以及抗干扰能力强等优势，给信息传播技术提供了更加有利的条件，能够满足人们日益增加的信息需求。但是光纤通信技术本身也存在一定的缺陷，在容量扩大、传输信息速度加快的同时也会造成光纤的损耗，伴随非线性效应以及色散效应，这些都不利于光纤通信技术的健康可持续发展，其中影响最大的就是色散效应。

1 光通信系统中色散补偿原理

1.1 造成色散的原因

近几年光纤通信技术有了很大的发展，但是色散一直是影响通信效果的重要原因。光信号是由频率以及模型组成，一旦频率和模型成分出现差异就会直接造成色散效应，通信的效果也会受到影响。光信号的传递速度并不固定，很多时候会出现信号延时的情况，延长的时间越久，色散程度越严重，光信号在这段延长的时间内会发生变化，所以经常会用延长的时间来判断色散的程度。色散效应最容易出现在模间、材料和光波之中。

1.2 色散效应造成的危害

色散效应最直接的影响就是造成脉冲的重叠，光纤的容量减少。目前使用的光纤通信系统，当出现色散效应，光信号传输的速度到达一定的程度就会给系统的运行造成很严重的影响，光纤的通信距离也会相继缩短。

1.3 现有的光纤光色散补偿技术

色散补偿技术就是通过在系统内附加负色散，以抵消传输光纤的累积色散，改善信号质量。目前如何解决色散问题已经引起了广泛关注，针对这些问题也提出了相应的解决办法，其中最常见的就是相位阵列法、色散支持传输技术以及光孤子传输法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾参数对脉冲展宽的影响

本仿真是在不考虑非线性效应、损耗及其他因素的影响，单纯考虑群速度色散对脉冲展宽的影响下进行的。

（1）参数的设置。

常规单模光纤的参数：

图4 色散补偿光纤对色散的补偿效果

脉冲在经过单模光纤后由于色散的原因使脉冲展宽了，而色散使光信号展宽是由相位系数引起的，它使光脉冲经光纤传输时产生了新的频率成分。但当脉冲经过色散补偿光纤后，光脉冲进行了很好的补偿，从上图4可以看出，经过色散补偿光纤后脉冲基本恢复了原来的样子，即对色散进行了很好的补偿。

3 色散补偿技术的优劣比较

通过利用MATLAB软件对色散中的一些参数进行仿真（仿真啁啾参数对脉冲展宽的影响，DCF光纤对色散的补偿，啁啾光纤光栅提供的色散与光纤色散的关系，孤子传输系统中脉冲形状与传输距离的关系），并结合目前现有的几种色散补偿技术可以比较得出：

（1）色散支持传输技术：这种传输技术最大的优势就是操作简单和成本低，但是它本身也存在一些缺点。主要是这种技术在使用过程中涉及的参数比较复杂，不同的传输距离和速度都要改变相应的参数，只有数值达到规定的标准才能真正发挥系统的作用，这样会给整个通信系统的运行造成一定的影响，再加上技术的升级功能较差，不能根据实际通信的需要自动进行

升级。

（2）光孤子通信系统具有超长距离的传输能力，其应用潜力是巨大的。但这种系统正处于研究开发阶段，对现有系统要作较大的改动，要真正进入使用化尚需解决一系列实际应用问题。

（3）啁啾光纤光栅补偿法具有成本低、消耗少等优势。它凭借反射率高以及色散量大等特点能够很好地解决DWDM技术中存在的缺陷，光纤光栅本身的体积较小，可以直接安装在通信系统的内部，直接对光纤信号产生效用，这种补偿方式在保证通信质量的同时还能节省开支，可以根据光纤通信技术的实际情况制定具体的补偿方案。

4 结语

为了改善光纤通信技术的光纤损耗以及色散效应，采用了色散支持传输技术、光孤子传输技术以及啁啾光纤光栅补偿法等，并对这些办法的优劣势进行了比较，综合可以得出啁啾光纤光栅补偿法的优势更大，能够很好地解决现在光纤通信技术中存在的问题，但是现在还没有正式投入应用，还需要根据实际情况制定详细的计划，才能真正发挥这种解决办法的优势。

参考文献

[1] 龚倩，徐荣，等.高速超长距离光传输技术[M].北京：人民邮电出版社， 2005.

[2] 张华，曹文华.光纤通信系统中的色散补偿技术

[J].半导体光电，2001，22（6）.

[3] 原荣.光纤通信[M]. 北京：电子工业出版业，2002.

