Kohärente Lichtkommunikation(optische Brücke)

Grundprinzipien der kohärenten optischen Kommunikation

　　In der kohärenten optischen Kommunikation werden hauptsächlich kohärente Modulations- und Differenzverkennungstechnologien verwendet. Die sogenannte kohärente Modulation ist die Verwendung des Signals, das übertragen werden soll, um die Frequenz, Phase und Amplitude der Lichtträger zu ändern, was eine bestimmte Frequenz und Phase des Lichtsignals erfordert.Wie...Natürliches Licht hat keine bestimmte Frequenz und Phase), das heißt kohärentes Licht. Der Laser ist ein kohärentes Licht. Die sogenannte Differenzverkennung ist die Verwendung eines Laserstrahls, der durch eine lokale Oszillation erzeugt wird, und das Eingangssignallicht in einem optischen Mischer gemischt werden, um die Frequenz, die Bitphase und die Amplitude des Signallichts nach dem gleichen Gesetz zu erhalten.An der Senderseite wird das Signal mittels externer Modulation auf den Lichtträger zur Übertragung moduliert. Wenn das Licht ankommt

Am Empfangssende wird zuerst kohärent mit einem Vibrationssignal gekoppelt, anschließend durch das GleichgewichtEmpfängerDurchführung der Detektion. Die kohärente optische Kommunikation ist abhängig von der Schwingungsfrequenz und der Lichtfrequenz des Signals unterschiedlich oder gleich und kann in die Differenzdetektion und die Nulldifferenzdetektion unterteilt werden. Das erste Lichtsignal erhält man nach der optischen UmwandlungMittelfrequenzsignaleEs ist auch notwendig, eine zweite Dekommodierung in ein Basisbandsignal umzuwandeln. Letzteres Lichtsignal wird nach der photoelektrischen Umwandlung direkt in ein Basisbandsignal umgewandelt, ohne sekundäre Demodulation, aber es erfordert, dass die Schwingungsfrequenz streng mit der Lichtfrequenz des Signals übereinstimmt, und erfordert die Phasensperre des Schwingungs- und Signallichts..

Das kohärente optische Kommunikationssystem kann das optische Frequenzband in viele Kanäle unterteilen, so dass das optische Frequenzband vollständig genutzt wird, d. h. die Mehrkanalfaserkommunikation. Wir wissen, dass die kohärente Kommunikation in der Funktechnologie die Vorteile einer hohen Empfangsempfindlichkeit hat, und die kohärente optische Kommunikationstechnologie hat diese Eigenschaft. Die Empfangsempfindlichkeit dieser Technologie ist 18 dB höher als die Direktdetektionstechnologie. Früher erforderte die Studie der kohärenten optischen Kommunikation die Verwendung von polarisierten Fasern als Übertragungsmedium, da sich die Phase und die Polarisationsfläche des Lichtsignals zufällig ändern, wenn es in konventionellen Faserleitungen übertragen wird. Um die Phase und die Polarisationsfläche des Lichtsignals unverändert zu halten, müssen polarisierte Fasern verwendet werden. Später wurde jedoch festgestellt, dass die Phasenänderung und die Polarisationsfläche langsam verändert werden können, wenn das optische Signal in der konventionellen Faser übertragen wird, und dass es durch einen Polarisationsregler im Empfänger korrigiert werden kann, so dass es immer noch möglich ist, mit konventionellen Fasern für die kohärente Kommunikation zu arbeiten.

Das kohärente Faserkommunikationssystem erhöht die lokale Oszillationsquelle, die für den Differenz- oder Null-Differenz-Empfang erforderlich ist, im optischen Empfänger, der die ausgegebenen Lichtwellen mit den empfangenen gedämmten Lichtwellen unter den Bedingungen der Vorwellenanpassung und Polarisationsanpassung durchführt. Die Lichtfeldstärke des Signals nach der Vermischung ist in direktem Verhältnis zu den Quadraten der Summe der Lichtfeldstärke der gegenwärtigen Vibrationswelle, aus der das Differenzsignal der gegenwärtigen Vibrationswelle und der Lichtwelle des Signals ausgewählt werden kann. Da das Gesetz der Veränderung des Differenzsignals das gleiche Gesetz der Veränderung der Lichtwelle des Signals ist, spiegelt der Erkennungsstrom im Gegensatz zu der direkten Kommunikationsmethode nur die Intensität der Lichtwelle wider, so können verschiedene Modulationsmethoden wie Amplitude, Frequenz, Phase und Polarisation erreicht werden. Abhängig davon, ob die Frequenz dieser Schwingungswelle und die Frequenz der Signallochtwelle gleich sind, kann das kohärente optische Kommunikationssystem in zwei Kategorien unterteilt werden: Wenn der Unterschied zwischen der Schwingungsfrequenz und der Signallochtfrequenz einen nicht-Nullwert beträgt, wird das System als differentielles Empfangssystem bezeichnet; Wenn die Frequenz und Phase der gegenwärtigen Vibrationswelle mit der Frequenz und Phase der Signallichtwelle gleich sind, wird dies als Null-Differenz-Empfangssystem bezeichnet. Aber unabhängig davon, welche Empfangsmethode verwendet wird, ist der grundlegende Punkt die Abweichungserkennung.

