第八章相干光通信系统

相干光通信一、相干光通信的基本工作原理s在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。

所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。

激光就是一种相干光。

所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。

在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。

当信号光传输到达 s接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。

相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。

前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。

后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。

s相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。

我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。

早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变就需要采用保偏光纤。

但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。

s相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。

混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。

[整理]相干光通信相干光通信一、相干光通信的基本工作原理在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。

所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。

激光就是一种相干光。

所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。

在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。

当信号光传输到达接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。

相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。

前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。

后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。

相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。

我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。

早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变就需要采用保偏光纤。

但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。

相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。

混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。

相干光通信在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。

所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅(而不象强度检测那样只是改变光的强度)，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不象自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。

激光就是一种相干光。

所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。

在光通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接收灵敏度，永远都是科研者的追求目标。

尽管波分复用（WDM）技术和掺铒光纤放大器（EDFA）的应用已经极大的提高了光通信系统的带宽和传输距离，伴随着视频会议等通信技术的应用和互联网的普及产生的信息爆炸式增长，对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。

光通信系统采用强度调制/直接检测(IM/DD)，即发送端调制光载波强度，接收机对光载波进行包络检测。

尽管这种结构具有简单、容易集成等优点，但是由于只能采用ASK调制格式，其单路信道带宽很有限。

因此这种传统光通信技术势必会被更先进的技术所代替。

然而在通信泡沫破灭的今天，新的光通信技术的应用不可避免的会带来对新型通信设备的需求，面对居高不下的光器件价格，大规模通信设备更换所需要的高额成本，是运营商所不能接受的，因此对设备制造商而言，光纤通信新技术的研发也面临着很大的风险。

如何在现有的设备基础上提高光通信系统的性能成为了切实的问题。

在这样的背景下，二十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技术，再一次被放到了桌面上。

相干光通信的理论和实验始于80年代。

由于相干光通信系统被公认为具有灵敏度高的优势，各国在相干光传输技术上做了大量研究工作。

经过十年的研究，相干光通信进入实用阶段。

英美日等国相继进行了一系列相干光通信实验。

AT&T及Bell公司于1989和1990年在宾州的罗灵—克里克地面站与森伯里枢纽站间先后进行了1. 3μm和1.55μm波长的1.7Gbit/s FSK现场无中继相干传输实验，相距35公里，接收灵敏度达到-41.5dBm。

《相干光通信中高光谱效率调制方式的研究》篇一一、引言随着信息技术的飞速发展，光通信技术已成为现代通信领域的重要支柱。

在相干光通信系统中，高光谱效率的调制方式对于提升系统性能和传输速率至关重要。

本文将针对相干光通信中的高光谱效率调制方式进行深入研究，探讨其原理、性能及潜在应用。

二、相干光通信基本原理相干光通信是一种利用光波的相位和振幅信息进行传输的技术。

其基本原理包括光波的产生、调制、传输和检测等过程。

在相干光通信系统中，调制器将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输。

接收端利用相干检测技术对光信号进行解调和恢复原始电信号。

三、高光谱效率调制方式为了提升相干光通信系统的光谱效率，研究人员提出了多种高光谱效率的调制方式。

本文将重点介绍几种典型的调制方式，包括正交振幅调制（QAM）、正交频分复用（OFDM）和偏振复用调制（PolMUX）。

1. 正交振幅调制（QAM）QAM是一种将两个正交载波进行振幅调制的技术。

在相干光通信中，QAM可以通过调整光波的振幅和相位来实现高阶调制，从而提高光谱效率。

QAM的优点包括高带宽利用率、抗干扰能力强等。

然而，随着调制阶数的增加，QAM的误码率也会相应上升。

2. 正交频分复用（OFDM）OFDM是一种将信道划分为多个正交子信道的技术。

在相干光通信中，OFDM可以通过将数据分散到多个子信道上，以降低信号间的干扰和提高光谱效率。

OFDM的优点包括抗多径干扰能力强、适用于高频选择性信道等。

然而，OFDM对同步误差较为敏感，且需要复杂的频域处理。

3. 偏振复用调制（PolMUX）PolMUX是一种利用光的偏振态进行复用的技术。

在相干光通信中，PolMUX可以通过同时传输两个正交的偏振态来实现光谱效率的翻倍。

PolMUX的优点包括高光谱效率和抗干扰能力强等。

然而，偏振态的稳定性对PolMUX的性能有较大影响。

四、实验研究与性能分析为了验证高光谱效率调制方式的有效性，我们进行了实验研究。

第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。

光经过调变后便能携带资讯。

光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。

1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。

(2)频带极宽，通信容量大。

(3)抗电磁干扰能力强。

(4)损耗低，中继距离长。

(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。

除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。

1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。

参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。

其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。

其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。

(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。

其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。

(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。

它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。