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偏振复用和相干接收技术简介

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:在国内外均有不少报道,综合使用偏振复用技术和其他复用技术来实现高速、超高速光传输。偏振复用技术最早是在无线通信、卫星通信中使用的一种复用技术,称为极化波复用。偏振复用技术在同一个波长上利用相互正交的两个偏振态同时传输两路信号,使得光通信系统的带宽效率加倍。而色散和偏振模色散正是IM/DD系统进行长距离传输的最大限制因素。

偏振复用和相干接收技术简介

光纤通信复用技术在业界被认为是发掘利用光纤潜在带宽,提高传输速率的最有效的技术方案。多路复用技术是指在一根光纤上同时传输多路信号,目前发展比较成熟的复用方式有时分复用、频分复用、波分复用、码分复用、空分复用、统计复用、偏振复用等。但是在光传输领域,普遍使用和广泛研究的复用技术主要还是时分复用和波分复用,以及目前开始在光传输领域应用的光频分复用。由于对超高速长距离大容量的海缆通信系统的需要愈发迫切,对其稳定性的需要也是越来越高,为此,偏振复用系统应运而生。基于偏振复用技术可以平滑的将原有系统速率提高一倍,且结构简单,人们越来越多地将偏振复用技术与其他技术结合使用,这也是目前偏振复用技术使用的主流。在国内外均有不少报道,综合使用偏振复用技术和其他复用技术来实现高速、超高速光传输。

偏振复用技术最早是在无线通信卫星通信中使用的一种复用技术,称为极化波复用。系统的接收端同时接收两种不同极化方式的电磁波束,如垂直极化和水平极化,左旋圆极化和右旋圆极化。随着光纤通信技术的发展,各种复用方式的不断涌现,在快速提高系统容量的要求下,人们根据光纤中光的传输原理,将极化波复用这种复用方式从无线通信中引入到光纤通信中,并根据光纤中光的传输原理,将其称为偏振复用技术。偏振复用技术在同一个波长上利用相互正交的两个偏振态同时传输两路信号,使得光通信系统的带宽效率加倍。在实际的光纤传输系统中,由于偏振复用信号的偏振态随着时间进行随机变化,因此在系统的接收端对两路信号的解复用过程必须是动态的,以适应信号偏振态的持续变化。解复用可基于两种平台实现,即在电域上的相干检测模式和光域上的直接检测模式。相干检测模式结合高速的数字信号处理电路可以带来一系列优势。

在常规的非相干传输系统中,由于接收机和放大器噪声的影响,灵敏度往往比量子极限低很多,同时由于调制方式的限制,使得谱效率的提高也很难实现。与非相干系统相比,相干光传输系统在提高谱效率和灵敏度方面具有很大优势。相干光通信是指在发射端,除使用幅度调制外,还使用频率、相位调制等充分利用光载波的相干性;在接收端则采取相干检测,来自光波系统的信号光与另一个称为本振的窄线宽激光器发出的光波混合,然后一起输入光电二极管相干混频,混频后的差频信号经后接信号处理系统处理后进行判决。与非相干系统相比,相干光通信具有以下几个主要优点:

1)支持多种调制方式,提高谱效率。相干传输可以保留光的振幅、频率、位相、偏振态携带的所有信息,是传统的直接检测光通信技术不具备的。因此在相干光通信中,除了可以对光进行幅度调制外,还可以使用多种多进制调制格式,以及OFDM和副载波复用等高光谱效率的复用方式,能够大大提升了系统的光谱效率。(www.xing528.com)

2)灵敏度高,中继距离长。由于热噪声、暗电流等因素的影响,IM/DD系统的灵敏度通常比量子极限灵敏度低20dB。而在相干通信系统中,在同等热噪声和暗电流作用下,通过提高本振光功率可以使灵敏度充分接近量子极限。灵敏度的提高增加了光信号的无中继传输距离,对于一些不能进行中继传输的应用如卫星光通信、跨海光通信等具有重要意义。

3)波长选择性好,通信容量大。在直接探测的波分复用系统中,受到光滤波器特性的限制,与传输的信号带宽相比,信道间隔较大,限制了系统的总容量。在相干外差探测中,探测的是信号光和本振光的混频光,因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统,而其他噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。因此,相干探测具有很好的波长选择性,可以减小传统光波分复用技术的大频率间隔,实现信道间隔小到1~10GHz的光频分复用技术,有效利用光纤带宽,实现更大的传输容量。

4)色散和非线性容限大。与IM/DD和非相干检测的差分PSK系统相比,相干接收的电信号与光信号的电场矢量成正比,即相干接收系统是线性的,在理论上,相干传输系统的所有线性失真(色度色散和偏振摸色散)都能够被完全无损补偿,甚至非线性影响也能被有效平衡。而色散和偏振模色散正是IM/DD系统进行长距离传输的最大限制因素。

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