光纖通信中關鍵技術研究

吳嘉偉

【摘 要】隨著信息時代的到來，高速率大容量成為了通信系統的必然要求，光纖以其優良特性成為了當代通信系統的重要選擇。本文針對目前光纖通信系統中的幾種關鍵技術進行了分析與研究，分別介紹了它們的原理及重要性，對光纖通信領域的發展具有重要意義。

【關鍵詞】信息時代；高速率大容量；光纖通信；關鍵技術

引言：

由于社會信息化程度的不斷提升，特別是隨著網絡中一些新數據業務的不斷成熟與發展，如網絡視頻直播、高清電視，人類社會對于信息傳輸帶寬的需求以驚人的速度增長，由于光纖通信技術傳輸帶寬大、傳輸損耗低而且抗干擾能力強，在通信網絡中承載了80%以上的信息流量，因而始終占據著通信網絡建設的重要地位[1]。同時隨著新型信息化的深入發展，寬帶中國、云計算創新發展、“互聯網+”行動、大數據應用平臺等信息化的重大工程都要求提升寬帶傳輸速率，刺激著我國光纖通信傳輸系統向著高速率、大容量、長距離的方向不斷進步[2-3]。學者們為了不斷提高光通信系統的傳輸容量，進行了大量的探索研究，本文針對幾種光纖通信中關鍵技術進行了介紹與研究。

一、概述

（一）光纖通信原理

光纖通信是指將需要傳輸的數據信息調制到光載波上，經過光纖信道進行傳輸。因此，為了實現光纖通信，首先要將電信號在發送端轉換為光信號，經過光纖信道傳輸后，在接收端要進行相反的轉換，即將光信號轉換為電信號。

（二）光纖通信系統

光纖通信系統可以大致分為三部分：發送端、光纖信道和接收端。在發送端，主要包括光源和調制器，通過調制器將電信號調制到光載波上，使光載波攜帶所需要發送的數據信息。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。接收端主要包括光探測器和放大器等裝置，用來檢測經信道傳輸來的光信號，并將其恢復成電信號。

二、光纖通信系統中的關鍵技術

（一）相干接收技術

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

（二）正交頻分復用技術

正交頻分復用（OFDM）是一種特殊的多載波調制技術，它把高速信號流并行調制到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分離開，因此不需要在子信道間設置保護頻帶，節約了頻帶資源。而且在數據傳輸速率較高時，可以有效降低接收機的復雜度[5]。其具體步驟是先將發送端串行數據流改為含N路的并行數據流，同時，實現信息速率的轉變，使其從高速率降低為低速率，之后對低速率信息進行正交調制，最后將調制后的多路信息以并行的方式傳送出去。通過這樣處理，節省了頻譜資源，信息速率也降低到原信息速率的1/N，速率的降低導致OFDM符號周期增大且擴大N倍，和信道時延相比，該值較大，這使得該技術能夠抵抗信道時延問題[6]。從OFDM的實現方面來講，可以利用離散傅里葉反變換/離散傅里葉變換實現對OFDM信號的調制/解調，這便大大降低了OFDM技術實現的復雜度，使其具有極高的實際應用價值。但由于其本身技術特點，OFDM技術具有峰均比高、對相位噪聲以及同步誤差敏感等，因此為了更好的利用OFDM技術的優勢而避免其不足之處，必須針對這幾個方面進行相應的算法研究。

（三）光孤子技術

在光纖通信中，為了進一步增大傳輸距離，一方面要補償光纖本身對信號的損耗，另一方面還需要考慮光纖信道中產生的色散等影響，為了解決這樣的問題，便出現了光孤子技術[7]。所謂光孤子是指在光纖非線性中衍生出的一種技術，利用光孤子進行通信是通過升高輸入功率而使非線性壓縮出現，并且對信號的展寬進行相應的補償，這種脈沖展寬由于信道中的色散產生，通過這種補償可以保證傳輸信號的幅值及頻率不發生改變。在這樣的通信系統中，發送端利用專用的光孤子激光器來進行孤子序列的產生，產生之后調制器會對產生的孤子進行相應的調制，這樣便可以使光孤子攜帶所需傳輸的數據信息，調制后的孤子信號通過放大器和隔離器后被發送至光纖信道中，在信道中傳輸的過程中，孤子信號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減弱，這便是光孤子通信系統的通信過程。

三、光纖通信未來發展

隨著人們對信息需求的增大以及光纖技術的發展，光纖通信的地位正在逐步提升。光纖通信中相干接收技術、OFDM技術、光孤子技術在逐步趨于成熟，除此之外，偏振復用、波分復用以及軌道角動量復用等技術也逐漸得到了更為廣泛的研究。隨著研究的深入，將會有越來越多的光纖通信技術真正的走近人們的生活，進一步提高人們增長的對通信效率以及質量的要求。因此，光纖通信領域具有良好的發展前景。

四、總結

本文針對光纖通信中的相干檢測技術、OFDM技術以及光孤子通信技術進行了研究，分析了其基本原理以及特點，對光纖通信的關鍵技術及未來發展進行了總結，可以得出，光纖通信正處于蓬勃發展的階段，越來越多的先進技術正推動著光纖通信的進步，使其滿足人們高速率大容量的通信要求。

【參考文獻】

[1] 光通信：100G開啟新時代[J/OL].C114中國通信網，2013，9，24.

[2] 程紅霞. 100G光傳輸技術及發展現狀[J]. 光通信技術，2014，04：22-24.

[3] 陳妍. 光通信中的重要技術及發展趨勢探討[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.

[6] Shieh W， Athaudage C. Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing[J]. Electronics Letters， 2006， 42（10）：587-589.

[7] 張靜. 光OFDM若干關鍵技術研究[D]. 成都：電子科技大學， 2013.