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       長(zhǎng)距離、大容量、高速率光纖通信系統(tǒng)，是光通信的追求目標(biāo)。盡管波分復(fù)用技術(shù)和摻餌光纖放大器的廣泛應(yīng)用已經(jīng)極大地提高了光通信系統(tǒng)的帶寬和傳輸距離，然而伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及產(chǎn)生的信息爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)作為整個(gè)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)的物理層提出了更高的傳輸性能要求。得到廣泛應(yīng)用的WDM光通信系統(tǒng)，其單信道采用強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(IM/DD),即發(fā)送端對(duì)光載波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，接收機(jī)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接檢測(cè)。盡管這種結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單、容易集成等優(yōu)點(diǎn)，但是由于只能采用ASK調(diào)制格式，其單路信道帶寬很有限，因此這種傳統(tǒng)光通信技術(shù)在高速系統(tǒng)中勢(shì)必會(huì)被更先進(jìn)的技術(shù)所代替，其中相干光通信技術(shù)成為首選。

1.相干光通信系統(tǒng)的構(gòu)成和原理

       相干光通信的基本工作原理如圖38所示。其工作過程為：在發(fā)送端.采用間接調(diào)制或者直接調(diào)制方式將信號(hào)以調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻等方式調(diào)制到光載波上，經(jīng)過經(jīng)光纖傳輸?shù)浇邮斩?。?dāng)信號(hào)光傳輸?shù)竭_(dá)接收端時(shí)，首先經(jīng)耦合器與本振光合路，再進(jìn)入光檢測(cè)器，與本地光振光信號(hào)進(jìn)行光電混頻；光檢測(cè)器輸出的混頻后的電信號(hào)進(jìn)過電信號(hào)處理單元選出本振光和信號(hào)光的差頻信號(hào)，差頻為一定值時(shí)，接收稱為外差接收；差頻為零時(shí)，稱為零差接收。在外差接收中，差頻為中頻信號(hào)，它攜帶了要傳輸?shù)男盘?hào)的信息，在電信號(hào)處理單元經(jīng)過對(duì)差頻信號(hào)進(jìn)行中頻放大、解調(diào)等步驟，恢復(fù)出要傳輸?shù)男盘?hào)。而在零差接收中，需要處理的信號(hào)則是基帶信號(hào)。

圖38   相干光通信系統(tǒng)原理圖

2.相干光通信技術(shù)的主要特點(diǎn)

      相干光通信系統(tǒng)與IM/DD系統(tǒng)相比.具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

       相干光通信的一個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行相干探測(cè)，從而改善接收機(jī)的靈敏度。在相干光通信系統(tǒng)中，經(jīng)相干混合后輸出光電流的大小與信號(hào)光功率和本振光功率的乘積成正比。在相同的條件下，相干接收機(jī)比普通接收機(jī)提高靈敏度約20dB,可以達(dá)到接近散粒噪聲極限的高性能，因此也增加了光信號(hào)的無中繼傳輸距離。 

(2)頻率選擇性好，通信容量大

       相干光通信的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以提高接收機(jī)的頻率選擇性。在相干外差探測(cè)中，探測(cè)的是信號(hào)光和本振光的混頻光，只有在中頻頻帶內(nèi)的噪聲才可以進(jìn)入系統(tǒng)，而其他噪聲均被帶寬較窄的微波中頻放大器濾除。此外，由于相干探測(cè)優(yōu)良的頻率選擇性，相干接收機(jī)可以使頻分復(fù)用系統(tǒng)的頻率間隔大大縮小.即DWDM,取代傳統(tǒng)光復(fù)用技術(shù)的大頻率間隔，具有以頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)更高傳輸速率的潛在優(yōu)勢(shì)。

(3)具有多種調(diào)制方式

       在傳統(tǒng)的IM/DD光通信系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對(duì)光進(jìn)行幅度調(diào)制外，還可以使用PSK、DPSK、QAM等多種調(diào)制格式，雖然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，但是相對(duì)于傳統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高傳輸速率，同時(shí)可以提高頻帶利用率。

(4)可以使用電子學(xué)的均衡技術(shù)來補(bǔ)償光纖中光脈沖的色散效應(yīng)

        如將外差檢測(cè)相干光通信中的中頻濾波器的傳輸函數(shù)正好與光纖的傳輸函數(shù)相反，即可降低光纖色散對(duì)系統(tǒng)的影響。

3.相干光通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

       實(shí)現(xiàn)相干光通信系統(tǒng)涉及一系列技術(shù)問題，主要有以下關(guān)鍵技術(shù)。

(1)窄線寬的半導(dǎo)體激光器

        相干光纖通信系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)光源和本振光源的要求比較高，它要求光譜線窄、頻率穩(wěn)定度高。光源本身的譜線寬度將決定系統(tǒng)所能達(dá)到的最低誤碼率，應(yīng)盡量減小。

(2)調(diào)制技術(shù)

        在相干光通信系統(tǒng)中，除FSK可以采用直接注入電流進(jìn)行頻率調(diào)制外，其他都是采用間接調(diào)制方式

(3)接收技術(shù)

       相干光通信的接收技術(shù)包括兩部分，一部分是光的接收技術(shù)，另一部分是中頻之后的各種制式的解調(diào)技術(shù)。解調(diào)技術(shù)實(shí)際上是電子的ASK、FSK和PSK等的解調(diào)技術(shù)。在光的接收技術(shù)中，主要有平衡接收、偏振分集接收和相位分集接收。

(4)偏振控制技術(shù)