07.相干光通信系统讲解
相干光
相干光通信一、相干光通信的基本工作原理s在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。
所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。
激光就是一种相干光。
所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。
在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。
当信号光传输到达 s接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。
相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。
前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。
后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。
s相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。
我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。
早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变就需要采用保偏光纤。
但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。
s相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。
混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。
相干光通信技术
信号处理单元
1 2 3
作用
信号处理单元负责对接收到的电信号进行解调、 解码和纠错等处理，提取出传输的信息。
特点
信号处理单元通常采用数字信号处理技术实现， 具有处理精度高、稳定性好、易于实现高速传输 等优点。
算法
常用的信号处理算法包括相位恢复算法、载波恢 复算法、判决反馈均衡器等，用于改善系统的性 能和传输距离。
面发射激光器）。
作用
光源负责产生相干光信号，其性能 直接影响系统的传输质量和距离。
特点
单频激光器具有输出光谱窄、线宽 小、相干性好的优点，适合于高速 长距离的相干光通信。
光调制器
01
02
03
类型
光调制器通常采用电光效 应或声光效应材料制成， 如LiNbO3或SiO2等。
作用
光调制器负责将电信号转 换为光信号，实现信息的 加载。
抗干扰能力
相干光通信具有较强的抗干扰能 力，能够更好地抵御噪声和干扰 的影响，确保信号传输的稳定性。
与无线通信的比较
传输媒介
相干光通信依赖于光纤作为传输 媒介，具有较低的传输损耗和较 小的信号干扰。无线通信则通过 空气传输，容易受到环境因素的 影响。
传输速率
相干光通信支持更高的传输速率， 能够满足大数据和多媒体传输的 需求。无线通信的传输速率相对 较低。
抗干扰能力强
相干光通信技术能够有效地 抑制光噪声和干扰，提高通
信系统的抗干扰能力。
传输容量大
相干光通信技术可以实 现多载波调制，从而大
幅度提高传输容量。
相干光通信技术的发展历程
01
02
03
04
20世纪60年代
相干光通信技术的概念被提出 。
相干光通信技术
相干光通信技术徐飞 20114487【摘要】:随着各种新型通信技术的发展以及互联网带来的信息爆炸式增长，科学研究工作者们提出了相干光通信这一解决办法。
本文简要介绍了相干光通信的基本原理、相干光通信相对其他通信方式的优点和它所涉及的主要技术，以及在超长波长光纤通信系统中的应用等问题。
【关键词】:相干调制、外差检波、稳频、超长波长光纤引言:在光纤通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接受灵敏度，是科学研究者们永远的追求。
虽然波分复用(WDM)技术和掺铒光纤放大器(,,,,)的应用已经使光纤通信系统的带宽和传输距离得到了极大地提升但随着视频会议等一系列新的通信技术的不断发展应用和互联网普及带来的信息爆炸式增长，相干光通信技术的研究与应用显得越发的重要。
1.相干光通信的基本原理:在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术,所谓相干调制,就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅,这就需要光信号有确定的频率和相位,即应是相干光。
激光就是一种相干光。
所谓外差检测,就是利用一束本机振荡产生的激光与输人的信号光在光混频器中进行混频,得到与信号光的频[1]率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号。
