Comunicação óptica coerente(Ponte óptica)

Princípios básicos da comunicação óptica coerente

　　Na comunicação óptica coerente, a modulação coerente e a tecnologia de detecção de diferença são usadas principalmente. A chamada modulação coerente é o uso do sinal a ser transmitido para mudar a frequência, fase e amplitude das portadoras de luz, o que requer que o sinal de luz tenha uma determinada frequência e fase (em vez deComo...A luz natural não tem uma frequência e fase determinadas), isto é, deve ser a luz coerente. O laser é uma luz coerente. A chamada detecção de diferença é a utilização de um feixe de oscilação nativa gerada pelo laser e a luz de sinal de entrada no misturador óptico para obter a frequência, a fase de bits e a amplitude da luz de sinal de acordo com a mesma lei de mudança de sinal de média frequência.Na extremidade emissora, o sinal é modulado pela modulação externa para a transmissão na porta-luz. Quando o sinal chega

Na extremidade de recepção, primeiro é acoplado coerentemente a um sinal de vibração e, em seguida, pelo equilíbrioReceptorRealizar a detecção. A comunicação óptica coerente é diferente ou igual à frequência de luz do sinal de acordo com a frequência de vibração e pode ser dividida em detecção de diferença externa e detecção de diferença zero. O primeiro sinal fotoelétrico obtido após a conversão éSinal de Frequência MédiaTambém é necessária uma decodificação secundária para ser convertida em um sinal de banda base. Este último sinal de luz é convertido diretamente em sinal de banda base após a conversão fotoelétrica, sem demodulação secundária, mas exige que a frequência de vibração atual coincida estritamente com a frequência de luz do sinal, e exige o bloqueio de fase da vibração atual e da luz do sinal.- É.

O sistema de comunicação óptica coerente pode dividir a banda de frequência óptica em muitos canais, permitindo que a banda de frequência óptica seja totalmente utilizada, ou seja, comunicação de fibra óptica multicanal. Sabemos que a comunicação coerente na tecnologia de rádio tem a vantagem de alta sensibilidade de recepção, a tecnologia de comunicação óptica coerente também tem essa característica, a sensibilidade de recepção é 18 dB maior do que a tecnologia de detecção direta. No início, o estudo da comunicação óptica coerente exigia a utilização de fibra óptica polarizada como meio de transmissão, porque a fase e a superfície polarizada do sinal óptico mudam aleatoriamente quando são transmitidas em linhas de fibra óptica convencionais. Para manter a fase e a superfície polarizada do sinal óptico inalteradas, é necessário usar fibra óptica polarizada. Mas descobriu-se mais tarde que, quando o sinal óptico é transmitido em fibras ópticas convencionais, as mudanças de fase e superfície de polarização são lentas e podem ser corrigidas usando um controlador de polarização dentro do receptor, portanto, ainda é possível usar fibras ópticas convencionais para a comunicação coerente.

O sistema de comunicação de fibra óptica coerente aumenta a fonte de luz oscilante local necessária para a recepção de diferença ou diferença zero no receptor óptico, onde as ondas de luz emitidas e as ondas de luz diminuídas recebidas são misturadas com frequência óptica sob as condições de correspondência pré-onda e polarização. A força do campo óptico do sinal após a mistura é proporcional ao quadrado da soma da força do campo óptico atual, a partir do qual o sinal de frequência diferencial da onda óptica atual e da onda óptica do sinal pode ser escolhido. Como a lei de mudança deste sinal de diferença de frequência é a mesma que a lei de mudança das ondas de luz do sinal, ao contrário do modo de comunicação de onda de detecção direta, a corrente de detecção reflete apenas a intensidade das ondas de luz, portanto, vários métodos de modulação como amplitude, frequência, fase e polarização podem ser alcançados. De acordo com a frequência da onda de vibração e a frequência da onda de luz do sinal é igual, o sistema de comunicação óptica coerente pode ser dividido em duas categorias: quando a diferença entre a frequência de vibração e a frequência de luz do sinal é um valor fixo não zero, o sistema é chamado de sistema de recepção diferencial; Quando a frequência e a fase da onda de luz atual são as mesmas que a frequência e a fase da onda de luz de sinal, é chamado de sistema de recepção de diferença zero. No entanto, independentemente do método de recepção utilizado, o ponto fundamental é a detecção externa.

Vantagens do sistema de comunicação óptica coerente

A comunicação óptica coerente aproveita plenamente os ganhos de frequência misturada, a excelente seletividade de canal e a ajustabilidade dos métodos de comunicação coerentes. A análise dos princípios básicos do sistema de comunicação óptica coerente descrito acima e, em comparação com o sistema IM / DD, concluiu que o sistema de comunicação óptica coerente tem as seguintes vantagens*:

(1) Alta sensibilidade, longa distância de relé

Uma das principais vantagens da comunicação óptica coerente é a capacidade de realizar detecções coerentes, melhorando assim a sensibilidade do receptor. No sistema de comunicação óptica coerente, o tamanho da corrente óptica de saída após a mistura coerente é proporcional ao produto da potência óptica do sinal e da potência de vibração atual.

