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光通信技术范文1
光通信在最近几十年的发展
光通信技术中最有发展前景的当属光纤通信技术了，在最近几十年来发展最好最快的也是光纤通信技术。光纤通信技术的发展经历了三代，从工作波长为0.85μm的多模光纤通信逐渐发展为工作波长为1.3μm的单模光纤通信，并在此基础上发展到工作波长为1.55μm的光纤通信系统，这些年的进步很好的解决了光通信系统的色散问题。不仅如此在这些年光源也放上的很大的变化，发生了从发光二极管到半导体激光器的变化。半导体激光器的出现大大的提高了传输信息的效率，而且半导体激光器与二级发光体比较具有更高的功率和更长的使用寿命。光纤和光源的发展大大的缓解了信息衰减和色散的问题，加大了光纤的通信容量，提高了光纤通信的效率。另外在光网络协议方面也有了很大的发展。目前的技术种为了方便用户使用图像、数据、语音等业务，目前的重点是宽带接入网建设。宽带接入包括光纤、无线、同轴电缆和xDSL这几种方式，这些主要是基于分组交换方式的接入，其中以光纤接入为主。光纤接入分为有源方式接入和无源方式接入两种，即利用SDH或PDH为传输通道和无源光网络方式，光纤的非线性问题随着光纤放大器的广泛应用而逐渐显现出来。光纤的非线性主要指四波混频效应、自相位调制效应、交叉相位调制效应、受激喇曼效应、受激布里渊效应等。其中一些效应会使得系统的技术指标恶化，使得信号脉冲展宽、波型畸变、信号之间串扰。通过合理的使用某些非线性效应，我们可以研制出新型的光器件。
光通信技术的发展前景
1光纤通信技术的发展前景
为了更好的建设下一代网络就必须得构建一个拥有巨大传输容量的光纤基础设施，而由于光缆高达20年的寿命以及过高的造价，光纤基础设施的设计和构建必须具有前瞻性，应该结合设备和系统技术的发展趋势来设计。同时由于下一代电信网对容量的高要求以及频率的高宽度，这一代的光纤性能已经无法满足需求，必将被淘汰，那么开发新一代的光纤将势在必行。在G.652.A光纤的基础上进行改进并取得一定成果的G.652C/D光纤很好的解决了色散斜率的问题，减低系统成本，而且能实现更长距离和更大容量的传输。基于这些原因，具有更长使用寿命的新一代光纤必将得到更好的发展。
2波分复用系统的发展前景
光通信技术范文2
一、目前光通信技术的发展现状
1.1密集播分复用技术
密集波分复用技术简称DWDM，是光纤数据的一种传输技术，该种技术是利用激光的波长，按照比特位并行传输或字符串行传输方式在光纤内传送数据。DWDM是光网络的重要组成部分，它可以让IP协议、ATM和同步光纤网络、同步数字序列协议下承载的电子邮件、视频、多媒体、数据和语音等数据都通过统一的光纤层传输。在被开发后，基于其能在很大的程度上提高了光纤系统对于信息数据的传输量，而被广泛关注与应用。
1.2光纤接入网技术
光纤接入网，指的是在接入网过程中，利用光纤为核心的传输媒质，以此来实现用户数据信息传递的形式。光纤接入网并不是传统意义方面光纤传输系统，实际上是针对接入网环境中，所设计的较为特殊的光纤传输网络。光纤接入网主要有以下几方面的特点，其一是网络覆盖范围一般较小，在实际应用过程中不需要中继器，基于众多用户的信息数据共享光纤，导致光功率及波长的配比，存在需要利用光纤放大器来进行功率补偿的状况。其二是满足各种宽带业务的传输，并且传输质量好、数据信息传递的可靠性较高。其三是光纤接入网所应用的范围较为广阔。其四是，该项技术投放使用的过程中投资成本大，在网络管理方面较为复杂，在远端供电方面较难。
1.3 EDFA技术
EDFA是掺铒光纤放大器的缩写，是对数据信号光放大的有源光器件。基于EDFA工作时的波长为1550nm，与光纤的较低损耗波段较为一致，并且该种技术研发至今比较成熟，在实际中得到广泛的应用。掺铒光纤就是EDFA的核心元件，掺铒光纤主要将石英光纤当做基质材料，在其纤芯当中融入了相应比例稀土原素铒离子。在一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，铒离子从低能级直接被激发到高能级，基于铒离子在高能级时寿命较短，这就使得较快以非辐射跃迁的状态，直接到较高能级上，与此同时在该能级以及低能级间迅速形成粒子数反转形式的分布。EDFA的特点是体积相对较小、功耗损耗较低、使用便捷等。能够根据用户实际使用的情况，安装在不同的应用系统中。
