光纤通信综述要点.pdf
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1、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
2、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 0.1
3、510.2dB/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
4、, 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
5、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 3 100km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/skm的传输。该系统经
6、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” 、 “2011-20
7、12 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
8、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
9、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
10、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
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