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光通信系统的基本组成结构如下图所示。光通信系统…
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光通信系统的基本组成结构如下图所示。光通信系统主要由发送机、光纤信道、光接收机三个基本单元组成 。此框图只是一个讲述原理的简略图实际的光系统中还包括一些光互联与光信号处理器件如光纤跳线、光耦合器、光分束器、光放大器、再生中继器等。 其中光发射机的作用是将电信号转化为光信号并将光信号注入光纤中进行传输一般由光源、调制器和信道耦合器组成。通信信道是光纤其基本特性参数是损耗与色散为了实现高速长距离传输要求光纤具有低损耗低色散特性。光接收机的作用是将从光纤输出的光信号转化为电信号一般由信道耦合器、光电探测器和解调器组成。
一、直接检测光通信系统
目前商用的光通信系统大部分仍然是直接探测系统。直接探测光通信系统的组成框图如下图所示。 直接探测光通信系统的发射机采用强度调制接收机为直接检测接收机。输入的电信号通过驱动电路对光源进行强度调制接收机为直接探测接收机。输入的电信号通过驱动电路对光源进行强度调制转换为光信号在光纤中进行传输。光信号在光纤中传输之后输入到光接收机中通过光电探测器将光信号转换为电信号对电信号进行放大后再经过信号恢复对信号进行整形最后输出电信号。 直接探测光通信系统由于具有结构简单、成本低廉的优点现在已经得到普遍的应用但是直接探测接收机的灵敏度不高频带利用率低并不能充分发挥光纤通信的优越性。
二、相干光通信系统
相干光通信系统采用的相干检测光接收机具有灵敏度高、中继距离远、选择性好、通信容量大、可以采用多种调制方式等众多优点因此具有良好的应用前景。相干光通信系统为数字系统接收机后端的数字信号处理显得尤为重要通过数字信号处理可以对系统的信道损伤如色散、非线性效应、偏振旋转、相位噪声等进行补偿。 数字相干光通信系统的框图如下所示 数字相干光通信系统与直接探测系统的主要区别 在于调制方式与检测方式。相干光通信系统的发射机一般采用外调制光辐射之后再利用发送的信号来改变光载波的频率、相位或者幅度。相干系统的接收机采用相干检测与直接检测最主要的区别在于增加了本振光源。本振光与接收到的信号光经光混频器混频之后信号从光载频下变频到微波载频随后经光电探测器检测到信号的中心频率即是信号光与本振光的频率之差。然后中频信号经过解调和补偿算法就可以得到基带信号输出。
三、直接检测与相干检测
将光信号转变为电信号的方式通常有两种直接检测和相干检测。
1、直接检测
直接检测是目前商用光通信系统最常用的检测方式因为其简单并且成本低廉但是由于直接检测是利用光电探测器的平方律检测因此只能检测幅度信息。
2、相干检测
相干检测是目前发展迅速未来普及的检测方式其光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经光混频器作用后发生干涉然后经由光电探测器输出光电流。
3、相干检测的优缺点
1相干检测的缺点
在理想的情况下本振信号和接收信号的相位应该是一个恒定值。但是事实上本振信号和接收信号的相位均是随时间随即浮动的这增加了相干检测光接收机的复杂度。 由于相干检测要使发射机频率和接收机本地振荡器的频率相匹配这就对两个光源提出了严格的要求。
2相干检测的优点
可以达到最佳的噪声灵敏度可以明显改善接收机灵敏度增加无中继距离可以在电端补偿光纤的所有线性损伤可以采用多种调制方式
总结
本博文简要介绍了光纤通信系统它包括光发射机、光纤和光接收机。因为检测方式的不同光纤系统可以分为直接检测光纤通信系统和相干检测光纤通信系统。相干检测相比于直接检测具有更多的优点。随着器件水平的发展系统容量需求增长相干检测将会更加的普及。
参考文献
余建军迟楠陈林. 基于数字信号处理的相干光通信技术 [M]. 北京人民邮电出版社2013.
