一種應(yīng)用于光通信處理領(lǐng)域的相干光數(shù)字通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通訊處理技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種應(yīng)用于光通信處理領(lǐng)域的相干光數(shù)字通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光通訊是人類最早應(yīng)用的通訊方式之一。從烽火傳遞信號(hào)，到信號(hào)燈、旗語等通訊方式，都是光通訊的范疇。但由于受到視距、大氣衰減、地形阻擋等諸多因素的限制，光通訊的發(fā)展緩慢。
[0003]直到1960年，美國科學(xué)家Maiman發(fā)明了世界上第一臺(tái)激光器后，為光通訊提供了良好的光源。隨后二十多年，人們對(duì)光傳輸介質(zhì)進(jìn)行了攻關(guān)，終于制成了低損耗光纖，從而奠定了光通訊的基石。從此，光通訊進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。
[0004]光纖傳輸有許多突出的優(yōu)點(diǎn):
1.頻帶寬
頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號(hào)的頻帶寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為48.5MHz?300Mhz。帶寬約250MHz，只能傳輸27套電視和幾十套調(diào)頻廣播。可見光的頻率達(dá)100000GHz，比VHF頻段高出一百多萬倍。盡管由于光纖對(duì)不同頻率的光有不同的損耗，使頻帶寬度受到影響，但在最低損耗區(qū)的頻帶寬度也可達(dá)30000GHz。目前單個(gè)光源的帶寬只占了其中很小的一部分(多模光纖的頻帶約幾百兆赫，好的單模光纖可達(dá)1GHz以上)，采用先進(jìn)的相干光通信可以在30000GHz范圍內(nèi)安排2000個(gè)光載波，進(jìn)行波分復(fù)用，可以容納上百萬個(gè)頻道。
[0005]2.損耗低
在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號(hào)時(shí)，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)纖維的損耗則要小得多，傳輸1.31um的光，每公里損耗在0.35dB以下若傳輸1.55um的光，每公里損耗更小，可達(dá)0.2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多。此外，光纖傳輸損耗還有兩個(gè)特點(diǎn)，一是在全部有線電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要像電纜干線那樣必須引人均衡器進(jìn)行均衡;二是其損耗幾乎不隨溫度而變，不用擔(dān)心因環(huán)境溫度變化而造成干線電平的波動(dòng)。
[0006]3.重量輕
因?yàn)楣饫w非常細(xì)，單模光纖芯線直徑一般為4um?10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強(qiáng)筋、護(hù)套等，用4?48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm，比標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的直徑47mm要小得多，加上光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點(diǎn)，安裝十分方便。
[0007]4.抗干擾能力強(qiáng)
因?yàn)楣饫w的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場(chǎng)的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁場(chǎng)的影響，故光纖傳輸對(duì)電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力。也正因?yàn)槿绱?，在光纖中傳輸?shù)男盘?hào)不易被竊聽，因而利于保密。
[0008]5.保真度高
因?yàn)楣饫w傳輸一般不需要中繼放大，不會(huì)因?yàn)榉糯笠胄碌姆蔷€性失真。只要激光器的線性好，就可高保真地傳輸電視信號(hào)。實(shí)際測(cè)試表明，好的調(diào)幅光纖系統(tǒng)的載波組合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交調(diào)指標(biāo)CM也在60dB以上，遠(yuǎn)高于一般電纜干線系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)。
[0009]6.工作性能可靠
我們知道，一個(gè)系統(tǒng)的可靠性與組成該系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量有關(guān)。設(shè)備越多，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)越大。因?yàn)楣饫w系統(tǒng)包含的設(shè)備數(shù)量少(不像電纜系統(tǒng)那樣需要幾十個(gè)放大器)，可靠性自然也就高，加上光纖設(shè)備的壽命都很長，無故障工作時(shí)間達(dá)50萬?75萬小時(shí)，其中壽命最短的是光發(fā)射機(jī)中的激光器，最低壽命也在1萬小時(shí)以上。故一個(gè)設(shè)計(jì)良好、正確安裝調(diào)試的光纖系統(tǒng)的工作性能是非?？煽康摹?br>[0010]7.成本不斷下降
目前，有人提出了新摩爾定律，也叫做光學(xué)定律(Optical Law)。該定律指出，光纖傳輸信息的帶寬，每6個(gè)月增加I倍，而價(jià)格降低I倍。光通信技術(shù)的發(fā)展，為Internet寬帶技術(shù)的發(fā)展奠定了非常好的基礎(chǔ)。這就為大型有線電視系統(tǒng)采用光纖傳輸方式掃清了最后一個(gè)障礙。由于制作光纖的材料(石英)來源十分豐富，隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本還會(huì)進(jìn)一步降低;而電纜所需的銅原料有限，價(jià)格會(huì)越來越高。顯然，今后光纖傳輸將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成為建立全省、以至全國有線電視網(wǎng)的最主要傳輸手段。
[0011]激光是光通訊的最理想光源?，F(xiàn)在，可以生產(chǎn)多種激光器，可產(chǎn)生多種功率和波長的激光。
[0012]由于激光是以受激輻射的光放大為基礎(chǔ)的發(fā)光現(xiàn)象，同以自發(fā)輻射為基礎(chǔ)的普通光源相比，具有許多鮮明的特點(diǎn)。
