信号处理技术在光纤通信中的应用研究

孙英斐

摘 要：光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，光纤通信与传统通信相比，具有传输频带宽宽、通信容量大、重量轻、抗电磁干扰性能强、保密性强等优点。因此，被人们广泛关注。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，因此对于光线通信的灵活性和数据吞吐能力具有更高要求水平。但是对于光线通信的灵活性和数据吞吐能力的研究处于瓶颈区，此时新的光信号处理技术应运而生，有效解决了灵活性和数据吞吐能力方面的问题。

关键词：信号处理技术；光纤通信；应用研究

随着科学技术的发展，因特网业务也随之迅速发展，音频、视频、数据、多媒体等应用也迅速的增长，因此，对于光纤通信具有更高的要求，希望光纤通信的灵活性更强，数据传输速度更高，传输带宽更宽，中继距离更长，通信容量更大，数据吞吐能力更大。面对上述种种挑战，光线通信急需一种新型、高效的信号处理技术。通过在光纤通信中运用这种新的信号处理技术帮助解决上述问题，帮助光纤通信突破此瓶颈区。本文将就信号处理技术在光纤通信中的应用作简要分析探讨。

1 全光信号抽样技术

光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式，但是其传输信号本质是模拟信号，模拟信号优点是直观且容易实现，但是保密性差，并且抗干扰能力弱。相较模拟信号处理而言，数字信号处理具有保密性强，抗干扰能力强等模拟信号无法比拟的优点。因此，在光纤通信中使用数字信号处理技术势在必行。

数字信号处理技术在光纤通信中的应用，需要用到A/D转换器，用以完成模拟信号向数字信号的转换。用A/D转换器将模拟信号转换数字信号一般分为三个步骤，即抽样、量化、编码。奈奎斯特抽样定律指出，要想从抽样信号中不失真地恢复出原信号，抽样频率应该大于二倍信号的最高频率。

信号抽样作为A/D转换的第一步，为数字信号处理奠定基础。全光信号抽样技术抽样利用光脉冲比电脉冲具有更窄的脉宽，极低时间抖动，高速，结构简单，功耗小等众多共多的优势，可以达到高速的信号全光采样的抽样效果。由于全光信号抽样技术抽样利用更窄光脉冲和极低时间抖动来完成的信号的抽样，因此对于采样峰值功率、低时钟抖动、灵敏度等方面有较严格要求。抽样速率和抽样带宽是全光信号抽样技术的两个重要指标，因此，要想使全光信号抽样技术更加完美的话，那么就需要从这两个指标上下功夫，对于超宽脉冲的抽样，要不断提高技术的抽样分辨率；对于超快的光脉冲，要不断提高技术的抽样速率。因为全光信号抽样技术的种种优点，以此，在国内外均受到热烈关注。全光信号抽样技术在国外发展研究较早，现在发展的已经很迅速了，相较国外的迅速发展，国内此技术的发展尚处于起步阶段。

2 全光再生技术

光纤通信因高速率、大容量等特点，使其成为实际应用中具有无限前途的一种通信技术，已经成为通信中不可或缺的支柱。但是，光纤通信网络也存在诸多问题，因为光纤的非线性、偏振模色散、光放大器与光源ASE噪声、不可避免的WDM信道间的串扰，以及群速度色散等因素，会造成网络信号恶化的后果，并且会造成光信号在传输过程中消光比严重下降、信噪比严重下降，以及增大时间抖动等现象。以此，这时候迫切需要一种再生技术，解决此问题。

信号3R再生技术就是解决上述难题的最佳途径，信号3R再生技术的本质就是对一个完整的信号进行再生包括再放大、再定时、再整形三部分处理，从而得到高质量的信号。全光再生技术一般主要分为两大类，即再生后的信号波长与再生前不一致和不需要将在生前的信号波长映射到另一个波长。前一类要求信号再生与波长转化同时进行，本质上是将需要再生的光信号与之流光波同时输入到非线性光学材料中，用此方法得到的信号一般具有很高的信号质量。后一类的本质是将信号通过光波导注入到非线性光学器件中，通过信号自身引起的非线性效应，对信号进行整形再生。全光再生技术在国外发展的相当迅速，但是我国内此技术的发展也不甘示弱，天津大学、电子科技大学、华中科技大学等均在这方面技术上有所研究。

3 光复用技术

在超高速光通信系统中，光复用技术能够很大程度地提高系统的通信容量。因此，光复用技术被广泛使用于光纤通信系统中。光复用技术分为光时分复用技术（OTDM）、光波分复用技术（WDM），副载波复用技术（SCM），以及光码分复用技术。在上述多种技术中，光时分复用技术与光波分复用技术在实际中使用更加广泛。光时分复用技术就是把一条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光脉冲流分配占用一个时隙，N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。在光时分复用系统中，与信号有关的所有电子均工作在基带速率下，因此限制传输速率容量的电子瓶颈就得到了有效的解决。光时分复用具有以下特点：使用单一波长的光源、网络管理简单、便于用户接入、兼容性好，以及对放大器带宽和增益平坦度要求较低等。

光波分复用技术指在一根光纤中同时让两个或者两个以上的光波长信号同时通过不同光信道各自传输。光波分复用技术具有的特点是：成本低，经济性好、各个波长之间彼此独立、具有透明的数据格式和数据速率等。

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