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光通信在最近幾十年的發展
光通信技術中最有發展前景的當屬光纖通信技術了，在最近幾十年來發展最好最快的也是光纖通信技術。光纖通信技術的發展經歷了三代，從工作波長為0.85μm的多模光纖通信逐漸發展為工作波長為1.3μm的單模光纖通信，并在此基礎上發展到工作波長為1.55μm的光纖通信系統，這些年的進步很好的解決了光通信系統的色散問題。不僅如此在這些年光源也放上的很大的變化，發生了從發光二極管到半導體激光器的變化。半導體激光器的出現大大的提高了傳輸信息的效率，而且半導體激光器與二級發光體比較具有更高的功率和更長的使用壽命。光纖和光源的發展大大的緩解了信息衰減和色散的問題，加大了光纖的通信容量，提高了光纖通信的效率。另外在光網絡協議方面也有了很大的發展。目前的技術種為了方便用戶使用圖像、數據、語音等業務，目前的重點是寬帶接入網建設。寬帶接入包括光纖、無線、同軸電纜和xDSL這幾種方式，這些主要是基于分組交換方式的接入，其中以光纖接入為主。光纖接入分為有源方式接入和無源方式接入兩種，即利用SDH或PDH為傳輸通道和無源光網絡方式，光纖的非線性問題隨著光纖放大器的廣泛應用而逐漸顯現出來。光纖的非線性主要指四波混頻效應、自相位調制效應、交叉相位調制效應、受激喇曼效應、受激布里淵效應等。其中一些效應會使得系統的技術指標惡化，使得信號脈沖展寬、波型畸變、信號之間串擾。通過合理的使用某些非線性效應，我們可以研制出新型的光器件。
光通信技術的發展前景
1光纖通信技術的發展前景
為了更好的建設下一代網絡就必須得構建一個擁有巨大傳輸容量的光纖基礎設施，而由于光纜高達20年的壽命以及過高的造價，光纖基礎設施的設計和構建必須具有前瞻性，應該結合設備和系統技術的發展趨勢來設計。同時由于下一代電信網對容量的高要求以及頻率的高寬度，這一代的光纖性能已經無法滿足需求，必將被淘汰，那么開發新一代的光纖將勢在必行。在G.652.A光纖的基礎上進行改進并取得一定成果的G.652C/D光纖很好的解決了色散斜率的問題，減低系統成本，而且能實現更長距離和更大容量的傳輸?；谶@些原因，具有更長使用壽命的新一代光纖必將得到更好的發展。
2波分復用系統的發展前景
1光纖模型
對于一些較為復雜的矢量信息的調制，光通信系統當中則一般都是用IQ調制器進行；光纖模型是為了將通信相干系統內處理數字信號進行提高，因此必須要具體研究整個系統內信號進行光纖傳輸的現象，而該現象則需要從物理以及數學的模型當中入手，對對應的補償或均衡技術進行研究過程中將數字信號處理技術的作用發揮出來，使得光信號變換成為電磁波的形式，具體的解是在麥克斯韋方程組導出的波動方程中進行的，表達式是：其中X是信號偏振方向的單位向量，是初始振幅的傅立葉表示，是常數，最終將光信號基態模式分布成F（x，y）看成是近似高斯函數。另外在研究接收端過程中，一般都是將光相干接收機作為主要組成進行研究，其能夠對接收機進行直接測探，讓所檢測的信號強度信息得以增強，同時還能夠將強度調制信號進行光電轉換前對其進行除匹配濾波之外的處理。
2信號處理
研究相干光通信系統內處理數字信號的技術主要是：光纖信道是信號進行傳輸的通道，而其中所出現的不同形式的失真或者損傷就會在結合過程中出現線性或者非線性的失真。而線性失真的補償是不存在因果關系，即無需顧慮其順序問題，不過需要在具體算法當中遵循以下原則：分離所需估計的線性失真為單獨形式的變量，并補償態應該優先估計，對于算法較為簡單的變量，然后再補償隨機變量，最后才是對所有變量進行完整補償。算法流程：每個方框所代表的都是相干接收機內的數字信號處理系統的子系統，且子系統之間所可能出現的反饋線路的具體圖表也要進行表示，在預處理算法的研究中，它是指在進行實質的信道均衡、載波恢復之前，對采樣后的信號進行一定程度的預先處理，為形成數字信號處理算法做出充分的準備。
3信號補償
