光纤传输系统中的PMD效应及其补偿分析

王帅

摘 要 本文主要对光纤传输系统中的PMD效应及其补偿进行了研究分析，首先对PMD简介与效应分析进行了阐述，然后对光纤传输系统中的PMD的补偿设计进行了概述，最后对自适应PMD补偿器的设计与实现进行了实验分析。

关键词 光纤传输系统;PMD效应;补偿设计

在通信事业不断发展进步的背景下，用户对通信质量的需求越来越高。在光纤传输系统中，主要是以高速率通信作为主体，并且具备的优势较多，如距离、速率和容量等等。在传统的低速通信中，并没有认识到PMD的重要性。但是高速光纤通信技术具备着较多的优势，因此，研究分析PMD补偿方式有着重要意义。

1PMD效应概述

在光信号中，偏振模色散（PMD）是基本的特征之一，与光纤长度之间有着息息相关的关系，并且具体的含义是光信号中所含有电场矢量的取向。在波长长度固定时，划分信号能量为两个正交偏振模。但是由于双折射度会存在一定的差异性，两者在传播的过程中，传播的速度也会存在不同之处，并且在偏振方面，会存在旋转的现象，在产生旋转的过程中，延差为。对于以上存在的影响因素，会对脉冲的展宽产生影响，被称作为PMD。但是在延差差距较大的情况下，由于存在的光脉冲现象，会造成出现展宽与相邻脉冲重叠的情况，从而会对接收机判决的合理性造成影响，也就是由于产生了错误信息，会造成光纤信息承载量的局限性，从而影响了光纤传输系统的速率。如果一个偏振模用进行表示的情况下，那么另一个偏振模用进行表示时，在两个偏振模经过一段距离之后，这一段距离用L进行表示，所产生的时间延迟差异表示为。在计算时间延迟差异数值的过程中，其计算公式如下：

在所产生的双折射效应中，与温度之间存在的紧密的关系，因此，在PMD所产生的变化中，具备着随机性的特点，用进行表示的情况，计算期望值的过程中，计算公式为：

在计算公式中，的含义为PMD的平均数值，单位为;但是由于光缆所出的环境会存在差异，因此PMD的平均值也发生一定的变化，其区间在，并且在期望值与光源因素、时间之间，不会存在一定关系。光纤网络中包含了电磁波，同时也包括了这两项内容。在这两项内容中，可以一共形成基础模型，也就称作为偏振模型。在应用偏振模型的过程中，由于存在的影响因素较多，并且大部分的时间并不符合所制定要求，光纤状态的变化逐渐呈现出多样化的特点。例如，在铺设成缆的过程中，由于存在的外力作用影響因素，造成光纤内部产生应力类型较多，对光纤的理想性产生了影响，并且材料密度的均匀性也发生了转变，在方向不同时，密度产生了较大的差异，在介质或者方向不同的情况下，会对光纤的折射率造成影响，出现双折射的现象;在之间的传输速度存在差异的情况下，会产生差分群时延的情况，也被称作为PMD，这回严重影响传输信号的质量。另外，在存在时延的情况下，会导致激光脉冲的形态产生转变，出现脉冲变形或者展宽的情况。在发生此变化的情况下，是不能对光信号进行接收和识别，并产生了误码，这就要采取有效的解决措施，对光纤传输系统进行PMD效应的补偿行为。

2光纤传输系统中PMD的补偿设计

2.1 琼斯矩阵补偿

通过研究分析PMD的定义，可以知道在制定补偿方案的过程中，要结合不同阶段PMD的情况，实施相应的补偿方案。曾经某一位学者开展了实验，分离了一阶PMD与高阶，并进行了补偿，在此情况下，就是实施的补偿方案为独立控制。在带宽固定时，要根据光纤传输矩阵的构建，定义旋转轴所包括的内涵，并且要以恒定速率的方向为主，进行旋转。为了可以保证满足高阶PMD补偿效率的需求，要补偿旋转轴的运动。在利用琼斯矩阵形式的过程中，那么高阶PMD补偿器表示为：

在计算公式中，所包含字母含义如下：

离中心载频的频率偏移值用进行表示;时延用字母进行表示;而归一化的琼斯矩阵表示为，主要在空间中，负责促进矢量的旋转;矩阵中旋转轴的速率用进行表示。

根据琼斯矩阵的形式，可以知道通过利用偏振控制器实现补偿行为，在第二与第四矩阵中，要利用延迟线、合成器及控制器实现补偿行为，其目的是让偏振的形态发生变化，对预先已经明确的查找表进行完善。在运行中通过微调的方式，可以让延迟之间发生变化，并且不会对偏振的形态造成影响，在此情况下，可以使与一阶补偿之间，形成相互分离的状态。

2.2 两级级联补偿

通过利用光纤通信的发射端和接收端，针对PMD进行补偿行为。通常情况下，主要的补偿方式包括了前置补偿法和后置补偿法。在前置补偿法中，是运用PC控制器，对偏振态进行调整;而在后置补偿法中，要有效结合延迟线和PC控制器，完成补偿行为。在实际工作中，通过采取反馈控制的方式，可以对PC控制器进行动态调整，保证系统运行性能可以保持在最佳的状态。但是，对于上述的方式，只能在一阶PMD补偿中得到适用。在对高阶PMD进行补偿的过程中，可以采取多段固定DCG延迟线补偿法[1]。但是运用该种方式，其具备的复杂程度较高，这就要借助多种反馈控制变量的方式，来实现补偿行为，被称作为两级级联高阶PMD补偿方案。通过PMD的效应，可以知道在斯托克斯空间中，传输光纤可以采取PMD矢量的进行表示。并且在进行后置补偿的过程中，对于系统所包含的PMD矢量，可以表示为：

在公式中，补偿器中的矢量是用进行表示，这就说明了通过对补偿器中矢量的调节，可以让保持一致，这是就可以对一阶PMD进行补偿，但是并不能对二阶PMD进行补偿。在的情况下，可以说明二阶PMD中的PSP在补偿中有着重要的主导作用。

3结束语

总而言之，本文主要对PMD效应进行了分析，并提出了琼斯矩阵补偿和两级级联补偿这两种应用措施，两级级联补偿主要的方式为前置补偿法和后置补偿法，在应用补偿方案的过程中，要根据光纤传输系统中PMD效应的情况，选择合适的补偿方案，保证光纤传输系统的正常运行。

参考文献

[1] 王诚忠，华文.光纤信号源IP化传输接收系统的设计与实现[J].广播与电视技术，2020，47（1）：69-71.