Reduzir o impacto da dispersão de fibra óptica no sistema

Usando a tecnologia de equilíbrio da eletrônica para compensar o efeito de dispersão de pulsos de luz na fibra óptica. Detectar a diferença na função de transmissão do filtro de média frequência na comunicação óptica coerente exatamente ao contrário da função de transmissão da fibra óptica pode reduzir o impacto da dispersão da fibra óptica no sistema.

Boa seletividade e grande capacidade de comunicação

A comunicação óptica coerente pode aproveitar plenamente a área espectral de baixa perda da fibra óptica (1,25 a 1,6 nm), melhorando a capacidade de informação do sistema de comunicação de fibra óptica. Como o uso de comunicação óptica coerente pode alcançar o intervalo de canal inferior a 1 a 10 GHz de multiplexação de frequência intensiva, aproveitando plenamente a largura de banda de transmissão da fibra óptica, pode alcançar a transmissão de informações de capacidade ultra-alta- É.

(Quatro)Possui vários modos de modulação

Nos sistemas de comunicação óptica tradicionais, a luz só pode ser modulada usando a modulação de intensidade. Na comunicação óptica coerente, além de modular a amplitude da luz, também pode ser usadoPSK、 DPSK, QAM e outros vários formatos de modulação, favorecendo aplicações de engenharia flexíveis, embora isso aumente a complexidade do sistema, mas em relação aos receptores de luz tradicionais apenas respondem às mudanças de potência de luz, a detecção coerente pode detectar toda a amplitude, frequência, fase de bits, polarização da luz, portanto, a detecção coerente é uma tecnologia de detecção holográfica, que a tecnologia de comunicação óptica tradicional não possui.

Principais tecnologias-chave no sistema de comunicação óptica coerente

a) Tecnologia da fonte de luz

Os requisitos do sistema de comunicação de fibra óptica coerente para a fonte de luz de sinal e a fonte de luz de oscilação são relativamente altos, exigindo linhas espectrais estreitas e alta estabilidade de frequência. A largura da linha de luz em si determinará a baixa taxa de erro alcançada pelo sistema, deve ser minimizada, ao mesmo tempo que a frequência do laser semicondutor é muito sensível às mudanças na temperatura de trabalho e na corrente de injeção, sua variação é geralmente em torno de dezenas de GHz / C e GHz / mA, portanto, para estabilizar a frequência, além da corrente de injeção e da estabilidade da temperatura, também devem ser tomadas outras medidas de estabilidade de frequência ativa para manter a frequência de luz estável.

2) Tecnologia de recepção

A tecnologia de recepção de comunicação óptica coerente inclui duas partes, uma parte é a tecnologia de recepção de luz e a outra parte é a tecnologia de decodificação de vários estilos após a frequência média. A tecnologia de desmodulação é, na verdade, a tecnologia de desmodulação eletrônica ASI, FSK e PSK. A tecnologia de recepção de luz é dividida principalmente em três tipos:

Método de recepção equilibrada. No modelo FSK, uma vez que o laser semicondutor traz ruído de modulação de amplitude adicional durante o processo de modulação, o método de recepção equilibrada pode reduzir o ruído de modulação. A principal ideia do método de equilíbrio é que, quando o sinal óptico entra da fibra óptica, a luz vibratória passa pelo controle de polarização para garantir que se adapte ao estado de polarização do sinal, a luz vibratória e a luz do sinal passam simultaneamente pelo agregador direcional em dois caminhos, entrando em dois detectores fotoelétricos PIN idênticos, de modo que os dois detectores fotoelétricos saem com um sinal de envelope de igual amplitude e oposto, depois de sintetizar esses dois sinais, tornando o sinal de modulação de frequência duplicada, enquanto o ruído de modulação parasita se compensa, os componentes de corrente contínua também compensam, para atingir os requisitos de eliminação do efeito do ruído de modulação.

2) Método de recepção em fase. Além do ruído de amplificação, se a fase fotovoltaica atual e a fase fotovoltaica do sinal tiverem flutuações relativas, gerará ruído de fase, afetando gravemente o efeito de recepção. Para esse efeito, o ruído de fase pode ser superado por meio de segmentação de fase. O método de segmentação de fase trifásica é principalmente dividir o sinal e a vibração atual em três vias, a fase de sinal trifásica da vibração atual é de 0, 120 °, 240 °, respectivamente, portanto, embora haja flutuações aleatórias da fase relativa entre o sinal e a vibração atual, após a síntese do sinal trifásico, ainda pode permanecer constante, pode reduzir o efeito do ruído de fase, ao mesmo tempo que esta técnica pode ser usada no sistema de recepção de diferença zero sem a fase de bloqueio óptico.