Vorteile eines kohärenten optischen Kommunikationssystems

Die kohärente optische Kommunikation nutzt die Mischfrequenzgewinn, die ausgezeichnete Kanalselektivität und die Einstellbarkeit der kohärenten Kommunikationsmethode. Die Analyse der Grundprinzipien des oben beschriebenen kohärenten optischen Kommunikationssystems ergab, dass das kohärente optische Kommunikationssystem im Vergleich zu IM/DD-Systemen die folgenden Vorteile hat:

(a) hohe Empfindlichkeit, lange Relaisabstand

Einer der Hauptvorteile der kohärenten optischen Kommunikation ist die Möglichkeit, kohärente Erkennungen durchzuführen, die die Empfindlichkeit des Empfängers verbessern. In kohärenten optischen Kommunikationssystemen ist die Größe des Ausgangs-optischen Stroms nach der kohärenten Mischung proportional zum Produkt der Signal-Lichtleistung und der gegenwärtigen Schwingungsleistung.

(2) Verringerung der Auswirkungen der Faserstrahlung auf das System

Verwenden Sie die Gleichgewichtstechnik der Elektronik, um den Diffusionseffekt von Lichtimpulsen in der Faser zu kompensieren. Durch die Differenzverkennung der Übertragungsfunktion des Mittelfrequenzfilters in der kohärenten optischen Kommunikation, die genau im Gegensatz zur Übertragungsfunktion der optischen Faser ist, können die Auswirkungen der Faserdisposition auf das System verringert werden.

Gute Selektivität, große Kommunikationskapazität

Die kohärente optische Kommunikation kann den niedrigen Verlustbereich der optischen Faser (1,25 bis 1,6 nm) voll nutzen und die Informationskapazität des Faserkommunikationssystems verbessern. Wenn die Verwendung von kohärenter optischer Kommunikation eine intensive Frequenz-Multiplikation mit einem Kanalintervall von weniger als 1 bis 10 GHz erreichen kann, kann die Übertragungsbandbreite der optischen Faser voll genutzt werden, um eine ultrahohe Kapazität der Informationsübertragung zu erreichen.

(4)Vielfältige Modulationsmethoden

In herkömmlichen optischen Kommunikationssystemen kann das Licht nur mit einer Intensitätsmodulation moduliert werden. In der kohärenten optischen Kommunikation kann neben der Amplitudenmodulation des Lichts auch verwendet werden.PSK、 DPSK, QAM und andere verschiedene Modulationsformate fördern flexible technische Anwendungen, obwohl dies die Komplexität des Systems erhöht, aber im Vergleich zu herkömmlichen Lichtempfängern reagiert nur auf Änderungen der Lichtleistung, kann die kohärente Detektion die Amplitude, Frequenz, Bitphase und Polarität des Lichts erfassen, so dass die kohärente Detektion eine holografische Detektionstechnologie ist, die herkömmliche optische Kommunikationstechnologie nicht hat.

Schlüsseltechnologien im kohärenten optischen Kommunikationssystem

a) Lichtquelltechnologie

Die Anforderungen an die Signallichtquelle und die gegenwärtige Lichtquelle im kohärenten Faserkommunikationssystem sind relativ hoch, es erfordert eine enge Spektrallinie und eine hohe Frequenzstabilität. Die Breite der Lichtquelle selbst wird die niedrige Fehlerrate bestimmen, die das System erreichen kann, sollte minimiert werden, während die Frequenz des Halbleiterlasers sehr empfindlich für die Änderung der Betriebstemperatur und des Einspritzstroms ist, die Menge der Änderung liegt in der Regel bei Dutzenden GHz / C und GHz / mA, daher sollte die Frequenzstabilität außer der Einspritzstrom- und Temperaturstabilität auch andere aktive Frequenzstabilitätsmaßnahmen ergriffen werden, um die Lichtfrequenz stabil zu halten.

