光纤通信中关键技术研究

吴嘉伟

【摘 要】随着信息时代的到来，高速率大容量成为了通信系统的必然要求，光纤以其优良特性成为了当代通信系统的重要选择。本文针对目前光纤通信系统中的几种关键技术进行了分析与研究，分别介绍了它们的原理及重要性，对光纤通信领域的发展具有重要意义。

【关键词】信息时代；高速率大容量；光纤通信；关键技术

引言：

由于社会信息化程度的不断提升，特别是随着网络中一些新数据业务的不断成熟与发展，如网络视频直播、高清电视，人类社会对于信息传输带宽的需求以惊人的速度增长，由于光纤通信技术传输带宽大、传输损耗低而且抗干扰能力强，在通信网络中承载了80%以上的信息流量，因而始终占据着通信网络建设的重要地位[1]。同时随着新型信息化的深入发展，宽带中国、云计算创新发展、“互联网+”行动、大数据应用平台等信息化的重大工程都要求提升宽带传输速率，刺激着我国光纤通信传输系统向着高速率、大容量、长距离的方向不断进步[2-3]。学者们为了不断提高光通信系统的传输容量，进行了大量的探索研究，本文针对几种光纤通信中关键技术进行了介绍与研究。

一、概述

（一）光纤通信原理

光纤通信是指将需要传输的数据信息调制到光载波上，经过光纤信道进行传输。因此，为了实现光纤通信，首先要将电信号在发送端转换为光信号，经过光纤信道传输后，在接收端要进行相反的转换，即将光信号转换为电信号。

（二）光纤通信系统

光纤通信系统可以大致分为三部分：发送端、光纤信道和接收端。在发送端，主要包括光源和调制器，通过调制器将电信号调制到光载波上，使光载波携带所需要发送的数据信息。光纤信道主要由光纤和放大器等组成，以传输和放大光信号。接收端主要包括光探测器和放大器等装置，用来检测经信道传输来的光信号，并将其恢复成电信号。

二、光纤通信系统中的关键技术

（一）相干接收技术

相干光是指由激光器产生的两束可以发生干涉的光，也就是说这两束光的振动频率、动方向以及相位都是相同的。相干光接收技术兴起于二十世纪80年代初期。其基本原理是光接收机接收的信号光与本地振荡器产生的本振光在光耦合器的作用下发生干涉，然后经过光电检测器输出光电流，由于光耦合器输出的光信号具有信号光的幅度、相位或频率信息，因此发射端采用任何调制方式均可以反映出来，所以相干接收技术适合所有调制方式的通信。在相干光通信中，本地载波要求和信号载波必须严格同频同相，因此相干光通信对于载波频率偏移十分敏感[4]。

（二）正交频分复用技术

正交频分复用（OFDM）是一种特殊的多载波调制技术，它把高速信号流并行调制到N路相互正交的子载波上，再利用子载波间的正交性在接收端将各路信号分离开，因此不需要在子信道间设置保护频带，节约了频带资源。而且在数据传输速率较高时，可以有效降低接收机的复杂度[5]。其具体步骤是先将发送端串行数据流改为含N路的并行数据流，同时，实现信息速率的转变，使其从高速率降低为低速率，之后对低速率信息进行正交调制，最后将调制后的多路信息以并行的方式传送出去。通过这样处理，节省了频谱资源，信息速率也降低到原信息速率的1/N，速率的降低导致OFDM符号周期增大且扩大N倍，和信道时延相比，该值较大，这使得该技术能够抵抗信道时延问题[6]。从OFDM的实现方面来讲，可以利用离散傅里叶反变换/离散傅里叶变换实现对OFDM信号的调制/解调，这便大大降低了OFDM技术实现的复杂度，使其具有极高的实际应用价值。但由于其本身技术特点，OFDM技术具有峰均比高、对相位噪声以及同步误差敏感等，因此为了更好的利用OFDM技术的优势而避免其不足之处，必须针对这几个方面进行相应的算法研究。

（三）光孤子技术

在光纤通信中，为了进一步增大传输距离，一方面要补偿光纤本身对信号的损耗，另一方面还需要考虑光纤信道中产生的色散等影响，为了解决这样的问题，便出现了光孤子技术[7]。所谓光孤子是指在光纤非线性中衍生出的一种技术，利用光孤子进行通信是通过升高输入功率而使非线性压缩出现，并且对信号的展宽进行相应的补偿，这种脉冲展宽由于信道中的色散产生，通过这种补偿可以保证传输信号的幅值及频率不发生改变。在这样的通信系统中，发送端利用专用的光孤子激光器来进行孤子序列的产生，产生之后调制器会对产生的孤子进行相应的调制，这样便可以使光孤子携带所需传输的数据信息，调制后的孤子信号通过放大器和隔离器后被发送至光纤信道中，在信道中传输的过程中，孤子信号可以通过光放大器被放大，使其尽可能降低光能量衰减，克服光纤损耗带来的信号减弱，这便是光孤子通信系统的通信过程。

三、光纤通信未来发展

随着人们对信息需求的增大以及光纤技术的发展，光纤通信的地位正在逐步提升。光纤通信中相干接收技术、OFDM技术、光孤子技术在逐步趋于成熟，除此之外，偏振复用、波分复用以及轨道角动量复用等技术也逐渐得到了更为广泛的研究。随着研究的深入，将会有越来越多的光纤通信技术真正的走近人们的生活，进一步提高人们增长的对通信效率以及质量的要求。因此，光纤通信领域具有良好的发展前景。

四、总结

本文针对光纤通信中的相干检测技术、OFDM技术以及光孤子通信技术进行了研究，分析了其基本原理以及特点，对光纤通信的关键技术及未来发展进行了总结，可以得出，光纤通信正处于蓬勃发展的阶段，越来越多的先进技术正推动着光纤通信的进步，使其满足人们高速率大容量的通信要求。

【参考文献】

[1] 光通信：100G开启新时代[J/OL].C114中国通信网，2013，9，24.

[2] 程红霞. 100G光传输技术及发展现状[J]. 光通信技术，2014，04：22-24.

[3] 陈妍. 光通信中的重要技术及发展趋势探讨[J]. 信息通信， 2014， （5）.

[4] Yang Q. 428-Gb/s single-channel coherent optical OFDM transmission over 960-km SSMF with constellation expansion and LDPC coding[J]. Optics Express， 2010， 18（16）：16883-16889.

[5] Shieh W， Chen X. Information Spectral Efficiency and Launch Power Density Limits Due to Fiber Nonlinearity for Coherent Optical OFDM Systems[J]. IEEE Photonics Journal， 2011， 3（2）：158-173.

[6] Shieh W， Athaudage C. Coherent optical orthogonal frequency division multiplexing[J]. Electronics Letters， 2006， 42（10）：587-589.

[7] 張静. 光OFDM若干关键技术研究[D]. 成都：电子科技大学， 2013.