二、光通信技术未来的发展趋势
2.1全光网络的发展
全光网络是指信号只在进出网络时才进行电和光，以及光和电的转换，在网络数据信息传输的过程中，将会以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以PDH、SDH、ATM等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。全光网络在未来的发展中，实际的应用中数据会以更快的速度进行传输，因为数据信息仅是以光的形式进行编码。消除光电转换是全光网络技术的关键工作，将使数据信息传输速率要达到万亿位级。一个经常引用的统计数据说光纤具有25万亿到75万亿位/秒的理论容量，并把这个数据与其速率通常以百万位计的铜线来进行比较，进而体现其优势。所以，在未来的发展中实现全光网络将会是提高信息数据传输技术的有效途径。
2.2 WDM技术的发展
对于WDM技术的研发和研究发现，该项技术最大的优势基于是资金成本较低。WDM是光域上的一种复用技术，形成光层的网络既全光网，是光通讯当中相对较高的阶段。建立一个以WDM和光交叉连接为基础光网络层，实现用户终端到终端形式的全光网连接，利用纯粹的全光网来消除光电转换的阻碍，将是未来的趋势。这种技术仍是基于点到点的形式，但是点到点的WDM通信技术，是实现全光网通信最重要的一步，其应用和实践将对全光网的发展起到重要的作用。
光通信技术范文3
关键词：数据中心 光通信技术 互联网技术
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）05-0007-01
在当前社会中，互联网技术已经成为影响人们生活与工作的重要因素。在互联网上，无论是游戏娱乐，还是商务与社交，都会产生大量的信息数据，这些信息数据量正以指数级不断增长。大部分的互联网业务及相应的信息处理与计算都是在数据中心内完成的。在数据中心内，网络连接起成千上万台服务器，所有服务器共同协作，一起完成工作任务。截止到目前为止，光纤通信产业已经发展了50多年。1977年，首个商用光纤通信系统推出，其为45Mbit/s的容量，目前，单模光纤的容量已经超过了100Mbit/s，无论是长距离的信息传输还是短距离的信息传输吗，都能够见到光纤通信的身影。2008年，数据中心对于光纤的需求开始超越电信运营商，数据中心开始成为光纤通信的第一市场。
一、数据中心网络架构状况
一般来说，大型互联网公司数据中心网络架构涵盖广域网、城域网与数据中心内网。在广域网的作用下，世界各地的数据中心能够有效连接起来。根据架构方面的不同，可以进步将其划分为外部通道进入的数据中心与公共互联网进入的数据中心。为了避免出现用户体验差、访问延时等问题，网络运营商会在用户集中点周边构建起POP点，从而借助专线而与数据中心对接。
通常某一地区的数据中心由多个稻葜行墓餐构成，这样能够满足备份的需求，同时也便于构建起超级化的虚拟数据中心，单个数据中心建设起来比较简单，借助城域网，这些数据中心能够有效对接。对了应对延时等问题，各个数据中心的距离应控制在80km内。
在各个数据中心内部，有成千上万台服务器在工作，这些服务器借助内网而有效连接。数据中心的服务器一般具有可扩展性，能够增加服务器的数量，并且无须改变网络架构。在实际网络设计中，成本是必须要考虑的重要因素，在架构设计的过程中确保成本与性能平衡。就目前来看，多数数据中心都运用多层结构，网络架构呈现出扁平化的发展趋势。
二、广域网下的光通信技术
光通信技术在长距离传输中具有显著优势，其能够支持两点间的大宽带信息传输。在早期，该技术主要被应用于长途干线网。在长距离信息传输中，首要解决的问题是光纤损耗、光纤线性损伤与非线性损伤。目前，干线传输网中的最重要技术就是数字相干光通信技术，在这种技术的应用下，接收机的灵敏度得到了显著提升。其借助正交香味与正交极化方向来对信号进行调制，在强度方面由一维增加到四维，频谱效率有很大提升。在使用数字信号处理技术来处理发射与接收时，会带来一定的损伤，可以在电领域中借助数字信号处理技术进行补偿，从而使得整个系统的设计与管理更加简单化。系统容量也与香农极限更为接近。在陆地与跨洋系统中，SD-FEC技术与光放大器技术的应用使得无电中继传输距离能够达到3000km与10000km。随着网络流量的不断上升，但借助硬件已经难以满足用户的需求，尤其是光纤传统容量已经要达到香农极限了。只有将软件与硬件有效结合，才可以在广域网内构建起具有开放性的光传输网，从而提升整个网络效率。
