時(shí)間：2023-03-21 17:14:28
序論：在您撰寫(xiě)光通信論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
光通信在最近幾十年的發(fā)展
光通信技術(shù)中最有發(fā)展前景的當(dāng)屬光纖通信技術(shù)了，在最近幾十年來(lái)發(fā)展最好最快的也是光纖通信技術(shù)。光纖通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三代，從工作波長(zhǎng)為0.85μm的多模光纖通信逐漸發(fā)展為工作波長(zhǎng)為1.3μm的單模光纖通信，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展到工作波長(zhǎng)為1.55μm的光纖通信系統(tǒng)，這些年的進(jìn)步很好的解決了光通信系統(tǒng)的色散問(wèn)題。不僅如此在這些年光源也放上的很大的變化，發(fā)生了從發(fā)光二極管到半導(dǎo)體激光器的變化。半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)大大的提高了傳輸信息的效率，而且半導(dǎo)體激光器與二級(jí)發(fā)光體比較具有更高的功率和更長(zhǎng)的使用壽命。光纖和光源的發(fā)展大大的緩解了信息衰減和色散的問(wèn)題，加大了光纖的通信容量，提高了光纖通信的效率。另外在光網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面也有了很大的發(fā)展。目前的技術(shù)種為了方便用戶使用圖像、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等業(yè)務(wù)，目前的重點(diǎn)是寬帶接入網(wǎng)建設(shè)。寬帶接入包括光纖、無(wú)線、同軸電纜和xDSL這幾種方式，這些主要是基于分組交換方式的接入，其中以光纖接入為主。光纖接入分為有源方式接入和無(wú)源方式接入兩種，即利用SDH或PDH為傳輸通道和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)方式，光纖的非線性問(wèn)題隨著光纖放大器的廣泛應(yīng)用而逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。光纖的非線性主要指四波混頻效應(yīng)、自相位調(diào)制效應(yīng)、交叉相位調(diào)制效應(yīng)、受激喇曼效應(yīng)、受激布里淵效應(yīng)等。其中一些效應(yīng)會(huì)使得系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)惡化，使得信號(hào)脈沖展寬、波型畸變、信號(hào)之間串?dāng)_。通過(guò)合理的使用某些非線性效應(yīng)，我們可以研制出新型的光器件。
光通信技術(shù)的發(fā)展前景
1光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景
為了更好的建設(shè)下一代網(wǎng)絡(luò)就必須得構(gòu)建一個(gè)擁有巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施，而由于光纜高達(dá)20年的壽命以及過(guò)高的造價(jià)，光纖基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)和構(gòu)建必須具有前瞻性，應(yīng)該結(jié)合設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)設(shè)計(jì)。同時(shí)由于下一代電信網(wǎng)對(duì)容量的高要求以及頻率的高寬度，這一代的光纖性能已經(jīng)無(wú)法滿足需求，必將被淘汰，那么開(kāi)發(fā)新一代的光纖將勢(shì)在必行。在G.652.A光纖的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)并取得一定成果的G.652C/D光纖很好的解決了色散斜率的問(wèn)題，減低系統(tǒng)成本，而且能實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離和更大容量的傳輸?；谶@些原因，具有更長(zhǎng)使用壽命的新一代光纖必將得到更好的發(fā)展。
2波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展前景
1光纖模型
對(duì)于一些較為復(fù)雜的矢量信息的調(diào)制，光通信系統(tǒng)當(dāng)中則一般都是用IQ調(diào)制器進(jìn)行；光纖模型是為了將通信相干系統(tǒng)內(nèi)處理數(shù)字信號(hào)進(jìn)行提高，因此必須要具體研究整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)進(jìn)行光纖傳輸?shù)默F(xiàn)象，而該現(xiàn)象則需要從物理以及數(shù)學(xué)的模型當(dāng)中入手，對(duì)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償或均衡技術(shù)進(jìn)行研究過(guò)程中將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的作用發(fā)揮出來(lái)，使得光信號(hào)變換成為電磁波的形式，具體的解是在麥克斯韋方程組導(dǎo)出的波動(dòng)方程中進(jìn)行的，表達(dá)式是：其中X是信號(hào)偏振方向的單位向量，是初始振幅的傅立葉表示，是常數(shù)，最終將光信號(hào)基態(tài)模式分布成F（x，y）看成是近似高斯函數(shù)。另外在研究接收端過(guò)程中，一般都是將光相干接收機(jī)作為主要組成進(jìn)行研究，其能夠?qū)邮諜C(jī)進(jìn)行直接測(cè)探，讓所檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度信息得以增強(qiáng)，同時(shí)還能夠?qū)?qiáng)度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換前對(duì)其進(jìn)行除匹配濾波之外的處理。
2信號(hào)處理
研究相干光通信系統(tǒng)內(nèi)處理數(shù)字信號(hào)的技術(shù)主要是：光纖信道是信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)耐ǖ?，而其中所出現(xiàn)的不同形式的失真或者損傷就會(huì)在結(jié)合過(guò)程中出現(xiàn)線性或者非線性的失真。而線性失真的補(bǔ)償是不存在因果關(guān)系，即無(wú)需顧慮其順序問(wèn)題，不過(guò)需要在具體算法當(dāng)中遵循以下原則：分離所需估計(jì)的線性失真為單獨(dú)形式的變量，并補(bǔ)償態(tài)應(yīng)該優(yōu)先估計(jì)，對(duì)于算法較為簡(jiǎn)單的變量，然后再補(bǔ)償隨機(jī)變量，最后才是對(duì)所有變量進(jìn)行完整補(bǔ)償。算法流程：每個(gè)方框所代表的都是相干接收機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，且子系統(tǒng)之間所可能出現(xiàn)的反饋線路的具體圖表也要進(jìn)行表示，在預(yù)處理算法的研究中，它是指在進(jìn)行實(shí)質(zhì)的信道均衡、載波恢復(fù)之前，對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行一定程度的預(yù)先處理，為形成數(shù)字信號(hào)處理算法做出充分的準(zhǔn)備。
