光纤通信教学课件作者张丽华第8章节光纤通信新技术课件

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1、第8章光纤通信新技术8.1相干光通信8.2光孤子通信技术随着全球经济和科技等各个方面的飞速发展，经济全球化，社会信息化趋势越来越明显，人类社会对通信质量和通信容量要求越来越高。光纤通信技术自20世纪70年代诞生以来就在信息技术领域占有重要地位.因此，人们在提高光纤通信传输速率、增大传输容量和延长中继间距方面做着不懈的努力。21世纪光纤通信的进一步发展必须寻找新的途径、采用新的技术，才能满足光纤通信向着高速化、智能化、网络化的发展要求。本章主要介绍两种有发展前景和代表性的新技术，相干光通信技术和光孤子通信技术。8.1相干光通信目前已推广使用的光纤数字通信系统，都属于直接光强度

2、调制、直接光检测系统。这种方式的优点是：调制和解调简单，容易实现，因而成本较低；缺点是：这种方式没有利用光载波的频率和相位信息，限制了系统性能的进一步提高。虽然这种系统还在向高速率、大容量发展，但已受到极限调制速率和接收机灵敏度等种种因素的限制。相干光通信的出现，为光纤通信实现大容量、高速率、长距离传输开劈了一条新的途径。在相干光通信中主要利用了相干调制、外差检测技术或零差检测方式，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，而并不是光的强度；所谓外差检测或零差检测方式是根据本振光信号频率与接收光信号频率是否相等划分的，前者是在光电变换过程中形成中频（

3、其载频等于本振光信号频率与接收光信号频率之差，差大于零)电信号，后者本振光信号频率与接收光信号频率相等，光信号在光电变换过程中直接转换成基带信号。在光纤通信系统中采用外差或零差检测方式可以显著提高接收灵敏度和选择性。8.1.1相干光通信技术基本原理1.基本结构相干光通信其本结构如图8-1所示，相干光通信像传统的无线电和微波通信一样，在发射端对光载波进行幅度、频率或相位调制；在接收端，则采用零差检测或外差检测。图8-1相干光通信系统的构成在发射端，相干光通信是用谱线宽度很窄、频率稳定度很高的LD作发送光源，利用频率稳定、相位和偏振方向可以控制的谱线窄的激光器产生光场可以空间叠

4、加，相互干涉的激光。对激光源的调制多采用间接调制(外调制)方式，可以对光载波实施幅度、频率或相位调制。在接收端设置一个本振激光器，接收时，由耦合器把经光纤传输过来的接收光信号与本振激光器产生的激光一起加到光电检测器上进行检测，经过放大器放大后再解调得到所要的电信号。检测方法有外差检测或零差检测，前者不要求本振光信号与接收光信号之间的相位锁定和频率严格匹配，但后者做要求。2.相干检测原理在相干光通信系统中传输的信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，光信号可以是经过调幅、调频或调相的方式调制到光载波上的，其工作原理可以用图8-2来说明。图8-2相干检测原理框图如图8-2所示，当

5、接收光信号传输到接收端时，设接收光的幅度为AS，频率为ωS，相位为φS；本振光的幅度为AL，频率为ωL，相位为φL。设接收机接收光电场为：（8-1）设本振光电场为：（8-2）当接收光与本振光的偏振方向相同时，进入光电检测器的光强为，而光电检测器的输出光功率与入射光成比例，这样就可以得到K为比例常数若接收光的偏振方向不变，可以利用偏正控制器去控制本振光的偏振方向，使之保持与接受光的偏振方向相同。设ωIF为中频信号角频率，则本振光的角频率应当满足以下条件或（8-4）由式（8-1）～式（8-4），根据模式理论和电场理论的计算结果，可以近似得到输出光功率（8-3）（1）零差检测当时

6、，即，此时为零差检测。光检测器输出的光电流与入射光功率P成正比，即可近似为光电流公式（8-6）其中R为光电检测器响应度，滤除直流分量，并考虑到得到本振光与接收光之间的相位锁定，即φS=φL，可得到零差检测得到的信号电流为直接检测的得到的信号电流为（8-7）（8-8）（8-9）与直接检测相比，零差检测优点是：信号电流提高了,而平均功率提高了倍。虽然噪声也增加了，但是灵敏度仍然可以大幅度提高；缺点是：零差检测技术非常复杂，因为相位变化非常灵敏，要求严格控制保持（φS-φL））不变，同时要求ωS=ωL，所以需要频率稳定性高、线宽窄的光源。（2）外差检测当时，即，此时为外差检测。（

7、8-10）与零差检测相比，外差检测同样放大了接收光功率，提高了灵敏度和信噪比，但是信噪比的改善比零差检测低3dB。由于不用考虑到本振光与接收光之间的相位锁定，设计相对简单。8.1.2相干光通信技术的调制与解调1.调制如前所述，相干光通信中有多种调制方式，除了可以对光波进行幅度调制外，还可以进行频率调制或相位调制，如在数字通信系统中主要有三种调制方式，幅移键控ASK（AmplitudeShiftKey）、频移键控FSK（FrequencyShiftKey）、相移键控PSK（PhaseShiftKey）。1)幅移键控（