基于cwdm技術(shù)的10g光纖無中繼傳輸系統(tǒng)

基于cwdm技術(shù)的10g光纖無中繼傳輸系統(tǒng)

1建立10g光信平臺作為現(xiàn)代通信的主要傳輸手段，光纖在網(wǎng)絡通信中發(fā)揮著重要作用。高錕和Hockham在1966年首先討論了利用光纖作為通信介質(zhì)的可能性,1970年激光器和低損耗光纖這兩項關(guān)鍵技術(shù)的重大突破,使光纖通信開始從理想變成可能。目前,10Gbit/s技術(shù)發(fā)展迅速,逐漸成為人們研究的熱點。10Gbit/s光傳輸設備有著良好的應用前景,很多復用系統(tǒng)都是基于10Gbit/s的傳輸鏈路。因此,研究10Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)有著重要的意義。本文建立了一個10Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)平臺,實現(xiàn)了10G光信號在84km鏈路上的無中繼、無誤碼傳輸。進行了系統(tǒng)傳輸實驗,得到了系統(tǒng)的各項指標參數(shù),分析了影響系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的因素,研究了傳輸系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵問題。2準數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理無論怎樣復雜的光纖通信系統(tǒng),其基本單元都是點對點的傳輸鏈路。本文所研究的是一個點—點的光纖傳輸系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示。整個光傳輸系統(tǒng)包括碼型發(fā)生器,電MUX,光MUX,光DEMUX,電DEMUX,電光外調(diào)制功能,碼型檢測,視頻傳輸?shù)葞讉€主要功能單元,同時存在低速率的電信號,10G電信號,10G光信號,并且每路不同的信號都可以分別分路出來做其他的處理。在本系統(tǒng)中,622M(622.08Mb/s)偽隨機碼發(fā)生單元主要實現(xiàn)NRZ碼型輸出的功能,通過將16路的622M電信號進行復用,得到10G(9.95328Gb/s)的電信號。10G外調(diào)制系統(tǒng)單元將電信號轉(zhuǎn)換成光信號,選用的調(diào)制器是高性能的LiNbO3電光調(diào)制器。該光學強度調(diào)制器基于Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu),在X切鈮酸鋰晶體上采用高穩(wěn)定性的鈦擴散工藝制作而成,具有優(yōu)越的穩(wěn)定性,適合高速率、長距離的光纖傳輸系統(tǒng)使用。其插入損耗≤7dB,消光比(DC)≥20dB,電光帶寬(-3dBe)≥10GHz,調(diào)制速率達10Gbit/s,零啁啾,具有十分良好的調(diào)制性能。光源系統(tǒng)實現(xiàn)10G光信號輸出的功能,采用高性能的1550nmGaInAsP多量子阱DFB激光器,MQW有源區(qū)和內(nèi)建DFB光柵使其具有低閾值、高效率、窄線寬和動態(tài)單模等優(yōu)異特性。該激光器的輸出光功率在-40～10dBm可調(diào),線寬為0.12nm,邊模抑制比大于40dB,具有良好的單模特性。攝像頭采集的視頻信號通過數(shù)字復用光端機轉(zhuǎn)換為1510nm的光信號,通過CWDM合波器與1550nm的光信號進行復用,復用后的信號在84km的光纖中傳輸,傳輸光纖采用標準的G.652光纖,在1550nm處的色散是17ps/(nm·km)。傳輸84km后,復用信號通過CWDM分波器進行解復用,1510nm的光信號通過數(shù)字復用光端機與監(jiān)視器相連,通過監(jiān)視器可以看到攝像頭所采集的圖像,依據(jù)圖像的清晰程度以及是否失真等,可以從感觀上判斷系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。數(shù)字復用光端機的發(fā)射光功率為-1.54dBm,接收靈敏度可達到-35dBm。視頻信號經(jīng)過系統(tǒng)傳輸后,在監(jiān)視器上看到的攝像頭所采集的圖像十分清晰,而且并未出現(xiàn)失真的情況,有著良好的質(zhì)量。