3信號(hào)補(bǔ)償
使用數(shù)字信號(hào)處理算法之后，相干光通信系統(tǒng)對(duì)信號(hào)補(bǔ)償是在接收端，具體使用過(guò)程當(dāng)中則會(huì)根據(jù)情況的不同來(lái)使用不同形式的數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)。去偏移系統(tǒng)可以針對(duì)偏振之間的采樣時(shí)刻偏移進(jìn)行補(bǔ)償。正交化系統(tǒng)可以補(bǔ)償因調(diào)制器和混頻器缺陷造成的欠正交狀況。歸一化系統(tǒng)能夠?qū)⑿盘?hào)具備單位的能力和幅度，進(jìn)而使得信號(hào)發(fā)生色度色散后可利用靜態(tài)信道的均衡系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。即使出現(xiàn)不當(dāng)采樣而導(dǎo)致誤差出現(xiàn)時(shí)，也能夠使用采樣時(shí)鐘來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償。即自適應(yīng)的信道均衡系統(tǒng)能夠?qū)τ谄袼霈F(xiàn)的相關(guān)損傷進(jìn)行補(bǔ)償，載波相位回復(fù)系統(tǒng)是估計(jì)載波相位的噪聲，進(jìn)而對(duì)所出現(xiàn)的失真進(jìn)行補(bǔ)償。載波頻率恢復(fù)系統(tǒng)則是對(duì)發(fā)送端和接收端之間載波所出現(xiàn)的頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償和估計(jì)。對(duì)于光線非線性造成的信號(hào)損傷可以借助非線性補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。
4相關(guān)耦合
在應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理算法過(guò)程當(dāng)中，先在接收端破和所輸入的光信號(hào)和本振光，進(jìn)而根據(jù)上述的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)子系統(tǒng)來(lái)對(duì)所耦合的光信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化、去偏移以及正交化恢復(fù)等處理，然后根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境來(lái)選擇具體形式的反饋和補(bǔ)償。即相干光通信系統(tǒng)中有了數(shù)字信號(hào)處理算法的應(yīng)用將會(huì)對(duì)其色散、偏振等造成的信號(hào)失真有了非常有效的補(bǔ)償，進(jìn)而更好的促進(jìn)了相干光通信系統(tǒng)的發(fā)展。
二、小結(jié)
1.1基于光電探測(cè)器直接耦合的FSO系統(tǒng)
早在30多年前，自由空間光通信曾掀起了研究的熱潮，但當(dāng)時(shí)的器件技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)和大氣信道光傳輸特性本身的不穩(wěn)定性等諸多客觀因素卻阻礙了它的進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，隨著光纖制作技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、光通信系統(tǒng)技術(shù)的不斷完善和成熟，光纖通信在20世紀(jì)80年代掀起了熱潮，自由空間光通信一度陷入低谷。然而，隨著骨干網(wǎng)的基本建成以及最后一公里問(wèn)題的出現(xiàn)，以及近年來(lái)大功率半導(dǎo)體激光器技術(shù)、自適應(yīng)變焦技術(shù)、光學(xué)天線的設(shè)計(jì)制作及安裝校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展和成熟，自由空間光通信的研究重新得到重視。
在國(guó)外，F(xiàn)SO系統(tǒng)主要在美英等經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家生產(chǎn)和使用。到目前為止，F(xiàn)SO己被多家電信運(yùn)營(yíng)商應(yīng)用于商業(yè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，比較典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奧運(yùn)會(huì)上，Terabeam公司成功地使用FSO設(shè)備進(jìn)行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實(shí)現(xiàn)了利用FSO設(shè)備向客戶提供10OMb/s的數(shù)據(jù)連接。該公司還計(jì)劃4年內(nèi)在全美建設(shè)100個(gè)FSO城市網(wǎng)絡(luò)。而Airfiber公司則在美國(guó)波士頓地區(qū)將FSO通信網(wǎng)與光纖網(wǎng)（SONET）通過(guò)光節(jié)點(diǎn)連接在一起，完成了該地區(qū)整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。
目前商用的FSO系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）通常采用光源直接輸出、光電探測(cè)器直接耦合的方式，這種系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)：
（l）半導(dǎo)體激光器出射光束在水平方向和垂直方向的發(fā)散角不同，且出射光斑較粗，因此我們需要先將出射光束整形為圓高斯光束再準(zhǔn)直擴(kuò)束后發(fā)射，這樣發(fā)射端的光學(xué)系統(tǒng)就較為復(fù)雜，體積也會(huì)相應(yīng)增大。
（2）在接收端，光斑經(jīng)光學(xué)天線會(huì)聚之后直接送入PD轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。通常，我們需要提供點(diǎn)到點(diǎn)的，雙向的通信系統(tǒng)，這樣，F(xiàn)SO系統(tǒng)的每個(gè)終端都包括了激光器，探測(cè)器，光學(xué)系統(tǒng)，電子元器件和其中有源器件所需要的電源。這種系統(tǒng)的體積通常比較大，重量大，成本也比較高。從FSO系統(tǒng)終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中可以看出，完成一個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路需要6個(gè)OE轉(zhuǎn)換單元。隨著人們對(duì)帶寬的需求越來(lái)越高，PD的成本也越來(lái)越高，6個(gè)OE轉(zhuǎn)換單元大大增加了成本閉。