使用數字信號處理算法之后，相干光通信系統對信號補償是在接收端，具體使用過程當中則會根據情況的不同來使用不同形式的數字信號處理子系統。去偏移系統可以針對偏振之間的采樣時刻偏移進行補償。正交化系統可以補償因調制器和混頻器缺陷造成的欠正交狀況。歸一化系統能夠將信號具備單位的能力和幅度，進而使得信號發生色度色散后可利用靜態信道的均衡系統對其進行補償。即使出現不當采樣而導致誤差出現時，也能夠使用采樣時鐘來對系統進行相關補償。即自適應的信道均衡系統能夠對于偏振所出現的相關損傷進行補償，載波相位回復系統是估計載波相位的噪聲，進而對所出現的失真進行補償。載波頻率恢復系統則是對發送端和接收端之間載波所出現的頻率偏移進行補償和估計。對于光線非線性造成的信號損傷可以借助非線性補償系統進行補償。
4相關耦合
在應用數字信號處理算法過程當中，先在接收端破和所輸入的光信號和本振光，進而根據上述的數字信號處理技術子系統來對所耦合的光信號進行模數轉化、去偏移以及正交化恢復等處理，然后根據實際的應用環境來選擇具體形式的反饋和補償。即相干光通信系統中有了數字信號處理算法的應用將會對其色散、偏振等造成的信號失真有了非常有效的補償，進而更好的促進了相干光通信系統的發展。
二、小結
1.1基于光電探測器直接耦合的FSO系統
早在30多年前，自由空間光通信曾掀起了研究的熱潮，但當時的器件技術、系統技術和大氣信道光傳輸特性本身的不穩定性等諸多客觀因素卻阻礙了它的進一步發展。與此同時，隨著光纖制作技術、半導體器件技術、光通信系統技術的不斷完善和成熟，光纖通信在20世紀80年代掀起了熱潮，自由空間光通信一度陷入低谷。然而，隨著骨干網的基本建成以及最后一公里問題的出現，以及近年來大功率半導體激光器技術、自適應變焦技術、光學天線的設計制作及安裝校準技術的發展和成熟，自由空間光通信的研究重新得到重視。
在國外，FSO系統主要在美英等經濟和技術發達的國家生產和使用。到目前為止，FSO己被多家電信運營商應用于商業服務網絡，比較典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奧運會上，Terabeam公司成功地使用FSO設備進行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實現了利用FSO設備向客戶提供10OMb/s的數據連接。該公司還計劃4年內在全美建設100個FSO城市網絡。而Airfiber公司則在美國波士頓地區將FSO通信網與光纖網（SONET）通過光節點連接在一起，完成了該地區整個光網絡的建設。
目前商用的FSO系統（見圖1）通常采用光源直接輸出、光電探測器直接耦合的方式，這種系統有以下幾點缺點：
（l）半導體激光器出射光束在水平方向和垂直方向的發散角不同，且出射光斑較粗，因此我們需要先將出射光束整形為圓高斯光束再準直擴束后發射，這樣發射端的光學系統就較為復雜，體積也會相應增大。
（2）在接收端，光斑經光學天線會聚之后直接送入PD轉化為電信號。通常，我們需要提供點到點的，雙向的通信系統，這樣，FSO系統的每個終端都包括了激光器，探測器，光學系統，電子元器件和其中有源器件所需要的電源。這種系統的體積通常比較大，重量大，成本也比較高。從FSO系統終端的內部結構圖中可以看出，完成一個簡單的點到點的鏈路需要6個OE轉換單元。隨著人們對帶寬的需求越來越高，PD的成本也越來越高，6個OE轉換單元大大增加了成本閉。
（3）FSO終端設備一般安裝于樓頂，如果終端中含有大量的有源設備，會給我們的安裝帶來了很多不方便。
（4）系統的可擴展性很小。如果用戶所需要的帶寬增加，那么封裝在一起的整個FSO系統終端都需要被新的終端取代，安裝新設備的過程需要再次對準，整個升級過程所需要的時間很長，給人們帶來巨大的損失。
1.2基于光纖耦合技術的FSO系統
光纖輸出、光纖輸入的自由空間光通信系統（見圖2），激光器輸出的高斯光束耦合至光纖再經準直出射，傳輸一定距離后，光束通過合適的聚焦光學系統聚焦在光纖纖芯上，沿著光纖傳輸后經PD接收還原信號。這樣我們通過在發射和接收端都采用光纖連接的方式，只需要在樓頂放置光學天線系統，而將其他的控制系統通過光纖放置于室內就可以實現點到點的連接，整個系統結構簡單，易于安裝。