在接收端,解復用后的1550nm的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換成為10G的電信號,10G電信號又被解復用為16路的622M電信號,622M電信號被送入622M偽隨機碼型檢測器,該檢測器和前面所提到的622M偽隨機碼發(fā)生單元可以組合成一個完整的誤碼檢測單元。同時具有622M碼型檢測判別功能以及外部時鐘輸入的功能,從而可以配合任何一臺標準的622M偽隨機碼型發(fā)生器組合成一臺完整的誤碼檢測裝置。3結(jié)果3.1眼圖的開啟度和對稱眼圖測量是判斷數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)中有無碼間干擾、接收性能好壞的最直觀的方法。發(fā)送端和接收端的622M電信號眼圖分別如圖2和圖3所示。此時,光源的發(fā)射光功率為6.31dBm。發(fā)送的電眼圖比較理想,而接收的電眼圖與發(fā)送電眼圖相比幾乎沒有變化,說明系統(tǒng)的傳輸性能十分的優(yōu)越,沒有出現(xiàn)誤碼等現(xiàn)象。一個實際的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng),應盡力避免碼間干擾,而在實驗室里觀察碼間干擾是否存在的最直觀、最簡單的辦法就是眼圖分析法。眼圖的張開度受噪聲和碼間干擾的影響,當輸出端信噪比很大時,張開度主要受碼間干擾的影響,觀察眼圖的張開度就可以估計出碼間干擾的大小。622M電信號眼圖的張開度達到90%以上,接近100%?？梢哉J為無碼間干擾和信號畸變,信號的信噪比沒有惡化。碼間干擾、信號畸變使眼開度減小,使眼皮厚度增加,因此,無畸變眼圖的厚度為零。而622M電信號眼圖眼皮厚度很小,沒有產(chǎn)生眼圖的畸變。眼圖的對稱性反映了系統(tǒng)信道傳輸特性的非線性效應,良好的對稱性說明此系統(tǒng)的傳輸性能并沒有受到非線性效應十分明顯的影響,傳輸質(zhì)量沒有受到影響。經(jīng)調(diào)制后的10G光信號的眼圖如圖4所示,發(fā)送的光信號眼圖符合模板要求。此時,光信號的消光比為11.61dB,眼圖的張開度和對稱性都很好,交叉點位置沒有明顯的下降,系統(tǒng)可以無誤碼地傳輸信號。圖5為接收光信號的眼圖。3.2功率代價floor光纖傳輸系統(tǒng)的主要指標之一就是光接收機的靈敏度。本傳輸系統(tǒng)的光接收機靈敏度在背靠背(backtoback)時可達到-27.25dBm,過載光功率可達到-1.5dBm。接收機的最小接收光功率與誤碼率關(guān)系如圖6所示。經(jīng)過84km的光纖傳輸后,在誤碼率BER=10-12時,接收機的最小接收光功率可達到-26.76dBm。通常情況下,將特定誤碼率下系統(tǒng)的接收靈敏度與背靠背時的接收靈敏度之差稱為功率代價(PowerPenalty),它是系統(tǒng)的一個重要指標。該系統(tǒng)的功率代價為0.49dB。由圖6可見,系統(tǒng)沒有出現(xiàn)誤碼率平臺(floor)。如果出現(xiàn)誤碼率平臺,則說明系統(tǒng)的性能極度惡化,功率代價很大,無論如何增加光功率,也不能降低系統(tǒng)的誤碼率。該系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)誤碼率平臺,而其功率代價也很低,說明系統(tǒng)的性能良好,可以實現(xiàn)無誤碼傳輸,符合光纖傳輸系統(tǒng)的指標要求。3.3發(fā)送光信號消光比的選擇發(fā)送光信號的眼圖狀況以及消光比對接收機靈敏度產(chǎn)生影響。當光信號的眼圖惡化時,接收靈敏度會隨之下降。光信號的消光比與接收機靈敏度的關(guān)系如表1所示。從表1可知,消光比為11.76dB時,接收機靈敏度達到-26.7dBm。隨著消光比的減小,接收機靈敏度逐漸變小,消光比為8.0dB時,接收機的靈敏度僅為-23.6dBm。可見,在一定的范圍內(nèi),高的消光比可以使接收機的靈敏度提高。但并不是消光比越高越好,隨著消光比的不斷提高,當達到一定的極限值之后,眼圖的交叉點位置可能會不斷的變化,眼圖交叉點的發(fā)散度會加大,眼圖會產(chǎn)生惡化,那么接收機的靈敏度勢必會下降。所以,發(fā)送光信號消光比的適當選擇,在傳輸系統(tǒng)中是十分重要的。對本系統(tǒng),當發(fā)送光信號的消光比為11.61dB時,系統(tǒng)就可以無誤碼傳輸,達到比較理想的狀態(tài)。4系統(tǒng)的光纖鏈路本文進行了10Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)實驗研究,實現(xiàn)了10G光信號的無誤碼傳輸。采用CWDM技術(shù)將數(shù)字信號與視頻信號進行復用,并在光纖鏈路中進行傳輸。系統(tǒng)采用NRZ碼、高性能的GaInAs