光纤通信ppt课件.ppt

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1、光纤通信主讲人：李焕祥第七章相干光通信技术7.1发展过程7.2工作原理7.3主要优点7.4关键技术7.5广泛应用7.6研究现状7.1发展过程目前已经投入使用的光纤通信系统，都是采用光强调制——直接检测（IM-DD）方式。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。但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。为了追求更大的带宽、更长的传输距离、更高的接收灵敏度，降低居高不下的光器件的价格，三十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技术，再次被放到了桌面。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

2、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。直到20世纪90年代末，EDFA和WDM技术的发展，使得相干光通信技术的发展缓慢下来。在这段时期，灵敏度和每个通道的信息容量已经不再备受关注。然而，直接检测的WDM系统经过二十年的发展和广泛应用后已经无法满足现在的通信要求，所以，相干光传输技术的应用将再次受到重视。在数字通信方面，扩大C波段放大器的容量，克服光纤色散效应的恶化，以及增加自由空间传输的容量和范围已成为重要的考虑因素。在模拟通信方面，灵敏度和

3、动态范围成为系统的关键参数，而他们都能通过相干光通信技术得到很大改善。同时，在这短短的二十年中，在光器件方面取得了很大的进步，其中激光器的输出功率，线宽，稳定性和噪声，以及光电探测器的带宽，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波电子器件的性能也大幅提高。这些进步使得相干光通信系统商用化变为可能。所谓相干光，就是两个激光器产生的光场具有空间叠加、相互干涉性质的激光。实现相干光通信，关键是要有频率稳定、相位和偏振方向可以控制的窄线谱激光器。相干光通信，像传统的无线电通信一样，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

4、外差检测，这种检测技术称为相干检测。和IM-DD方式相比，相干检测可以把接收灵敏度提高20dB，相当于在相同发射功率下，若光纤损耗为0.2dB/km,则传输距离增加100km。同时，采用相干检测，可以更充分利用光纤带宽。我们已经看到，在光频分复用（OFDM）中,信道频率间隔可以达到10GHz以下，因而大幅度增加了传输容量。7.2工作原理光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经混频器作用后，在光场发生干涉，然后由平衡接收机进行探测。由光检测器实现光电转换，输出的电信号经过处理（包括放大、解调）后，以基带信号的形式输出。图4.1（b）为相干检

5、测原理方框图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。7.2.1零差检测和外差检测图（1）干涉后的瞬时光功率变化由图可知，中频信号功率分量带有信号光的幅度、频率或相位信息，在发射端，无论采取什么调制方式，都可以从中频功率分量反映出来。所以，相干光接收方式是适用于所有调制方式的通信体制。（1）零差检测选择,即,这

6、种情况称为零差检测。这时，滤去直流分量，检测器产生的信号电流为式中，为光检测器的响应度。通常，同时考虑到本振光相位锁定在信号光相位上，即，这样便得到零差检测的光生信号电流为零差检测信号平均功率与直接检测信号平均功率之比为由于,零差检测接收信号功率可以放大几个数量级。虽然噪声也增加了，但是灵敏度仍然可以大幅度提高。零差检测技术非常复杂，因为相位变化非常灵敏，必须控制相位，使保持不变，同时要求和相等。（2）外差检测选择，即﹥0,这种情况称为外差检测。通常选择在微波范围。这时，中频信号产生的电流与零差检测相似,外差检测接受光功率放大了，从而提高了灵敏

7、度。外差检测信噪比的改善比零差检测低3dB，但是接收机设计相对简单，因为不一定需要相位锁定。7.2.2调制与解调相干检测技术的主要优点是可以对光载波实施幅度、频率和相位调制。数字信号的三种调制方式如下：（1）幅移键控（ASK）：基带数字信号只控制光载波的幅度变化。（2）相移键控(PSK)：基带信号只控制光载波的相位变化。（3）频移键控(FSK)：基带数字信号只控制光载波的频率变化。图7.40示出ASK、PSK、FSK调节方式的比较ASK的光场表达式式中，和、分别为光场的幅度、中心角频率和相移。在ASK中，只对幅度进行调制。对于二进制数字信号调制

8、，在大多数情况下，“0”码传输时，使=0，“1”码传输时，使=1（或者相反）ASK相干通信系统必须采用外调制器来实现，这样只有输出光信号的幅度随基带信