劉紅捷，楊 名
(武漢郵電科學研究院，湖北 武漢430074)
摘 要：文章介紹了4種在高速光纖通信系統中抑制偏振模色散(PMD)的方法，提出了目前比較可行的措施.
關鍵詞：偏振模色散；功率代價；碼型；偏振分集接收機
隨著光纖通信系統中單通道速率的不斷提高，偏振模色散（PMD）的影響被認為是超高速長途光纖通信系統的最終限制因素.近年來，PMD的抑制技術成為研究熱點.
1 PMD抑制技術概述
抑制PMD的技術主要有4種：通過改進光纖光纜的制作工藝降低鏈路的PMD系數；利用PMD補償技術；采用數字信號處理(DSP)技術；采用新的傳輸碼型.
（1） 抑制PMD的最直觀的方法是選用低PMD系數的光纖.相同長度、不同PMD系數的光纖，其PMD均值相差很大，因而對系統的影響也大不相同.采用APD接收時，通常認為0.3 bit的瞬時差分群時延(DGD)對應的功率代價為1 dB；采用PIN接收時，通常認為0.4 bit的瞬時DGD對應于1 dB功率代價[1].對于40 Gbit/s系統而言，經過200 km不同PMD系數的光纖傳輸后，利用PMD的概率密度函數[1]，通過數值積分可計算出功率代價超過1 dB的概率如表1所示.由表1可見，PMD系數越小，概率越低.采用低PMD系數的光纖能夠顯著降低功率代價超過1 dB的概率.但除光纖之外，組成光纖通信系統的光放大器、耦合器、隔離器及光開關等元件也會產生PMD，從而影響系統性能.
（2） PMD補償技術是近年的研究熱點.補償可分為一階補償和高階補償，一階補償主要是利用主偏振態(PSP)理論[2]，分為PSP傳輸法和后置補償法兩種.而高階補償則主要是使補償網絡的傳輸矩陣與光纖的傳輸矩陣正好互逆，實現起來比較復雜.
（3） 從原理上講，DSP技術可以對付任何形式的損傷.目前，電的DSP技術比較成熟，比較典型的有橫向濾波器技術以及在長途高速系統中普遍采用的前向糾錯（FEC）技術.近年來，偏振分集接收機技術引起了廣泛關注.對于電DSP而言，突出的問題有兩個：第1，因這些技術均與速率相關，故以后系統難以平滑升級；第2，高速電子器件的價格問題.
（4） 采用新的碼型，也能在一定程度上抑制PMD的影響.一般來說，RZ碼由于能量更集中，相鄰的兩個脈沖之間有一段緩沖時間，因而相對NRZ碼受一階PMD的影響較小，但因RZ碼的光譜比NRZ碼的光譜寬，因而受高階PMD的影響較NRZ碼嚴重.目前，各種改進的RZ碼技術(CSRZ、DCSRZ等)有望降低光譜寬度，從而提高系統的PMD容忍度.
2 抑制PMD的新技術
在ECOC2002和OFC2002中，提出了一些抑制PMD的新技術.
(1) 通過分布式補償一階PMD來抑制高階PMD.該技術由朗訊公司在ECOC2002上提出[3].由于各階PMD的統計特性有著內在的聯系，利用這種內在的聯系，通過分布式補償一階PMD，就可以抑制高階PMD.對于二階PMD而言，它的DGD的均方值與一階PMD之間滿足
對于n階PMD而言，其DGD的均方值與一階PMD的關系為
顯然，我們只需要將一階PMD限制在較小的范圍內，就可以抑制高階PMD.
假設從發送到接收的整個鏈路的一階PMD的均方值為〈Δτ2〉，如果等分成N段，則每段的一階PMD滿足〈Δτ2〉i=〈Δτ2〉N，i=1，2，…，N.
分別對每段進行一階PMD補償，并假定補償不會引入高階PMD，每段引入的二階PMD滿足〈Δτ2二階〉i=〈Δτ2〉2/3N.因每段的一階PMD不再積累，故整個鏈路的二階PMD的均方值為各段引入的二階PMD之和，即∑〈Δτ2二階〉i=〈Δτ2〉2/3N.
從上式可以看出，整個鏈路的二階PMD減小為原來的1/N.其原理框圖如圖1所示.
實際上，一階PMD的補償會引入高階PMD，因而補償的段數不能太多.
(2) 利用偏振分集接收機.其原理是不同的偏振態具有不同的噪聲特性，因而用多個接收機可以大大消除噪聲的影響[2].
信號被等分為3部分，分別送到3個支路：第1個支路通過線性偏振束分光器(LPBS)，將輸入的線偏振光分成水平分量和垂直分量；第2支路先通過1/4波片將線偏振光轉換成圓偏振光，再通過LPBS分成左旋分量和右旋分量；第3支路通過LPBS將光分成兩個對角(45°和-45°)的偏振光.將每個分量分別接收后再合成，選擇一路質量較好的信號輸出.因為這里采用3對均勻分布于邦加球的偏振對，因而能夠更接近于PSP.偏振分集接收機原理框圖如圖2所示.
(3) 采用新的調制技術并綜合運用其它手段.一般認為RZ碼由于相鄰的兩個脈沖之間有一段緩沖時間，因而對PMD有較大的容忍能力.但由于頻譜較寬，因而受高階PMD的影響較嚴重.對于RZ碼而言，若改用窄帶光接收濾波器，則可以大大減小高階PMD的影響.Masahito Tomizawa等采用CSRZ、偏振分集接收機及糾錯技術將PMD的容忍度提高到了0.48 bit[5]
3 總結
本文簡要地介紹了高速光纖通信系統中抑制PMD影響的方法，但具體采用何種方法，應根據綜合成本來考慮.鑒于目前PMD補償技術不是很成熟且價格昂貴，采用新型光纖結合新的調制方式及DSP技術可能是最佳選擇.
參考文獻
［1］ITUT Rec. G.6912000， Optical interfaces for single channelSTM64, STM256 systems and other SDH systems with optical amplifiers [S].
［2］Lima A O，Adali T，Lima I T，et al.Polarization diversity receiver for PMD mitigation [A]. OFC 2002 [C]. Anaheim,California:IEEE,2002.WI7.
［3］Xie Chongjin.Mitigation of higher order PMD by distributing PMD compensators in the transmission line [A].ECOC 2002 [C]. Copenhagen,Denmark:2002.
［4］Masahito Tomizawa，Yoshiaki Kisaka，Akira Hirano，etal.PMD mitigation by frequency diverse detection receiver employing errorcorrection function[A].ECOC 2002 [C]. Copenhagen,Denmark:2002.
［5］Poole C D, wangner R E.Phenomenological approach to polarization dispersion in long singlemode，fibres [J].Electron.lett.，1986，22(19):1029-1030.