這種新型的FSO系統具有以下優點：①減少了不必要的E一O轉換，一條鏈路現在只需要2個OE接口即可，大大降低了成本。②光學系統較為簡單，光纖出射的光束一般為圓高斯光，不需要整形，簡化了光學系統，減小了體積，易于安裝。③易于升級及維護，當用戶的帶寬增加時，我們只需要對放置在室內的系統進行升級即可，免去了復雜繁瑣的對準過程。④基于光纖耦合的空間光通信系統能夠很好的與現有的光纖通信網絡結合，利用現有的比較成熟的光纖通信系統中的器件如發射接收模塊，EDFA和WDM中所用到的復用器和解復用器。⑤可以與光碼分多址復用技術（OCDMA）相結合，構成自由空間OCDMA系統，進一步擴大系統的帶寬。
對于一個基于光纖耦合技術的FSO系統而言，以下2個因素必不可少：①體積小，重量輕的光學天線系統一個最佳的光學天線的設計首先必須使盡可能多的光耦合進單模光纖，獲得最大的耦合效率；其次要能通過粗跟蹤系統測出入射光的角度；另外，必須滿足盡可能高的通信速率和穩定性。②性能良好的跟蹤系統要使光學接收天線接收到的光能夠有效的耦合進纖芯和數值孔徑都極小的單模光纖，我們必須為系統加上雙向的跟蹤系統。
2國內空間光通信系統研究現狀和進展
我國衛星間光通信研究與歐、美、日相比起步較晚。國內開展衛星光通信的單位主要有哈爾濱工業大學（系統模擬和關鍵技術研究）、清華大學（精密結構終端和小衛星研究）、北京大學（重點研究超窄帶濾波技術）和電子科技大學（側重于APT技術研究）。目前已完成了對國外研究情況的調研分析，進行了星間光通信系統的計算機模擬分析及初步的實驗室模擬實驗研究，大量的關鍵技術研究正在進行，與國外相比雖有一定的差距，但近些年來在光通信領域也取得了一些顯著的成就。
2002年哈爾濱工業大學成功地研制了國內首套綜合功能完善的激光星間鏈路模擬實驗系統，該系統可模擬衛星間激光鏈路瞄準、捕獲、跟蹤、通信及其性能指標的測試。所研制的激光星間鏈路模擬實驗系統的綜合功能、衛星平臺振動對光通信系統性能的影響及對光通信關鍵單元技術的攻關研究有創新性，其技術水平為國內領先，達到國際先進水平，目前該項研究已進入工程化研究階段。上海光機所研制出了點對點155M大氣激光通信機樣機，該所承擔的“無線激光通信系統”項目也在2003年1月份通過了驗收，該系統具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能，其傳輸速率可達622Mb/s，通信距離可以達到2km，自動跟蹤系統的跟蹤精度為0.1mrad，響應時間為0.2s。中科院成都光電所于2004年在國內率先推出了10M碼率、通信距離300m的點對點國產激光無線通信機商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最遠通信距離可達8km，速率為10~155M。武漢大學于2006年在國內首先完成42M多業務大氣激光通信試驗，2007年3月又在國內率先完成全空域FSO自動跟蹤伺服系統試驗，這為開發機載、星載激光通信系統和地面帶自動目標捕獲功能的FSO系統創造了條件。另外在光無線通信系統設計、以太網光無線通信、USB接口光無線通信、大氣激光傳輸、大氣光通信收發模塊和信號復接/分接技術等方面都取得了多項成果。
3自由空間光通信技術的應用與未來發展趨勢
自由空間光通信和其他無線通信相比，具有不需要頻率許可證、頻率寬、成本低廉、保密性好，低誤碼率、安裝快速、抗電磁干擾，組網方便靈活等優點。正是由于這些特點，FSO系統正受到電信運營商越來越多的關注與青睞。對于有線運營商，FSO可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而其成本只有地下埋設光纜的五分之一，而且不需要等6個月才能拿到施工許可證。對于無線運營商，在昂貴的E1/T1租用線路和帶寬較低的微波解決方案之外，FSO在流量回輸方面提供了一個經濟的替代選擇。在目前這個競爭激烈的環境中，FSO無疑為電信運營商以較低的成本加速網絡部署，提高“服務速度”并降低網絡操作費用提供了可能。而且FSO技術結合了光纖技術的高帶寬和無線技術的靈活、快速部署的特性，可以在接入層等近距離高速網的建設中大有用武之地，在目前許多企業和機構都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高）的情況下，FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。