三、城域网下的光通信技术
从增长速度来看，城域网要比干线网络的流量增速快很多，城域网将发展为光通信的第一市场。数据中心的城域网和电信运营商的城域网有显著不同。前者的节点比较少，业务也单一化，多采用点对点的传输系统，然而由于对数据传输的需求非常大，所以对容量也有着极高的要求。作为当前最热门的研究领域，数据中心城域网得到了学者们的广泛关注。在检测技术方面，能够划分为相干检测与直接检测，相干检测运用的是数字相干光通信技术，与广域网内的相干光通信技术极为相似。然而由于传输距离非常短，所以能够被有效简化，比方说采用低廉的硅光器件、HD-FEC等。在直接检测方案中，则有多种技术，如OOK技术，其对器件的带宽有很高的要求，并且对光纤色散匹配有着非常高的要求。针对此，人们使用高阶强度进行调制，如四电平幅度调制等。DMT技术在直接检测中也有着广泛的应用，其其实为多载波技术的一种，对各个载波运用不同的调制格式，能够最大限度地优化整个信道的频谱效率。城域网数据中心光互联采用交换机与路由器而实现。最近几年来，一种新的设备形态出现，交换机与路由器能够直接出采光，也就是说将彩光光模块直接植入到交换机或路由器中。
四、数据中心内的光互联技术
在数据中心内部，各个链路的距离都非常短，最多也不超过几百米。即便是超大型的数据中心，也很少有超过2km的链路。然而随着信息数据量的增加，以往的铜缆难以满足实际工作的需要，大部分的数据中心都开始采用光互连技术。由于距离非常短，光纤铺设起来非常容易，且多运用平行链路，这样互联的速率得到有效保障。在发射处。信号被分割成为多个平行的通道，在驱动电路的作用下，能够借助光纤实现传输，抵达接收端，再转换为电信号。随着以太网技术的提出，光通道速率得到了进一步提升，成本与功耗都较之前低很多。在交换机速度提升的过程中，电子走线会给信号带来很大损伤，针对此，可以将光模块植入交换机中，形成板载光模块，这样能够有效地避免信号损伤，并提升面板的密度。无论是板载光模块还是光电集成模块，均对器件有着非常高的要求，一旦出现问题，需要更换整个交换机电路板。
五、结束语
在本文中，笔者对广域网、城域网与数据中心内网中光通信技术的应用情况进行介绍。无论是远距离传输，还是近距离的连接，光通信技术都成为重要的信息传输载体。对于未来的数据中心来说，光通信技术将直接影响其发展走向。提升光传输通道的容量与效率将是提升整个数据中心运作效率的重要路径。
参考文献
[1]黄韵.浅谈数据中心节能与工程造价管理[J].低碳世界，2016（19）.
光通信技术范文4
摘要：基于发光二极管（LED）调制带宽限制了可见光通信（VLC）系统传输速率这一问题，从VLC系统的先进调制技术出发，探讨了类平衡-正交频分复用、无载波幅相调制和频域均衡单载波调制3种调制技术。对这3种调制技术原理和实验结果的分析与讨论，验证了先进调制技术在提升VLC系统传输容量上的可行性。
关键词： 可见光通信;正交频分复用;无载波幅相调制;频域均衡单载波调制;类平衡探测
Abstract：We introduce three formats， based on advanced modulation， that improve transmission. These formats are quasi-balanced detection orthogonal frequency-division multiplexing （OFDM）， carrier-less amplitude and phase modulation， and single carrier-frequency domain equalization （SC-FDE）. We determine the feasibility of these schemes for improving transmission in a VLC system. We analyze the principles of these three modulation formants and provide experimental results.