Tecnologia de controle de polarização. Já foi observado anteriormente: o receptor do sistema de comunicação óptica coerente deve exigir a polarização da luz do sinal e da luz de vibração presente para obter bons efeitos de mistura e melhorar a qualidade da recepção. Depois que a luz de sinal é transmitida por fibra óptica de modo único a longa distância, o estado de polarização é aleatório, para superar este problema, pode ser usado fibra óptica polarizada, controlador de polarização e recepção polarizada. Quando a luz é transmitida na fibra óptica comum, a fase e a superfície de polarização variam aleatoriamente, a fibra polarizada é uma fibra óptica especial que mantém a fase óptica e a polarização inalteradas através da seleção de processos e materiais, mas a perda de fibra óptica é grande e o preço também é muito caro; O controlador de polarização é principalmente para fazer com que a luz do sinal e a luz de oscilação presente sejam igualmente desviadas, e a velocidade de resposta deste método é relativamente lenta, e os requisitos de controle de circuito também são relativamente altos; A recepção de polarização é principalmente usando a luz do sinal e a mistura da luz vibratória atual, o componente do feixe de polarização divide a luz misturada em duas composições de polarização vertical, as duas composições de polarização vertical da luz vibratória atual são controladas pelo controlador de polarização, tornando as duas composições de potência iguais, de modo que quando a polarização aleatória da luz do sinal pode causar a decadência do sinal de média frequência de um ramo, mas o sinal de média frequência do outro ramo ainda existe, então o sistema após o sinal de desregulação é quase independente da polarização da luz do sinal, a velocidade de resposta da tecnologia é mais rápida, mais prática, mas a realização é mais complexa.

Aplicação Ampla

A comunicação óptica coerente tem um rápido desenvolvimento, especialmente para a comunicação de fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo (2 a 10 μm).Atração. Porque em bandas ultralongas, a fibra óptica determinada pela dispersão de Riley é inerentePerdasSerá ainda reduzido significativamente, então, em teoria, a comunicação transoceanica sem relé de fibra óptica pode ser realizada em bandas ultralongas. E na banda ultra-longa, o desempenho do receptor de detecção direta é muito pobre, então o método de detecção coerente se tornou naturalmente uma escolha melhor.

Comprimento de onda ultra-longoSistema de comunicação de fibra ópticaÉ a fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo como meio de transmissão, usando a tecnologia de comunicação óptica coerente para alcançar a comunicação de distância ultra-longa. Fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo é essencial neste sistema. É um meio de transmissão mais ideal, cuja principal característica é a perda extremamente baixa, apenasQuartzoum milhão do material. Portanto, a fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo pode realizar dezenas de milhares de quilômetros de transmissão sem estações de relé. Isso pode reduzir drasticamente os custos de comunicação e melhorar a estabilidade e confiabilidade dos sistemas, o que é especialmente importante para as comunicações submarinas e áreas deserticas.

Com o desenvolvimento da tecnologia de comunicação de fibra óptica, o uso de fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo para alcançar a comunicação de distância ultra-longa é uma das principais direções do desenvolvimento da comunicação de fibra óptica no futuro. No entanto, os sistemas de comunicação de fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo também existem muitos problemas técnicos que precisam ser resolvidos, como a purificação e tração de materiais de fibra óptica de comprimento de onda ultra-longo, a fonte de luz de comprimento de onda ultra-longo requerida pela tecnologia de comunicação óptica coerente e detectores fotoelétricos coerentes de comprimento de onda ultra-longo.

Além das aplicações acima, devido à excelente seletividade de canal e sensibilidade da comunicação óptica coerente, também tem sido amplamente aplicado em redes de distribuição CATV de multiplexação de frequência.

V. Resumo

A comunicação óptica coerente, com suas vantagens, tem sido amplamente aplicada na comunicação de fibra óptica, não só em sistemas ponto-a-ponto, mas também em comunicações submarinas com um enorme potencial de mercado. Além do novo tipo de laser de alta eficiência, a nova tecnologia de detecção coerente também é a chave para o desenvolvimento do sistema, a adoção de novas tecnologias de detecção para reduzir o impacto da fonte de luz no desempenho geral do sistema, a introdução de novos métodos de recepção como óptica adaptativa e polarização, melhorando a velocidade de resposta do sistema e aperfeiçoando ainda mais sua aplicação.

Referências

[1] Mudson, Sistemas Modernos de Comunicação de Fibra Óptica, Edição Científica.

[2] Comunicações ópticas coerentes e suas aplicações na sociedade científica e tecnológica.

[3] Rai Zhaodi. Fundamentos de comunicação de fibra óptica. Edição da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica.

[4] Zheng Dapeng. Princípio de comunicação de fibra óptica. Publicação de correio e telecomunicações do povo.

[5] Yang, companheiro. Tecnologia de comunicação de fibra óptica. Publicação de correio e telecomunicações do povo.