FSO產品目前最高速率可達2.5G，最遠可傳送4km，在本地網和邊緣網等近距離高速網的建設中大有用武之地，主要應用于一些不宜布線或是布線成本高、施工難度大、經市政部門審批困難的地方，如市區高層建筑物之間、公路（鐵路）兩側的建筑物之間、不易架橋的河流兩岸之間、古建筑、高山、島嶼以及沙漠地帶等。另外，FSO設備也可用于移動基站的環路建設、場所比較分散的企業局域網子網之間的連接和應急通信。對于銀行、證券、政府機關等需要穩定服務的商業應用來說，FSO產品可以作為預防服務中斷的光纖備份設備。
當然，FSO在應用過程中也存在一定的瓶頸，主要是會受到大氣狀況或物理障礙的影響，比如其光束在傳輸中極易受大霧等惡劣天氣，物理阻隔或建筑物的晃動/地震的影響。在惡劣的天氣下，光束傳輸的距離會下降，從而降低通信的可靠性，嚴重的甚至會造成通信中斷。
盡管存在不少問題，但自由空間光通信的技術優勢更為明顯，其自身的特點決定了在一定的環境下，它可以最大發揮自身優勢，比如可以用于不便鋪設光纖的地方和不適宜使用微波的地方；又由于光纖成本過高，用戶無法在短期內實現光纖接入，而他們卻渴望享受寬帶接入帶來的便利，結合我國現階段寬帶網絡的實際情況——許多企業和機構都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高），FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。FSO系統解決了寬帶網絡的“最后一公里”的接入，實現了光纖到桌面，完成語音、數據、圖像的高速傳輸，拉動了聲訊服務業和互動影視傳播，實現了“三網融合”，有利于電子政務、電子商務、遠程教育及遠程醫療的發展，并產生了巨大的效益，具有廣闊的應用領域和市場前景。
參考文獻：
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確保通信線路安全運行的技術對策
1合理進行光纖布線
通常情況下，在機房中因為尾纖問題導致光通信中斷的原因有：（1）機房灰塵大，尾纖接頭有灰或者比較臟；（2）尾纖與法蘭盤連接處松動；（3）法蘭盤與尾纖角度不正導致對接偏離；（4）盤纖不合理，尾纖彎曲半徑過??；（5）尾纖緊固不好；（6）線路衰耗大，接收的光功率在正常工作的臨界點附近，尾纖的輕微擾動讓光板反應敏感等。針對尾纖問題，可以通過優化機房環境、提高技術操作注意操作的細節等避免因為尾纖問題導致通信故障。
2做好接頭，減小衰耗
在光纜線路中用到許多活接頭，光設備接頭接觸不良產生的故障，其表現形式是光功率偏低，這主要是因為結構不精密、環境不清潔、接插不徹底，造成接觸不良。在線路搶修過程中，也遇到接頭問題。光纜接頭比較復雜，主要注意以下幾個問題：（1）接頭環境盡量避免在灰塵過多的場合。（2）待光纖熱塑保護管完全冷凝后再往接頭托盤上的接頭卡槽中放置。（3）當光纖接續完畢后，應安置好接頭盒中的光纖，不能出現光纖曲率半徑過小的現象，以免加大彎曲損耗。（4）光纖的每個接頭損耗衰減應保證不大于0.1dB。（5）注意光纜接頭盒的防水處理。
3通信光板的1+1保護
就一個光端機來說，光板使用1+1保護的旨意在于：兩塊光板同在工作，只要有一塊光板工作正常，就能夠保證通信不中斷。在關鍵時刻1+1保護能夠起到非常重要的作用。當在用的光板故障，或者在用纖芯的衰耗過大導致收不到光功率，系統能夠馬上切換到備用的通道，保證通信的正常運行。
4防強電措施
有金屬構件的光纜線路，當其與高壓電力線路、交流電氣化鐵道接觸網平行，或與發電廠或變電站的地線網、高壓電力線路桿塔的接地裝置等強電設施接近時，應主要考慮強電設施在故障狀態和工作狀態時由電磁感應、地電位升高等因素在光纜金屬構件上產生的危險影響。(1)光纜線路與強電線路交越時，宜垂直通過；在困難情況下，其交越角度應不小于45度。(2)為了防止光纜接頭處產生電弧放電，宜對其接頭處金屬構件采用前后斷開的方式，不作電氣連接和接地處理。(3)當上述措施無法滿足安全要求時，可增加光纜絕緣外護層的介質強度、采用非金屬加強芯或無金屬構件的光纜。