（3）FSO終端設(shè)備一般安裝于樓頂，如果終端中含有大量的有源設(shè)備，會(huì)給我們的安裝帶來(lái)了很多不方便。
（4）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性很小。如果用戶所需要的帶寬增加，那么封裝在一起的整個(gè)FSO系統(tǒng)終端都需要被新的終端取代，安裝新設(shè)備的過(guò)程需要再次對(duì)準(zhǔn)，整個(gè)升級(jí)過(guò)程所需要的時(shí)間很長(zhǎng)，給人們帶來(lái)巨大的損失。
1.2基于光纖耦合技術(shù)的FSO系統(tǒng)
光纖輸出、光纖輸入的自由空間光通信系統(tǒng)（見(jiàn)圖2），激光器輸出的高斯光束耦合至光纖再經(jīng)準(zhǔn)直出射，傳輸一定距離后，光束通過(guò)合適的聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦在光纖纖芯上，沿著光纖傳輸后經(jīng)PD接收還原信號(hào)。這樣我們通過(guò)在發(fā)射和接收端都采用光纖連接的方式，只需要在樓頂放置光學(xué)天線系統(tǒng)，而將其他的控制系統(tǒng)通過(guò)光纖放置于室內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝。
這種新型的FSO系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①減少了不必要的E一O轉(zhuǎn)換，一條鏈路現(xiàn)在只需要2個(gè)OE接口即可，大大降低了成本。②光學(xué)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，光纖出射的光束一般為圓高斯光，不需要整形，簡(jiǎn)化了光學(xué)系統(tǒng)，減小了體積，易于安裝。③易于升級(jí)及維護(hù)，當(dāng)用戶的帶寬增加時(shí)，我們只需要對(duì)放置在室內(nèi)的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)即可，免去了復(fù)雜繁瑣的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。④基于光纖耦合的空間光通信系統(tǒng)能夠很好的與現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，利用現(xiàn)有的比較成熟的光纖通信系統(tǒng)中的器件如發(fā)射接收模塊，EDFA和WDM中所用到的復(fù)用器和解復(fù)用器。⑤可以與光碼分多址復(fù)用技術(shù)（OCDMA）相結(jié)合，構(gòu)成自由空間OCDMA系統(tǒng)，進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)的帶寬。
對(duì)于一個(gè)基于光纖耦合技術(shù)的FSO系統(tǒng)而言，以下2個(gè)因素必不可少：①體積小，重量輕的光學(xué)天線系統(tǒng)一個(gè)最佳的光學(xué)天線的設(shè)計(jì)首先必須使盡可能多的光耦合進(jìn)單模光纖，獲得最大的耦合效率；其次要能通過(guò)粗跟蹤系統(tǒng)測(cè)出入射光的角度；另外，必須滿足盡可能高的通信速率和穩(wěn)定性。②性能良好的跟蹤系統(tǒng)要使光學(xué)接收天線接收到的光能夠有效的耦合進(jìn)纖芯和數(shù)值孔徑都極小的單模光纖，我們必須為系統(tǒng)加上雙向的跟蹤系統(tǒng)。
2國(guó)內(nèi)空間光通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展
我國(guó)衛(wèi)星間光通信研究與歐、美、日相比起步較晚。國(guó)內(nèi)開(kāi)展衛(wèi)星光通信的單位主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)（系統(tǒng)模擬和關(guān)鍵技術(shù)研究）、清華大學(xué)（精密結(jié)構(gòu)終端和小衛(wèi)星研究）、北京大學(xué)（重點(diǎn)研究超窄帶濾波技術(shù)）和電子科技大學(xué)（側(cè)重于APT技術(shù)研究）。目前已完成了對(duì)國(guó)外研究情況的調(diào)研分析，進(jìn)行了星間光通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬分析及初步的實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)研究，大量的關(guān)鍵技術(shù)研究正在進(jìn)行，與國(guó)外相比雖有一定的差距，但近些年來(lái)在光通信領(lǐng)域也取得了一些顯著的成就。
2002年哈爾濱工業(yè)大學(xué)成功地研制了國(guó)內(nèi)首套綜合功能完善的激光星間鏈路模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可模擬衛(wèi)星間激光鏈路瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤、通信及其性能指標(biāo)的測(cè)試。所研制的激光星間鏈路模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的綜合功能、衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)對(duì)光通信系統(tǒng)性能的影響及對(duì)光通信關(guān)鍵單元技術(shù)的攻關(guān)研究有創(chuàng)新性，其技術(shù)水平為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，目前該項(xiàng)研究已進(jìn)入工程化研究階段。上海光機(jī)所研制出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)155M大氣激光通信機(jī)樣機(jī)，該所承擔(dān)的“無(wú)線激光通信系統(tǒng)”項(xiàng)目也在2003年1月份通過(guò)了驗(yàn)收，該系統(tǒng)具有雙向高速傳輸和自動(dòng)跟蹤功能，其傳輸速率可達(dá)622Mb/s，通信距離可以達(dá)到2km，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度為0.1mrad，響應(yīng)時(shí)間為0.2s。中科院成都光電所于2004年在國(guó)內(nèi)率先推出了10M碼率、通信距離300m的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)國(guó)產(chǎn)激光無(wú)線通信機(jī)商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)8km，速率為10~155M。武漢大學(xué)于2006年在國(guó)內(nèi)首先完成42M多業(yè)務(wù)大氣激光通信試驗(yàn)，2007年3月又在國(guó)內(nèi)率先完成全空域FSO自動(dòng)跟蹤伺服系統(tǒng)試驗(yàn)，這為開(kāi)發(fā)機(jī)載、星載激光通信系統(tǒng)和地面帶自動(dòng)目標(biāo)捕獲功能的FSO系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。另外在光無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以太網(wǎng)光無(wú)線通信、USB接口光無(wú)線通信、大氣激光傳輸、大氣光通信收發(fā)模塊和信號(hào)復(fù)接/分接技術(shù)等方面都取得了多項(xiàng)成果。
