北京郵電大學(xué)教授張曉光

　　通信世界網(wǎng)（CWW）5月26日消息在電信運(yùn)營商重組完成以及3G牌照發(fā)放的帶動下，2009年我國光通信市場需求繼續(xù)呈迅猛增長態(tài)勢。3G建設(shè)使電信運(yùn)營商對光通信的需求大增，3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、基站光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的應(yīng)用、運(yùn)營商光進(jìn)銅退戰(zhàn)略的實(shí)施，以及光纖到戶應(yīng)用的發(fā)展，都成為光通信市場增長的強(qiáng)勁動力。

　　今天由人民郵電出版社主辦，北京信通傳媒有限責(zé)任公司承辦的2009光通信技術(shù)與市場發(fā)展高層論壇在北京艾維克酒店舉行，通信世界網(wǎng)將進(jìn)行實(shí)時直播。 

圖為北京郵電大學(xué)教授張曉光

　　張曉光：謝謝大家，我的題目是高速光纖通信系統(tǒng)中的偏振管理，我來自北京郵電大學(xué)，這是信息電子學(xué)與光通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)、協(xié)議都有系統(tǒng)的研究。

　　我今天講演的內(nèi)容是三個方面，第一是為什么研究光纖通信系統(tǒng)中的偏振問題，第二講一下偏振模色散，還有一個是偏振跟蹤與偏振穩(wěn)定。

　　為什么研究光信號偏振，在整個光纖中，光纖是不均勻的，可以分幾個小段看，光信號偏振臺SOP在每個局段出現(xiàn)，而且變化是隨機(jī)的。介紹一下偏振模色散的基本概念，鋪設(shè)的過程中會造成一些變形或者有一些盈利會造成光纖截面的非對稱性。偏振模色散是比較復(fù)雜的概念，我是學(xué)物理的，所以選了這樣的題目，偏振模色散有一個主態(tài)概念，光纖里雙折射是隨機(jī)的，而且兩端的折射率都是不同的。1986年C.D.Poole86年提出了主態(tài)概念，有輸入主態(tài)和輸出主態(tài)。我們看到有下角是主態(tài)的實(shí)驗(yàn)，這是第一次驗(yàn)證。

　　我們說偏振模色散是隨機(jī)性的，橫軸是波長，縱軸是DGD，我們可以看多上面這行是19K秒占50%，33K秒占10%，50K秒占了0.12%。對于光纖有一個參量，傳輸距離是跟平均的DGD平方成正比的，那么說近幾年，這些廠家已經(jīng)利用各種技術(shù)，扭轉(zhuǎn)光纖拉直技術(shù)，制造了很低的PMD系數(shù)。比如說PMD系數(shù)都做到了0.036K秒。這是1985年到2001年德國電信鋪設(shè)的9770條電纜的PMD系數(shù)，最高峰的地方大約差不多是0.04左右。

　　偏振模色散解決方案有兩種，一種是緩解技術(shù)，一種是補(bǔ)償技術(shù)，緩解技術(shù)我們制造的光纖本身來講就是利用了低的偏振模色散系統(tǒng)，老的光纖系統(tǒng)就不能再利用，相對高一點(diǎn)。電信來講的話，現(xiàn)在都是用新的碼型傳輸，對偏振模色散都有高的容錯能力。前向糾錯也是提高偏振模色散的銅線?？梢匝a(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ请娪蚓夂凸庥蚓?。這是一些新型調(diào)制格式提高PMD容限，還有就是前向糾錯，這個是前向糾錯技術(shù)的一個框圖。下面在07年日本Y.Konishi的看到他的FEC均衡技術(shù)再加上DPSK，最后的結(jié)果的非常好。D-FPS是分布式快速擾偏器，都放到了那個放大鏡的位置，可以看到左邊那個藍(lán)色的圖，那個虛線是FEC處理的，在FEC真結(jié)構(gòu)力，錯誤都集中在某一處的話糾錯能力就低。用這種快速的擾偏器的話，他們可以從時間上分散。

　　另外電子均衡技術(shù)，HF函數(shù)的話，電結(jié)構(gòu)做一個逆函數(shù)，這樣進(jìn)行的補(bǔ)償。前向均衡新有兩種，一種是FFE，一種是DFE。它們兩種結(jié)合在一起效果更好。這是一個實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是德國人做到，這是沒有均衡器的時候是那樣一條曲線。隨著偏振模色散的變化上升非?？欤梢钥吹紽FE+DFE的方式是最好的。我再講一下光域的自適應(yīng)均衡技術(shù)，現(xiàn)在做40G到100G的偏振模色散，現(xiàn)在能用的技術(shù)只有光域的，分成快軸和慢軸，經(jīng)過偏振模色散光纖就分離了，產(chǎn)生了DGD，主要單位包括四個，一個是空氣，還有一個DGD，氫食鹽，后面是一個反饋信號，下面是控制單元。這些器件是GP公司提供的，實(shí)驗(yàn)室有很多。