[0013]1.單色性好
我們知道，不同顏色的光具有不同的波長。所謂單色光，實(shí)際是波長范圍很小的一段輻射。譜線寬度越窄(即波長范圍越小)，光的單色性就越好。需要說明的是，這里的譜線寬度是未調(diào)制前激光所包含的波長范圍，它與激光調(diào)制后的頻帶寬度是兩個(gè)不同的概念。調(diào)制前的譜線寬度越窄，調(diào)制后可以有效利用的頻帶寬度就越寬。
[0014]因?yàn)榧す馐窃谔囟芗?jí)之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的受激輻射，又經(jīng)過諧振腔的選頻作用，使其輸出光的譜線寬度很小，即具有很好的單色性。
[0015]利用激光的單色性好，譜線分辨率高，可用來研究物質(zhì)的能級(jí)和光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，制成一年內(nèi)誤差不超過一微秒的標(biāo)準(zhǔn)鐘。
[0016]2.方向性好
我們通常用光的發(fā)散角來描述其方向性，發(fā)散角越小，方向性越好。普通光源中最好的探照燈，其發(fā)散角為0.1rad(弧度)。如果把它照射到離地球40萬公里的月球上(這實(shí)際是不可能的)，其光斑直徑有幾萬公里。在激光器中，由于受激原子發(fā)光的方向與外來光相同，再加上諧振腔只允許沿軸線傳播的光得到放大，使輸出激光的方向性很好，發(fā)散角可達(dá)10rad，把它照射到月球上，光斑直徑不到2km。利用激光的方向性好，可用于測(cè)距、定位、導(dǎo)航等。
[0017]3.亮度高由于激光器可以做到斷續(xù)發(fā)光，使其能量積累到一定程度再突發(fā)出來，因而具有很高的功率，最大可達(dá)1 W，再加上激光的方向性好，使其亮度極高，比太陽的亮度還高出上千億倍，只有氫彈爆炸瞬間的強(qiáng)烈閃光才能與之相比。利用激光的高亮度，可以在局部范圍產(chǎn)生10萬度以上的高溫，進(jìn)行打孔、焊接、手術(shù)以及可控?zé)岷朔磻?yīng)等等。
[0018]4.相干性好
所謂相干性是指兩束光能夠發(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的明暗相間干涉圖像的特性。由于受激輻射原子發(fā)出的光在頻率、位相、振動(dòng)方向等方面都同外來光子一樣，使激光具有很好的相干性比較接近于理想的、完全相干的電磁波。一般單色光源發(fā)出光的相干長度不超過
0.1m，但激光的相干長度可達(dá)幾十公里。這里的相干長度是指把一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的路程，能夠產(chǎn)生干涉的最大光程差。利用激光的相干性好，可以進(jìn)行全息攝影，進(jìn)行精密測(cè)量。
[0019]現(xiàn)代光纖網(wǎng)干線長度一般較長(幾十公里以上)，且傳輸頻道較多，從系統(tǒng)質(zhì)量、可靠性，以及經(jīng)濟(jì)上各方面考慮，都應(yīng)該選擇調(diào)幅光纖系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)出一種應(yīng)用于光通信處理領(lǐng)域的相干光數(shù)字通信方法，基于相干調(diào)制和外差檢測(cè)技術(shù)而設(shè)計(jì)的相干光數(shù)字通信方法，可將待傳輸信號(hào)無失真、高速的進(jìn)行傳輸，具有靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0021]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種應(yīng)用于光通信處理領(lǐng)域的相干光數(shù)字通信方法，包括以下步驟:
1)搭建用于進(jìn)行相干光數(shù)字通信方法的通信系統(tǒng)；
2)系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)步驟I)后，對(duì)每一個(gè)硬件的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，直到最佳狀態(tài)；
3)已調(diào)光信號(hào)的調(diào)制處理，利用通信系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)射系統(tǒng)生成符合要求的已調(diào)光信號(hào)；
4)已調(diào)光信號(hào)的復(fù)原處理，利用通信系統(tǒng)內(nèi)的接收系統(tǒng)將已調(diào)光信號(hào)還原處理為數(shù)字信號(hào)而后輸送至終端設(shè)備內(nèi)，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的信息還原處理。
[0022]進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述通信系統(tǒng)包括發(fā)射系統(tǒng)及接收系統(tǒng)，所述發(fā)射系統(tǒng)包括光載波生成電路、數(shù)字信號(hào)處理電路、調(diào)制器及發(fā)射光匹配器，所述接收系統(tǒng)包括接收光匹配器、混頻器、本振激光器、中頻放大器、解調(diào)器、基帶放大器及判決再生器;所述調(diào)制器分別連接光載波生成電路、數(shù)字信號(hào)處理電路及發(fā)射光匹配器，所述發(fā)射光匹配器連接接收光匹配器，所述接收光匹配器依次連接混頻器、中頻放大器、解調(diào)器、基帶放大器及判決再生器，所述本振激光器連接混頻器。
[0023]進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述步驟3)中，已調(diào)光信號(hào)的調(diào)制處理包括以下具體步驟:
3-1)光載波生成電路生成頻率穩(wěn)定、具有確定相位的光載波；
3-2)經(jīng)步驟3-1)后，頻率穩(wěn)定、具有確定相位的光載波在調(diào)制器中被數(shù)字信號(hào)處理電路所生成的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成已調(diào)光；
3-3)經(jīng)步驟3-2)后，已調(diào)光被傳輸?shù)桨l(fā)射光匹配器中，在發(fā)射光匹配器內(nèi)，將已調(diào)光的空間分布與光纖基模相匹配，同時(shí)將已調(diào)光的偏振狀態(tài)與光纖本征偏振態(tài)相匹配，形成已調(diào)光信號(hào)； 3-4)經(jīng)步驟3-3)后，經(jīng)發(fā)射光匹配器處理后的已調(diào)光信號(hào)將通過光纖傳輸?shù)浇邮障到y(tǒng)內(nèi)。
[0024]進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述步驟4)中，已調(diào)光信號(hào)的復(fù)原處理包括以下具體步驟: