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光纤通信系统与网络(第5版)课件 第9章 现代光通信系统 .pptx

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第9章现代光通信系统;内容提要;9.1.1相干光通信系统的基本原理

相干光通信系统的基本组成如图9-1所示。在发射端,采用直接调制或外调制(振幅、频率、相位或偏振方向)方式,将输入信号调制到光载波上,送入光纤中传输。在接收端,本地振荡器的光波信号通过耦合器叠加到接收信号上进行相干混合,在光检测器的输出端,外差检测时产生一个适当的中频IF信号;零差检测时直接得到基带电信号。其中,偏振控制器用于调节信号光与本征光间的偏振态匹配。;光解调的工作原理可用图9-2加以说明。光接收机接收的信号光的角频率为ωS和本振光的角频率ωL经相干混频后,由光电检测器检测,获得中频为ωIF=ωS-ωL的输出基带电信号。;设接收的信号光和本振光的电场分别为

(9.1a)

(9.1b)

式中,ES、ωS、分别为信号光幅度、角频率和相位;EL、ωL、分别为本振光幅度、角频率和相位。假设信号光与本振光的偏振方向相同,投射至光电检测器的光强度P(t)∝|ES(t)+EL(t)|2,检测到的功率为P(t)=K|ES(t)+EL(t)|2,K为比例常数,根据式(9.1),P(t)可以写成:

(9.2)

式中,ωIF为中频信号的频率;本振光的中心角频率ωL=ωS±ωIF。;1.相干系统光调制;2.相干系统光解调(相干检测);9.1.2相干光通信系统的关键技术

与IM-DD系统相比,实现相干光通信系统必须解决下面3个关键技术问题。

(1)间接(外)调制

光间接(外)调制的关键器件是光调制器件,光调制器件可根据电光、声光和磁光效应把光波传输特性随电压或声压或磁场等外界因素的变化而变化的物理现象。请参看第4章4.2节光源间接调制部分。

(2)匹配技术

相干光检测要求信号光和本振光混频时偏振态相匹配,此时才能获得高混频效率。

(3)频率稳定技术

只有保证信号光载波振荡器和光本振振荡器频率高度稳定性和高频谱纯度(频谱宽度要窄),才能保证相干光通信系统正常工作。在相干光通信系统中,中频一般选择为2×108~2×109Hz,1550nm的光载频2×1014Hz,中频是光载频的2×10-6~2×10-5倍,因此要求光源频率稳定度优于10-8。激光器一般达不到??求,必须研究稳定技术,如优质DFB-LD的频谱宽度可达到几千赫兹。

;9.1.3相干光通信系统的优点及前景;2.相干光通信系统的应用前景;9.2光孤子通信系统;光孤子通信系统的基本工作原理是,由光孤子源提供光孤子脉冲流作为信息载体进入光调制器,信息通过光调制器对光孤子脉冲流进行调制。已调信息的光孤子脉冲流经EDFA放大和光隔离器后耦合进入传输光纤进行传输。借助于光纤线路周期性接入的EDFA对光孤子进行能量补偿,避免因光纤损耗而导致光孤子脉冲展宽,实现光孤子的稳定传输。最后利用光检测接收单元将光孤子承载的信息分离出来。

;9.2.2光孤子通信系统的关键技术

;9.2.3光孤子通信系统的优点及前景

光孤子通信是新一代超长距离、超高速率的光纤通信系统,更被公认为是光纤通信中最有发展前途、最具开拓性的前沿课题。光孤子通信和线性光纤通信比较有一系列显著的优点。如孤子脉冲的不变性决定了高速、大容量通信,传输速率可达20Gbit/s~100Gbit/s;利用光纤放大器补偿损耗实现全光传输;光孤子通信的系统误码率低,抗干扰强,适用长

距离传输。光孤子系统调制优于IM-DD方式和相干光通信。

目前,孤子通信系统实验可以达到传输速率10~20Gbit/s,传输距离13000~20000km的水平。;9.3自由空间光通信系统

自由空间光(FreeSpaceOptics,FSO)通信又称无线光通信或大气光通信,它是指以光波为载波,在真空或大气中传输信息的通信技术。FSO通信按应用环境不同又可分为大气光通信(水平方向)、卫星间光通信和星地光通信(垂直方向)。FSO通信的思想提出较早,但光通信的研究重点转移到光纤通信上,20世纪末随着相关技术的突破,FSO通信重新得到了重视,已经开始在短距离、中等传输速率室外FSO通信中应用,比如传输速率为100Mbit/s~2.5Gbit/s、传输距离为0.5km~4km、激光波长为850nm~1550nm。;9.3.1FSO通信系统的基本原理

自由空间光通信系统的基本构成如图9-5所示。完整的数字自由空间光通信系统由线路编码、光调制、光学发送天线、光学接收天线、光解调、线路解码等基本单元组成。FSO通信系统比光纤通信系统主要多了光学收/发天线部分。;(1)线路编/解码

线路编码主要为较为严重的自由空

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