在光发射端用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经过光匹配器送入光纤中进行传输，当信号光传输到光接收端时，先用一束本振光信号与之进行相干混合，然后用探测器检测。
相干光通信根据本振光信号频率与接收到的信号光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和零差检测相干光通信。
外差检测相干光通信经光电检波器获得的是中频信号，还需要进行二次解调才能被转换成基带信号。
外差检测相干光通信又可根据中频信号的解调方式分为同步解调和包络解调。
零差检测相干光通信的光信号经光电检波器后被直接转换成系带信号，不需要进行二次解调，但本振光频率与信号光频率要求严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。
2.相干光通信的优点:相干光通信技术充分利用了它的混频增益、信道选择性及可调性出色以及充分利用光纤通信的带宽等特点，逐步适应当前通信的巨大需求，与传统的通信系统相比，具有以下突出的优点。
相干光通信
相干光通信1引言卫星光通信的概念最早提出于20世纪60年代中期，但由于当时技术水平的限制．激光器件的研究刚刚起步，无法满足卫星光通信的要求。
直到80年代，随着光电技术与器件工艺的发展，卫星光通信的研究才开始逐渐受到重视。
卫通信按接收方式分为相干光通信系统与非相干通信系统。
早期的卫星光通信系统借鉴光纤通信技术采用了直接检测的系统方案，虽然能够实现中低速通信系统，但系统的发射功率与接收灵敏度都受到一定的限制。
随着信息时代的高速发展，卫星通信传输量剧增，宽带卫星通信技术成为卫星通信研究的热点。
建立卫星通信链路有两种选择：射频通信与光通信，目前通用的卫星射频通信系统受到传输容量、功耗、重量、体积等方面的严格限制，出现了1 Gbps 以上通信的速率“瓶颈”，难以适应未来高速、宽带通信的需求；利用光频信号在空间传输实现通信被认为是解决该“瓶颈”的最佳方案。
2卫星相干光通信的原理及优势2.1卫星相干光通信的原理相干光通信中的“相干”是指光相干接收技术，根据本征激光器与信号光的频率不同，分为零差或外差接收。
图1为相干接收机的基本结构…，光信号经空间传输，由光学天线接收后，接收到的信号光同本征光混频，经光电检测器转换，输出电信号，解调处理，得到信号。
2.2相干光通信的优势相干光通信具有很多潜在优势，可以提高通信系统性能，接收机灵敏度高，而且能够在电域补偿光传输过程中的信号劣化；支持多种调制方式，多电平的调制方式可提高光通信链路的数据容量；波长的选择性好，频分复用方式实现更高速率传输，提升现有光通信的数据容量。
图1相干接收机原理图3国内外发展现状卫星相干光通信，由于技术与光电器件的原因，发展不是连续的。
1980年到1990年间，光相干检测技术是通信领域研究的热点，并有一系列相干通信理论文章发表及实验系统相继完成。
但因窄线宽高稳频激光器尚未成熟，不能实现工程上的应用。
1990年到1995年，随光纤通信中光放大器技术的发展，尤其是掺铒光纤放大器的实用化，相干检测原理及应用的研究渐少，各国研究机构都转向了直接检测的光通信系统，并相继实现了低速的星地、卫星间的通信试验。
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[整理]相干光通信相干光通信一、相干光通信的基本工作原理在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。
所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。
激光就是一种相干光。
所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。
在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。
当信号光传输到达接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。
相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。
前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。
后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。
相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。
我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。
早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变就需要采用保偏光纤。
但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。