　　我們看一下OPMDC產(chǎn)品歷史，大概2000年左右作康寧公司推出了10Gb/s的PMDC，2000年初Yafo公司先后推出了Yofo10（10Gb/S），Yafo10（40Gb/s）的PMDC。2001年OFC大會Yafo40的展出引起了很大的反響。2002年到2006年由于科技泡沫破裂，沒有公司推出OPMDC產(chǎn)品。下面的是沖電氣OPMDC原理圖，經(jīng)過光纖進(jìn)入以后形成了偏振模色散，通過偏振控制以后，快軸和慢軸對在一起就在三個位置上補(bǔ)償完成了。我們可以把它作為一個反饋信號，這邊的話有一個中間凹陷，我們可以用這種算法去尋求中間凹陷的幾小時去進(jìn)行偏振模色散。但是實(shí)際上試驗(yàn)線的話時間很長，它的精度很高，可以達(dá)到微妙量級，但速度是跟不上的，我們說到偏振模色散一定要達(dá)到毫秒。反正都是由一個PC和一個DGD形成一個單元，下面兩階段補(bǔ)償器可以補(bǔ)償二級的偏振模色散的。中間這個是一階段補(bǔ)償器的結(jié)果，明顯看出來，兩階段的補(bǔ)償器比一階段補(bǔ)償器的效果好的多。

　　北京郵電大學(xué)在偏振模色散領(lǐng)域做了一些研究，我們從2000年開始關(guān)注偏振模色散的研究，2002年到03年完成了國家贊助資金的一個項(xiàng)目，到了04年初完成了國家863重點(diǎn)項(xiàng)目，張主任還是我們項(xiàng)目的驗(yàn)收專家，這個項(xiàng)目叫光纖偏振模色散自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)。當(dāng)時搜索相應(yīng)時間是<100毫米，跟蹤恢復(fù)響應(yīng)約11ms。我們獲得了科學(xué)技術(shù)三等獎，這是獲獎證書，我們還沒有成為產(chǎn)業(yè)收益，當(dāng)時一等獎我記得很清楚，是聯(lián)通的雙?？?，因?yàn)樗找媸巧蟽|的，所以獲得了一等獎，我們這個只獲得了三等獎，我們還是不錯的。

　　我們在國內(nèi)首次完成了40G的OTMD系統(tǒng)的POD自適應(yīng)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，而且是首家國外報道PMD自適應(yīng)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)的單位，在國外正式雜志報道偏振模色散補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)好象只有我們一家，也可能我了解不夠。我們比較有創(chuàng)新性的是引用了一個算法，叫做ParticleSwarmOptimization，國際同行關(guān)注了我們的實(shí)驗(yàn)，這是日本OKI公司于2008年在日本電信東京度大阪做160GCSRZ傳輸現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，制作的偏振模色散補(bǔ)償器中，這種實(shí)驗(yàn)他有一個算法就是PSO算法。這是我們申請的專利，這里有一個錄像，40GOTDM系統(tǒng)PMD補(bǔ)償錄像，項(xiàng)目剛開始的時候是80毫秒，結(jié)束的時候90毫秒。最近還有一個偏振保持穩(wěn)定器的研究，這個研究背景是什么？光纖中由于溫度的變化，早晚溫差，附近有火車還有施工引起的振動，而架空光纜受大風(fēng)的擾動，所以光信號的偏振態(tài)隨時間隨機(jī)性的變化，可以達(dá)到十Rad/s直到數(shù)千rad/s。

　　這種SOPD隨即變化對于符多級狀態(tài)的新型調(diào)制格式的相干解調(diào)造成影響。偏振穩(wěn)定器的應(yīng)用舉例的話，就是相干檢測。假如說我來的信號里面偏振態(tài)是相對變化的，這里加一個偏振穩(wěn)定器的話，以加強(qiáng)穩(wěn)定性。這是QPSK加偏分復(fù)用加相干檢測。這是我們今年OFC發(fā)表的論文，達(dá)到了12.6K/m，這是工作原理示意圖，我們把這個偏振態(tài)隨機(jī)的動起來，經(jīng)過算盤控制住，把它調(diào)整起來。Scrambler是模擬偏振態(tài)的改變隨機(jī)變化，Polarimeter是檢測光的偏振狀態(tài)。邦加球方便地表現(xiàn)了偏振狀態(tài)，這是他們的一個原理我就不再仔細(xì)說了，構(gòu)建一個函數(shù)調(diào)整電壓讓它保持一個最大值。這是一個進(jìn)程。穩(wěn)定器SOP響應(yīng)速度的測量，通過記錄穩(wěn)定SOP的標(biāo)準(zhǔn)偏差，隨著不同的相位變化幅度與不同頻率來評價穩(wěn)定器的響應(yīng)速度。SOP穩(wěn)定器達(dá)到了12.6krad/s的穩(wěn)定響應(yīng)速度。這是偏振穩(wěn)定器的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)。