黃婷婷

摘要：相干檢測法促進(jìn)了光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，但也存在著色散效應(yīng)、頻率偏移等多種問題。將數(shù)字信號處理算法應(yīng)用到相干光通信系統(tǒng)中，可以有效的解決相干檢測中存在的問題。本文先對相干光通信的基本工作原理進(jìn)行介紹，再重點(diǎn)探討數(shù)字信號處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；相干光通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)是以光為信息傳播的載體，通過光電變換來獲取信息，它在如今的信息時(shí)代中占有重要地位。在傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)中，經(jīng)常使用的是光強(qiáng)調(diào)制-直接檢測方式。這種方法具有成本低、調(diào)制和解調(diào)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在著光載信息量低，系統(tǒng)性能難以提高等缺點(diǎn)。而借助相干檢測系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步提升通信系統(tǒng)的性能。相干光通信系統(tǒng)能夠在發(fā)射端對光載波的幅度、頻率以及相位進(jìn)行調(diào)制，然后在接收端進(jìn)行檢測。該系統(tǒng)在靈敏度、能量損耗以及傳送距離上都得到了優(yōu)化。雖然相干光通信系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，但也面臨著一些新的問題，比如色散效應(yīng)、頻率偏移以及非線性等。這些問題的解決可以借助數(shù)字信號處理算法。數(shù)字信號處理技術(shù)對光纖傳輸損傷具有很好的補(bǔ)償作用，能夠?qū)崿F(xiàn)傳送信號光和本振光的載波同步。將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到相干光通信系統(tǒng)中是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。本文將先對相干光通信的基本工作原理進(jìn)行簡單的介紹，再重點(diǎn)探討數(shù)字信號處理技術(shù)在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1相干光通信系統(tǒng)概述

相干光通信系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的技術(shù)是相干調(diào)制技術(shù)和外差檢測技術(shù)。相干調(diào)制技術(shù)中，可以將光載波的振幅、相位以及頻率進(jìn)行改變，這樣處理后比強(qiáng)度檢測只能改變光的強(qiáng)度具有更高的傳輸性能。外差檢測就是在混頻器中，將本機(jī)振蕩產(chǎn)生的光束與輸入信號的光束進(jìn)行混頻，從而使得到的光束與信號光具有相同變化規(guī)律的頻率、振幅和相位。

在相干光通信系統(tǒng)工作中，首先在發(fā)送端，將需要傳遞的信息調(diào)制到光載波上，然后通過光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，先將接收到的光束與本振光進(jìn)行相干耦合，然后用平衡接收機(jī)來對相干耦合后的光束進(jìn)行探測。根據(jù)本振光頻率與信號光頻率是否相等，可以將檢測分為外差檢測和零差檢測。零差檢測中，兩束光的頻率相等，光信號可以直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，不需要進(jìn)行二次解調(diào)，這對兩束光的頻率匹配要求非常嚴(yán)格。外差檢測中，兩束光的頻率不等，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的是中頻信號，還需要進(jìn)行二次解調(diào)才能夠得到需要的信號。

相干光通信系統(tǒng)具有多信道光纖通信功能。因?yàn)樗梢园压忸l段分為多個(gè)頻道，能夠使光頻段得到充分利用，提高了通信的容量。相干光通信技術(shù)中的靈敏度比較高，它的接收靈敏度比直接檢測的要高出十多個(gè)分貝。此外，相干光通信技術(shù)中的線路損耗更低，傳送的距離更遠(yuǎn)。

2數(shù)字信號處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

雖然相干光通信系統(tǒng)在工作時(shí)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是信號傳輸后會存在各種各樣的損失或失真信號失真主要可以分為線性失真和非線性失真。比較常見的線性失真有色度色散、偏振相關(guān)損耗、載波相位模糊以及偏振模色散等。比較常見的非線性失真主要有交叉相位調(diào)制以及自相位調(diào)制等。不考慮非線性失真的話，整個(gè)相干光通信系統(tǒng)就可以近似為一個(gè)線性系統(tǒng)，此時(shí)利用數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行失真補(bǔ)償時(shí)不需要考慮順序。但此前需要先對需要補(bǔ)償?shù)木€性失真進(jìn)行初步的估計(jì)。在實(shí)際中，先將需要估計(jì)的線性失真進(jìn)行分類，然后先對色度色散這類靜態(tài)、算法簡單的變量進(jìn)行補(bǔ)償，其次再對隨機(jī)變量和剩余變量進(jìn)行補(bǔ)償。

采用數(shù)字信號處理算法后，相干光通信系統(tǒng)可以在接收端對信號進(jìn)行補(bǔ)償，具體應(yīng)用時(shí)針對不同的情況需要用到不同的數(shù)字信號處理子系統(tǒng)。去偏移系統(tǒng)可以針對偏振之間的采樣時(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)可以使信號具有單位能量和單位幅度。當(dāng)信號發(fā)生色度色散時(shí)，可以采用靜態(tài)信道均衡系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)采樣不當(dāng)，發(fā)生誤差時(shí)，可以借助采樣時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。自適應(yīng)信道均衡系統(tǒng)可以補(bǔ)償由于偏振產(chǎn)生的相關(guān)損傷。載波相位恢復(fù)系統(tǒng)可以對載波相位噪聲進(jìn)行估計(jì)，并且對存在的失真可以進(jìn)行補(bǔ)償。載波頻率恢復(fù)系統(tǒng)主要是對發(fā)送端和接收端載波之間存在的頻率偏移進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。對于光線非線性造成的信號損傷可以借助非線性補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。

在應(yīng)用數(shù)字信號處理的算法中，首先在接收端將輸入光信號和本振光進(jìn)行相關(guān)耦合，然后借助上述數(shù)字信號處理技術(shù)中的子系統(tǒng)對耦合后的光信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化、去偏移和正交化恢復(fù)等，具體的補(bǔ)償和反饋需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行選擇?？傊?，在相干光通信系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字信號處理算法，能夠有效的補(bǔ)償由于偏振、色散等情況造成的信號失真，這對相干光通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

3結(jié)語

在相干光通信系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字信號處理算法可以補(bǔ)償各種形式的損耗，這對于提高相干光通信的質(zhì)量具有重要意義。隨著光纖通信系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字信號處理算法如何簡化自身的復(fù)雜程度，增強(qiáng)補(bǔ)償范圍和性能，將是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

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