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1.5 从G.652到G.656单模光纤的色散位移 1.相干通信的历史回顾
G.653光纤虽在1550nm波段有最小损耗和色散,但在WDM系统
中受四波混频损害,为避免此损害,需在1550nm波段引入一定色
散值, 这就开发了非零色散位移光纤G.655以及低斜率非零色散
位移光纤G.656,如图7所示。
图 7 从 G652 到 G656 单模光纤的色散位移
2.G.657光纤的进展
随着接入网和FTTH不断发展，对于光纤也提出新的要求，
这时候传统的、大量使用的G.652光纤在某些场合已经不能完全
满足使用需求，所以在2006年12月，ITU推出了新的G.657弯曲
损耗不敏感单模光纤(bending loss insensitive single mode
optical fiber)的标准，G.657光纤分为G.657.A和G.657.B两
类。G.657.A需与常规的G.652.D光纤完全兼容，弯曲半径可以
小到10mm；G.657.B光纤并不强求与和G.652.D光纤完全兼容，
但在弯曲性能上有更高的要求。弯曲半径可以小到7.5mm。
2009年10月，ITU在G.657标准中增加了用于弯曲半径为5mm
的新规范，这样，G.657光纤包含了四种最小弯曲半径的品种，
如表1所示：
表 1 G.657 光纤分类
四、第四阶段 高阶调制,相干接收/DSP通
信系统 (2010-)
2010年，实现了100G WDM PDM-QPSK相干接收,DSP系统,传
输距离为2000-2500Km，开创了超100G新纪元。利用G.652光纤,
50GHz DWDM, EDFA.容忍30ps PMD和50000ps/nm CD。在这一相
干传输系统中，光纤的波长色散和PMD的线性损害均可在DSP电
域中得以解决。
这样，由于相干接收和DSP技术的发展，使光纤的波长色散
和PMD不再是长距离通信的主要限制因素，而光纤的衰减和非线
性成为主要问题。
新一代长距离通信要求400G通信系统,采用高阶调制格式的
相干通信系统及G.654.E光纤(2016)。
网络电信 二零二一年十二月
上世纪八十年代初，欧美、日本等国兴起光纤相干通
信技术的研发热潮，旨在扩展光纤通信系统的传输距离和带
宽。笔者于1981-1982年间，曾在美国GTE Laboratories主持
光纤相干通信研究项目,项目名称为“Binary ASK, FSK, PSK
Coherent Transmission Systems for Optical Fiber Broad-
band Communications”。相干系统与IM/DD系统相比有两大优
点:（1）是它有更高的接收灵敏度,这是因为相干系统只受限于
被接收信号的光的量子噪声,在外差相干系统中采用二进制PSK
-9
调制, 达到10 误码率，每比特只要有18个光子; 而IM-DD系统
中接收机灵敏度受限于APD倍增噪声和负载电阻的热噪声,达到
-9
10 误码率,每比特光子数要有几百, 甚至几千个。（2）是相干
系统可增加接收机的选择性。工作在FDM方式时,可利用置于外
差后的微波滤波器用电的方式进行通道选择,这就允许在频域中
更密集安排通道, 旨在开发光纤的巨大带宽潜力。
早期光纤通信曾聚焦于相干光接收，但由于光源性能、光
锁相环等相干光接收所需特殊光器件的限制，未能取得长足进
展。进入90年代后，由于光纤放大器及光纤波分复用技术的迅
速发展，相干系统的优点黯然失色，光相干系统的开发只能期
待新的技术突破，否则难以与光纤放大器及光纤波分复用技术
相匹敌。新的转机出现在1993年，业界提出了基于DSP的相干光
接收技术：相干检测与DSP技术相结合，可以在电域进行载波相
位同步和偏振跟踪，解决了传统相干接收的两大难点。基于DSP
的相干接收机结构简单，可在电域补偿各种传输损伤，简化传
输链路，降低传输成本，支持多进制调制格式和偏振复用，从
而可以实现高频谱效率的传输。但当时的CMOS水平尚不能体现
出相干光接收相对于直接检测的优势，直到21世纪第一个10年
的中后期，硅基CMOS电芯片技术的迅猛发展，信号处理技术经
多年的进展，可以支撑高速光纤通信的演进需求。
在2.5Gb/s,10Gb/s,40Gb/s的IM/DD系统中，色散等光纤信
道的损伤是演进中主要考虑的因素，而在40Gb/s向100Gb/s的演
进过程中，信道损伤和频谱效率均需考虑。100Gb/s开启了数字
相干系统时代，数字相干接收的PDM-QPSK的调制方式成为其解
决方案，目前商用的100Gb/s产品都是基于相干检测的单载波PDM-
QPSK调制技术，频谱效率为2bits/s/Hz，传输容量为10Tb/s。当
前，城域光网络正在向400Gb/s升级，未来将实现1Tb/s的传输
速率，其频谱效率将达到 4bits/s/Hz）或更高，容量将达到
20Tb/s及以上。相干光接收不仅是实现高阶调制和偏振复用的
基本要求，而且能在电数字域对光纤传输过程中的信道损伤进
行补偿，在超100Gb/s的技术发展过程中，将必然是以相干光
接收为基础，信道损伤不再成为焦点,主要应考虑提高频谱效
率。
因而，直接检测的WDM系统经过二十年的发展和广泛应
用后，新的征兆开始出现，标志着相干光传输技术的应用将
再次受到重视。使得重新拾起的相干接收焕发了应有的技术
魅力，成为了这一阶段的核心。原有的色散补偿、偏振模色
散、载波频率和相位的恢复以及时钟同步等，都在基于数字
信号处理（DSP）的相干接收端的芯片里找到了解决方案，而
色散及偏振模色散正是IM/DD系统进行长距离传输的最大限制
因素。
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