[4] 杨祥林.光纤通信系统[M].北京：国防工业出版社，2000.endprint

摘要：随着现代科学技术不断发展，工业、农业以及经济贸易全球化中人与人之间的交流必然带来庞大的信息交换。文章主要从色散角度来讨论其对通信系统的影响，介绍目前光通信系统中的几种色散补偿方案，并通过用MATLAB软件仿真对各种方案的优缺点进行了比较分析，对今后色散补偿技术的发展趋势进行了展望。

关键词：非线性效应；MATLAB；色散补偿；光纤色散技术；啁啾光纤光栅补偿法

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0061-02

光纤通信具有信息容量大、距离长以及抗干扰能力强等优势，给信息传播技术提供了更加有利的条件，能够满足人们日益增加的信息需求。但是光纤通信技术本身也存在一定的缺陷，在容量扩大、传输信息速度加快的同时也会造成光纤的损耗，伴随非线性效应以及色散效应，这些都不利于光纤通信技术的健康可持续发展，其中影响最大的就是色散效应。

1 光通信系统中色散补偿原理

1.1 造成色散的原因

近几年光纤通信技术有了很大的发展，但是色散一直是影响通信效果的重要原因。光信号是由频率以及模型组成，一旦频率和模型成分出现差异就会直接造成色散效应，通信的效果也会受到影响。光信号的传递速度并不固定，很多时候会出现信号延时的情况，延长的时间越久，色散程度越严重，光信号在这段延长的时间内会发生变化，所以经常会用延长的时间来判断色散的程度。色散效应最容易出现在模间、材料和光波之中。

1.2 色散效应造成的危害

色散效应最直接的影响就是造成脉冲的重叠，光纤的容量减少。目前使用的光纤通信系统，当出现色散效应，光信号传输的速度到达一定的程度就会给系统的运行造成很严重的影响，光纤的通信距离也会相继缩短。

1.3 现有的光纤光色散补偿技术

色散补偿技术就是通过在系统内附加负色散，以抵消传输光纤的累积色散，改善信号质量。目前如何解决色散问题已经引起了广泛关注，针对这些问题也提出了相应的解决办法，其中最常见的就是相位阵列法、色散支持传输技术以及光孤子传输法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾参数对脉冲展宽的影响

本仿真是在不考虑非线性效应、损耗及其他因素的影响，单纯考虑群速度色散对脉冲展宽的影响下进行的。

（1）参数的设置。

常规单模光纤的参数：

图4 色散补偿光纤对色散的补偿效果

脉冲在经过单模光纤后由于色散的原因使脉冲展宽了，而色散使光信号展宽是由相位系数引起的，它使光脉冲经光纤传输时产生了新的频率成分。但当脉冲经过色散补偿光纤后，光脉冲进行了很好的补偿，从上图4可以看出，经过色散补偿光纤后脉冲基本恢复了原来的样子，即对色散进行了很好的补偿。

3 色散补偿技术的优劣比较

通过利用MATLAB软件对色散中的一些参数进行仿真（仿真啁啾参数对脉冲展宽的影响，DCF光纤对色散的补偿，啁啾光纤光栅提供的色散与光纤色散的关系，孤子传输系统中脉冲形状与传输距离的关系），并结合目前现有的几种色散补偿技术可以比较得出：

（1）色散支持传输技术：这种传输技术最大的优势就是操作简单和成本低，但是它本身也存在一些缺点。主要是这种技术在使用过程中涉及的参数比较复杂，不同的传输距离和速度都要改变相应的参数，只有数值达到规定的标准才能真正发挥系统的作用，这样会给整个通信系统的运行造成一定的影响，再加上技术的升级功能较差，不能根据实际通信的需要自动进行

升级。

（2）光孤子通信系统具有超长距离的传输能力，其应用潜力是巨大的。但这种系统正处于研究开发阶段，对现有系统要作较大的改动，要真正进入使用化尚需解决一系列实际应用问题。

（3）啁啾光纤光栅补偿法具有成本低、消耗少等优势。它凭借反射率高以及色散量大等特点能够很好地解决DWDM技术中存在的缺陷，光纤光栅本身的体积较小，可以直接安装在通信系统的内部，直接对光纤信号产生效用，这种补偿方式在保证通信质量的同时还能节省开支，可以根据光纤通信技术的实际情况制定具体的补偿方案。

4 结语

为了改善光纤通信技术的光纤损耗以及色散效应，采用了色散支持传输技术、光孤子传输技术以及啁啾光纤光栅补偿法等，并对这些办法的优劣势进行了比较，综合可以得出啁啾光纤光栅补偿法的优势更大，能够很好地解决现在光纤通信技术中存在的问题，但是现在还没有正式投入应用，还需要根据实际情况制定详细的计划，才能真正发挥这种解决办法的优势。

参考文献

[1] 龚倩，徐荣，等.高速超长距离光传输技术[M].北京：人民邮电出版社， 2005.

[2] 张华，曹文华.光纤通信系统中的色散补偿技术

[J].半导体光电，2001，22（6）.

[3] 原荣.光纤通信[M]. 北京：电子工业出版业，2002.

