在本文章中，我們将展示色散補償方案如何影(yǐng)響系統性能。色散的脈沖展寬效應導緻相鄰位周期中的信号重疊。這稱為(wèi)碼間(jiān)幹擾（ISI）。展寬是距離和(hé)色散參數(shù)D的函數(shù)。色散參數(shù)以ps/nm/km為(wèi)單位，随光纖的變化而變化。它也是波長的函數(shù)。對于标準單模光纖（SMF），在1.55um波長範圍內(nèi)，D值通(tōng)常大(dà)約為(wèi)17ps/nm/km。對于色散位移光纖（DSF），在同一窗口中的最大(dà)值為(wèi)3.3ps/nm/km。非零色散光纖（NDF）的色散範圍為(wèi)1～6ps/nm/km或-1～6ps/nm/km。
對于外部調制(zhì)光源，受色散限制(zhì)的傳輸距離為(wèi)
當D=16 ps/（km nm）和(hé)2.5 Gbps時(shí)，L≈ 500km，而在10gbps比特率下，它下降到30km。色散補償光纖或光纖布拉格光栅等技(jì)術(shù)可(kě)以用來(lái)補償光纖中累積的色散。在下面的例子中，我們将展示三種不同的方案，前補償、後補償和(hé)對稱補償，以補償光纖色散。首先我們将使用色散補償光纖（DCF）。然後我們将展示色散補償器(qì)的累積色散量如何影(yǐng)響性能。在這種情況下，我們将使用一個(gè)理(lǐ)想的色散補償模塊（DCM）作(zuò)為(wèi)色散補償器(qì)來(lái)說明(míng)這個(gè)想法。
用DCF進行(xíng)前、後、對稱補償
前、後和(hé)對稱補償配置如圖1、圖2和(hé)圖3所示。在我們的模拟中，我們在每根光纖後面使用了光放大(dà)器(qì)來(lái)補償跨距損耗。SMF的色散參數(shù)為(wèi)120km長和(hé)16ps/nm-km。因此，總累積色散為(wèi)16×120=1920 ps/nm。這種很(hěn)大(dà)的色散可(kě)以通(tōng)過使用一個(gè)24公裏長、色散為(wèi)-80 ps/km nm的DCF來(lái)補償。總傳輸距離為(wèi)120×2=每種情況240公裏。在補償後的情況下，DCF放在SMF之後。在對稱補償情況下，光纖的放置順序為(wèi)SMF、DCF、DCF、SMF。
圖 1: 色散後補償
圖 2: 色散前補償
圖 3: 色散對稱補償
在這些(xiē)模拟中，我們使用了NRZ調制(zhì)格式。2.5 Gbps的接收機靈敏度為(wèi)-28 dBm，10 Gbps的接收機靈敏度為(wèi)-25 dBm(接口的熱噪聲為(wèi)2.048e-23W/Hz。）模拟結果如圖4和(hé)圖5所示。圖4顯示了這三種方案在2.5 Gbps比特率下接收信号的Q因子與發射信号功率的關系。圖5顯示了10 Gbps比特率的相同圖形。要以10 Gbps模拟設計(jì)，需要将全局參數(shù)比特率設置為(wèi)10 Gbps。從這些(xiē)數(shù)字，我們可(kě)以得(de)出結論，最佳性能是通(tōng)過使用對稱色散補償獲得(de)的。最壞的情況是色散預補償。這也可(kě)以從圖5給出的眼圖中看出。這些(xiē)結果與文獻[2][3]中的結果完全一緻。
圖4:Q因子與2.5和(hé)10 Gbps比特率下的信号功率之比，用于前、後和(hé)對稱色散補償
圖5：前、後和(hé)對稱色散補償在2.5和(hé)10 Gbps比特率下的系統性能。眼圖所示為(wèi)-12和(hé)10 dBm信号功率。
利用DCM實現色散補償
我們現在将展示補償色散量如何影(yǐng)響系統性能。我們将使用一個(gè)理(lǐ)想的色散補償光纖光栅作(zuò)為(wèi)色散補償模塊（見圖6）。在這種情況下，我們選擇了後補償方案，因為(wèi)它比對稱補償方案簡單。
圖 6: 利用DCM實現色散補償
SMF的總累積色散為(wèi)16×120=1920 ps/nm。我們将FBG的總色散範圍從-30掃到-3000ps/nm。比特率設置為(wèi)10 Gbps。在這個(gè)模拟中，我們要研究系統的色散限制(zhì)性能。為(wèi)了避免觸發光纖非線性，我們将接收功率保持在-3dbm。其他例子将考慮殘餘色散對非線性效應的影(yǐng)響。圖7顯示了Q因子與剩餘色散的關系。模拟結果表明(míng)，在線性區(qū)（低(dī)功率），完全補償光纖色散效果最好。過度補償會(huì)降低(dī)系統性能。
圖 7:Q因子與剩餘色散
References:
[1]G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley-Interscience, 1997.
[2]R. Ramaswami and K. N. Sivarajan, Optical Networks: A practical Perspective, Morgan Kaufmann, 1998.
[3]M. I. Hayee and A. E. Willner, “Pre- and post-compensation of dispersion and nonlinearities in 10-Gb/s WDM systems”, IEEE Photon. Tech. Lett. 9, pp. 1271, 1997.
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