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相干光通讯


      相干光通信传输技术是当下在数据中心及网络基础设施中实现400G和100G传输速率的主要技术方向。利用光波的更多维度,偏振,幅度,相位和频率来承载更多的调制信息,从而扩充了传输容量。

在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。
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(而不象强度检测那样只是改变光的强度),需要光信号是相干光,例如激光。
外差检测,就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频,得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。

工作原理:在发送端,采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。当信号光传输到达接收端时,首先与一本振光信号进行相干耦合,然后由平衡接收机进行探测。外差检测,光信号经光电转换后获得 中频信号,需二次解调才能被转换成基带信号。

主要优点:
1、灵敏度高,中继距离长。相干光通信相干检测能改善接收机的灵敏度。在相同的条件下,相干接收机比普通接收机提高灵敏度约20dB,可以达到接近散粒噪声极限的高性能,因此也增加了光信号的无中继传输距离。
2、选择性好,通信容量大。相干光通信可以提高接收机的选择性。在直接探测中, 接收波段较大,为抑制噪声的干扰,探测器前通常需要放置窄带滤光片, 但其频带仍然很宽。在相干外差探测中,探测的是信号光和本振光的混频光,因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统,而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除,外差探测有良好的滤波性能。同时,由于相干探测优良的波长选择性,相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小,即密集波分复用( DWDM),取代传统光复用技术的大频率间隔,具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。
3、具有多种调制方式。在相干光通信中,除了可以对光进行幅度调制外,还可以使用 PSK、DPSK、QAM等多种调制格式,利于灵活的工程应用。

发展历史: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。19世纪80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,相干光传输技术的应用将再次受到重视。从200 5年现在,相干光通信方面的理论研究正在逐年升温,商品化研发也在缓慢进行。2006年美国DISCOVERY公司推出了带宽2.5Gbit/s及10Gbit/s的外差检测相干光接收机,在带宽为10Gbit/s误码率为10-9时灵敏度可达-30dBm,集成的相干接收机体积比普通电脑机箱小,便于运输和野外工作。相干光通信的一些关键器件及技术也在近几年得到了很大的发展,如DISCOVERY、德国u2t等公司可提供高速高输入功率的平衡接收机。

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