數(shù)字信號(hào)處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

黃婷婷

摘要：相干檢測(cè)法促進(jìn)了光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，但也存在著色散效應(yīng)、頻率偏移等多種問(wèn)題。將數(shù)字信號(hào)處理算法應(yīng)用到相干光通信系統(tǒng)中，可以有效的解決相干檢測(cè)中存在的問(wèn)題。本文先對(duì)相干光通信的基本工作原理進(jìn)行介紹，再重點(diǎn)探討數(shù)字信號(hào)處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；相干光通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)是以光為信息傳播的載體，通過(guò)光電變換來(lái)獲取信息，它在如今的信息時(shí)代中占有重要地位。在傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)中，經(jīng)常使用的是光強(qiáng)調(diào)制-直接檢測(cè)方式。這種方法具有成本低、調(diào)制和解調(diào)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在著光載信息量低，系統(tǒng)性能難以提高等缺點(diǎn)。而借助相干檢測(cè)系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步提升通信系統(tǒng)的性能。相干光通信系統(tǒng)能夠在發(fā)射端對(duì)光載波的幅度、頻率以及相位進(jìn)行調(diào)制，然后在接收端進(jìn)行檢測(cè)。該系統(tǒng)在靈敏度、能量損耗以及傳送距離上都得到了優(yōu)化。雖然相干光通信系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，但也面臨著一些新的問(wèn)題，比如色散效應(yīng)、頻率偏移以及非線性等。這些問(wèn)題的解決可以借助數(shù)字信號(hào)處理算法。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)光纖傳輸損傷具有很好的補(bǔ)償作用，能夠?qū)崿F(xiàn)傳送信號(hào)光和本振光的載波同步。將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用到相干光通信系統(tǒng)中是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。本文將先對(duì)相干光通信的基本工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，再重點(diǎn)探討數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1相干光通信系統(tǒng)概述

相干光通信系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的技術(shù)是相干調(diào)制技術(shù)和外差檢測(cè)技術(shù)。相干調(diào)制技術(shù)中，可以將光載波的振幅、相位以及頻率進(jìn)行改變，這樣處理后比強(qiáng)度檢測(cè)只能改變光的強(qiáng)度具有更高的傳輸性能。外差檢測(cè)就是在混頻器中，將本機(jī)振蕩產(chǎn)生的光束與輸入信號(hào)的光束進(jìn)行混頻，從而使得到的光束與信號(hào)光具有相同變化規(guī)律的頻率、振幅和相位。

在相干光通信系統(tǒng)工作中，首先在發(fā)送端，將需要傳遞的信息調(diào)制到光載波上，然后通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，先將接收到的光束與本振光進(jìn)行相干耦合，然后用平衡接收機(jī)來(lái)對(duì)相干耦合后的光束進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率是否相等，可以將檢測(cè)分為外差檢測(cè)和零差檢測(cè)。零差檢測(cè)中，兩束光的頻率相等，光信號(hào)可以直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，不需要進(jìn)行二次解調(diào)，這對(duì)兩束光的頻率匹配要求非常嚴(yán)格。外差檢測(cè)中，兩束光的頻率不等，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的是中頻信號(hào)，還需要進(jìn)行二次解調(diào)才能夠得到需要的信號(hào)。

相干光通信系統(tǒng)具有多信道光纖通信功能。因?yàn)樗梢园压忸l段分為多個(gè)頻道，能夠使光頻段得到充分利用，提高了通信的容量。相干光通信技術(shù)中的靈敏度比較高，它的接收靈敏度比直接檢測(cè)的要高出十多個(gè)分貝。此外，相干光通信技術(shù)中的線路損耗更低，傳送的距離更遠(yuǎn)。

2數(shù)字信號(hào)處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

雖然相干光通信系統(tǒng)在工作時(shí)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是信號(hào)傳輸后會(huì)存在各種各樣的損失或失真信號(hào)失真主要可以分為線性失真和非線性失真。比較常見(jiàn)的線性失真有色度色散、偏振相關(guān)損耗、載波相位模糊以及偏振模色散等。比較常見(jiàn)的非線性失真主要有交叉相位調(diào)制以及自相位調(diào)制等。不考慮非線性失真的話，整個(gè)相干光通信系統(tǒng)就可以近似為一個(gè)線性系統(tǒng)，此時(shí)利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行失真補(bǔ)償時(shí)不需要考慮順序。但此前需要先對(duì)需要補(bǔ)償?shù)木€性失真進(jìn)行初步的估計(jì)。在實(shí)際中，先將需要估計(jì)的線性失真進(jìn)行分類，然后先對(duì)色度色散這類靜態(tài)、算法簡(jiǎn)單的變量進(jìn)行補(bǔ)償，其次再對(duì)隨機(jī)變量和剩余變量進(jìn)行補(bǔ)償。

采用數(shù)字信號(hào)處理算法后，相干光通信系統(tǒng)可以在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，具體應(yīng)用時(shí)針對(duì)不同的情況需要用到不同的數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)。去偏移系統(tǒng)可以針對(duì)偏振之間的采樣時(shí)刻偏移進(jìn)行補(bǔ)償。正交化系統(tǒng)可以補(bǔ)償因調(diào)制器和混頻器缺陷造成的欠正交狀況。歸一化系統(tǒng)可以使信號(hào)具有單位能量和單位幅度。當(dāng)信號(hào)發(fā)生色度色散時(shí)，可以采用靜態(tài)信道均衡系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)采樣不當(dāng)，發(fā)生誤差時(shí)，可以借助采樣時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。自適應(yīng)信道均衡系統(tǒng)可以補(bǔ)償由于偏振產(chǎn)生的相關(guān)損傷。載波相位恢復(fù)系統(tǒng)可以對(duì)載波相位噪聲進(jìn)行估計(jì)，并且對(duì)存在的失真可以進(jìn)行補(bǔ)償。載波頻率恢復(fù)系統(tǒng)主要是對(duì)發(fā)送端和接收端載波之間存在的頻率偏移進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。對(duì)于光線非線性造成的信號(hào)損傷可以借助非線性補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。

在應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理的算法中，首先在接收端將輸入光信號(hào)和本振光進(jìn)行相關(guān)耦合，然后借助上述數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中的子系統(tǒng)對(duì)耦合后的光信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化、去偏移和正交化恢復(fù)等，具體的補(bǔ)償和反饋需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行選擇。總之，在相干光通信系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理算法，能夠有效的補(bǔ)償由于偏振、色散等情況造成的信號(hào)失真，這對(duì)相干光通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

3結(jié)語(yǔ)

在相干光通信系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理算法可以補(bǔ)償各種形式的損耗，這對(duì)于提高相干光通信的質(zhì)量具有重要意義。隨著光纖通信系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理算法如何簡(jiǎn)化自身的復(fù)雜程度，增強(qiáng)補(bǔ)償范圍和性能，將是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

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