相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。
混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。
光通信中的相干光通信技术研究
光通信中的相干光通信技术研究随着信息技术的迅猛发展，光通信作为一种高速、大容量的通信方式正逐渐成为主流。
而在光通信领域，相干光通信技术作为一种重要的光传输技术，受到了广泛的关注和研究。
相干光通信技术是利用光的相干性进行信息传输的一种方法。
相干光通信技术以光电系统为基础，在光分波多路复用和光传输领域取得了重要的突破。
相较于传统的非相干光通信技术，相干光通信技术具有更高的传输容量和更远的传输距离。
首先，相干光通信技术在光分波多路复用领域发挥了重要作用。
光分波多路复用技术是一种通过在光纤中同时传输多个独立光信号的技术，能够大幅提高光纤的传输容量。
在传统的非相干光通信系统中，信号之间会相互干扰，导致传输距离受限。
而相干光通信技术则可以通过光的相干性控制信号的干扰，实现更高效的光分波多路复用。
这一技术的应用使得光纤网络的传输容量大幅提升，为高速、大容量的数据传输提供了可能。
其次，相干光通信技术在光传输领域也具有重要价值。
在传统的非相干光通信系统中，光信号的传输距离受到了光纤损耗、散射等因素的限制。
而相干光通信技术通过光的相干性和误码率控制等方法，对传输信号进行优化和控制，实现了更远距离的光传输。
这种技术在光纤通信网络、长距离光传输等领域具有广泛应用前景。
此外，相干光通信技术的研究还涉及到光信号的调制和解调方法。
在光信号的调制过程中，相干光通信技术可以通过控制光的相位和频率等参数，实现更高效的信号调制。
而在解调过程中，通过光的干涉、干扰等原理，相干光通信技术可以对光信号进行有效的解调和检测。
这些技术的研究为光通信系统的性能提升提供了重要的支撑。
当然，相干光通信技术在实际应用中也面临一些挑战和困难。
首先，相干光通信技术需要高质量的光源和光电器件作为基础，这对于设备的要求较高。
其次，相干光通信技术在光纤传输过程中对光纤的质量也有一定要求，需要采用优质的光纤材料和制备工艺。
此外，相干光通信技术对光路的稳定性和环境的影响较为敏感，需要进行有效的环境控制和调整。
相干光光纤通信系统
主要特点
①灵敏度高：相干解调得到的信号幅度和本振光幅度成正比。由于本振光源的功率可比信号功率大得多，所 以得到的信号幅度将比直接检测时大很多。光检测量子噪声也被成比例地放大，由于光检测器和接收机热噪声幅 度维持不变，就极大地提高了接收信噪比，随之也提高了接收灵敏度。另外，采用频移键控或相移键控这些优良 的调制方式还可使灵敏度进一步提高。一般相干接收系统的接收灵敏度可以比常规光纤通信系统的高10～20dB； ②选择性好：常规光纤通信系统进行多路传输，必须用光学方法进行滤波。和无线电通信系统类似，在相干光通 信系统中本振光与信号光作用得到中频，而在中频可以使用电滤波器。由于电滤波比光学滤波的选择性高很多， 因此相干接收系统有者极好的选择性。这就可以充分利用石英光纤低损耗窗口，实现频分复用和高密度波分复用 的多信道传输。
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相干光光纤通信系统
光纤通信领域名词
01 简介
03 主要特点 05 关键技术
目录
02
相干光纤通信的基本 原理
04 基本构成
相干光光纤通信系统是在接收端使用一个本振光源对接收信号进行相干解调的一种新型的光纤通信系统。
简介
相干光是指在时间或空间的任意点，特别是在垂直于传播方向的平面上的一个区域内，或在空间的一个特定 点的所有时间上，所有参量皆可预测并相关的光。该系统的工作原理较常规光纤通信系统更加接近现代的无线电 通信系统。在相干光光纤通信系统中数字信号采用幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等调 制方式。
基本构成
相干光光纤通信系统的构成如图所示。发送端光波振荡器发出频率f0的光波，此光波在调制器中被电端机 （发送）的信号所调制，然后送入光纤。传输至接收端后，与接收端光波振荡器输出的频率为f0+△f的光波同时 送入混频器进行混频，得到频率为△f的中频输出。此中频经过中频放大与解调，即送入接收电端机，得到所需的 信号。
《相干光通信系统》PPT课件
8
的相 基干 本光 原通 理信
技 术
9
8.1
图9-2 相干光通信系统结构图
（3）无论外差检测还是零差检测，其检测根据都来源于接收光信 号与本振光信号之间的干涉，因而在系统中，必须保持它们之间的 相位锁定，或者说具有一致的偏振方向。
差
通常PL Ps ，所以第一项可认为是直流常数，很容易被滤除，此 时外差信号由下面的交流项给出
检 测
Io( u t) t2 R P s( t)P Lco It F s ( s L ) （8.1.11）
与零差检测类似，因为该式中本振光PL的出现，接收到的光信号
被放大了，从而提高了SNR。然而，SNR的改进要比零差检测低两