確保通信線路安全運行的管理方法
1加強日常維護、提高線路運行率
日常維護是維護工作的重中之重，只有日常維護工作做好后，才能有效地防止故障的產生。（1）設備的日常巡檢：每月定期巡檢機房，保證機房清潔、溫度濕度適宜；并檢查設備的工作指示燈、電源電壓、接地防雷等。（2）線路日常巡查：應按巡線周期定期巡查，及早處理和詳細記錄巡線中發現的問題。（3）線路資料日常更新：線路資料是判斷故障的重要依據，因此必須專人管理，并及時更新。（4）定期巡視，定點特殊巡察。
2重視通信光纜線路的監測工作
為了保證網絡的正常運行，網絡管理員、維護人員應定期通過性能管理措施對網絡進行檢查、監控，同時做好光通信線路測試工作：每年兩次對備用的光纖采用OTDR或光功率機進行測試，并與上一次測試結果對比，防止光纖劣化。對測出的斷芯、衰減大等問題，可在平時的維護中處理，針對比較大的問題可結合線路大修、技改進行處理。維護人員還應該及時根據通信光纜線路的性能指標，如傳輸光功率、衰減等的變化，故障發生率、故障發生原因進行統計和分析，及時發現問題，避免重復性工作和同類型故障的多次發生。
3做好通信線路保護設施
如通信線路與電力線路交叉、跨越時，做好通信線路的絕緣保護；通信線路過公路、耕地、魚塘、溝渠時要有明顯的警示牌，埋地通信線路上明顯的標識，附近設置警示牌。特別地要關注光纜所經的風險區，設置警示標識，制止妨礙光纜的建筑施工、植樹以及修路等活動，對光纜路由上易受沖刷、挖掘地段進行培土加固和必要的修整。
4及時識別和消除隱患
及時識別和消除隱患，做到“早發現，早處理”。如已經存在的通信線路隱患，如通信線路相對地面的埋深不夠、相對魚塘的埋深不夠等的問題，需要及時處理。特別在汛期來臨的前期需要對整個線路做好巡檢，記錄巡檢過程中發現的風險點，并對風險點進行特殊的“照顧”。另外，要認真及時做好大型施工機械和操作人員的登記，全面掌握大型施工機械和操作人員的動向，嚴防大型施工機械施工造成的光纜線路損壞；嚴防光纜線路遷移、維護、搶修中不慎導致光纜線路阻斷。
相干光通信系統中的主要關鍵技術
實際中，主要采用以下關鍵技術來實現準確、可靠、高效的相干光通信。
(1)穩定頻率技術。相干光通信中，保持激光器的頻率穩定性是一個重要的前提條件。在零差檢測相干光通信系統中，如果激光器的波長或頻率隨著工作條件的變化而產生漂移，那就難以保證本振光信號與接收光信號頻率之間的相對穩定。外差檢測相干光通信系統也是如此。為了保證相干光通信系統的正常工作，必須確保光載波和光本振蕩器的頻率穩定性很高。
（2）調制外光技術。外光調制是利用某些光電、聲光或磁光特性的外調制器，完成對光載波的調制。相干光纖通信系統中對信號光源和本振光源的要求較高，它要求較高的頻率穩定度和較窄的光譜線。飛秒激光輸入頻率穩定，可調諧范圍較寬，但所占帶寬相對較小，具有超強的能量和超短的時間，完全符合作為相干光纖通信系統光源的要求。
（3）壓縮頻譜技術。在相干光通信中，光源的頻譜寬度是一個重要參數。只有保證光波的頻譜寬度窄，才能使相伴漂移而產生的相位噪聲更小，從而得到大容量、高質量的光傳輸。
飛秒激光器
1飛秒激光器的介紹
伴隨光纖通信技術的飛速發展，利用超長波長光纖實現超長距離通信，一直是我們不斷追求的重要發展方向之一。如何獲取并采用超長波長光源，這是超長波長光纖通信系統中首先需要解決的技術問題。飛秒激光就是這樣一種超長波長光源，將其應用于相干光通信的光源，具有相當大的優勢。飛秒激光是由激光發展起來的一種新型工具，其功能非常強大。飛秒脈沖短得令你無法想象，現在能夠達到4飛秒以內。1飛秒（fs），即10-15秒，這僅僅是1千萬億分之一秒，所以也稱為超短脈沖激光器。飛秒脈沖采用多級啁啾脈沖放大技術獲得的最大脈沖峰值功率，可以達到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量級，飛秒激光的能量強度如此之高，毫不夸張地說，它比將太陽照射到地球上的全部光聚集成繡花針尖般大小后的能量密度還高。