[4] 杨祥林.光纤通信系统[M].北京：国防工业出版社，2000.endprint

摘要：随着现代科学技术不断发展，工业、农业以及经济贸易全球化中人与人之间的交流必然带来庞大的信息交换。文章主要从色散角度来讨论其对通信系统的影响，介绍目前光通信系统中的几种色散补偿方案，并通过用MATLAB软件仿真对各种方案的优缺点进行了比较分析，对今后色散补偿技术的发展趋势进行了展望。

关键词：非线性效应；MATLAB；色散补偿；光纤色散技术；啁啾光纤光栅补偿法

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0061-02

光纤通信具有信息容量大、距离长以及抗干扰能力强等优势，给信息传播技术提供了更加有利的条件，能够满足人们日益增加的信息需求。但是光纤通信技术本身也存在一定的缺陷，在容量扩大、传输信息速度加快的同时也会造成光纤的损耗，伴随非线性效应以及色散效应，这些都不利于光纤通信技术的健康可持续发展，其中影响最大的就是色散效应。

1 光通信系统中色散补偿原理

1.1 造成色散的原因

近几年光纤通信技术有了很大的发展，但是色散一直是影响通信效果的重要原因。光信号是由频率以及模型组成，一旦频率和模型成分出现差异就会直接造成色散效应，通信的效果也会受到影响。光信号的传递速度并不固定，很多时候会出现信号延时的情况，延长的时间越久，色散程度越严重，光信号在这段延长的时间内会发生变化，所以经常会用延长的时间来判断色散的程度。色散效应最容易出现在模间、材料和光波之中。

1.2 色散效应造成的危害

色散效应最直接的影响就是造成脉冲的重叠，光纤的容量减少。目前使用的光纤通信系统，当出现色散效应，光信号传输的速度到达一定的程度就会给系统的运行造成很严重的影响，光纤的通信距离也会相继缩短。

1.3 现有的光纤光色散补偿技术

色散补偿技术就是通过在系统内附加负色散，以抵消传输光纤的累积色散，改善信号质量。目前如何解决色散问题已经引起了广泛关注，针对这些问题也提出了相应的解决办法，其中最常见的就是相位阵列法、色散支持传输技术以及光孤子传输法等等。

2 基于MATLAB的仿真及分析

2.1 仿真啁啾参数对脉冲展宽的影响

本仿真是在不考虑非线性效应、损耗及其他因素的影响，单纯考虑群速度色散对脉冲展宽的影响下进行的。

（1）参数的设置。

常规单模光纤的参数：

图4 色散补偿光纤对色散的补偿效果

脉冲在经过单模光纤后由于色散的原因使脉冲展宽了，而色散使光信号展宽是由相位系数引起的，它使光脉冲经光纤传输时产生了新的频率成分。但当脉冲经过色散补偿光纤后，光脉冲进行了很好的补偿，从上图4可以看出，经过色散补偿光纤后脉冲基本恢复了原来的样子，即对色散进行了很好的补偿。

3 色散补偿技术的优劣比较

通过利用MATLAB软件对色散中的一些参数进行仿真（仿真啁啾参数对脉冲展宽的影响，DCF光纤对色散的补偿，啁啾光纤光栅提供的色散与光纤色散的关系，孤子传输系统中脉冲形状与传输距离的关系），并结合目前现有的几种色散补偿技术可以比较得出：

（1）色散支持传输技术：这种传输技术最大的优势就是操作简单和成本低，但是它本身也存在一些缺点。主要是这种技术在使用过程中涉及的参数比较复杂，不同的传输距离和速度都要改变相应的参数，只有数值达到规定的标准才能真正发挥系统的作用，这样会给整个通信系统的运行造成一定的影响，再加上技术的升级功能较差，不能根据实际通信的需要自动进行

升级。

（2）光孤子通信系统具有超长距离的传输能力，其应用潜力是巨大的。但这种系统正处于研究开发阶段，对现有系统要作较大的改动，要真正进入使用化尚需解决一系列实际应用问题。

（3）啁啾光纤光栅补偿法具有成本低、消耗少等优势。它凭借反射率高以及色散量大等特点能够很好地解决DWDM技术中存在的缺陷，光纤光栅本身的体积较小，可以直接安装在通信系统的内部，直接对光纤信号产生效用，这种补偿方式在保证通信质量的同时还能节省开支，可以根据光纤通信技术的实际情况制定具体的补偿方案。

4 结语

为了改善光纤通信技术的光纤损耗以及色散效应，采用了色散支持传输技术、光孤子传输技术以及啁啾光纤光栅补偿法等，并对这些办法的优劣势进行了比较，综合可以得出啁啾光纤光栅补偿法的优势更大，能够很好地解决现在光纤通信技术中存在的问题，但是现在还没有正式投入应用，还需要根据实际情况制定详细的计划，才能真正发挥这种解决办法的优势。

参考文献

[1] 龚倩，徐荣，等.高速超长距离光传输技术[M].北京：人民邮电出版社， 2005.

[2] 张华，曹文华.光纤通信系统中的色散补偿技术

[J].半导体光电，2001，22（6）.

[3] 原荣.光纤通信[M]. 北京：电子工业出版业，2002.

[4] 杨祥林.光纤通信系统[M].北京：国防工业出版社，2000.endprint