信号电流为 Idd(t)RsP (t) ，由此可见，零差检测平均电信号功
率所比以直该接值检将测增的加信 几号 个功 数率 量增 级加 。虽4然PL散P粒S噪倍声。也既增然加，了通，常但P是S 零差PL，检
测仍可提高信噪比（SNR）许多倍。
14
8.2.2
测零 差 检
零差检测的缺点是它对相位的变化非常敏感。因为（8.1.3）式
中，最后一项ΦL包含本振光相位，很显然ΦL应被控制。理想情况下， 除强调相位， ΦL和ΦS应该保持常数。实际上， ΦL和ΦS随时间随机 摆动。不过，通过相位锁定环路，它们的差（ ΦS - ΦL ）几乎可以保 持恒定。然而，这种锁定环路的实现并不容易，所以使零差接收机的
设计相当复杂。此外，还要求信号光和本振光频率匹配，因此，对这
变得容易。
16
07.相干光通信系统解析
2ASK信号解调原理
2ASK信号解调波形
2. FSK频移键控 若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和 f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键 控信号（2FSK）。 二进制移频键控信号可以看成是两个不同 载波的二进制振幅键控信号的叠加。 2FSK信号能够采用非相干解调(包络检波法) 和相干解调(同步检测法)。
7.1 相干检测基本原理
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。
7.2 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
7.2 相干光通信系统的组成
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。
2FSKK解调原理
2FSK解调波形
3. PSK相移键控 正弦载波的相位随二进制数字基带信号离 散变化，则产生二进制移相键控(2PSK)信 号。 2PSK信号的解调通常都是采用相干解调。
2PSK时间波形
2PSK调制原理
2PSK解调原理
2PSK解调波形
上式中有三项的频率在2S左右，通常超 出光电二极管的响应范围，因此没有检波 输出。这样，上式简化为
7.1 相干检测基本原理
注意到，该式第一项为信号光强度，其余 两项都是本振光出现后的强度。第三项表 示信号光与本振光之间的差拍效应，其振 幅与信号光场成正比，差拍的相位与信号 的相位变化成线性关系。因此，接收信号 中的振幅和相位都存在在差拍场的强度中。 通常，本振光比信号光强得多，上式可简 化为
光通信网络中的相干光传输与解调技术研究
光通信网络中的相干光传输与解调技术研究随着信息技术的快速发展，光通信作为一种高速、大容量、低延迟的传输方式，已经成为现代通信网络中不可或缺的一部分。
而光通信网络中的相干光传输与解调技术则是实现高效、可靠通信的重要技术之一。
本文将对光通信网络中的相干光传输与解调技术进行深入研究。
首先，我们来了解一下什么是相干光传输。
相干光传输是指在光通信网络中，利用相干光进行信息传输的一种方式。
相干光的特点是光波的幅度和相位存在固定的关系，因此在传输过程中能够保持光信号的完整性和稳定性。
相干光传输可以提高光信号的传输效率和传输距离，并减小传输过程中的噪声干扰。
相干光传输的关键技术之一是相干光合成。
相干光合成是指将多个相干光波通过光纤或自由空间进行合成的过程。
在合成过程中，要保证相干光波的相位和频率的高度一致，以克服光波间的干涉和互相干扰。
相干光合成可以实现多维传输，提高传输效率和容量，同时减小非线性效应和光波的损耗。
与相干光传输紧密相关的技术是光解调技术。
光解调技术是指将经过光纤传输的光信号转化为电信号的过程。
光解调技术在光通信网络中起到了至关重要的作用，它能够实现对光信号的解调、放大和整形，保证光信号的可靠传输。
目前光解调技术主要有直接探测解调（Direct Detection）和相干解调（Coherent Detection）两种方式。
直接探测解调是光通信网络中常用的一种解调技术，它通过光电探测器将光信号转换为电信号。
直接探测解调技术简单、成本低廉，适用于低速率传输，但在高速率传输中由于噪声和失真的影响，不太适用。
相干解调是一种高性能的解调技术，它利用光学混频和数字信号处理的方法对光信号进行解调。
相较于直接探测解调，相干解调技术具有更好的性能和灵活性。
相干解调技术可以实现相位和频率的精确测量，从而提高光信号的传输距离和传输质量。
相干解调技术还可以实现波分复用（Wavelength Division Multiplexing）和相位调制（Phase Modulation）等高级调制技术，以提高光信号的传输容量和速率。
相干光通信技术ppt
40
1
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1500
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140
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4