Keywords： visible light communication; orthogonal frequency division multiplexing; carrier-less amplitude and phase modulation; single carrier-frequency domain equalization; quasi-balanced detection
可见光发光二极管（LED）具有高亮度、高可靠性、能量损耗低和寿命长等许多优良的特性，可用于全色显示、交通信号指示和照明光源等，是公认的下一代绿色照明产品。此外，可见光LED还具有调制性能好、响应灵敏度高的优点，利用LED的这种特性，我们还可以将信号调制到LED所发出的可见光上进行传输。LED可以将照明与数据传输结合起来，促进了一种新型的无线通信技术，即可见光通信（VLC）技术的发展[1]。VLC利用的可见光波段是未受到管制的频谱，无需授权即可使用。与传统的射频无线通信技术相比，VLC具有如下优点[2-4]：
（1）绿色通信，安全环保，没有射频电磁辐射，且LED发出的白光对于人眼安全。
（2）能够同时实现通信与照明。
（3）白光不可穿透墙壁等物体，因此可见光通信具有高度的保密性。
（4）可见光不受射频信号的电磁干扰，可以应用在电磁敏感环境中，如机舱、医院等。
（5）由于频谱无需授权即可使用，所以可见光通信应用灵活，可以单独使用，也可以作为射频无线设备的有效备份。
目前，VLC得到了全球研究者越来越多的关注[5-13]。VLC技术已经取得迅猛发展，传输速率从最开始的几十兆比特每秒[5-6]到500 Mb/s[7]再到800 Mb/s[8]，目前已经突破了吉比特每秒[9-10]。随着与VLC相关系统器件的开发，系统通信速率还会有更高的提升。
但是VLC技术通信速率的提高也存在着很多限制因素，其中最主要的挑战是LED有限的调制带宽。目前，普通商用白光LED的3 dB调制带宽都低于10 MHz，这很大程度上限制了VLC系统的传输速率。为突破调制带宽这一“瓶颈”，许多技术都被应用到VLC系统，如系统多维复用技术[11]、预均衡技术[12]、后均衡技术[13]等等，来提升VLC系统传输速率。采用先进调制技术，是克服可见光通信系统调制带宽限制，提升系统传输容量的有效方法。在VLC系统中，可以采用的先进调制技术包括类平衡探测-正交频分复用（OFDM）[14]、无载波幅相调制（CAP）[15]和频域均衡单载波调制技术（SC-FDE）[16]。本文从提升VLC系统传输容量出发，分析这3种先进调制技术的特点与实现方式，实现了高速VLC传输系统。通过对这3种调制技术原理和实验结果的分析与讨论，验证了先进调制技术在提升VLC系统传输容量上的可行性。
1 类平衡探测-正交频分
复用技术
类平衡探测-正交频分复用技术（QBD-OFDM）结合类平衡探测编码技术和OFDM技术[14]。OFDM信号数据被分为多个数据块，每个数据块有两个符号的数据。在相同的数据块，第二个符号中的信号是和第一个符号中的信号在运算符号上是相反的。经过理论推导，发现二阶互调制失真、直流电流、可以完全消除，而且接收机的灵敏度可以提高3 dB，因此可以提高信噪比。
我们采用QBD-OFDM技术，实现了可达到2.1 Gb/s实际物理数据速率，并使传输距离达到2.5 m。图1为所提出的QBD-OFDM实验的原理。实验中，QBD-OFDM信号由任意波形发生器（AWG）产生，经过低通滤波（LPF）、电放大器（EA）和偏置树（Bias Tee）后调制到红绿蓝发光二极管（RGB-LED）不同颜色的芯片上。经过自由空间传输后，在接收端由棱镜聚光后，用滤光片将3个波长的光分开，最后采用雪崩光电二极管（APD）探测器接收。然后进行后端的均衡与解调算法处理。
结合波分复用（WDM）和类平衡探测子载波复用，很好地利用了多色LED的波分复用，提供了更多的传输信道。利用类平衡探测技术很好地避免了OFDM提供更多子载波时的峰均功率比（PAPR）限制，有效提升了多色LED传输速度，提高了系统误码率（BER）性能，同时增加了可见光通信的传输距离。图2给出QBD-OFDM技术和直接探测光正交频分复用（DDO-OFDM）技术的对比。两个子信道带宽为，Sub1：6.25～56.25 MHz，Sub2：56.25～106.25 MHz。每个子信道对应的调制阶数分别为，红光：256正交幅度调制（256QAM）和128正交幅度调制（128QAM），绿光：128QAM和64QAM，蓝光：128QAM和128QAM。