2飛秒激光器的工作原理
飛秒激光器的工作原理。第一，采用衍射光柵將一束飛秒激光分成兩束或更多束,通過一個共焦成像系統讓它相干。第二,將一個鍍有金屬薄膜的透明基體與一個接受基體疊放在一起。第三,利用相干的飛秒激光脈沖輻照透明基體上的金屬薄膜,激光瞬間加熱作用產生的壓力將會驅動輻照區的金屬薄膜蒸發到與它接觸的接受基體上,蒸發的金屬將迅速重新固化，沉積到接受基體上,這樣在接受基體上就會得到由相干飛秒激光脈沖傳輸的周期微結構。
3飛秒激光器的應用
飛秒激光最直接的應用就是作為超短超快光源。應用泵浦探測技術和多種時間光譜分辨技術，作為飛秒固體激光放大器的種子光源。雖說我們能夠使光脈沖寬度愈來愈窄，光脈沖能量愈來愈高，但最令人欣喜的進展還是能夠輕易得到飛秒脈沖。飛秒激光的應用研究領域大概分為兩種，一種是超快瞬態現象的應用研究，另一種是超強現象的應用研究。伴隨激光脈沖寬度的縮短和能量的增加，這兩種研究都得到了深入的發展。可以看到，飛秒脈沖激光的發展直接帶動了生物醫療、材料工程與信息科學進入超微觀超快速的研究領域,并開創了一些如納米技術、立體三維存貯等全新的研究領域，此外，它還被應用于信息的處理、傳輸和存貯方面，擁有廣闊的應用前景。
飛秒激光作為相干光通信光源的廣泛應用
相干光通信的研究和應用均發展迅速，這對于超長波長(2～10m)光纖通信來說，是非常好的選擇。在超長波段，由瑞利散射引起的光纖固有損耗將進一步大幅減少。理論上，在超長波段可以實現光纖越洋跨海無中繼超長距離通信；而實際上，在超長波段，直接探測接收機的各項性能和表現都不盡人意，唯一的選擇，就是相干探測方式。以飛秒激光為光源，以超長波長光纖作為傳輸介質，利用相干光通信技術實現無需中繼站的超長距離通信。超長波長光纖通信系統不但解決了普通光通信系統中距離和容量限制問題，而且提高了系統穩定可靠性，并使通信成本大幅降低，對跨海洋和沙漠地區的通信更具有非凡的意義。
考慮到高靈敏度的激光相干通信更適用于遠距離的通信，這里以GEO軌道為例，綜合考慮文獻［8，12］的參數，以傳輸速率為2Gb／s的2PSK零差系統為例，選定的參數如表1所示。對信號光束與本振光束的要求按照文獻［7］執行。為了更清晰地說明像差對接收系統可靠性的影響，分兩步進行討論，首先探討接收系統各種像差各自所產生的影響，然后再探討它們相互是否具有校正補償功能。
不同像差單獨作用時
先來考查傾斜、離焦、彗差及像散這4種像差對系統可靠性的影響。把表1的數據代入（13）式，并對傾斜、離焦、彗差及像散的像差進行歸一化處理，即令W1x，W20，W31，W22分別除以λ，以此作為自變量，依次把（9）～（12）式代入（13）式進行運算，并對所得誤碼率進行以10為底的對數變換，得到圖1和表2所示的像差與誤碼率關系。
圖1橫坐標表示歸一化的像差系數，縱坐標是取對數后的誤碼率。從圖看到，對于星間相干光通信接收系統其可靠性容易受各種像差的影響。從圖1兩坐標軸的起點和表2第1列數據可以看到，在表1設定的參數下，在沒有像差的影響的情況下，系統最小誤碼率接近10－8；當有像差時，從圖中4條曲線并比較表格第2～5行的數據，可以看到，接收系統的誤碼率隨著像差的增加而遞增，其中傾斜像差對接收系統誤碼率的影響最大，離焦和彗差相當，而像散的影響最小。若以εBER≤10－6為標準，系統能承受的最大傾斜像差W1x僅為0．2λ，最大離焦W20及彗差W31大約為0．32λ，最大像散W22不超過0．41λ?？赡艿脑蚴牵合到y一旦有傾斜像差，信號光束將完全偏離焦點，它與本振光束所形成的有效混頻區域銳減，從而混頻效率急降，使誤碼率快速攀升。離焦像差將使信號光束的聚焦光斑沿光軸在焦點前后變動，從而改變焦點處的光斑質量，影響它與本振光斑在焦點處的混頻效果，使誤碼率上升；與傾斜像差導致的混頻面積減少相比，這種信號光束聚焦特性的劣變是溫和的，所以離焦像差對系統可靠性的影響比傾斜像差小。另外，考慮到接收光學系統已經進行過高階像差的優化設計，且采取了抗擾動措施，所以彗差與像散的影響將更小，這也從側面說明優化設計后的系統無需考慮更高階像差的影響。