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45
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1.55
1000
10
相干光通信的特点
• （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 • （2）若在系统中周期性加入EDFA，即可实现长距离传输，适合于干线网
使用。 • （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现
比特误码率（BER） 每比特光子数 Np
1 erfc( 2
NP / 4)
Hale Waihona Puke 721 erfc( 2NP / 2)
36
1 erfc( 2
NP )
18
1 erfc( 2
2NP )
9
1 erfc( 2
NP / 2)
36
1 erfc(NP)
20
2
长比特流时每比特光 子数 Np
36
18
18
9
36
10
外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地 接衡庐 。襟三 江而带 五湖， 控蛮荆 而引瓯 越。物 华天宝 ，龙光 射牛斗 之墟； 人杰地 灵，徐 孺下陈 蕃之榻 。雄州 雾列， 俊采星 驰。台 隍枕夷 夏之交 ，宾主 尽东南 之美。 都督阎 公之雅 望，棨 戟遥 临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十 旬休假 ，胜友 如云； 千里逢 迎，高 朋满座 。腾蛟 起凤， 孟学士 之词宗 ；紫电 青霜， 王将军 之武库 。家君 作宰， 路出名 区；童 子何知 ，躬逢 胜饯。 时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭 清，烟 光凝而 暮山紫 。俨骖 騑于上 路，访 风景于 崇阿； 临帝子 之长洲 ，得天 人之旧 馆。层 峦耸翠 ，上出 重霄； 飞阁流 丹，下 临无地 。鹤汀 凫渚， 穷岛屿 之萦回 ；桂殿 兰宫， 即冈峦 之体势 。 披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川 泽纡其 骇瞩。 闾阎扑 地，钟 鸣鼎食 之家； 舸舰迷 津，青 雀黄龙 之舳。 云销雨 霁，彩 彻区明 。落霞 与孤鹜 齐飞， 秋水共 长天一 色。渔 舟唱晚 ，响穷 彭蠡之 滨；雁 阵惊寒 ，声断 衡阳之 浦。 遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风 生，纤 歌凝而 白云遏 。睢园 绿竹， 气凌彭 泽之樽 ；邺水 朱华， 光照临 川之笔 。四美 具，二 难并。 穷睇眄 于中天 ，极娱 游于暇 日。天 高地迥 ，觉宇 宙之无 穷；兴 尽悲来 ，识盈 虚之有 数。望 长安 于日下，目吴会于云间。地势极而南 溟深， 天柱高 而北辰 远。关 山难越 ，谁悲 失路之 人？萍 水相逢 ，尽是 他乡之 客。怀 帝阍而 不见， 奉宣室 以何年 ？ 嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易 老，李 广难封 。屈贾 谊于长 沙，非 无圣主 ；窜梁 鸿于海 曲，岂 乏明时 ？所赖 君子见 机，达 人知命 。老当 益壮， 宁移白 首之心 ？穷且 益坚， 不坠青 云之志 。酌贪 泉而觉 爽，处 涸辙以 犹欢。 北海 虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非 晚。孟 尝高洁 ，空余 报国之 情；阮 籍猖狂 ，岂效 穷途之 哭！ 勃，三尺微命，一介书生。无路请缨 ，等终 军之弱 冠；有 怀投笔 ，慕宗 悫之长 风。舍 簪笏于 百龄， 奉晨昏 于万里 。非谢 家之宝 树，接 孟氏之 芳邻。 他日趋 庭，叨 陪鲤对 ；今兹 捧袂， 喜托龙 门。杨 意不逢 ，抚凌 云而自 惜；钟 期既 遇，奏流水以何惭？ 呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已 矣，梓 泽丘墟 。临别 赠言， 幸承恩 于伟饯 ；登高 作赋， 是所望 于群公 。敢竭 鄙怀， 恭疏短 引；一 言均赋 ，四韵 俱成。 请洒潘 江，各 倾陆海 云尔： 滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。 画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。 闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。 阁中帝子今何在？槛外长江空自流。
相干光纤通信系统
下 面对 几种 典型 的相 干探 测方 式做简介 ： ２２ １ 调 幅式 的结 构 ．．
调幅式结构线路如图 ３ ，调幅的信号光与本 振光合并后 ，由光探测器将光信号转换为中频 电