2) Empfangstechnik

Die Empfangstechnik der kohärenten optischen Kommunikation besteht aus zwei Teilen, einem Teil ist die Empfangstechnik des Lichts, und der andere Teil ist eine Vielzahl von Systemen nach der mittleren Frequenz. Die Dekommodierungstechnik ist eigentlich die Dekommodierungstechnik der Elektronik wie ASI, FSK und PSK. Lichtempfangstechniken sind hauptsächlich in drei Arten unterteilt:

Eine ausgewogene Empfangsmethode. In der FSK-Konstruktion, da der Halbleiterlaser während der Modulation unvermeidlich eine zusätzliche Amplitude-Modulation-Geräusche mit sich bringt, kann die Methode des ausgewogenen Empfangs die Amplitude-Geräusche reduzieren. Die Hauptidee der Gleichgewichtsmethode ist, wenn das optische Signal aus der Faser eintritt, wird dieses Vibrationslicht durch die Polarisation gesteuert, um den Polarisationszustand des Signals zu gewährleisten, dieses Vibrationslicht und das Signallicht gehen gleichzeitig durch den Richtungsaggregator auf zwei Wege, geben Sie jeweils zwei identische PIN-optische Detektoren ein, so dass die beiden optischen Detektoren das gleiche Amplitude und das umgekehrte Umhüllungssignal ausgeben, dann werden diese beiden Signale synthetisiert, um das Modulationssignal zu verdoppeln, während das parasitäre Modulationsgeräuschen sich gegenseitig kompensiert, die Gleichstromkomponente auch kompensiert, um die Anforderungen an die Beseitigung von Modulationsgeräuschen zu erreichen.

2. Phasenzerteilungsempfang. Neben dem Amplifikationsgeräusch wird, wenn die gegenwärtige Schwingungsphase und die signaloptische Phase relativ aufsteigen und schwanken, Phasengeräusch erzeugt, das den Empfangseffekt ernsthaft beeinflusst. Gegen diesen Einfluss können Phasengeräusche mit einer Phasensegmentation überwunden werden. Die dreiphasige Phasenteilung besteht hauptsächlich darin, das Signal und das gegenwärtige Licht in drei Wege zu teilen, die dreiphasige Signalphase des gegenwärtigen Lichts beträgt 0, 120 ° und 240 °, so dass trotz der zufälligen Erhebungen und Schwankungen der relativen Phase zwischen dem Signal und dem gegenwärtigen Licht nach der Synthese des dreiphasigen Signals immer noch konstant bleiben kann, der Einfluss von Phasengeräuschen reduziert werden kann, während diese Technik für Null-Differenz-Empfangssysteme verwendet werden kann, ohne die optische Sperrphase anzuwenden.

Polarisationskontrolltechnologie. Es wurde bereits erwähnt, dass der Empfänger des kohärenten optischen Kommunikationssystems die Polarisation des Signallichts und des gegenwärtigen Vibrationslichts erfordern muss, um einen guten Mixed-Frequenz-Effekt zu erzielen und die Empfangsqualität zu verbessern. Nach der Übertragung des Signallichts über eine weite Strecke durch die Einmodus-Faser ist der Polarisationszustand zufällig aufsteigend und schwankend, um dieses Problem zu überwinden, können polarisierte Fasern, Polarisationsregler und polarisierte Verteilungsempfang verwendet werden. Wenn Licht in der normalen Faser übertragen wird, ändert sich die Phase und die Polarisationsfläche zufällig, die polarisierte Faser ist eine Spezialfaser, die durch die Auswahl von Prozessen und Materialien die Phase und die Polarisation unverändert hält, aber dieser Faserverlust ist groß und der Preis ist sehr teuer; Der Polarisationsregler ist hauptsächlich, um das Signallicht und das gegenwärtige Licht gleich abzuweichen, diese Methode hat eine langsame Reaktionsgeschwindigkeit und die Anforderungen an die Kreislaufsteuerung sind auch höher; Polarisation Split Empfang ist hauptsächlich die Verwendung von Signallicht und gegenwärtige Schwingungsfrequenz nach der Mischung, durch die Polarisation Split Element das gemischte Licht in zwei vertikale Polarisation Komponenten unterteilt, die gegenwärtige Schwingungsfrequenz zwei vertikale Polarisation Komponenten von der Polarisation Controller gesteuert, so dass die beiden Komponenten Leistung gleich, so dass, wenn die Polarisation im Signallicht zufällig steigt und schwankt kann verursachen, dass einer der Zweige des mittleren Frequenzsignals sinkt, aber der andere Zweig des mittleren Frequenzsignals bleibt vorhanden, so dass das System nach dem erhaltenen Demodulationssignal fast nichts mit der Polarisation des Signallichts zu tun hat, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Technologie

