光信號傳輸過程中，傳輸通道引起的損傷主要包括衰減、色度色散、偏振色散、非線性效應、強度噪聲、相位噪聲等。光傳輸速率的進一步提升使得光信號對色度色散、偏振模色散、光纖非線性效應、ROADM級聯窄帶濾波效應以及光電器件缺陷更加敏感。隨著光傳輸技術的發展，光衰減和損耗問題已可得到有效的抑制，並可通過EDFA以及Raman光放大器進行補償。色散以及非線性效應成為限制光傳輸波特率進一步提升的關鍵因素[1]。傳統WDM系統是噪聲受限系統，而100G等高速傳輸系統更多制約因素來自非線性干擾。
基本介紹
- 中文名：傳輸通道
- 外文名：Transmission channel
光信噪比,色散,光纖非線性,
光信噪比
光信噪比（OSNR，Optical Signal Noise Ratio）是指光在鏈路傳輸過程中光信號與光噪聲的功率強度之比。當光信號OSNR大於某一閾值時，接收機才能有效地將承載信息的光符號從光強度噪聲中分離並提取出來。
對於強度調製的光符號而言，足夠的OSNR是光符號能夠被接收並檢測的充要條件；但對於包含相位調製的光符號，足夠的OSNR僅是光符號能夠被接收並檢測的必要條件。除了OSNR以外，採用相位調製的光傳輸必須考慮非線性噪聲的影響。
色散
光脈衝通過光纖後脈衝變寬，其能量在時間上發散的現象稱為色散。色散導致前後光脈衝重疊而無法區分引起符號間干擾，限制了光傳輸速率和距離。
單模光纖色散因其產生的機制不同，可分為色度色散（CD，Chromatic Dispersion）和偏振模式色散（PMD，Polarization Mode Dispersion）。
色度色散為具有一定頻譜線寬的光脈衝因介質折射係數以及芯覆層結構的頻率相關性所導致的傳播時延差異。
偏振模色散源於光纖製作工藝導致的非均勻軸對稱結構以及外部應力所引起的雙折射係數。光纖折射係數與光波的偏振態緊密相關，引起兩正交偏振態光場的傳播時延產生一定差異，即差分群時延（DGD，Differential Group Delay），導致光脈衝能量在時間上發散，稱為偏振模色散。差分群時延隨時間、溫度、波長以及外部環境變化。通常所說的PMD值為差分群時延歸一化統計均值。
隨著傳輸波特率的提升，基帶頻寬增大使得高階偏振模色散的影響逐漸凸顯，其中二階偏振模色散（SOPMD，Second Order Polarization Mode Dispersion）由波長相關的偏振色度色散（PCD，Polarization Chromatic Dispersion）和波長相關的主偏振態（PSP，Principle State of Polarization）變化構成，其方差正比於差分群時延均值（即PMD）的四次方。
光纖非線性
光纖折射率與光信號功率密度的相關性導致光信號頻率和相位隨其功率非線性變化。光脈衝信號沿光纖通道傳播過程中因CD、PMD以及與ASE相互作用引起脈衝形狀發生改變，經光纖非線性效應引起非線性相位噪聲（NPN，Nonlinear Phase Noise），對相位調製的信號影響嚴重，並隨著相位調製級數增加而惡化。
光纖內光功率變化引起折射係數波動對載波相位產生調製，是為自相位調製（SPM，Self-Phase Modulation）。若自相位調製產生頻率啁啾的方向與色度色散相反，兩種效應相互抵消即形成孤子。
交叉相位調製（XPM，Cross-Phase Modulation）與自相位調製相似，因不同頻率脈衝在時間和空間上疊加引起介質折射率產生波動，其間不產生能量轉移。交叉相位調製對載波相位的影響強度是自相位調製的兩倍，但因兩脈衝間相位匹配條件滿足幾率較小，其累積影響較小。由於色散效應可使產生XPM的脈衝錯位而減小影響強度，交叉相位調製在窄通道間隔和低色散光纖上更顯著。
另外，由於產生機理的差異，自相位調製可通過均衡補償，但交叉相位調製無法有效補償。
交叉偏振調製對偏振復用傳輸系統危害較大，可引起兩偏振態的相對相位發生變化，進而改變信號的偏振態，甚至會導致去極化，在偏振復用傳輸過程中體現為串擾噪聲。偏振復用系統中，交叉偏振調製可以分為通道內交叉偏振調製以及通道間交叉偏振調製。通道內交叉偏振調製是同一波長不同偏振態之間非線性作用。DGD的存在使得同一波長通道內兩正交偏振支路的脈衝信號發生偏移，通道內交叉偏振調製對光脈衝各部分的影響程度不同，導致光脈衝相位和偏振態分布分散。通道間交叉偏振調製是鄰近偏振復用波長通道上兩波長之間的非線性作用。當兩相鄰偏振復用波長脈衝信號偏振態一致時，其交叉調製影響最強。保持鄰近波長通道偏振態以相互正交的方式交替分布，可以減小通道間交叉偏振調製的影響。同一波長通道內，兩正交偏振態支路不宜交替傳送，保持兩支路脈衝信號同步可以有效減小OSNR代價。