Ｅ （） ｔ
信号 ，带通 滤波 器元件使 包含 信息 信号 的中频 通
过 ，包络探测器将 信息信号的 中频 Nhomakorabea波解调 出
和解调 ）也将是 很 重要 的技术 关 键。
（） 是光信号 的强度 ，．ｔ ｔ （）是信号角频率 ． ｏ
收稿 日期 ： ０２— ２— ２ ２０ ０ ２ 作者筒舟 ： 扬精一 ，男 ，副教授，主要从 事电磁场理论、微渡技术的教学和科研工作。
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ＶＯ＿ ５ Ｎｏ １ ｌ ２ ． Ｍａ ．２ ００２ ｒ
文章 编 号 ：１０ ４５ ｃ０２）０ — ３ ０ ０ ４— ８ ￣ ２０ １ ０ ３— ３
相 干 光 纤 通 信 系统
杨 精 一
（ 长春光学精密机械学 院 电子与信 息工 程分院 ）
摘
要 ：相 干光通 信 简介 ，外 差探 刹基本 原理相 干探 刹基 本方 式。
频率或相位来传输信息 ，， ）和 就被 信号调 （ 制 ，称为 调频或 调相 ，相应 于这种 调制方 式 的光
学 信号传 输模式 如 图 ２所示 。
下 ，电信号的信噪比接近一常数 ，称为发射噪声
极限 ：
Ｓ Ｎ Ｒ ，ｅ ／ Ｐ ／Ｂ （） ７
２ ２ 相干 探到基 本方式 ．
维普资讯
第２ ５卷第 １ 期 ２００２年 ３月
长春光学 精密 机械学 院学报
Ｊ ｕ ａ ｆＣ ａ ｇ ｈ ｎｓｉ ｔ ｆＯｐ ｃ ｏ ｒ ｌ０ ｈ ｎ ｅ ｕｎＩ ｔｔ ｅｏ ｔ ｓ ｎ ｕ ｉ Ｆｎ ｅ ｏ ｉ ｉｅＭｅｈ ａ￣
无线光相干通信原理及应用
无线光相干通信原理及应用
无线光相干通信原理及应用如下：
无线光相干通信原理，又称无线光相干通信（WOC），属于无线
通信技术的一种，可以将信息传输到较远的距离。
其原理即为在光纤
中利用可控的电流和光缆中的光纤反射原理，将信号反射到接收端。
传输系统有时把发射端称为发射片，或者叫折射器，将反射到接收端
的信号称为反射信号，而不是穿透信号。
这两个信号都形成了一个信
号场，这就是无线光相干通信机制的基础。
无线光相干通信的应用非常广泛，它可以在传统的传输媒介上实
现多媒体的传输，包括语音、图像、视频等等。
它还可以实现电脑网
络的传输，比如使用它来建立一条快速的有线网络连接，可以提供更快、稳定、安全的数据传输服务，是网络构建者期待的完美解决方案。
此外，它还可用于室外无线便携式通信、室内光传输系统的建立等，
可以大大提高信号的传输质量。
无线光相干通信技术已被广泛应用于各种领域，其易用性、可靠性、高速性和安全性的特点，使其在视频监控、航空卫星通信以及智
能电网和电力公司等领域有着广泛的应用。
总之，无线光相干通信技术是一种可靠、可扩展、可实施的无线
通信技术，可以用于语音、视频等多媒体信号的传输，有效实现长距
离数据传输，实现室内、室外无线传输，在智能网络、卫星通讯等领
域的应用也受到越来越多的重视。
相干光通信技术
相干光通信技术徐飞20114487【摘要】：随着各种新型通信技术的发展以及互联网带来的信息爆炸式增长，科学研究工作者们提出了相干光通信这一解决办法。
本文简要介绍了相干光通信的基本原理、相干光通信相对其他通信方式的优点和它所涉及的主要技术，以及在超长波长光纤通信系统中的应用等问题。
【关键词】：相干调制、外差检波、稳频、超长波长光纤引言：在光纤通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接受灵敏度，是科学研究者们永远的追求。
虽然波分复用（WDM）技术和掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）的应用已经使光纤通信系统的带宽和传输距离得到了极大地提升但随着视频会议等一系列新的通信技术的不断发展应用和互联网普及带来的信息爆炸式增长，相干光通信技术的研究与应用显得越发的重要。
1.相干光通信的基本原理：在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术,所谓相干调制,就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅,这就需要光信号有确定的频率和相位,即应是相干光。
激光就是一种相干光。
所谓外差检测,就是利用一束本机振荡产生的激光与输人的信号光在光混频器中进行混频,得到与信号光的频率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号[1]。
在光发射端用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经过光匹配器送入光纤中进行传输，当信号光传输到光接收端时，先用一束本振光信号与之进行相干混合，然后用探测器检测。
相干光通信根据本振光信号频率与接收到的信号光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和零差检测相干光通信。
