光纤通信综述

一、概述

随着社会信息技术的发展,3G网络的实施,4G网络的开发与研

究,IPTV三网融合、物联网等的实施和提出,对现有的网络提出了革命性的要求,人类对于信号传输带宽的需求一直在以惊人的速度增长。移动性、无线化、数字化和宽带化是当今信息业发展的趋势,超高速、超大容量成为信息传送追求的主要目标。

光纤通信(Optical Fiber Communications)技术是利用光波作为载波来传递信息的技术。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。

在20世纪60年代初期，由于人们无法解决光的散射等问题，光通信一直没有重大的发展。直到20世纪60年代中期，情况才发生改变，而改变这一现状的正是一位中国人-高锟。1966年，高锟发表了关于通信传输新介质的论文，提出可以利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，这才奠定了光通信的基础。1970年，美国康宁公司按照高锟的思路造出了损耗为20dB/km的石英光纤，使得光纤的研制取得重大突破。1972年，该公司生产的高纯石英多模光纤的损耗下降到4dB/km。到了20世纪80年代初，单模光纤在波长1.55um的损耗已经下降到

0.2dB/km，而目前G.654光纤在1.55um波长附近损耗仅0.1510.2dB/km，接近光纤的理论极限。由于高锟在开创光纤通信历史上的卓越贡献，2009年10月6日被授予了诺贝尔物理学奖。

光纤通信(Optical Fiber Communications)技术是利用光波作为载波来传递信息的技术。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号

衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。

在20世纪60年代初期，由于人们无法解决光的散射等问题，光通信一直没有重大的发展。直到20世纪60年代中期，情况才发生改变，而改变这一现状的正是一位中国人-高锟。1966年，高锟发表了关于通信传输新介质的论文，提出可以利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，这才奠定了光通信的基础。1970年，美国康宁公司按照高锟的思路造出了损耗为20dB/km的石英光纤，使得光纤的研制取得重大突破。1972年，该公司生产的高纯石英多模光纤的损耗下降到4dB/km。到了20世纪80年代初，单模光纤在波长1.55um的损耗已经下降到

0.2dB/km，而目前G.654光纤在1.55um波长附近损耗仅0.1510.2dB/km，接近光纤的理论极限。由于高锟在开创光纤通信历史上的卓越贡献，2009年10月6日被授予了诺贝尔物理学奖。

目前，随着数据业务的爆炸性增长，通信道路越来越拥挤，光通信将成为唯一的出路。因此，现在世界上所有新建的通信干线均采用光纤。波分复用(WDM)系统也在海底光缆系统上使用，Tyco全球网大西洋部分有对光纤，目标容量为每对光纤传输64个10Gb/s WDM信道。2002年阿尔卡特在C波段和L波段成功进行了10.2Tb/s(25642.7Gb/s)距离为3100km的传输实验。根据OFC2009年报道，NTT 2007年演示了一个线路容量为10Tb/s的系统[NThB1]，该系统采用DWDM的DQPSK调制，每个信道数据速率为111Gb/s，实现了48pb/s·km的传输。该系统经过3600km传输后，所有信道的Q参数大于9.2dB，比BER为要求的9.1dB还要好。

我国的光通信技术研究大概从1974年。并在进入80年代后，我国的光纤通信的关键技术开始达到国际先进水平。烽火通信于2005年也进行了3.2Tb/s(8040Gb/s) DWDM的800km传输实验，引领我国光通信技术的发展。另外，国内的华为，中兴等通信领域的重头在近年来开始大范围的光通信技术的研发实验，使得我国光通信技术更是站上时代的前沿。在近日举行的“2012年中国光通信发展与竞争力论坛”上，华为一举获得了“2012年中国光通信最杰出企业大奖”、“2011-2012年度全球光传输与网络接入设备最具竞争力企业10强”、

“2011-2012年度中国光通信最具综合竞争力企业10强”、

“2011-2012年度中国光传输与网络接入设备最具竞争力企业10强”、“2011-2012年度中国光通信市场最具品牌竞争力企业10强”五项大奖。这再次突显了我国通信传统强军在全球光通信市场中所占据的主导地位。

FOFDM,其不同于传统的ofdm，只需用传统ofdm一半的带宽，通常fofdm系统的搭建，要用到dft或者dct。本系统中我们采用的是dct 调制。

DDO-FOFDM系统

常规的强度调制和直接检测的光FOFDM长距离基带传输系统的原理框图如下图所示。该系统中主要分为五个部分：FOFDM信号产生模块、光发送模块、光纤链路模块、光接收模块和OFDM信号处理模块。伪随机比特序列，即需要发送的信息比特，进行串并转换并实现相应的ASK 和BPSK调制，对子载波进行反离散余弦变换，紧接着对信号进行并串

转换和添加循环前缀，最后经数模转换器转换为模拟电FOFDM信号,循环前缀则能消除符号间干扰。

在光发射端，生成的基带电OFDM信号经过一个光马赫曾德尔强度调制器（MZM）被直接调制加载到光载波上，产生基带的光载OFDM信号，然后经过一个功率放大器放大后由光纤传输至光接收端。在接收端，光电二极管将接收到的光信号检测并转换成模拟的基带电FOFDM 信号，经由低通滤波后，信号被模数转换器转换为数字FOFDM信号。最后通过数字信号处理模块，对接收的数字信号进行FOFDM解调。其中，OFDM解调主要包括：移除循环前缀、串并转换、离散余弦变换、均衡、ASK或BPSK解调、并串转换，得到传输的信息比特，并完成信息比特的误码分析。

单边带调制

单边带调制，是一种可以更加有效的利用电能和带宽的调幅技术。单边带调制根据调制信号的频谱样式可分为以下三类，如图2.1所示。第一类是原型单边带:这种调制方法在传输消息时只利用了其中一个

边带；第二类是残留单边带：该类调制方法在发送一个边带的同时，还会发送另外一个边带小部分信号。第三类是独立边带：该方法的做法是系统依然发送两个边带，但是这两个边带会被调制不同信息。单边带调制从载频发送电平的大小的角度划分又分为三类。第一类为载频全抑制制:只发送边带信号，不发送载频信号。第二类为导频制：除了发送边带信号外，还发送一个低电平的载频信号作“导频”用。第三类为兼容单边带制：即载频电平全发送的原型单边带。

单边带调制和解调的方法有多种，其中最常用的是滤波法。用滤波法实现单边带调制，是分双边带信号形成和无用边带抑制两步完成的。双边带信号由平衡调制器形成。由于调制器的平衡作用，载频电平被抑制到很低。对无用边带的抑制，是由紧跟在平衡调制器后面的边带滤波器完成的。当需要形成多路独立边带信号时，就需要有相应数目的单边带信号产生器，它们具有不同的载频和不同中心频率的边带滤波器。然后把这些占有不同频段的单边带信号线性相加，便可得到多路独立边带信号。单边带信号的解调，除了载频全发送的兼容单边带和残留单边带可以用包络检波外，其他各类单边带的解调只能用单边带产生的相反过程来完成，即仍用平衡调制器完成单边带信号频谱向基带的平移，并通过紧跟在调制器后面的低通滤波器，提取有用的基带信号，抑制无用的边带信号。

光单边带调制