DPSK调制信号在光传输链路PMD和PLD中的性能分析

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1、DPSK调制信号在光传输链路PMD和PLD中的性能分析摘要极化效应如偏振模色散(PMD)和偏振相关损耗(PLD)已成为长距离高比特率光传输的重要限制因素。本文使用波片模型来模拟PMD和PDL在40Gbit的光学系统的光链路统计性能，以及三种DPSK调制方式对PMD和PDL的兼容性对比。33%的RZ-DPSK优于其他两个DPSK方式，50%的RZ-DPSk和CSRZ-DPSK信号，仅在PMD中他们的占空比才为67%。在PDL的情况下，随着PDL的增加，三种DPSK方式并不会有明显的变化。此外，两个RZ-DPSK调制方式，其占空比分别为33%和50%，性能优于CSRZ-DPSK

2、。这表明，窄脉冲宽度调制方式对PMD和PDL拥有更高的兼容性，因此相对于其他两种DPSK方式，CSRZ-DPSK方式表现出了较差的性能。关键字：差分相移键控PMDPDL光纤通信1.简介随着光传输系统的容量的要求越来越高，极化效应如偏振模色散(PMD)和偏振相关损耗(PDL)已经成长距离高比特率光传输的重要限制因素，可能会导致高速长距离光传输系统性能的显著退化[1-2]，所以对PMD或PDL的研究就投入了更多的关注[3-8]。此外，一些更为复杂的调制方式[9-11]，提出的40G系统就可以获得更高的频谱效率。这些先进的相位调制方式，例如RZ-DPSK和CSRZ-DPSK，可以

3、成功地扩大超长距离大容量光传输系统的覆盖范围和容量[12]，因为使用增益为3dB的平衡接收机在接收端和DPSK调制信号对色散的高抗性和非线性效应相似。因此，对DPSK调制方式的光传输PMD或PDL系统的效率评估是40Gbit/s系统最重要的一个应用[13-14]。在本文中，使用数值模拟研究三种DPSK信号在光传输链路的PMD和PDL调制方式的传输性能。原理及仿真模型如第2节中描述，模拟结果在第3节中详细讨论，最后，在第4节给出一个简要总结。2.原理在一个理想的圆对称的光纤，在两个正交偏振模有相同的群延迟。在实际应用中，光纤有一定量的由制造过程中的缺陷或在制造后的纤维机械引力

4、造成的双折射。PMD在光学双折射和随机变化的双折射轴沿光纤长度方向的取向有它的规律。环境的变化，包括温度和压力，会导致光纤PMD随机时间产生变化，使PMD特别难以控制。此外，现代化的光通信系统，包括组件，如光放大器，光隔离器可能有明显的偏振(PLD)。因此，光链路采用随机双折射元件的串联偏振模和PDL因子接头的的模型。2.1传输矩阵标准单模光纤模拟的是光纤中继线的串联，每一个包含两个正交偏振。假设在两种模式解耦，偏振模耦合只发生在两个连接中级之间的接口处。双折射的第n个中继的差分部分和平均链路DGD延迟的定义如下：(1)其中，是PMD系数，是第n个中继的长度，L是总的链路长

5、度。此外，PDL通过损失系数引入，来自两个正交偏差之间的差损失参数为(2)其中Imax和Imin分别是最高和最低的两种损失极化模式参数，和PDL的第n个区域都是通过随后的方程用dB表示。(3)为方便起见，沿光纤的两个偏振模被定义为一个复值的两个三维数(2-D)琼斯矢量[7]。的演变，为沿光链路建模为一个串联N中继[7]。(4)(5)(6)是输入信号，是输出信号，是矩阵的第n个中继与双折射的平均值和归一化标准偏差的高斯分布、；表示在PSP上的旋转，是随机耦合的两个相位之间的中继线。相位表示光纤的温度波动小，PDL损失系数是指从式(2)和(3)得到的值，相位角、和为在(0,2π

6、)之间均匀分布的随机变量。2.2系统配置在本次模拟中，该系统建模如图1所示：图1系统配置在发射端，包括一个反馈式激光二极管(DFB-LD)和两个级联推挽马赫-增德尔(MZ)调制器，用来生成CSRZ-DPSK和RZ-DPSK信号。第一个MZ调制器，其偏置在传输零点处，编码成40Gbit/s信号的DFB-LD产生的CW光载波信号。然后是第二个MZ调制器产生的DOSK信号转换成一个RZ形式的脉冲流。根据第二个MZ调制器不同的的偏置点，生成两个不同的信号形式。当偏置点设置在传输零点时，生成的脉冲信号，其中有66%占空比的为CSRZ-DPSK信号。此外，两只要偏置点被改变的传输最大值

7、或传输最大值的一半，生成两种RZ-DPSK信号，其占空比分别为33%和50%。图2三种DPSK调制信号波形和频谱(a)33%RZ-DPSK信号波形。(b)50%RZ-DPSK信号波形。(c)CSRZ-DPSK信号波形。(d)33%RZ-DPSK信号频谱。(e)50RZ-DPSK信号频谱。(f)CSRZ-DPSK信号频谱CSRZ-DPSK信号的占空比是66%左右，这几乎是占空比为33%的RZ-DPSK信号的两倍。与CSRZ-DPSK信号频谱相比，RZ-DPSK信号应该是更加紧凑。此外，因为在传输零点光相位反转，DPS