像差間的相互校正
根據文獻［7］，傾斜像差與彗差之間、離焦與像散之間具有部分校正效應，接下來將進行比較分析。此時把（11）式改寫成（14）式，而（12）式改寫成（15）式。把（14），（15）式分別代入（13）式，并采用歸一化像差系數，令W31／λ和W22／λ分別?。?．00，0．25，0．50，0．75，1．00，得到圖2，3和表3，4所示結果。
圖2表示傾斜像差與彗差之間的校正效果。以εBER≤10－6為標準，當傾斜像差W1x／λ＝0，從縱坐標軸上看，彗差W31／λ＝0．50時，系統的誤碼率接近10－4，已超出標準2個數量級；當W31／λ＝1．00時，誤碼率更是接近10－2。所以，若對彗差不進行校正，隨著其數值的增大，誤碼率呈指數增長。但是，從圖2也可看到，對于歸一化的彗差W31／λ，可以通過調整歸一化的傾斜像差W1x／λ來部分校正，從而降低系統誤碼率，提升系統可靠性。譬如，同樣是W31／λ＝0．50，但只要調整W1x，使W1x／λ大致在－0．34～－0．24之間，則可以維持誤碼率εBER≤10－6。不僅如此，從圖2來看，即便W31／λ＝1．00，只要W1x／λ大致在－0．44～－0．66之間，誤碼率依然可以小于等于10－6，而此時若不進行校正，誤碼率已接近10－2。因此，當W31／λ≤1．00時，為了保證系統誤碼率εBER≤10－6，通過調整W1x，傾斜像差與彗差之間能實現部分相互校正。
表3給出了通過調整傾斜來校正彗差而提升系統誤碼性能的效果。觀察第4～7行，單獨看每行時，發現隨著歸一化傾斜像差系數－W1x／λ絕對值的遞增，誤碼率會經歷變小、穩定、再變大的過程，這正是傾斜對彗差校正的體現，且對于不同取值的彗差，有相應的最佳傾斜調整參數，譬如當W31／λ＝0．25時，令－W1x／λ＝0．16，系統誤碼率由補償前的10－6．7降低至最小值10－7．7，系統誤碼性能提升一個數量級；而比較第4、5、6、7行的數據，可以看到，隨著彗差的增大，傾斜對其校正效果越來越弱。
回顧（8）與（14）式，可以發現，彗差W31ρ3cosθ（其中W31＝W131H）與x方向性的傾斜W1xρcosθ具有相似性。對于相同的θ，若令ρ取1，則彗差由W31決定，而傾斜由W1x決定，因此，只要兩者取值相反，便能相互抵消，從而提高混頻效率，降低誤碼率。對于W1yρcosθ有相同的結論。
圖3和表4表示了離焦與像散的相互校正作用。其變化趨勢與圖2相似，從圖3看到，當W22／λ≥0．75后，不管離焦像差W20如何變化，系統的誤碼率不可能滿足εBER≤10－6，與之相比，即便是彗差W31／λ＝1．00，通過調整W1x，依然可以實現誤碼率εBER≤10－6的目標。以誤碼率εBER≤10－6為標準，經計算，此時的W22／λ＝0．53。因此，只有當W22／λ≤0．53時，才能通過調整W20對W22進行部分校正。
1類平衡探測-正交頻分復用技術
類平衡探測-正交頻分復用技術（QBD-OFDM）結合類平衡探測編碼技術和OFDM技術[14]。OFDM信號數據被分為多個數據塊，每個數據塊有兩個符號的數據。在相同的數據塊，第二個符號中的信號是和第一個符號中的信號在運算符號上是相反的。經過理論推導，發現二階互調制失真、直流電流、可以完全消除，而且接收機的靈敏度可以提高3dB，因此可以提高信噪比。我們采用QBD-OFDM技術，實現了可達到2.1Gb/s實際物理數據速率，并使傳輸距離達到2.5m。圖1為所提出的QBD-OFDM實驗的原理。實驗中，QBD-OFDM信號由任意波形發生器（AWG）產生，經過低通濾波（LPF）、電放大器（EA）和偏置樹（BiasTee）后調制到紅綠藍發光二極管（RGB-LED）不同顏色的芯片上。經過自由空間傳輸后，在接收端由棱鏡聚光后，用濾光片將3個波長的光分開，最后采用雪崩光電二極管（APD）探測器接收。然后進行后端的均衡與解調算法處理。結合波分復用（WDM）和類平衡探測子載波復用，很好地利用了多色LED的波分復用，提供了更多的傳輸信道。