传输通道

传输信息的数据通路

光信号传输过程中，传输通道引起的损伤主要包括衰减、色度色散、偏振色散、非线性效应、强度噪声、相位噪声等。光传输速率的进一步提升使得光信号对色度色散、偏振模色散、光纤非线性效应、ROADM级联窄带滤波效应以及光电器件缺陷更加敏感。随着光传输技术的发展，光衰减和损耗问题已可得到有效的抑制，并可通过EDFA以及Raman光放大器进行补偿。色散以及非线性效应成为限制光传输波特率进一步提升的关键因素[1]。传统WDM系统是噪声受限系统，而100G等高速传输系统更多制约因素来自非线性干扰。

光信噪比

光信噪比（OSNR，Optical Signal Noise Ratio）是指光在链路传输过程中光信号与光噪声的功率强度之比。当光信号OSNR大于某一阈值时，接收机才能有效地将承载信息的光符号从光强度噪声中分离并提取出来。

对于强度调制的光符号而言，足够的OSNR是光符号能够被接收并检测的充要条件；但对于包含相位调制的光符号，足够的OSNR仅是光符号能够被接收并检测的必要条件。除了OSNR以外，采用相位调制的光传输必须考虑非线性噪声的影响。

色散

光脉冲通过光纤后脉冲变宽，其能量在时间上发散的现象称为色散。色散导致前后光脉冲重叠而无法区分引起符号间干扰，限制了光传输速率和距离。

单模光纤色散因其产生的机制不同，可分为色度色散（CD，Chromatic Dispersion）和偏振模式色散（PMD，Polarization Mode Dispersion）。

色度色散为具有一定频谱线宽的光脉冲因介质折射系数以及芯覆层结构的频率相关性所导致的传播时延差异。

偏振模色散源于光纤制作工艺导致的非均匀轴对称结构以及外部应力所引起的双折射系数。光纤折射系数与光波的偏振态紧密相关，引起两正交偏振态光场的传播时延产生一定差异，即差分群时延（DGD，Differential Group Delay），导致光脉冲能量在时间上发散，称为偏振模色散。差分群时延随时间、温度、波长以及外部环境变化。通常所说的PMD值为差分群时延归一化统计均值。

随着传输波特率的提升，基带带宽增大使得高阶偏振模色散的影响逐渐凸显，其中二阶偏振模色散（SOPMD，Second Order Polarization Mode Dispersion）由波长相关的偏振色度色散（PCD，Polarization Chromatic Dispersion）和波长相关的主偏振态（PSP，Principle State of Polarization）变化构成，其方差正比于差分群时延均值（即PMD）的四次方。

光纤非线性

光纤折射率与光信号功率密度的相关性导致光信号频率和相位随其功率非线性变化。光脉冲信号沿光纤通道传播过程中因CD、PMD以及与ASE相互作用引起脉冲形状发生改变，经光纤非线性效应引起非线性相位噪声（NPN，Nonlinear Phase Noise），对相位调制的信号影响严重，并随着相位调制级数增加而恶化。

光纤内光功率变化引起折射系数波动对载波相位产生调制，是为自相位调制（SPM，Self-Phase Modulation）。若自相位调制产生频率啁啾的方向与色度色散相反，两种效应相互抵消即形成孤子。

交叉相位调制（XPM，Cross-Phase Modulation）与自相位调制相似，因不同频率脉冲在时间和空间上叠加引起介质折射率产生波动，其间不产生能量转移。交叉相位调制对载波相位的影响强度是自相位调制的两倍，但因两脉冲间相位匹配条件满足几率较小，其累积影响较小。由于色散效应可使产生XPM的脉冲错位而减小影响强度，交叉相位调制在窄通道间隔和低色散光纤上更显著。

另外，由于产生机理的差异，自相位调制可通过均衡补偿，但交叉相位调制无法有效补偿。

交叉偏振调制对偏振复用传输系统危害较大，可引起两偏振态的相对相位发生变化，进而改变信号的偏振态，甚至会导致去极化，在偏振复用传输过程中体现为串扰噪声。偏振复用系统中，交叉偏振调制可以分为通道内交叉偏振调制以及通道间交叉偏振调制。通道内交叉偏振调制是同一波长不同偏振态之间非线性作用。DGD的存在使得同一波长通道内两正交偏振支路的脉冲信号发生偏移，通道内交叉偏振调制对光脉冲各部分的影响程度不同，导致光脉冲相位和偏振态分布分散。通道间交叉偏振调制是邻近偏振复用波长通道上两波长之间的非线性作用。当两相邻偏振复用波长脉冲信号偏振态一致时，其交叉调制影响最强。保持邻近波长通道偏振态以相互正交的方式交替分布，可以减小通道间交叉偏振调制的影响。同一波长通道内，两正交偏振态支路不宜交替发送，保持两支路脉冲信号同步可以有效减小OSNR代价。

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