3自由空間光通信技術(shù)的應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
自由空間光通信和其他無(wú)線通信相比，具有不需要頻率許可證、頻率寬、成本低廉、保密性好，低誤碼率、安裝快速、抗電磁干擾，組網(wǎng)方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。正是由于這些特點(diǎn)，F(xiàn)SO系統(tǒng)正受到電信運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越多的關(guān)注與青睞。對(duì)于有線運(yùn)營(yíng)商，F(xiàn)SO可以在城域光網(wǎng)之外提供高帶寬連接，而其成本只有地下埋設(shè)光纜的五分之一，而且不需要等6個(gè)月才能拿到施工許可證。對(duì)于無(wú)線運(yùn)營(yíng)商，在昂貴的E1/T1租用線路和帶寬較低的微波解決方案之外，F(xiàn)SO在流量回輸方面提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)的替代選擇。在目前這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中，F(xiàn)SO無(wú)疑為電信運(yùn)營(yíng)商以較低的成本加速網(wǎng)絡(luò)部署，提高“服務(wù)速度”并降低網(wǎng)絡(luò)操作費(fèi)用提供了可能。而且FSO技術(shù)結(jié)合了光纖技術(shù)的高帶寬和無(wú)線技術(shù)的靈活、快速部署的特性，可以在接入層等近距離高速網(wǎng)的建設(shè)中大有用武之地，在目前許多企業(yè)和機(jī)構(gòu)都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高）的情況下，F(xiàn)SO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問(wèn)題的有效途徑。
FSO產(chǎn)品目前最高速率可達(dá)2.5G，最遠(yuǎn)可傳送4km，在本地網(wǎng)和邊緣網(wǎng)等近距離高速網(wǎng)的建設(shè)中大有用武之地，主要應(yīng)用于一些不宜布線或是布線成本高、施工難度大、經(jīng)市政部門審批困難的地方，如市區(qū)高層建筑物之間、公路（鐵路）兩側(cè)的建筑物之間、不易架橋的河流兩岸之間、古建筑、高山、島嶼以及沙漠地帶等。另外，F(xiàn)SO設(shè)備也可用于移動(dòng)基站的環(huán)路建設(shè)、場(chǎng)所比較分散的企業(yè)局域網(wǎng)子網(wǎng)之間的連接和應(yīng)急通信。對(duì)于銀行、證券、政府機(jī)關(guān)等需要穩(wěn)定服務(wù)的商業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，F(xiàn)SO產(chǎn)品可以作為預(yù)防服務(wù)中斷的光纖備份設(shè)備。
當(dāng)然，F(xiàn)SO在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的瓶頸，主要是會(huì)受到大氣狀況或物理障礙的影響，比如其光束在傳輸中極易受大霧等惡劣天氣，物理阻隔或建筑物的晃動(dòng)/地震的影響。在惡劣的天氣下，光束傳輸?shù)木嚯x會(huì)下降，從而降低通信的可靠性，嚴(yán)重的甚至?xí)斐赏ㄐ胖袛唷?/p>
盡管存在不少問(wèn)題，但自由空間光通信的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更為明顯，其自身的特點(diǎn)決定了在一定的環(huán)境下，它可以最大發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，比如可以用于不便鋪設(shè)光纖的地方和不適宜使用微波的地方；又由于光纖成本過(guò)高，用戶無(wú)法在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)光纖接入，而他們卻渴望享受寬帶接入帶來(lái)的便利，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)階段寬帶網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況——許多企業(yè)和機(jī)構(gòu)都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高），F(xiàn)SO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問(wèn)題的有效途徑。FSO系統(tǒng)解決了寬帶網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”的接入，實(shí)現(xiàn)了光纖到桌面，完成語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的高速傳輸，拉動(dòng)了聲訊服務(wù)業(yè)和互動(dòng)影視傳播，實(shí)現(xiàn)了“三網(wǎng)融合”，有利于電子政務(wù)、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育及遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展，并產(chǎn)生了巨大的效益，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景。
參考文獻(xiàn)：
［1］ZHUX，KAHNJM.Freespaceopticalcommunicationthroughatmo-sphericturbulencechannels［J］.IEEETransactionsonCommunications，2002，50（8）：1293-1300.
［2］蔣麗娟.無(wú)線光通信技術(shù)及其應(yīng)用［C］.全國(guó)第十二次光纖通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2004，10.
［3］張英海，霍澤人，王宏鋒等.自由空間光通信的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)數(shù)據(jù)通信，2004，6，（12）.
［4］程莉.自由空間光通信技術(shù)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27，（5）.
