DSP在高比特率光纤通信系统中的优势

海底光缆通信系统的最终目标在于实现高速率、长距离的数据传输。如3.5节中所述，相干光通信系统具有许多优点，特别是偏振复用相干光检测系统有着更高的频谱利用率和传输速率。基于相干接收技术的偏振复用传输系统为业界研究高速率传输的主流方案。相干光检测技术具有高灵敏度、高谱效率的优点，因此，40Gbit/s及以上系统接收机普遍采用相干检测技术。但该系统也面临着许多新的挑战，随着系统传输速率的进一步提高，光信号的损伤，如光纤非线性和色散效应、激光器频率偏移及相位噪声等，将变得更加严重，需要对光信号进行有效的补偿。有些效应（如色散）可以通过相关的光器件在光域进行补偿；而有的效应[如偏振模色散（PMD）、光纤非线性和光频漂移]很难通过光器件在光域补偿。当本振激光与接收到的光信号拍频提取调制相位信息时，还会产生载波相位噪声。相位噪声来源于激光器，它将引起功率代价，降低接收机灵敏度。

目前在补偿长距离光纤传输损伤方面，研究最多的是基于数字信号处理（DSP）的线性损伤补偿技术，利用简单高效的DSP算法提高CD和PMD的补偿能力将成为100Gbit/s高速相干光传输系统研究的热点。相干光探测结合DSP技术是现代高速相干光通信系统接收机的关键。数字相干接收机的应用，使得利用数字信号处理（DSP）模块实现传输信号的动态偏振控制、补偿传输过程中引入的线性和部分非线性损伤成为现实。随着基于DSP的相干检测技术的兴起，借助于DSP强大的信号处理能力，在相干检测系统中用置于接收机后的EDC模块取代链路中的DCF进行完全的色散补偿，配置方便、动态可调，具有显著优势。

图3-17所示为现代相干光通信系统结构示意图，由发射机、光纤链路与接收机三部分组成。发射机中输入信号经过算法预处理（预编码或预补偿等）与数模（D-A）转换后调制于光载波，经过偏振复用后光信号被送入光纤传输链路，在接收机经过偏振与相位分集接收并完成光电探测与模数（A-D）转换后，数据被输入到单元完成信号处理与恢复。现代相干光通信系统信号处理功能几乎全部集中于发射机与接收机单元完成，这极大地简化了系统结构：利用技术完成色度色散、偏振模色散的补偿，省去了链路中色散补偿模块并提高了系统对非线性效应的容忍度，利用算法实现偏振解复用省去了复杂的偏振控制模块；利用算法实现载波的频率与相位恢复省去了锁频锁相装置并降低了系统对激光器的要求。

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图3-17 现代相干光通信系统结构

发射机DSP单元可以实现单载波高阶信号与多载波信号的产生，完成预编码以及对传输链路中色散、非线性效应等损伤的预补偿。接收机DSP单元主要功能为信号均衡与恢复，包括偏振解复用、色散补偿、偏振模色散补偿、非线性效应补偿、时钟恢复、载波频率与相位恢复、处理等。在模式复用系统中，接收机中DSP单元还要依据原理完成不同模式信号的恢复。DSP功能集中于发射机与接收机中的单元，使系统的硬件向着透明化发展。信号经过算法预处理后加载到光载波上，完成传输、相干探测功能后，仍采用算法实现信号的恢复。对不同速率或调制格式的信号，无须改变系统硬件结构，仅通过改变发射机或接收机单元中软件算法就可以完成自适应的光传输功能。