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电域均衡技术在光纤通信中的应用 高振斌曾祥烨刘剑飞 (河北工业大学信息工程学院天津300401) 摘要：本文对电域均衡技术在高速光纤通信中应用的原理与实现问题进行了研究。利用具有PMD效应的 光纤信道数学模型，分析高速率光纤通信领域中电域均衡器对由PMD导致的码间串扰的抑制作用：对比电 子色散补偿器的两种实现方式模拟方式和数字方式，给出基于模拟集成电路技术的实现方案。说明电域均衡 技术在光纤通信中应用的可行性与可实现性。 关键词：光纤通信；色散；电域均衡 1 引言 速率的提升，光纤信道的带宽不再是无限的。局域网中多模光纤的模式色散、城域网，以及长途网中单模光 也会使信号在传输中的质量恶化。当网络升级到10Gbps的速率时，这些效应就成为一个不可回避的问题。 对于特定的功率预算，它们限制了传输距离；对于特定的链路，则减小了功率裕量。因此，如何有效减小或 克服光纤中的色散与非线性等效应引起的码问干扰受到广泛的重视。对于新铺设的光纤网络，可以按要求选 用针对色散、色散斜率、PMD值等优化的新型光纤，而对于现有的光纤网络的升级改造，则必须进行色散补 偿。 对于单模光纤而言，色散补偿的方案主要分为光域色散补偿、电域色散补偿和色散管理孤子等三种类型。 随着现代数字信号处理技术的发展，以及高速集成电路技术的成熟，将电域均衡技术用于光纤色散补偿的研 究近年来备受关注【1“。一方面，在符合电域色散补偿容限范围内，电子色散补偿器可以取代光域的色散补 偿模块+简化系统结构。另一方面，在长距离光纤网络中电域补偿可以与光域补偿相结合，以提高色散补偿 的适应性，实现动态的色散补偿。同时，电子色散补偿器还能减小光纤非线性的影响，降低对光发射与接收 机性能的要求。 2 电域均衡器的理论研究 光纤色散补偿的目的就是减小或克服光纤中的色散效应引起的码问干扰。码间干扰是信号经过带限的频 率选择性信道发生多径传输而产生的，它对于任何调制技术都会产生严重的负面影响，消除码间干扰实际上 就是对信道的均衡也可以说是对信道特性的预测。 2。1 带有PMD效应的光纤信道模型 由于光纤的双折射效应，两偏振模传输的群速度不同，将产生群时延差，称之为差分群时延(DGD) 表示为： △f2t—L 研究表明，在光纤通信系统中，考虑到PMD影响的信道系统函数为H： ·929· ^M(r)；y60)+(1一y)60一△f) (2) 其甲yl[比与较快极化状态下的光功率，1一征比与较慢极化状态r的光功率，△提两种状态下的差分 布变化。因此．虽然它可以达到很大的值，但它大部分是趋于平均值的。对于给定的光纤，每单位长度平均 的差分群时延是作为PMD的参数给定，它的单位是ps／√ii。 2．2电域均衡器结构 为基础的电子色散补偿器，可通过复杂的信号调理方式补偿码元间干扰【5l。阡E消除码元主能量点以前(也 称作前体区)的失真，而DFE用于补偿码元主能量点后面(也称作后体区)的干扰。有三种方法可以对H：E 和DFE的系数进行自适应调整：眼图监控、最小均方算法、条件误码率方法。条件误码率方法通过在前向纠 #钻 踯惦蛮蟋， !兰竺兰兰 l 3判决反馈均衡器补偿效果 光纤信道采用升余弦脉冲响应来模拟，其系统函数为： ， Io．5[1+cos【竺忙一2)】】(k_1，2，3) 飞4‘ Ⅳ L0，其他 (3) 输入信号为单极性等概率的随机信号，信噪比为27dB。判决反馈均衡器采用5个前向抽头，3个后向抽 衡器工作在判决模式，仿真效果如图2所示。可以明显看出，对于在高速率光纤通信领域由PMD产生的码 间干扰，均衡器