光通信論文范文

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第1篇

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

第2篇

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：

［1］ZHUX，KAHNJM.Freespaceopticalcommunicationthroughatmo-sphericturbulencechannels［J］.IEEETransactionsonCommunications，2002，50（8）：1293-1300.

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［5］章志堅.讓光在無線空間自由的傳播（上）——自由空間光通信（FSO）簡介［J］.通信世界報，2006.

第3篇

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，尾纖彎曲半徑過小；（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。