因此，红光、绿光和蓝光的数据速率分别为750 Mb/s、650 Mb/s和700 Mb/s，总数据速率达到2.1 Gb/s，实验距离可以达到2.5 m。在距离为0.5 m时，红绿蓝3色对应的Sub1、Sub2两个子信道的BER提升为25.6 dB、31 dB、30.3 dB、25.8 dB、21.8 dB和19.3 dB。当可见光通信系统的通信距离增加时，系统误码率会增加，这是因为距离增加导致系统接收到的光信号减弱，系统信噪比降低，误码率增加。继续增加距离会使BER超过前向纠错码的门限，为使距离增加，就要使系统的传输速率降低。蓝光LED采用QBD-OFDM和DDO-OFDM的对应的Sub1、Sub2两个子信道的星座图如图2（d）的（i）、（ii）、（iii）和（iv）所示。
2 无载波幅相
调制技术
无载波幅度相位调制（CAP）是正交幅度调制的一个变种多阶编码调制技术，可以使用模拟或数字滤波器，实现灵活的子带划分和高阶调制，减少了计算的复杂性和系统结构，在数字用户线路有着广泛的应用。
无载波幅相调制信号可以表示如下：
[st=at?fIt-bt?fQt] （1）
这里a（t）和b（t）是I路和Q路的原始比特序列经过编码和上采样之后的信号。[fIt=gtcos2πfct] 和[fQt=gtsin2πfct]是对应的整形滤波器的时域函数，它们形成一对希尔伯特变换对。
假设传输信道是理想的，在接收机端两个匹配滤波器的输出可以表示如下：
这里[mIt=fI-t] 和[mQt=fQ-t]是对应的匹配滤波器的脉冲响应。利用对应的匹配滤波器在接收端就可以解调出原始信号。
我们采用了无载波幅相调制技术，结合先进预均衡与后均衡算，后均衡算法采用改进级联多模算法（CMMA），实现了1.35 Gb/s可见光传输系统实验[15]。实验原理图和实验装置图如图3所示。
图4（a）到图4（c）为采用改进CMMA均衡算法所测得BER和距离的关系。实验中，每个波长上采用频分复用技术，将不同用户的信号分别调制到3个子载波上，每个子载波调制信号带宽为25 MHz，调制阶数为64QAM，因此每个子载波的传输速率为150 Mb/s，每个波长的传输速率为450 Mb/s。在发射和接收的距离为30 cm时，经过波分复用后该系统总的传输速率达到1.35 Gb/s。图4（d）对比了CMMA和改进CMMA的性能，改进CMMA性能要优于CMMA，尤其是在第3个子带更为明显。
3 频域均衡单载波调制技术
基于频域均衡的单载波调制技术（SC-FDE）是基于单载波的高频谱效率调制技术，该调制技术频谱效率和OFDM一致，复杂度一致。可见光通信系统是一个非线性非常严重的系统，OFDM存在PAPR的缺点，高PAPR对于可见光系统是一个非常大的缺点，而SC-FDE相比于OFDM具有一定优势，因为SC-FDE拥有更小的PAPR，其调制/解调原理如图5所示。SC-FDE调制技术和OFDM过程基本一致，但SC-FDE技术把IFFT变换从系统发射端移到了系统接收端。
采用SC-FDE技术，使用RGB-LED波分复用技术和高阶调制格式，并在频域采用预均衡和后均衡技术，可以在LED 3 dB带宽只有10 MHz的条件下取得3.25 Gb/s的速率[16]。如图6（a）所示。该速率是在发射和接收距离小于1 cm条件下测得，预均衡后的带宽为125 MHz，红光和绿光都采用512QAM，蓝光则采用256QAM。图6（b）、图6（c）和图6（d）分别为红绿蓝3色BER与距离的关系，并给出了每种颜色光有无预均衡的性能对比。
4 结束语
本文针对可见光通信系统的调制带宽低问题，采用先进调制方式，突破带宽限制，实现可见光通信系统大容量传输。本文分析了类平衡-正交频分复用、无载波幅相调制和频域均衡单载波调制技术。通过对这3种调制技术原理和实验结果的分析与讨论，验证了先进调制技术在提升VLC系统传输容量上的可行性。因此，先进调制格式技术是实现高速VLC系统非常重要的途径。
参考文献
[1] O'BRIEN D， LE M H， ZENG L， et al. Indoor visible light communications： challenges and prospects [C]//Proceedings of the Optical Engineering Applications. International Society for Optics and Photonics， 2008： 709106-709106-9.
