光纖通信中關(guān)鍵技術(shù)研究

吳嘉偉

【摘 要】隨著信息時(shí)代的到來，高速率大容量成為了通信系統(tǒng)的必然要求，光纖以其優(yōu)良特性成為了當(dāng)代通信系統(tǒng)的重要選擇。本文針對(duì)目前光纖通信系統(tǒng)中的幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析與研究，分別介紹了它們的原理及重要性，對(duì)光纖通信領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】信息時(shí)代；高速率大容量；光纖通信；關(guān)鍵技術(shù)

引言：

由于社會(huì)信息化程度的不斷提升，特別是隨著網(wǎng)絡(luò)中一些新數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷成熟與發(fā)展，如網(wǎng)絡(luò)視頻直播、高清電視，人類社會(huì)對(duì)于信息傳輸帶寬的需求以驚人的速度增長(zhǎng)，由于光纖通信技術(shù)傳輸帶寬大、傳輸損耗低而且抗干擾能力強(qiáng)，在通信網(wǎng)絡(luò)中承載了80%以上的信息流量，因而始終占據(jù)著通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要地位[1]。同時(shí)隨著新型信息化的深入發(fā)展，寬帶中國(guó)、云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)等信息化的重大工程都要求提升寬帶傳輸速率，刺激著我國(guó)光纖通信傳輸系統(tǒng)向著高速率、大容量、長(zhǎng)距離的方向不斷進(jìn)步[2-3]。學(xué)者們?yōu)榱瞬粩嗵岣吖馔ㄐ畔到y(tǒng)的傳輸容量，進(jìn)行了大量的探索研究，本文針對(duì)幾種光纖通信中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹與研究。

一、概述

（一）光纖通信原理

光纖通信是指將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息調(diào)制到光載波上，經(jīng)過光纖信道進(jìn)行傳輸。因此，為了實(shí)現(xiàn)光纖通信，首先要將電信號(hào)在發(fā)送端轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，經(jīng)過光纖信道傳輸后，在接收端要進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

（二）光纖通信系統(tǒng)

光纖通信系統(tǒng)可以大致分為三部分：發(fā)送端、光纖信道和接收端。在發(fā)送端，主要包括光源和調(diào)制器，通過調(diào)制器將電信號(hào)調(diào)制到光載波上，使光載波攜帶所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。光纖信道主要由光纖和放大器等組成，以傳輸和放大光信號(hào)。接收端主要包括光探測(cè)器和放大器等裝置，用來檢測(cè)經(jīng)信道傳輸來的光信號(hào)，并將其恢復(fù)成電信號(hào)。

二、光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

（一）相干接收技術(shù)

相干光是指由激光器產(chǎn)生的兩束可以發(fā)生干涉的光，也就是說這兩束光的振動(dòng)頻率、動(dòng)方向以及相位都是相同的。相干光接收技術(shù)興起于二十世紀(jì)80年代初期。其基本原理是光接收機(jī)接收的信號(hào)光與本地振蕩器產(chǎn)生的本振光在光耦合器的作用下發(fā)生干涉，然后經(jīng)過光電檢測(cè)器輸出光電流，由于光耦合器輸出的光信號(hào)具有信號(hào)光的幅度、相位或頻率信息，因此發(fā)射端采用任何調(diào)制方式均可以反映出來，所以相干接收技術(shù)適合所有調(diào)制方式的通信。在相干光通信中，本地載波要求和信號(hào)載波必須嚴(yán)格同頻同相，因此相干光通信對(duì)于載波頻率偏移十分敏感[4]。

（二）正交頻分復(fù)用技術(shù)