外差检测相干光通信经光电检波器获得的是中频信号，还需要进行二次解调才能被转换成基带信号。
外差检测相干光通信又可根据中频信号的解调方式分为同步解调和包络解调。
零差检测相干光通信的光信号经光电检波器后被直接转换成系带信号，不需要进行二次解调，但本振光频率与信号光频率要求严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。
2.相干光通信的优点：相干光通信技术充分利用了它的混频增益、信道选择性及可调性出色以及充分利用光纤通信的带宽等特点，逐步适应当前通信的巨大需求，与传统的通信系统相比，具有以下突出的优点。
光纤通信原理课件-第5章 相干光波通信系统
I (t) RP(t) 2RKEs0EL0 cos(IFt s L )
可以发现，检测器的输出电流不仅与被测信号强度或功率有关， 亦即不仅可用光信号的强度传递信息，还与光载波的相位或频 率有关，因而有可能通过调制光载波的相位或频率来传递信息， 而在直接检测技术中不允许进行相位或频率调制，所有有关信 号相位和频率的信息都丢失了。
(2) 声光调制器。这是一种声表面波波导，结构简单， 但产生的频移量在 1GHz
(3) 半导体激光器内调制。这是一种直接调制方法。
3 解调方案
零差检测
外差检测
异步解调 同步解调
零差检测可将光信号直接解调至基带，但实现 困难，要求本振频率与光信号频率精确相等， 本振相位与达到信号锁定，这种解调方案称为 同步解调。
（3）零差检测
L s
这时光电流
IF 0
称为零差检测
I (t) RP(t) 2RKEs0EL0 cos(IFt s L )
2KREs0EL0 cos(s L )
也可以写为
I (t) R PsPL cos(s L )
如果 L s I (t) R Ps PL
■ 零差检测的优点是检测灵敏度高 ■ 缺点是对相位的敏感性高
双相零差分集接收机
两相接收机中的两个支路接收信号相位差为90°，I 支路为同相信道，Q支路 为正交信道，很像柯斯塔斯环，但没有OPLL，每个支路中的信号处理可用于 恢复ASK、FSK或DPSK调制信号。在某一相位条件下，当一个支路中的信号 接近零时，另一个支路则有信号，而总输出就是调制信号。由于信号光与本振 光都要分成两部分，在散粒噪声限制下，对两相接收，灵敏度将比 OPLL 接收 机低 3dB。对三相接收，则要低 4.8dB。
马赫—曾德LiNbO3光波导调制器
《相干光通信系统》课件
相干光通信的应用场景
长距离通信
相干光通信系统具有较高的接收灵敏度和选择性，能够实现长距离 的光信号传输，适用于跨洋光缆通信等长距离通信场景。
高速数据传输
相干光通信系统能够支持高速数据传输，如40Gbps、100Gbps甚 至更高速率的传输，适用于数据中心、云计算等高速数据传输场景 。
复杂环境下的通信
可靠性
可靠性是指相干光通信系统在正常工作过程中出现故障的概率。为了提高可靠性，系统需要具备故障检测和恢复 能力，同时需要采用高可靠性的设备和部件。
04
相干光通信系统的优势与挑战
优势分析
高传输速率
相干光通信系统采用相位和频 率调制，可以实现更高的数据 传输速率，满足高速通信需求
。
长距离传输
相干光通信系统具有较低的噪 声和较大的动态范围，可以实 现更长距离的信号传输。
相检测技术
相干检测原理
利用光信号的相位和频率信息进行检测，能够获取更高的灵敏度 和分辨率。
相干检测的优势
相比传统的直接检测技术，相干检测技术具有更高的接收灵敏度 和更强的抗干扰能力。
相干检测的实现方式
包括平衡接收、差分接收和单端接收等几种方式。
数字信号处理技术
1 2
数字信号处理技术的原理
利用数字信号处理算法对接收到的信号进行处理 和分析，以改善信号质量、纠正误码和优化传输 性能。
随着技术的不断发展， 相干光通信系统的集成 化和小型化程度将进一 步提高，便于携带和部 署。
高效能调制格式
研究更高效能、更高速 率的调制格式，以提高 相干光通信系统的传输 性能。
智能化与自动化
通过引入人工智能和自 动化技术，实现相干光 通信系统的智能化和自 动化管理，提高系统的 稳定性和可靠性。
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7.1 相干检测基本原理
在外差检测中，L=S+IF，IF为中频频 率(一般为几十到几千MHz)； 在零差检测中，IF=0，即L=S。
7.1 相干检测基本原理
设ES(t)和EL(t)方向互相平行，且均在探测 器表面内，则检测的光电流正比于入射光 强(总电场平方)。入射光强为
7.1 相干检测基本原理
2ASK信号解调原理
2ASK信号解调波形
2. FSK频移键控 若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和 f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键 控信号（2FSK）。 二进制移频键控信号可以看成是两个不同 载波的二进制振幅键控信号的叠加。 2FSK信号能够采用非相干解调(包络检波法) 和相干解调(同步检测法)。