利用類平衡探測技術很好地避免了OFDM提供更多子載波時的峰均功率比（PAPR）限制，有效提升了多色LED傳輸速度，提高了系統誤碼率（BER）性能，同時增加了可見光通信的傳輸距離。圖2給出QBD-OFDM技術和直接探測光正交頻分復用（DDO-OFDM）技術的對比。兩個子信道帶寬為，Sub1：6.25~56.25MHz，Sub2：56.25~106.25MHz。每個子信道對應的調制階數分別為，紅光：256正交幅度調制（256QAM）和128正交幅度調制（128QAM），綠光：128QAM和64QAM，藍光：128QAM和128QAM。因此，紅光、綠光和藍光的數據速率分別為750Mb/s、650Mb/s和700Mb/s，總數據速率達到2.1Gb/s，實驗距離可以達到2.5m。在距離為0.5m時，紅綠藍3色對應的Sub1、Sub2兩個子信道的BER提升為25.6dB、31dB、30.3dB、25.8dB、21.8dB和19.3dB。當可見光通信系統的通信距離增加時，系統誤碼率會增加，這是因為距離增加導致系統接收到的光信號減弱，系統信噪比降低，誤碼率增加。繼續增加距離會使BER超過前向糾錯碼的門限，為使距離增加，就要使系統的傳輸速率降低。藍光LED采用QBD-OFDM和DDO-OFDM的對應的Sub1、Sub2兩個子信道的星座圖如圖2（d）的（i）、（ii）、（iii）和（iv）所示。
2無載波幅相調制技術
無載波幅度相位調制（CAP）是正交幅度調制的一個變種多階編碼調制技術，可以使用模擬或數字濾波器，實現靈活的子帶劃分和高階調制，減少了計算的復雜性和系統結構，在數字用戶線路有著廣泛的應用。無載波幅相調制信號可以表示如下:s(t)=a(t)?fI(t)-b(t)?fQ(t)（1）這里a（t）和b（t）是I路和Q路的原始比特序列經過編碼和上采樣之后的信號。fI(t)=g(t)cos(2πf)ct和fQ(t)=g(t)sin(2πf)ct是對應的整形濾波器的時域函數，它們形成一對希爾伯特變換對。假設傳輸信道是理想的，在接收機端兩個匹配濾波器的輸出可以表示如下：這里mI(t)=fI(-t)和mQ(t)=fQ(-t)是對應的匹配濾波器的脈沖響應。利用對應的匹配濾波器在接收端就可以解調出原始信號。我們采用了無載波幅相調制技術，結合先進預均衡與后均衡算，后均衡算法采用改進級聯多模算法（CMMA），實現了1.35Gb/s可見光傳輸系統實驗[15]。實驗原理圖和實驗裝置圖如圖3所示。圖4（a）到圖4（c）為采用改進CMMA均衡算法所測得BER和距離的關系。實驗中，每個波長上采用頻分復用技術，將不同用戶的信號分別調制到3個子載波上，每個子載波調制信號帶寬為25MHz，調制階數為64QAM，因此每個子載波的傳輸速率為150Mb/s，每個波長的傳輸速率為450Mb/s。在發射和接收的距離為30cm時，經過波分復用后該系統總的傳輸速率達到1.35Gb/s。圖4（d）對比了CMMA和改進CMMA的性能，改進CMMA性能要優于CMMA，尤其是在第3個子帶更為明顯。
3頻域均衡單載波調制技術
基于頻域均衡的單載波調制技術（SC-FDE）是基于單載波的高頻譜效率調制技術，該調制技術頻譜效率和OFDM一致，復雜度一致?？梢姽馔ㄐ畔到y是一個非線性非常嚴重的系統，OFDM存在PAPR的缺點，高PAPR對于可見光系統是一個非常大的缺點，而SC-FDE相比于OFDM具有一定優勢，因為SC-FDE擁有更小的PAPR，其調制/解調原理如圖5所示。SC-FDE調制技術和OFDM過程基本一致，但SC-FDE技術把IFFT變換從系統發射端移到了系統接收端。采用SC-FDE技術，使用RGB-LED波分復用技術和高階調制格式，并在頻域采用預均衡和后均衡技術，可以在LED3dB帶寬只有10MHz的條件下取得3.25Gb/s的速率[16]。如圖6（a）所示。該速率是在發射和接收距離小于1cm條件下測得，預均衡后的帶寬為125MHz，紅光和綠光都采用512QAM，藍光則采用256QAM。圖6（b）、圖6（c）和圖6（d）分別為紅綠藍3色BER與距離的關系，并給出了每種顏色光有無預均衡的性能對比。
4結束語
