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長距離、大容量、高速率光纖通信系統(tǒng)，是光通信的追求目標。盡管波分復用技術和摻餌光纖放大器的廣泛應用已經極大地提高了光通信系統(tǒng)的帶寬和傳輸距離，然而伴隨著互聯網的普及產生的信息爆炸式增長，對作為整個通信系統(tǒng)基礎的物理層提出了更高的傳輸性能要求。得到廣泛應用的WDM光通信系統(tǒng)，其單信道采用強度調制/直接檢測(IM/DD),即發(fā)送端對光載波進行強度調制，接收機對光信號進行直接檢測。盡管這種結構具有簡單、容易集成等優(yōu)點，但是由于只能采用ASK調制格式，其單路信道帶寬很有限，因此這種傳統(tǒng)光通信技術在高速系統(tǒng)中勢必會被更先進的技術所代替，其中相干光通信技術成為首選。
1.相干光通信系統(tǒng)的構成和原理
相干光通信的基本工作原理如圖38所示。其工作過程為：在發(fā)送端.采用間接調制或者直接調制方式將信號以調幅、調相、調頻等方式調制到光載波上，經過經光纖傳輸到接收端。當信號光傳輸到達接收端時，首先經耦合器與本振光合路，再進入光檢測器，與本地光振光信號進行光電混頻；光檢測器輸出的混頻后的電信號進過電信號處理單元選出本振光和信號光的差頻信號，差頻為一定值時，接收稱為外差接收；差頻為零時，稱為零差接收。在外差接收中，差頻為中頻信號，它攜帶了要傳輸的信號的信息，在電信號處理單元經過對差頻信號進行中頻放大、解調等步驟，恢復出要傳輸的信號。而在零差接收中，需要處理的信號則是基帶信號。
圖38 相干光通信系統(tǒng)原理圖
2.相干光通信技術的主要特點
相干光通信系統(tǒng)與IM/DD系統(tǒng)相比.具有以下獨特的優(yōu)點：
(1)靈敏度高，中繼距離長
相干光通信的一個最主要的優(yōu)點是進行相干探測，從而改善接收機的靈敏度。在相干光通信系統(tǒng)中，經相干混合后輸出光電流的大小與信號光功率和本振光功率的乘積成正比。在相同的條件下，相干接收機比普通接收機提高靈敏度約20dB,可以達到接近散粒噪聲極限的高性能，因此也增加了光信號的無中繼傳輸距離。
(2)頻率選擇性好，通信容量大
相干光通信的另一個主要優(yōu)點是可以提高接收機的頻率選擇性。在相干外差探測中，探測的是信號光和本振光的混頻光，只有在中頻頻帶內的噪聲才可以進入系統(tǒng)，而其他噪聲均被帶寬較窄的微波中頻放大器濾除。此外，由于相干探測優(yōu)良的頻率選擇性，相干接收機可以使頻分復用系統(tǒng)的頻率間隔大大縮小.即DWDM,取代傳統(tǒng)光復用技術的大頻率間隔，具有以頻分復用實現更高傳輸速率的潛在優(yōu)勢。
(3)具有多種調制方式
在傳統(tǒng)的IM/DD光通信系統(tǒng)中，只能使用強度調制方式對光進行調制。而在相干光通信中，除了可以對光進行幅度調制外，還可以使用PSK、DPSK、QAM等多種調制格式，雖然增加了系統(tǒng)的復雜性，但是相對于傳統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)可以實現更高傳輸速率，同時可以提高頻帶利用率。
(4)可以使用電子學的均衡技術來補償光纖中光脈沖的色散效應
如將外差檢測相干光通信中的中頻濾波器的傳輸函數正好與光纖的傳輸函數相反，即可降低光纖色散對系統(tǒng)的影響。
3.相干光通信技術的關鍵技術
實現相干光通信系統(tǒng)涉及一系列技術問題，主要有以下關鍵技術。
(1)窄線寬的半導體激光器
相干光纖通信系統(tǒng)中對信號光源和本振光源的要求比較高，它要求光譜線窄、頻率穩(wěn)定度高。光源本身的譜線寬度將決定系統(tǒng)所能達到的最低誤碼率，應盡量減小。
(2)調制技術
在相干光通信系統(tǒng)中，除FSK可以采用直接注入電流進行頻率調制外，其他都是采用間接調制方式
(3)接收技術
相干光通信的接收技術包括兩部分，一部分是光的接收技術，另一部分是中頻之后的各種制式的解調技術。解調技術實際上是電子的ASK、FSK和PSK等的解調技術。在光的接收技術中，主要有平衡接收、偏振分集接收和相位分集接收。
(4)偏振控制技術