2FSK时间波形
2FSK调制原理
2FSK解调原理
2FSK解调波形
3. PSK相移键控 正弦载波的相位随二进制数字基带信号离 散变化，则产生二进制移相键控(2PSK)信 号。 2PSK信号的解调通常都是采用相干解调。
2PSK时间波形
2PSK调制原理
2PSK解调原理
2PSK解调波形
7.1 相干检测基本原理
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。
7.2 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
7.2 相干光通信系统的组成
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。
7.1 相干检测基本原理
由于入射光功率正比于光电场的平方，因 此光检测器输出的电流为
式中，R0为检测器的响应度，PS 和PL分别为信号及本振光功率。 上式的第一项构成不随时间变化 的直流项
7.1 相干检测基本原理
对于外差检测，信号电流为
对于零差检测，信号电流为
7.1 相干检测基本原理
在接收机中，只有信号电流被放大。从以 上两式可以看出，采用相干检测时，信号 光电流正比于sqrt{PL}，因此尽管信号光功 率可能很小，但只要本振光功率，仍能获 得足够大的光信号电流，从而提高检测灵 敏度。所以，本振起着信号放大器的作用， 可使接收机达到散弹噪声极限的工作状态。 但也不是无限增加本振功率就可以无限提 高接收灵敏度。考虑到本振的强度噪声， 有一个最佳光功率。
7.1 相干检测基本原理
下面简单分析相干检测的过程。设信号光载波 角频率为S，本振光角频率为L，则信号光与 本振光光场分别表示为
式中，下标S和L分别表示与信号和本振有关的 量。S(t)包含频率调制或相位调制信号。
7.1 相干检测基本原理
对正弦调制，S(t)=sinmt，为调制指数。 对ASK调制信号，S(t)为常数，信号幅度取 0 或 1； 对于FSK调制，S(t)取2t
7.1 相干检测基本原理
根据中频信号的解调方式不同，外差检测又分为 同步解调和包络解调。 外差包络解调是在包络检测器后接一个低通滤波 器而直接检测出基带信号。外差检测相干光通信 不要求本振光与信号光之间的相位锁定和光频率 严格匹配。 外差同步解调的光信号经光电检波器后被直接转 换成基带信号，而不用二次解调，但它要求本振 光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光 与信号光的相位锁定。
7.1 相干检测基本原理
接收端的光匹配器是为了达到光混频器最大可能 的混频效率而使接收的光复数振幅和偏振与本振 光波相匹配。光隔离器的作用是避免反射光反馈 回信号光源或本振光源而引起光源频谱发生展宽， 甚至是多纵模工作。 相干光通信根据本振光信号频率与接收到的信号 光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和 零差检测相干光通信。前者经光电检波器获得的 是中频信号，中频信号还需二次解调才能被转换 成基带信号。
7.1 相干检测基本原理
相干光通信的基本工作原理如下：在发送端，采 用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方 式调制到光载波上，再经光匹配器送入光纤中传 输。当信号光传输到达接收端时，首先与一本振 光信号进行相干混合，然后由探测器进行探测。 其中，发射端的光匹配器是保证从光调制器输出 的已调光波的空间复数幅度分布和单模光纤中的 基模HE11之间有尽可能好的匹配，以及己调光波 的偏振状态和单模光纤中的本征偏振状态相匹配。
第七章 相干光通信 系统
自从光纤通信系统问世至今，几乎所有的系统都 采用强度调制—直接检波(IM-DD)的方式。这种 系统的主要优点是调制、解调容易，成本低。但 由于没有利用光的相干性，所以从本质上讲，这 还是一种噪声载波通信系统。为了进一步扩大通 信距离，提高传输容量，人们开始考虑无线电通 信中使用的外差接收方式是否可以用于光纤通信， 因为光波也是一种电磁波，所以从理论上说，答 案是肯定的，即利用先进的调制方式(幅移键控 ASK，频移键控FSK，相移键控PSK)和外差接收 构成一种新型系统—相干光通信系统。
上式中有三项的频率在2S左右，通常超 出光电二极管的响应范围，因此没有检波 输出。这样，上式简化为
7.1 相干检测基本原理
注意到，该式第一项为信号光强度，其余 两项都是本振光出现后的强度。第三项表 示信号光与本振光之间的差拍效应，其振 幅与信号光场成正比，差拍的相位与信号 的相位变化成线性关系。因此，接收信号 中的振幅和相位都存在在差拍场的强度中。 通常，本振光比信号光强得多，上式可简 化为
补充： 1. ASK 幅移键控 幅移键控是正弦载波的幅度随数字基带信 号而变化的数字调制。 当数字基带信号为二进制时，则为二进制 振幅键控(2ASK)，又称通断键控信号(OOK 信号) 2ASK信号能够采用非相干解调(包络检波法) 和相干解调(同步检测法