[2] LANGER K D， VUCIC J， KOTTKE C， et al. Advances and prospects in high-speed information broadcast using phosphorescent white-light LEDs [C]//Proceedings of the Transparent Optical Networks， 2009. ICTON'09. 11th International Conference on. IEEE， 2009： 1-6.
[3] CUI K， CHEN G， XU Z， et al. Line-of-sight visible light communication system design and demonstration [C]//Proceedings of the Communication Systems Networks and Digital Signal Processing （CSNDSP）， 2010 7th International Symposium on. IEEE， 2010： 621-625.
[4] TANAKA Y， HARUYAMA S， NAKAGAWA M. Wireless optical transmissions with white colored LED for wireless home links [C]//Proceedings of the Personal， Indoor and Mobile Radio Communications， 2000. PIMRC 2000. The 11th IEEE International Symposium on. IEEE， 2000， 2： 1325-1329.
[5] LE M H， O’BRIEN D. Faulkner et al. High-speed visible light communications using multiple-resonant equalization [J]. IEEE Photon. Technol. Lett. 2008， 20（14）： 1243-1245.
[6] LE M H， O’BRIEN D， FAULKNER G， et al. 80 Mb/s visible light communications using pre-equalized white LED [C]//Proceedings of the ECOC 2008， 2008： 6.09.
[7] VUCIC J， KOTTKE C， NERRETER S， et al. 513 Mb/s visible light communications link based on DMT-modulation of a white LED [J]. Lightw. Technol. 2010， 28（24）： 3512-3518.
[8] CHI N， WANG Y Q， WANG Y G， et al. Ultra-high-speed single red-green-blue light-emitting diode-based visible light communication system utilizing advanced modulation formats [J]. Chinese Opt. Lett. 2014， 12（1）：10605.
[9] KHALID A M， COSSU G， CORSINI R， et al. 1 Gb/s Transmission Over a Phosphorescent White LED by Using Rate-Adaptive Discrete Multitone Modulation [J]. IEEE Photon. J. 2012， 4（5）： 1465-1473.
[10] COSSU G， KHALID A M， CHOUDHURY P， et al. 3.4 Gb/s visible optical wireless transmission based on RGB LED [J]. Opt. Express， 2012， 20（26）： B501-B506.
[11] WANG Y Q， YANG C， WANG Y G， et al. Gigabit polarization division multiplexing in visible light communication [J]. Optics Letters， 2014， 39（7）： 1823-1826.
[12] FUJIMOTO N， MOCHIZUKI H. 477 Mb/s visible light transmission based on OOK-NRZ modulation using a single commercially available visible LED and a practical LED driver with a pre-emphasis circuit [C]//Proceedings of the National Fiber Optic Engineers Conference. Optical Society of America， 2013： JTh2A. 73.
[13] LI H， CHEN X， HUANG B， et al. High Bandwidth Visible Light Communications Based on a Post-Equalization Circuit [J]. IEEE Photon. Technol. Lett.， 2014， 26（2）： 119-122.
