40G/100G相干光通信原理与关键技术

　　图2中的接收机相干检测方式，由于要探测偏振复用的信号，接受信号通过一个极化束分离器PBS（PolarizationBeamSplitter） 分解成两个正交信号，每个正交信号都与一个本地光源LO混频，该本地光源的载波频率控制精度为数百KHz。混频后得到4个偏振和相位正交的光信号，分别用PIN检测，经电放大和滤波后由A/D电路转化为4路数字电信号。数字电信号通过数字信号处理（DSP）芯片数字均衡的方式实现：定时恢复、信号恢复、极化和PMD跟踪，以及色散补偿。

　　相干光通信的主要优点

　　相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混频增益、出色的信道选择性及可调性等特点。相干光通信系统与IM/DD系统相比，相干光通信系统具有以下独特的优点：

　　（1）灵敏度高，中继距离长

　　相干光通信的一个最主要的优点是能进行相干探测，从而改善接收机的灵敏度。在相干光通信系统中，经相干混合后输出光电流的大小与信号光功率和本振光功率的乘积成正比。在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约18dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。

　　（2）选择性好，通信容量大

　　（3）可以使用电子学的均衡技术来补偿光纤中光脉冲的色散效应相干光通信的另一个主要优点是可以提高接收机的选择性。在直接探测中， 接收波段较大，为抑制噪声的干扰，探测器前通常需要放置窄带滤光片， 但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能，这在相干光通信的应用中会发挥重大作用。此外，由于相干探测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，即密集波分复用（DWDM），取代传统光复用技术的大频率间隔，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。

　　如果外差检测相干光通信中的中频滤波器的传输函数正好与光纤的传输函数相反，即可降低光纤色散对系统的影响。

　　相干光通信的关键技术

　　为了实现准确、有效、可靠的相干光通信，应采用以下关键技术：

　　（1）光源技术

　　相干光纤通信系统中对信号光源和本振光源的要求比较高，它要求光谱线窄、频率稳定度高。光源本身的诺线宽度将决定系统所能达到的最低误码率，应尽量减小，同时半导体激光器的频率对工作温度与注入电流的变化非常敏感，其变化量一般在几十GHz/℃和几十GHz/mA左右，因此，为使频率稳定，除注入电流和温度稳定外，还应采取其他稳频措施，使光频保持稳定。

　　（2）接收技术

　　相干光通信的接收技术包括两部分，一部分是光的接收技术，另一部分是中频之后的各种制式的解调技术。

　　平衡接收法：在FSK制式中，由于半导体激光器在调制过程中，难免带有额外的幅度调制噪声，利用平衡接收方法可以减少调幅噪声。平衡法的主要思想是当光信号从光纤进入后，本振光经偏振控制以保证与信号的偏振状态相适应，本振光和信号光同时经过方向精合器分两路，分别输入两个相同的PIN光电检测器，使得两个光电检测器输出的是等幅度而反相的包络信号，再将这两个信号合成后，使得调频信号增加一倍，而寄生的调幅噪声相互抵消，直流成分也抵消，达到消除调幅噪声影响的要求。