［5］章志堅(jiān).讓光在無(wú)線空間自由的傳播（上）——自由空間光通信（FSO）簡(jiǎn)介［J］.通信世界報(bào)，2006.
確保通信線路安全運(yùn)行的技術(shù)對(duì)策
1合理進(jìn)行光纖布線
通常情況下，在機(jī)房中因?yàn)槲怖w問(wèn)題導(dǎo)致光通信中斷的原因有：（1）機(jī)房灰塵大，尾纖接頭有灰或者比較臟；（2）尾纖與法蘭盤連接處松動(dòng)；（3）法蘭盤與尾纖角度不正導(dǎo)致對(duì)接偏離；（4）盤纖不合理，尾纖彎曲半徑過(guò)小；（5）尾纖緊固不好；（6）線路衰耗大，接收的光功率在正常工作的臨界點(diǎn)附近，尾纖的輕微擾動(dòng)讓光板反應(yīng)敏感等。針對(duì)尾纖問(wèn)題，可以通過(guò)優(yōu)化機(jī)房環(huán)境、提高技術(shù)操作注意操作的細(xì)節(jié)等避免因?yàn)槲怖w問(wèn)題導(dǎo)致通信故障。
2做好接頭，減小衰耗
在光纜線路中用到許多活接頭，光設(shè)備接頭接觸不良產(chǎn)生的故障，其表現(xiàn)形式是光功率偏低，這主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不精密、環(huán)境不清潔、接插不徹底，造成接觸不良。在線路搶修過(guò)程中，也遇到接頭問(wèn)題。光纜接頭比較復(fù)雜，主要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）接頭環(huán)境盡量避免在灰塵過(guò)多的場(chǎng)合。（2）待光纖熱塑保護(hù)管完全冷凝后再往接頭托盤上的接頭卡槽中放置。（3）當(dāng)光纖接續(xù)完畢后，應(yīng)安置好接頭盒中的光纖，不能出現(xiàn)光纖曲率半徑過(guò)小的現(xiàn)象，以免加大彎曲損耗。（4）光纖的每個(gè)接頭損耗衰減應(yīng)保證不大于0.1dB。（5）注意光纜接頭盒的防水處理。
3通信光板的1+1保護(hù)
就一個(gè)光端機(jī)來(lái)說(shuō)，光板使用1+1保護(hù)的旨意在于：兩塊光板同在工作，只要有一塊光板工作正常，就能夠保證通信不中斷。在關(guān)鍵時(shí)刻1+1保護(hù)能夠起到非常重要的作用。當(dāng)在用的光板故障，或者在用纖芯的衰耗過(guò)大導(dǎo)致收不到光功率，系統(tǒng)能夠馬上切換到備用的通道，保證通信的正常運(yùn)行。
4防強(qiáng)電措施
有金屬構(gòu)件的光纜線路，當(dāng)其與高壓電力線路、交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)平行，或與發(fā)電廠或變電站的地線網(wǎng)、高壓電力線路桿塔的接地裝置等強(qiáng)電設(shè)施接近時(shí)，應(yīng)主要考慮強(qiáng)電設(shè)施在故障狀態(tài)和工作狀態(tài)時(shí)由電磁感應(yīng)、地電位升高等因素在光纜金屬構(gòu)件上產(chǎn)生的危險(xiǎn)影響。(1)光纜線路與強(qiáng)電線路交越時(shí)，宜垂直通過(guò)；在困難情況下，其交越角度應(yīng)不小于45度。(2)為了防止光纜接頭處產(chǎn)生電弧放電，宜對(duì)其接頭處金屬構(gòu)件采用前后斷開(kāi)的方式，不作電氣連接和接地處理。(3)當(dāng)上述措施無(wú)法滿足安全要求時(shí)，可增加光纜絕緣外護(hù)層的介質(zhì)強(qiáng)度、采用非金屬加強(qiáng)芯或無(wú)金屬構(gòu)件的光纜。
確保通信線路安全運(yùn)行的管理方法
1加強(qiáng)日常維護(hù)、提高線路運(yùn)行率
日常維護(hù)是維護(hù)工作的重中之重，只有日常維護(hù)工作做好后，才能有效地防止故障的產(chǎn)生。（1）設(shè)備的日常巡檢：每月定期巡檢機(jī)房，保證機(jī)房清潔、溫度濕度適宜；并檢查設(shè)備的工作指示燈、電源電壓、接地防雷等。（2）線路日常巡查：應(yīng)按巡線周期定期巡查，及早處理和詳細(xì)記錄巡線中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。（3）線路資料日常更新：線路資料是判斷故障的重要依據(jù)，因此必須專人管理，并及時(shí)更新。（4）定期巡視，定點(diǎn)特殊巡察。
2重視通信光纜線路的監(jiān)測(cè)工作
為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)管理員、維護(hù)人員應(yīng)定期通過(guò)性能管理措施對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查、監(jiān)控，同時(shí)做好光通信線路測(cè)試工作：每年兩次對(duì)備用的光纖采用OTDR或光功率機(jī)進(jìn)行測(cè)試，并與上一次測(cè)試結(jié)果對(duì)比，防止光纖劣化。對(duì)測(cè)出的斷芯、衰減大等問(wèn)題，可在平時(shí)的維護(hù)中處理，針對(duì)比較大的問(wèn)題可結(jié)合線路大修、技改進(jìn)行處理。維護(hù)人員還應(yīng)該及時(shí)根據(jù)通信光纜線路的性能指標(biāo)，如傳輸光功率、衰減等的變化，故障發(fā)生率、故障發(fā)生原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免重復(fù)性工作和同類型故障的多次發(fā)生。
3做好通信線路保護(hù)設(shè)施
如通信線路與電力線路交叉、跨越時(shí)，做好通信線路的絕緣保護(hù)；通信線路過(guò)公路、耕地、魚(yú)塘、溝渠時(shí)要有明顯的警示牌，埋地通信線路上明顯的標(biāo)識(shí)，附近設(shè)置警示牌。特別地要關(guān)注光纜所經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，制止妨礙光纜的建筑施工、植樹(shù)以及修路等活動(dòng)，對(duì)光纜路由上易受沖刷、挖掘地段進(jìn)行培土加固和必要的修整。
4及時(shí)識(shí)別和消除隱患
及時(shí)識(shí)別和消除隱患，做到“早發(fā)現(xiàn)，早處理”。如已經(jīng)存在的通信線路隱患，如通信線路相對(duì)地面的埋深不夠、相對(duì)魚(yú)塘的埋深不夠等的問(wèn)題，需要及時(shí)處理。特別在汛期來(lái)臨的前期需要對(duì)整個(gè)線路做好巡檢，記錄巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行特殊的“照顧”。另外，要認(rèn)真及時(shí)做好大型施工機(jī)械和操作人員的登記，全面掌握大型施工機(jī)械和操作人員的動(dòng)向，嚴(yán)防大型施工機(jī)械施工造成的光纜線路損壞；嚴(yán)防光纜線路遷移、維護(hù)、搶修中不慎導(dǎo)致光纜線路阻斷。
相干光通信系統(tǒng)中的主要關(guān)鍵技術(shù)
實(shí)際中，主要采用以下關(guān)鍵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠、高效的相干光通信。