[14] WANG Y， CHI N， WANG Y， et al. High-speed quasi-balanced detection OFDM in visible light communication [J]. Optics express， 2013， 21（23）： 27558-27564.
光通信技术范文5
关键词：自由空间；光通信技术；现状；趋势
中图分类号：F623 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2007）09-0263-02
1 自由空间光通信的研究现状
1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统
早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。
在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。
目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点：
（l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。
（2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入PD转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，FSO系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统，电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从FSO系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，PD的成本也越来越高，6个OE转换单元大大增加了成本闭。
（3）FSO终端设备一般安装于楼顶，如果终端中含有大量的有源设备，会给我们的安装带来了很多不方便。
（4）系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加，那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代，安装新设备的过程需要再次对准，整个升级过程所需要的时间很长，给人们带来巨大的损失。
1.2 基于光纤耦合技术的FSO系统
光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统（见图2），激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射，传输一定距离后，光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上，沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式，只需要在楼顶放置光学天线系统，而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接，整个系统结构简单，易于安装。
这种新型的FSO系统具有以下优点：①减少了不必要的E一O转换，一条链路现在只需要2个OE接口即可，大大降低了成本。②光学系统较为简单，光纤出射的光束一般为圆高斯光，不需要整形，简化了光学系统，减小了体积，易于安装。③易于升级及维护，当用户的带宽增加时，我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可，免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很好的与现有的光纤通信网络结合，利用现有的比较成熟的光纤通信系统中的器件如发射接收模块，EDFA和WDM中所用到的复用器和解复用器。⑤可以与光码分多址复用技术（OCDMA）相结合，构成自由空间OCDMA系统，进一步扩大系统的带宽。
对于一个基于光纤耦合技术的FSO系统而言，以下2个因素必不可少：①体积小，重量轻的光学天线系统一个最佳的光学天线的设计首先必须使尽可能多的光耦合进单模光纤，获得最大的耦合效率；其次要能通过粗跟踪系统测出入射光的角度；另外，必须满足尽可能高的通信速率和稳定性。②性能良好的跟踪系统要使光学接收天线接收到的光能够有效的耦合进纤芯和数值孔径都极小的单模光纤，我们必须为系统加上双向的跟踪系统。
2 国内空间光通信系统研究现状和进展
我国卫星间光通信研究与欧、美、日相比起步较晚。国内开展卫星光通信的单位主要有哈尔滨工业大学（系统模拟和关键技术研究）、清华大学（精密结构终端和小卫星研究）、北京大学（重点研究超窄带滤波技术）和电子科技大学（侧重于APT技术研究）。目前已完成了对国外研究情况的调研分析，进行了星间光通信系统的计算机模拟分析及初步的实验室模拟实验研究，大量的关键技术研究正在进行，与国外相比虽有一定的差距，但近些年来在光通信领域也取得了一些显著的成就。
2002年哈尔滨工业大学成功地研制了国内首套综合功能完善的激光星间链路模拟实验系统，该系统可模拟卫星间激光链路瞄准、捕获、跟踪、通信及其性能指标的测试。所研制的激光星间链路模拟实验系统的综合功能、卫星平台振动对光通信系统性能的影响及对光通信关键单元技术的攻关研究有创新性，其技术水平为国内领先，达到国际先进水平，目前该项研究已进入工程化研究阶段。上海光机所研制出了点对点155M大气激光通信机样机，该所承担的“无线激光通信系统”项目也在2003年1月份通过了验收，该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能，其传输速率可达622Mb/s，通信距离可以达到2km，自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad，响应时间为0.2s。中科院成都光电所于2004年在国内率先推出了10M码率、通信距离300m的点对点国产激光无线通信机商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最远通信距离可达8km，速率为10~155M。武汉大学于2006年在国内首先完成42M多业务大气激光通信试验，2007年3月又在国内率先完成全空域FSO自动跟踪伺服系统试验，这为开发机载、星载激光通信系统和地面带自动目标捕获功能的FSO系统创造了条件。另外在光无线通信系统设计、以太网光无线通信、USB接口光无线通信、大气激光传输、大气光通信收发模块和信号复接/分接技术等方面都取得了多项成果。
3 自由空间光通信技术的应用与未来发展趋势
自由空间光通信和其他无线通信相比，具有不需要频率许可证、频率宽、成本低廉、保密性好，低误码率、安装快速、抗电磁干扰，组网方便灵活等优点。正是由于这些特点，FSO系统正受到电信运营商越来越多的关注与青睐。对于有线运营商，FSO可以在城域光网之外提供高带宽连接，而其成本只有地下埋设光缆的五分之一，而且不需要等6个月才能拿到施工许可证。对于无线运营商，在昂贵的E1/T1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，FSO在流量回输方面提供了一个经济的替代选择。在目前这个竞争激烈的环境中，FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署，提高“服务速度”并降低网络操作费用提供了可能。而且FSO技术结合了光纤技术的高带宽和无线技术的灵活、快速部署的特性，可以在接入层等近距离高速网的建设中大有用武之地，在目前许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高）的情况下，FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。
