信號(hào)處理技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用研究

孫英斐

摘 要：光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命，光纖通信與傳統(tǒng)通信相比，具有傳輸頻帶寬寬、通信容量大、重量輕、抗電磁干擾性能強(qiáng)、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，被人們廣泛關(guān)注。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長(zhǎng)，因此對(duì)于光線通信的靈活性和數(shù)據(jù)吞吐能力具有更高要求水平。但是對(duì)于光線通信的靈活性和數(shù)據(jù)吞吐能力的研究處于瓶頸區(qū)，此時(shí)新的光信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有效解決了靈活性和數(shù)據(jù)吞吐能力方面的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：信號(hào)處理技術(shù)；光纖通信；應(yīng)用研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因特網(wǎng)業(yè)務(wù)也隨之迅速發(fā)展，音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體等應(yīng)用也迅速的增長(zhǎng)，因此，對(duì)于光纖通信具有更高的要求，希望光纖通信的靈活性更強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸速度更高，傳輸帶寬更寬，中繼距離更長(zhǎng)，通信容量更大，數(shù)據(jù)吞吐能力更大。面對(duì)上述種種挑戰(zhàn)，光線通信急需一種新型、高效的信號(hào)處理技術(shù)。通過(guò)在光纖通信中運(yùn)用這種新的信號(hào)處理技術(shù)幫助解決上述問(wèn)題，幫助光纖通信突破此瓶頸區(qū)。本文將就信號(hào)處理技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要分析探討。

1 全光信號(hào)抽樣技術(shù)

光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式，但是其傳輸信號(hào)本質(zhì)是模擬信號(hào)，模擬信號(hào)優(yōu)點(diǎn)是直觀且容易實(shí)現(xiàn)，但是保密性差，并且抗干擾能力弱。相較模擬信號(hào)處理而言，數(shù)字信號(hào)處理具有保密性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)等模擬信號(hào)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，在光纖通信中使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)勢(shì)在必行。

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用，需要用到A/D轉(zhuǎn)換器，用以完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)一般分為三個(gè)步驟，即抽樣、量化、編碼。奈奎斯特抽樣定律指出，要想從抽樣信號(hào)中不失真地恢復(fù)出原信號(hào)，抽樣頻率應(yīng)該大于二倍信號(hào)的最高頻率。

信號(hào)抽樣作為A/D轉(zhuǎn)換的第一步，為數(shù)字信號(hào)處理奠定基礎(chǔ)。全光信號(hào)抽樣技術(shù)抽樣利用光脈沖比電脈沖具有更窄的脈寬，極低時(shí)間抖動(dòng)，高速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小等眾多共多的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到高速的信號(hào)全光采樣的抽樣效果。由于全光信號(hào)抽樣技術(shù)抽樣利用更窄光脈沖和極低時(shí)間抖動(dòng)來(lái)完成的信號(hào)的抽樣，因此對(duì)于采樣峰值功率、低時(shí)鐘抖動(dòng)、靈敏度等方面有較嚴(yán)格要求。抽樣速率和抽樣帶寬是全光信號(hào)抽樣技術(shù)的兩個(gè)重要指標(biāo)，因此，要想使全光信號(hào)抽樣技術(shù)更加完美的話，那么就需要從這兩個(gè)指標(biāo)上下功夫，對(duì)于超寬脈沖的抽樣，要不斷提高技術(shù)的抽樣分辨率；對(duì)于超快的光脈沖，要不斷提高技術(shù)的抽樣速率。因?yàn)槿庑盘?hào)抽樣技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)，以此，在國(guó)內(nèi)外均受到熱烈關(guān)注。全光信號(hào)抽樣技術(shù)在國(guó)外發(fā)展研究較早，現(xiàn)在發(fā)展的已經(jīng)很迅速了，相較國(guó)外的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)此技術(shù)的發(fā)展尚處于起步階段。

2 全光再生技術(shù)