(1)穩(wěn)定頻率技術(shù)。相干光通信中，保持激光器的頻率穩(wěn)定性是一個(gè)重要的前提條件。在零差檢測(cè)相干光通信系統(tǒng)中，如果激光器的波長(zhǎng)或頻率隨著工作條件的變化而產(chǎn)生漂移，那就難以保證本振光信號(hào)與接收光信號(hào)頻率之間的相對(duì)穩(wěn)定。外差檢測(cè)相干光通信系統(tǒng)也是如此。為了保證相干光通信系統(tǒng)的正常工作，必須確保光載波和光本振蕩器的頻率穩(wěn)定性很高。
（2）調(diào)制外光技術(shù)。外光調(diào)制是利用某些光電、聲光或磁光特性的外調(diào)制器，完成對(duì)光載波的調(diào)制。相干光纖通信系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)光源和本振光源的要求較高，它要求較高的頻率穩(wěn)定度和較窄的光譜線。飛秒激光輸入頻率穩(wěn)定，可調(diào)諧范圍較寬，但所占帶寬相對(duì)較小，具有超強(qiáng)的能量和超短的時(shí)間，完全符合作為相干光纖通信系統(tǒng)光源的要求。
（3）壓縮頻譜技術(shù)。在相干光通信中，光源的頻譜寬度是一個(gè)重要參數(shù)。只有保證光波的頻譜寬度窄，才能使相伴漂移而產(chǎn)生的相位噪聲更小，從而得到大容量、高質(zhì)量的光傳輸。
飛秒激光器
1飛秒激光器的介紹
伴隨光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，利用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離通信，一直是我們不斷追求的重要發(fā)展方向之一。如何獲取并采用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光源，這是超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)中首先需要解決的技術(shù)問(wèn)題。飛秒激光就是這樣一種超長(zhǎng)波長(zhǎng)光源，將其應(yīng)用于相干光通信的光源，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。飛秒激光是由激光發(fā)展起來(lái)的一種新型工具，其功能非常強(qiáng)大。飛秒脈沖短得令你無(wú)法想象，現(xiàn)在能夠達(dá)到4飛秒以內(nèi)。1飛秒（fs），即10-15秒，這僅僅是1千萬(wàn)億分之一秒，所以也稱為超短脈沖激光器。飛秒脈沖采用多級(jí)啁啾脈沖放大技術(shù)獲得的最大脈沖峰值功率，可以達(dá)到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量級(jí)，飛秒激光的能量強(qiáng)度如此之高，毫不夸張地說(shuō)，它比將太陽(yáng)照射到地球上的全部光聚集成繡花針尖般大小后的能量密度還高。
2飛秒激光器的工作原理
飛秒激光器的工作原理。第一，采用衍射光柵將一束飛秒激光分成兩束或更多束,通過(guò)一個(gè)共焦成像系統(tǒng)讓它相干。第二,將一個(gè)鍍有金屬薄膜的透明基體與一個(gè)接受基體疊放在一起。第三,利用相干的飛秒激光脈沖輻照透明基體上的金屬薄膜,激光瞬間加熱作用產(chǎn)生的壓力將會(huì)驅(qū)動(dòng)輻照區(qū)的金屬薄膜蒸發(fā)到與它接觸的接受基體上,蒸發(fā)的金屬將迅速重新固化，沉積到接受基體上,這樣在接受基體上就會(huì)得到由相干飛秒激光脈沖傳輸?shù)闹芷谖⒔Y(jié)構(gòu)。
3飛秒激光器的應(yīng)用
飛秒激光最直接的應(yīng)用就是作為超短超快光源。應(yīng)用泵浦探測(cè)技術(shù)和多種時(shí)間光譜分辨技術(shù)，作為飛秒固體激光放大器的種子光源。雖說(shuō)我們能夠使光脈沖寬度愈來(lái)愈窄，光脈沖能量愈來(lái)愈高，但最令人欣喜的進(jìn)展還是能夠輕易得到飛秒脈沖。飛秒激光的應(yīng)用研究領(lǐng)域大概分為兩種，一種是超快瞬態(tài)現(xiàn)象的應(yīng)用研究，另一種是超強(qiáng)現(xiàn)象的應(yīng)用研究。伴隨激光脈沖寬度的縮短和能量的增加，這兩種研究都得到了深入的發(fā)展?？梢钥吹?，飛秒脈沖激光的發(fā)展直接帶動(dòng)了生物醫(yī)療、材料工程與信息科學(xué)進(jìn)入超微觀超快速的研究領(lǐng)域,并開(kāi)創(chuàng)了一些如納米技術(shù)、立體三維存貯等全新的研究領(lǐng)域，此外，它還被應(yīng)用于信息的處理、傳輸和存貯方面，擁有廣闊的應(yīng)用前景。
飛秒激光作為相干光通信光源的廣泛應(yīng)用
相干光通信的研究和應(yīng)用均發(fā)展迅速，這對(duì)于超長(zhǎng)波長(zhǎng)(2～10m)光纖通信來(lái)說(shuō)，是非常好的選擇。在超長(zhǎng)波段，由瑞利散射引起的光纖固有損耗將進(jìn)一步大幅減少。理論上，在超長(zhǎng)波段可以實(shí)現(xiàn)光纖越洋跨海無(wú)中繼超長(zhǎng)距離通信；而實(shí)際上，在超長(zhǎng)波段，直接探測(cè)接收機(jī)的各項(xiàng)性能和表現(xiàn)都不盡人意，唯一的選擇，就是相干探測(cè)方式。以飛秒激光為光源，以超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖作為傳輸介質(zhì)，利用相干光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)需中繼站的超長(zhǎng)距離通信。超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)不但解決了普通光通信系統(tǒng)中距離和容量限制問(wèn)題，而且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，并使通信成本大幅降低，對(duì)跨海洋和沙漠地區(qū)的通信更具有非凡的意義。
考慮到高靈敏度的激光相干通信更適用于遠(yuǎn)距離的通信，這里以GEO軌道為例，綜合考慮文獻(xiàn)［8，12］的參數(shù)，以傳輸速率為2Gb／s的2PSK零差系統(tǒng)為例，選定的參數(shù)如表1所示。對(duì)信號(hào)光束與本振光束的要求按照文獻(xiàn)［7］執(zhí)行。為了更清晰地說(shuō)明像差對(duì)接收系統(tǒng)可靠性的影響，分兩步進(jìn)行討論，首先探討接收系統(tǒng)各種像差各自所產(chǎn)生的影響，然后再探討它們相互是否具有校正補(bǔ)償功能。
不同像差單獨(dú)作用時(shí)
先來(lái)考查傾斜、離焦、彗差及像散這4種像差對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。把表1的數(shù)據(jù)代入（13）式，并對(duì)傾斜、離焦、彗差及像散的像差進(jìn)行歸一化處理，即令W1x，W20，W31，W22分別除以λ，以此作為自變量，依次把（9）～（12）式代入（13）式進(jìn)行運(yùn)算，并對(duì)所得誤碼率進(jìn)行以10為底的對(duì)數(shù)變換，得到圖1和表2所示的像差與誤碼率關(guān)系。