FSO产品目前最高速率可达2.5G，最远可传送4km，在本地网和边缘网等近距离高速网的建设中大有用武之地，主要应用于一些不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，如市区高层建筑物之间、公路（铁路）两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、古建筑、高山、岛屿以及沙漠地带等。另外，FSO设备也可用于移动基站的环路建设、场所比较分散的企业局域网子网之间的连接和应急通信。对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，FSO产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备。
当然，FSO在应用过程中也存在一定的瓶颈，主要是会受到大气状况或物理障碍的影响，比如其光束在传输中极易受大雾等恶劣天气，物理阻隔或建筑物的晃动/地震的影响。在恶劣的天气下，光束传输的距离会下降，从而降低通信的可靠性，严重的甚至会造成通信中断。
尽管存在不少问题，但自由空间光通信的技术优势更为明显，其自身的特点决定了在一定的环境下，它可以最大发挥自身优势，比如可以用于不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方；又由于光纤成本过高，用户无法在短期内实现光纤接入，而他们却渴望享受宽带接入带来的便利， 结合我国现阶段宽带网络的实际情况――许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高），FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。FSO系统解决了宽带网络的“最后一公里”的接入，实现了光纤到桌面，完成语音、数据、图像的高速传输，拉动了声讯服务业和互动影视传播，实现了“三网融合”，有利于电子政务、电子商务、远程教育及远程医疗的发展，并产生了巨大的效益，具有广阔的应用领域和市场前景。
参考文献：
［1］ZHU X，KAHN J M.Free space optical communication through atmo-spheric turbulence channels［J］.IEEE Transactions on Communications，2002，50（8）：1293-1300.
［2］蒋丽娟.无线光通信技术及其应用［C］.全国第十二次光纤通信学术会议论文集.2004，10.
［3］张英海，霍泽人，王宏锋等.自由空间光通信的现状与发展趋势［J］.中国数据通信，2004，6，（12）.
光通信技术范文6
关键词 光纤通信 技术 发展
近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。
1 光纤通信技术的发展现状
1.1普通光纤
普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光通信系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大，G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化，表现在1550rim区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITUTG.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。
1.2核心网光缆
我国已在干线(包括国家干线、省内干线和区内干线)上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤，包括G.652光纤和G.655光纤。G.653光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.654光纤因其不能很大幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使用过。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结构，目前已停止使用。
1.3接入网光缆
接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。
1.4室内光缆
室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并且还可能用于遥测与传感器。国际电工委员会(IEC)在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房内，布放紧密有序和位置相对固定。结合布线光缆布放在用户端的室内，主要由用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。
1.5电力线路中的通信光缆
光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即全介质自承式(ADSS)结构和用于架空地线上的缠绕式结构。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是目前的一种热门产品。
2 光纤通信技术的发展趋势
对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。
2.1超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit／的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit／s。
仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用(PDM)技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零(RZ)编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散(PMD)的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM／OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM／OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。
2.2光孤子通信。光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。
光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10-20 Gbit／s提高到100Gbif／s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
2.3全光网络。未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。
全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。
目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。
小结
光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用，虽然经历了全球光通信的“冬天”，但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来到来。
参考文献：
1 王磊，裴丽，光纤通信的发展现状和未来，中国科技信息，2006，(4)：59-60