光纖通信因高速率、大容量等特點(diǎn)，使其成為實(shí)際應(yīng)用中具有無(wú)限前途的一種通信技術(shù)，已經(jīng)成為通信中不可或缺的支柱。但是，光纖通信網(wǎng)絡(luò)也存在諸多問(wèn)題，因?yàn)楣饫w的非線性、偏振模色散、光放大器與光源ASE噪聲、不可避免的WDM信道間的串?dāng)_，以及群速度色散等因素，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)惡化的后果，并且會(huì)造成光信號(hào)在傳輸過(guò)程中消光比嚴(yán)重下降、信噪比嚴(yán)重下降，以及增大時(shí)間抖動(dòng)等現(xiàn)象。以此，這時(shí)候迫切需要一種再生技術(shù)，解決此問(wèn)題。

信號(hào)3R再生技術(shù)就是解決上述難題的最佳途徑，信號(hào)3R再生技術(shù)的本質(zhì)就是對(duì)一個(gè)完整的信號(hào)進(jìn)行再生包括再放大、再定時(shí)、再整形三部分處理，從而得到高質(zhì)量的信號(hào)。全光再生技術(shù)一般主要分為兩大類，即再生后的信號(hào)波長(zhǎng)與再生前不一致和不需要將在生前的信號(hào)波長(zhǎng)映射到另一個(gè)波長(zhǎng)。前一類要求信號(hào)再生與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化同時(shí)進(jìn)行，本質(zhì)上是將需要再生的光信號(hào)與之流光波同時(shí)輸入到非線性光學(xué)材料中，用此方法得到的信號(hào)一般具有很高的信號(hào)質(zhì)量。后一類的本質(zhì)是將信號(hào)通過(guò)光波導(dǎo)注入到非線性光學(xué)器件中，通過(guò)信號(hào)自身引起的非線性效應(yīng)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形再生。全光再生技術(shù)在國(guó)外發(fā)展的相當(dāng)迅速，但是我國(guó)內(nèi)此技術(shù)的發(fā)展也不甘示弱，天津大學(xué)、電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)等均在這方面技術(shù)上有所研究。

3 光復(fù)用技術(shù)

在超高速光通信系統(tǒng)中，光復(fù)用技術(shù)能夠很大程度地提高系統(tǒng)的通信容量。因此，光復(fù)用技術(shù)被廣泛使用于光纖通信系統(tǒng)中。光復(fù)用技術(shù)分為光時(shí)分復(fù)用技術(shù)（OTDM）、光波分復(fù)用技術(shù)（WDM），副載波復(fù)用技術(shù)（SCM），以及光碼分復(fù)用技術(shù)。在上述多種技術(shù)中，光時(shí)分復(fù)用技術(shù)與光波分復(fù)用技術(shù)在實(shí)際中使用更加廣泛。光時(shí)分復(fù)用技術(shù)就是把一條復(fù)用信道劃分成若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)基帶數(shù)據(jù)光脈沖流分配占用一個(gè)時(shí)隙，N個(gè)基帶信道復(fù)用成高速光數(shù)據(jù)流信號(hào)進(jìn)行傳輸。在光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中，與信號(hào)有關(guān)的所有電子均工作在基帶速率下，因此限制傳輸速率容量的電子瓶頸就得到了有效的解決。光時(shí)分復(fù)用具有以下特點(diǎn)：使用單一波長(zhǎng)的光源、網(wǎng)絡(luò)管理簡(jiǎn)單、便于用戶接入、兼容性好，以及對(duì)放大器帶寬和增益平坦度要求較低等。

光波分復(fù)用技術(shù)指在一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或者兩個(gè)以上的光波長(zhǎng)信號(hào)同時(shí)通過(guò)不同光信道各自傳輸。光波分復(fù)用技術(shù)具有的特點(diǎn)是：成本低，經(jīng)濟(jì)性好、各個(gè)波長(zhǎng)之間彼此獨(dú)立、具有透明的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)速率等。

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