圖1橫坐標(biāo)表示歸一化的像差系數(shù)，縱坐標(biāo)是取對(duì)數(shù)后的誤碼率。從圖看到，對(duì)于星間相干光通信接收系統(tǒng)其可靠性容易受各種像差的影響。從圖1兩坐標(biāo)軸的起點(diǎn)和表2第1列數(shù)據(jù)可以看到，在表1設(shè)定的參數(shù)下，在沒(méi)有像差的影響的情況下，系統(tǒng)最小誤碼率接近10－8；當(dāng)有像差時(shí)，從圖中4條曲線并比較表格第2～5行的數(shù)據(jù)，可以看到，接收系統(tǒng)的誤碼率隨著像差的增加而遞增，其中傾斜像差對(duì)接收系統(tǒng)誤碼率的影響最大，離焦和彗差相當(dāng)，而像散的影響最小。若以εBER≤10－6為標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)能承受的最大傾斜像差W1x僅為0．2λ，最大離焦W20及彗差W31大約為0．32λ，最大像散W22不超過(guò)0．41λ?？赡艿脑蚴牵合到y(tǒng)一旦有傾斜像差，信號(hào)光束將完全偏離焦點(diǎn)，它與本振光束所形成的有效混頻區(qū)域銳減，從而混頻效率急降，使誤碼率快速攀升。離焦像差將使信號(hào)光束的聚焦光斑沿光軸在焦點(diǎn)前后變動(dòng)，從而改變焦點(diǎn)處的光斑質(zhì)量，影響它與本振光斑在焦點(diǎn)處的混頻效果，使誤碼率上升；與傾斜像差導(dǎo)致的混頻面積減少相比，這種信號(hào)光束聚焦特性的劣變是溫和的，所以離焦像差對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響比傾斜像差小。另外，考慮到接收光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)高階像差的優(yōu)化設(shè)計(jì)，且采取了抗擾動(dòng)措施，所以彗差與像散的影響將更小，這也從側(cè)面說(shuō)明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)無(wú)需考慮更高階像差的影響。
像差間的相互校正
根據(jù)文獻(xiàn)［7］，傾斜像差與彗差之間、離焦與像散之間具有部分校正效應(yīng)，接下來(lái)將進(jìn)行比較分析。此時(shí)把（11）式改寫(xiě)成（14）式，而（12）式改寫(xiě)成（15）式。把（14），（15）式分別代入（13）式，并采用歸一化像差系數(shù)，令W31／λ和W22／λ分別?。?．00，0．25，0．50，0．75，1．00，得到圖2，3和表3，4所示結(jié)果。
圖2表示傾斜像差與彗差之間的校正效果。以εBER≤10－6為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)傾斜像差W1x／λ＝0，從縱坐標(biāo)軸上看，彗差W31／λ＝0．50時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率接近10－4，已超出標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)數(shù)量級(jí)；當(dāng)W31／λ＝1．00時(shí)，誤碼率更是接近10－2。所以，若對(duì)彗差不進(jìn)行校正，隨著其數(shù)值的增大，誤碼率呈指數(shù)增長(zhǎng)。但是，從圖2也可看到，對(duì)于歸一化的彗差W31／λ，可以通過(guò)調(diào)整歸一化的傾斜像差W1x／λ來(lái)部分校正，從而降低系統(tǒng)誤碼率，提升系統(tǒng)可靠性。譬如，同樣是W31／λ＝0．50，但只要調(diào)整W1x，使W1x／λ大致在－0．34～－0．24之間，則可以維持誤碼率εBER≤10－6。不僅如此，從圖2來(lái)看，即便W31／λ＝1．00，只要W1x／λ大致在－0．44～－0．66之間，誤碼率依然可以小于等于10－6，而此時(shí)若不進(jìn)行校正，誤碼率已接近10－2。因此，當(dāng)W31／λ≤1．00時(shí)，為了保證系統(tǒng)誤碼率εBER≤10－6，通過(guò)調(diào)整W1x，傾斜像差與彗差之間能實(shí)現(xiàn)部分相互校正。
表3給出了通過(guò)調(diào)整傾斜來(lái)校正彗差而提升系統(tǒng)誤碼性能的效果。觀察第4～7行，單獨(dú)看每行時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著歸一化傾斜像差系數(shù)－W1x／λ絕對(duì)值的遞增，誤碼率會(huì)經(jīng)歷變小、穩(wěn)定、再變大的過(guò)程，這正是傾斜對(duì)彗差校正的體現(xiàn)，且對(duì)于不同取值的彗差，有相應(yīng)的最佳傾斜調(diào)整參數(shù)，譬如當(dāng)W31／λ＝0．25時(shí)，令－W1x／λ＝0．16，系統(tǒng)誤碼率由補(bǔ)償前的10－6．7降低至最小值10－7．7，系統(tǒng)誤碼性能提升一個(gè)數(shù)量級(jí)；而比較第4、5、6、7行的數(shù)據(jù)，可以看到，隨著彗差的增大，傾斜對(duì)其校正效果越來(lái)越弱。
回顧（8）與（14）式，可以發(fā)現(xiàn)，彗差W31ρ3cosθ（其中W31＝W131H）與x方向性的傾斜W1xρcosθ具有相似性。對(duì)于相同的θ，若令ρ取1，則彗差由W31決定，而傾斜由W1x決定，因此，只要兩者取值相反，便能相互抵消，從而提高混頻效率，降低誤碼率。對(duì)于W1yρcosθ有相同的結(jié)論。
圖3和表4表示了離焦與像散的相互校正作用。其變化趨勢(shì)與圖2相似，從圖3看到，當(dāng)W22／λ≥0．75后，不管離焦像差W20如何變化，系統(tǒng)的誤碼率不可能滿足εBER≤10－6，與之相比，即便是彗差W31／λ＝1．00，通過(guò)調(diào)整W1x，依然可以實(shí)現(xiàn)誤碼率εBER≤10－6的目標(biāo)。以誤碼率εBER≤10－6為標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算，此時(shí)的W22／λ＝0．53。因此，只有當(dāng)W22／λ≤0．53時(shí)，才能通過(guò)調(diào)整W20對(duì)W22進(jìn)行部分校正。
1類平衡探測(cè)-正交頻分復(fù)用技術(shù)
類平衡探測(cè)-正交頻分復(fù)用技術(shù)（QBD-OFDM）結(jié)合類平衡探測(cè)編碼技術(shù)和OFDM技術(shù)[14]。OFDM信號(hào)數(shù)據(jù)被分為多個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊有兩個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)。在相同的數(shù)據(jù)塊，第二個(gè)符號(hào)中的信號(hào)是和第一個(gè)符號(hào)中的信號(hào)在運(yùn)算符號(hào)上是相反的。經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)二階互調(diào)制失真、直流電流、可以完全消除，而且接收機(jī)的靈敏度可以提高3dB，因此可以提高信噪比。我們采用QBD-OFDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可達(dá)到2.1Gb/s實(shí)際物理數(shù)據(jù)速率，并使傳輸距離達(dá)到2.5m。圖1為所提出的QBD-OFDM實(shí)驗(yàn)的原理。