正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，它把高速信號(hào)流并行調(diào)制到N路相互正交的子載波上，再利用子載波間的正交性在接收端將各路信號(hào)分離開，因此不需要在子信道間設(shè)置保護(hù)頻帶，節(jié)約了頻帶資源。而且在數(shù)據(jù)傳輸速率較高時(shí)，可以有效降低接收機(jī)的復(fù)雜度[5]。其具體步驟是先將發(fā)送端串行數(shù)據(jù)流改為含N路的并行數(shù)據(jù)流，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信息速率的轉(zhuǎn)變，使其從高速率降低為低速率，之后對(duì)低速率信息進(jìn)行正交調(diào)制，最后將調(diào)制后的多路信息以并行的方式傳送出去。通過這樣處理，節(jié)省了頻譜資源，信息速率也降低到原信息速率的1/N，速率的降低導(dǎo)致OFDM符號(hào)周期增大且擴(kuò)大N倍，和信道時(shí)延相比，該值較大，這使得該技術(shù)能夠抵抗信道時(shí)延問題[6]。從OFDM的實(shí)現(xiàn)方面來講，可以利用離散傅里葉反變換/離散傅里葉變換實(shí)現(xiàn)對(duì)OFDM信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)，這便大大降低了OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，使其具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但由于其本身技術(shù)特點(diǎn)，OFDM技術(shù)具有峰均比高、對(duì)相位噪聲以及同步誤差敏感等，因此為了更好的利用OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)而避免其不足之處，必須針對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行相應(yīng)的算法研究。

（三）光孤子技術(shù)

在光纖通信中，為了進(jìn)一步增大傳輸距離，一方面要補(bǔ)償光纖本身對(duì)信號(hào)的損耗，另一方面還需要考慮光纖信道中產(chǎn)生的色散等影響，為了解決這樣的問題，便出現(xiàn)了光孤子技術(shù)[7]。所謂光孤子是指在光纖非線性中衍生出的一種技術(shù)，利用光孤子進(jìn)行通信是通過升高輸入功率而使非線性壓縮出現(xiàn)，并且對(duì)信號(hào)的展寬進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，這種脈沖展寬由于信道中的色散產(chǎn)生，通過這種補(bǔ)償可以保證傳輸信號(hào)的幅值及頻率不發(fā)生改變。在這樣的通信系統(tǒng)中，發(fā)送端利用專用的光孤子激光器來進(jìn)行孤子序列的產(chǎn)生，產(chǎn)生之后調(diào)制器會(huì)對(duì)產(chǎn)生的孤子進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制，這樣便可以使光孤子攜帶所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，調(diào)制后的孤子信號(hào)通過放大器和隔離器后被發(fā)送至光纖信道中，在信道中傳輸?shù)倪^程中，孤子信號(hào)可以通過光放大器被放大，使其盡可能降低光能量衰減，克服光纖損耗帶來的信號(hào)減弱，這便是光孤子通信系統(tǒng)的通信過程。

三、光纖通信未來發(fā)展

隨著人們對(duì)信息需求的增大以及光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖通信的地位正在逐步提升。光纖通信中相干接收技術(shù)、OFDM技術(shù)、光孤子技術(shù)在逐步趨于成熟，除此之外，偏振復(fù)用、波分復(fù)用以及軌道角動(dòng)量復(fù)用等技術(shù)也逐漸得到了更為廣泛的研究。隨著研究的深入，將會(huì)有越來越多的光纖通信技術(shù)真正的走近人們的生活，進(jìn)一步提高人們?cè)鲩L(zhǎng)的對(duì)通信效率以及質(zhì)量的要求。因此，光纖通信領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。

四、總結(jié)

本文針對(duì)光纖通信中的相干檢測(cè)技術(shù)、OFDM技術(shù)以及光孤子通信技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了其基本原理以及特點(diǎn)，對(duì)光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)及未來發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)，可以得出，光纖通信正處于蓬勃發(fā)展的階段，越來越多的先進(jìn)技術(shù)正推動(dòng)著光纖通信的進(jìn)步，使其滿足人們高速率大容量的通信要求。

【參考文獻(xiàn)】

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[3] 陳妍. 光通信中的重要技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)探討[J]. 信息通信， 2014， （5）.

[4] Yang Q. 428-Gb/s single-channel coherent optical OFDM transmission over 960-km SSMF with constellation expansion and LDPC coding[J]. Optics Express， 2010， 18（16）：16883-16889.

[5] Shieh W， Chen X. Information Spectral Efficiency and Launch Power Density Limits Due to Fiber Nonlinearity for Coherent Optical OFDM Systems[J]. IEEE Photonics Journal， 2011， 3（2）：158-173.

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[7] 張靜. 光OFDM若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 成都：電子科技大學(xué)， 2013.