4. Breite Anwendung

Die kohärente optische Kommunikation hat sich schnell entwickelt, insbesondere für die Kommunikation mit ultralangen Wellenlängen (2 bis 10 μm).Anziehungskraft. Denn im ultralangen Band ist die durch die Rayleigh-Streuung bestimmte Faser inhärentVerlustEs wird weiter erheblich reduziert, so dass theoretisch eine faseroptische transoceanische Kommunikation ohne Relais im ultralangen Band möglich ist. Und im ultralangen Band ist die Leistung des Direktdetektionsempfängers sehr schlecht, so dass die kohärente Detektionsmethode natürlich eine bessere Wahl ist.

Ultralange WellenlängenFaseroptische KommunikationssystemeEs handelt sich um ultralange Wellenlängen optische Fasern als Übertragungsmittel, die die kohärente optische Kommunikationstechnologie nutzen, um die Kommunikation über sehr lange Entfernungen zu erreichen. Ultralange Wellenlängen sind in diesem System von entscheidender Bedeutung. Es ist ein idealeres Übertragungsmedium, dessen Hauptmerkmal ist der extrem niedrige Verlust, nurQuartzEin Millionstel des Materials. Daher können ultralange Wellenlängen optische Fasern Zehntausende von Kilometern ohne Relaisstationen übertragen. Es kann die Kommunikationskosten erheblich senken und die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems verbessern, was von besonderer Bedeutung für die Unterwasserkommunikation und die Wüstengebiete ist.

Mit der Entwicklung der faseroptischen Kommunikationstechnologie ist die Verwendung von ultralangen Wellenlängen-Fasern zur Verwirklichung der ultralangen Entfernungskommunikation eine der wichtigen Richtungen der zukünftigen Entwicklung der faseroptischen Kommunikation. Allerdings gibt es auch viele technische Probleme, die weiter gelöst werden müssen, wie die Reinigung und Herstellung von Materialien von ultralangen Wellenlängen-optischen Fasern, die Verwendung von ultralangen Wellenlängen-Lichtquellen und ultralangen Wellenlängen-kohärenten optischen Detektoren, die durch die kohärente optische Kommunikationstechnologie erforderlich sind.

Neben den oben genannten Anwendungen wird aufgrund der hervorragenden Kanalselektivität und Empfindlichkeit der kohärenten optischen Kommunikation auch in den CATV-Verteilungsnetzen mit Multiplex-Frequenzen weit verbreitet.

V. Zusammenfassung

Die kohärente optische Kommunikation mit ihren Vorteilen ist in der Faserkommunikation weit verbreitet und entwickelt sich nicht nur in Punkt-zu-Punkt-Systemen weiter in Richtung höherer Geschwindigkeit und längerer Entfernungen, insbesondere in der Unterwasserkommunikation mit großem Marktpotenzial. Neben den neuen hocheffizienten Lasern ist die neue kohärente Inspektionstechnologie auch der Schlüssel zur Systementwicklung, die Einführung neuer Inspektionstechnologien reduziert die Auswirkungen der Lichtquelle auf die Gesamtleistung des Systems, die Einführung neuer Empfangsmethoden wie adaptive Optik und Polarisationsverteilung verbessert die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems und verbessert seine Anwendung weiter.

Referenzen

[1] Mudson, Moderne Faser-Kommunikationssysteme, Wissenschaftliche Verlage.

[2] Kohärente optische Kommunikation und ihre Anwendungen Wissenschaft und Technologie.

[3] Lei Zhaodi. Grundlagen der Faserkommunication. Verlag der Universität für Elektronik und Technologie.

[4] Zheng Dapeng. Faser-Kommunikationsprinzip. Volkspost und Telekommunikation Verlag.

[5] Yang-Freunde. Faser-Kommunikationstechnologie. Volkspost und Telekommunikationsverlag.