07.相干光通信系统.ppt

由于SRS的拉曼增益谱很宽 (小于 10THz )，因此当信道能量超过一定值时，多倍道复用相干光通信系统中必然出现高低频率信道之间的能量转移，形成信道间的串扰，从而使接收噪声增大，接收机灵敏度下降。 7.4 相干光通信的关键技术 SBS的阈值为几毫瓦，增益谱很窄，若信道功率小于一定值，并且对信号载频设计得好，就可以很容易地避免SBS引起的串扰。但是，SBS对信道功率却构成了限制。 7.4 相干光通信的关键技术 光纤中的非线性折射通过自相位调制效应而引起相位噪声，在信号功率大于10mW，或采用光放大器进行长距离传输的相干光通信系统中要考虑这种效应。 7.4 相干光通信的关键技术 当信道间隔和光纤的色散足够小时，四波混频的相位条件可能得到满足，FWM成为系统非线性串扰的一个重要因素，FWM是通过信道能量的减小和使信道受到干扰而构成对系统性能的限制。当信道功率低到一定值时，可避免FWM引起对系统的影响。 7.4 相干光通信的关键技术 由于受到上述这些非线性因素的限制，采用密集频分复用的相干光通信系统的信道发射功率通常只有零点几毫瓦。 除了以上关键技术外，对于本振光和信号光之间产生的相位漂移，在接收端还可采用相位分集接收技术以消除相位噪声；为了减小本振光的相对强度噪声对系统的影响，可以采用双路平衡接收技术；在零差检测中，为保证本振光与信号光同步，采用光锁相环技术，以及用于本振频率稳定的AFC等。 7.4 相干光通信的关键技术 同时注意到式中的相位角，本振相位和信号相位是直接相加的，因此，本振相位的任何变化都将干扰信号相位中包含的信息，这就是说，本振光的相位稳定是很重要的。 7.1 相干检测基本原理 7.2 相干光通信系统的组成 相干光通信系统由光发射机、光纤和光接收机组成 1．光发射机 由光频振荡器发出相干性很好的光载波通过调制器调制后，变成受数字信号控制的已调光波，并经光匹配器后输出，这里的光匹配器有两个作用：一是使从调制器输出已调光波的空间复数振幅分布和单模光纤的基模之间有最好的匹配；二是保证已调光波的偏振态和单模光纤的本征偏振态相匹配。 7.2 相干光通信系统的组成 2．单模光纤 单模光纤的作用是将已调光波从发射端传送到接收端，传输模式为HE11模。在整个传输过程中，光波的幅度被衰减、相位被延迟，偏振方向也可能发生变化。 7.2 相干光通信系统的组成 3．光接收机 接收到的光波首先进入匹配器，它的作用与发射机的匹配器相同，也是使接收光波的空间分布和偏振状态与本振激光器输出的本振光波相匹配。光混频器是将本振光波(频率为f1)和接收光波(频率为fs)相混合，并由后面的光电检测器进行检测，然后由中频放大器检出其差频信号(频率为fs-f1)进行放大。 7.2 相干光通信系统的组成 经过理论计算，在完全匹配的情况下，所输出的中频信号电流幅度可用下式表达： 式中，A为常系数；R为光电检测器的响应度；Ps为接收光信号的平均光功率；P1为本振光信号的平均光功率。 7.2 相干光通信系统的组成 (1)由于本振光没有经过传输，所以，P1Ps，即通过混频后，中频信号产生了增益，称之为本振增益。正是由于本振增益的存在，可以使接收机的灵敏度大大提高，约为10-25dB。 7.2 相干光通信系统的组成 (2)若在接收端改变本振光波的频率?1，因为后面中频放大器只允许固定的中频信号通过，而fs-f1=中频，所以，随着f1的改变，fs也相应地改变，即可从光纤输出的多种信息中选择出所需要的信号。 中频放大器输出的信号通过解调器，即根据发射机的调制形式进行解凋，就可以获得原始的数字信号。 7.2 相干光通信系统的组成 7.3 相干光通信的优点 相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混频增益、出色的信道选择性及可调性等特点。与IM-DD系统相比，它具有以下独特的优点。 1．灵敏度高，中继距离长 相干光通信的一个最主要的优点是相干探测能改善接收机的灵敏度。在相干光通信系统中，经相干混合后的输出光电流的大小与信号光功率和本振光功率的乘积成正比；由于本振光功率远大于信号光功率，从而使接收机的灵敏度大大提高，以至于可以达到探测器的点噪声极限，并因此也增加了光信号的传输距离。 7.3 相干光通信的优点 在直接检测接收机中，APD的倍增噪声和负载电阻噪声是限制灵敏度的主要因素。而在相干检测接收机中，决定信噪比的主要噪声源是本振光电流的散弹噪声 式中Δ f为中放带宽， 7.3 相干光通信的优点 对于外差检测，信号电流均方值为 那么信噪比为 7.3 相干光通信的优点 7.3 相干光通信的优点 设信号带宽为B，中放带宽为信号带宽的2倍，即Δf=2B，则散弹噪声限制下的外差检测信噪比为 7.3 相干光通信的优点 对于理想的零差接收机，其带宽