實(shí)驗(yàn)中，QBD-OFDM信號(hào)由任意波形發(fā)生器（AWG）產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)低通濾波（LPF）、電放大器（EA）和偏置樹(shù)（BiasTee）后調(diào)制到紅綠藍(lán)發(fā)光二極管（RGB-LED）不同顏色的芯片上。經(jīng)過(guò)自由空間傳輸后，在接收端由棱鏡聚光后，用濾光片將3個(gè)波長(zhǎng)的光分開(kāi)，最后采用雪崩光電二極管（APD）探測(cè)器接收。然后進(jìn)行后端的均衡與解調(diào)算法處理。結(jié)合波分復(fù)用（WDM）和類平衡探測(cè)子載波復(fù)用，很好地利用了多色LED的波分復(fù)用，提供了更多的傳輸信道。利用類平衡探測(cè)技術(shù)很好地避免了OFDM提供更多子載波時(shí)的峰均功率比（PAPR）限制，有效提升了多色LED傳輸速度，提高了系統(tǒng)誤碼率（BER）性能，同時(shí)增加了可見(jiàn)光通信的傳輸距離。圖2給出QBD-OFDM技術(shù)和直接探測(cè)光正交頻分復(fù)用（DDO-OFDM）技術(shù)的對(duì)比。兩個(gè)子信道帶寬為，Sub1：6.25~56.25MHz，Sub2：56.25~106.25MHz。每個(gè)子信道對(duì)應(yīng)的調(diào)制階數(shù)分別為，紅光：256正交幅度調(diào)制（256QAM）和128正交幅度調(diào)制（128QAM），綠光：128QAM和64QAM，藍(lán)光：128QAM和128QAM。因此，紅光、綠光和藍(lán)光的數(shù)據(jù)速率分別為750Mb/s、650Mb/s和700Mb/s，總數(shù)據(jù)速率達(dá)到2.1Gb/s，實(shí)驗(yàn)距離可以達(dá)到2.5m。在距離為0.5m時(shí)，紅綠藍(lán)3色對(duì)應(yīng)的Sub1、Sub2兩個(gè)子信道的BER提升為25.6dB、31dB、30.3dB、25.8dB、21.8dB和19.3dB。當(dāng)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的通信距離增加時(shí)，系統(tǒng)誤碼率會(huì)增加，這是因?yàn)榫嚯x增加導(dǎo)致系統(tǒng)接收到的光信號(hào)減弱，系統(tǒng)信噪比降低，誤碼率增加。繼續(xù)增加距離會(huì)使BER超過(guò)前向糾錯(cuò)碼的門限，為使距離增加，就要使系統(tǒng)的傳輸速率降低。藍(lán)光LED采用QBD-OFDM和DDO-OFDM的對(duì)應(yīng)的Sub1、Sub2兩個(gè)子信道的星座圖如圖2（d）的（i）、（ii）、（iii）和（iv）所示。
2無(wú)載波幅相調(diào)制技術(shù)
無(wú)載波幅度相位調(diào)制（CAP）是正交幅度調(diào)制的一個(gè)變種多階編碼調(diào)制技術(shù)，可以使用模擬或數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)靈活的子帶劃分和高階調(diào)制，減少了計(jì)算的復(fù)雜性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在數(shù)字用戶線路有著廣泛的應(yīng)用。無(wú)載波幅相調(diào)制信號(hào)可以表示如下:s(t)=a(t)?fI(t)-b(t)?fQ(t)（1）這里a（t）和b（t）是I路和Q路的原始比特序列經(jīng)過(guò)編碼和上采樣之后的信號(hào)。fI(t)=g(t)cos(2πf)ct和fQ(t)=g(t)sin(2πf)ct是對(duì)應(yīng)的整形濾波器的時(shí)域函數(shù)，它們形成一對(duì)希爾伯特變換對(duì)。假設(shè)傳輸信道是理想的，在接收機(jī)端兩個(gè)匹配濾波器的輸出可以表示如下：這里mI(t)=fI(-t)和mQ(t)=fQ(-t)是對(duì)應(yīng)的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)。利用對(duì)應(yīng)的匹配濾波器在接收端就可以解調(diào)出原始信號(hào)。我們采用了無(wú)載波幅相調(diào)制技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)預(yù)均衡與后均衡算，后均衡算法采用改進(jìn)級(jí)聯(lián)多模算法（CMMA），實(shí)現(xiàn)了1.35Gb/s可見(jiàn)光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[15]。實(shí)驗(yàn)原理圖和實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖3所示。圖4（a）到圖4（c）為采用改進(jìn)CMMA均衡算法所測(cè)得BER和距離的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)波長(zhǎng)上采用頻分復(fù)用技術(shù)，將不同用戶的信號(hào)分別調(diào)制到3個(gè)子載波上，每個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)帶寬為25MHz，調(diào)制階數(shù)為64QAM，因此每個(gè)子載波的傳輸速率為150Mb/s，每個(gè)波長(zhǎng)的傳輸速率為450Mb/s。在發(fā)射和接收的距離為30cm時(shí)，經(jīng)過(guò)波分復(fù)用后該系統(tǒng)總的傳輸速率達(dá)到1.35Gb/s。圖4（d）對(duì)比了CMMA和改進(jìn)CMMA的性能，改進(jìn)CMMA性能要優(yōu)于CMMA，尤其是在第3個(gè)子帶更為明顯。
3頻域均衡單載波調(diào)制技術(shù)
基于頻域均衡的單載波調(diào)制技術(shù)（SC-FDE）是基于單載波的高頻譜效率調(diào)制技術(shù)，該調(diào)制技術(shù)頻譜效率和OFDM一致，復(fù)雜度一致?？梢?jiàn)光通信系統(tǒng)是一個(gè)非線性非常嚴(yán)重的系統(tǒng)，OFDM存在PAPR的缺點(diǎn)，高PAPR對(duì)于可見(jiàn)光系統(tǒng)是一個(gè)非常大的缺點(diǎn)，而SC-FDE相比于OFDM具有一定優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镾C-FDE擁有更小的PAPR，其調(diào)制/解調(diào)原理如圖5所示。SC-FDE調(diào)制技術(shù)和OFDM過(guò)程基本一致，但SC-FDE技術(shù)把IFFT變換從系統(tǒng)發(fā)射端移到了系統(tǒng)接收端。采用SC-FDE技術(shù)，使用RGB-LED波分復(fù)用技術(shù)和高階調(diào)制格式，并在頻域采用預(yù)均衡和后均衡技術(shù)，可以在LED3dB帶寬只有10MHz的條件下取得3.25Gb/s的速率[16]。如圖6（a）所示。該速率是在發(fā)射和接收距離小于1cm條件下測(cè)得，預(yù)均衡后的帶寬為125MHz，紅光和綠光都采用512QAM，藍(lán)光則采用256QAM。圖6（b）、圖6（c）和圖6（d）分別為紅綠藍(lán)3色BER與距離的關(guān)系，并給出了每種顏色光有無(wú)預(yù)均衡的性能對(duì)比。
4結(jié)束語(yǔ)
