数字信号处理算法在相干光通信系统中的应用研究

黄婷婷

摘要：相干检测法促进了光纤通信系统的发展，但也存在着色散效应、频率偏移等多种问题。将数字信号处理算法应用到相干光通信系统中，可以有效的解决相干检测中存在的问题。本文先对相干光通信的基本工作原理进行介绍，再重点探讨数字信号处理算法在相干光通信系统中的应用。

关键词：数字信号处理；相干光通信系统光纤通信系统是以光为信息传播的载体，通过光电变换来获取信息，它在如今的信息时代中占有重要地位。在传统的光纤通信系统中，经常使用的是光强调制-直接检测方式。这种方法具有成本低、调制和解调简单等优点，但是它也存在着光载信息量低，系统性能难以提高等缺点。而借助相干检测系统，能够进一步提升通信系统的性能。相干光通信系统能够在发射端对光载波的幅度、频率以及相位进行调制，然后在接收端进行检测。该系统在灵敏度、能量损耗以及传送距离上都得到了优化。虽然相干光通信系统具有上述优点，但也面临着一些新的问题，比如色散效应、频率偏移以及非线性等。这些问题的解决可以借助数字信号处理算法。数字信号处理技术对光纤传输损伤具有很好的补偿作用，能够实现传送信号光和本振光的载波同步。将数字信号处理技术应用到相干光通信系统中是一个重要的研究领域。本文将先对相干光通信的基本工作原理进行简单的介绍，再重点探讨数字信号处理技术在相干光通信系统中的应用。

1相干光通信系统概述

相干光通信系统中比较关键的技术是相干调制技术和外差检测技术。相干调制技术中，可以将光载波的振幅、相位以及频率进行改变，这样处理后比强度检测只能改变光的强度具有更高的传输性能。外差检测就是在混频器中，将本机振荡产生的光束与输入信号的光束进行混频，从而使得到的光束与信号光具有相同变化规律的频率、振幅和相位。

在相干光通信系统工作中，首先在发送端，将需要传递的信息调制到光载波上，然后通过光纤进行传输。在接收端，先将接收到的光束与本振光进行相干耦合，然后用平衡接收机来对相干耦合后的光束进行探测。根据本振光频率与信号光频率是否相等，可以将检测分为外差检测和零差检测。零差检测中，两束光的频率相等，光信号可以直接进行光电转化，不需要进行二次解调，这对两束光的频率匹配要求非常严格。外差检测中，两束光的频率不等，经光电转换后的是中频信号，还需要进行二次解调才能够得到需要的信号。

相干光通信系统具有多信道光纤通信功能。因为它可以把光频段分为多个频道，能够使光频段得到充分利用，提高了通信的容量。相干光通信技术中的灵敏度比较高，它的接收灵敏度比直接检测的要高出十多个分贝。此外，相干光通信技术中的线路损耗更低，传送的距离更远。

2数字信号处理算法在相干光通信系统中的应用

虽然相干光通信系统在工作时具有很多的优点，但是信号传输后会存在各种各样的损失或失真信号失真主要可以分为线性失真和非线性失真。比较常见的线性失真有色度色散、偏振相关损耗、载波相位模糊以及偏振模色散等。比较常见的非线性失真主要有交叉相位调制以及自相位调制等。不考虑非线性失真的话，整个相干光通信系統就可以近似为一个线性系统，此时利用数字信号处理技术进行失真补偿时不需要考虑顺序。但此前需要先对需要补偿的线性失真进行初步的估计。在实际中，先将需要估计的线性失真进行分类，然后先对色度色散这类静态、算法简单的变量进行补偿，其次再对随机变量和剩余变量进行补偿。

采用数字信号处理算法后，相干光通信系统可以在接收端对信号进行补偿，具体应用时针对不同的情况需要用到不同的数字信号处理子系统。去偏移系统可以针对偏振之间的采样时刻偏移进行补偿。正交化系统可以补偿因调制器和混频器缺陷造成的欠正交状况。归一化系统可以使信号具有单位能量和单位幅度。当信号发生色度色散时，可以采用静态信道均衡系统进行补偿。当采样不当，发生误差时，可以借助采样时钟恢复系统进行补偿。自适应信道均衡系统可以补偿由于偏振产生的相关损伤。载波相位恢复系统可以对载波相位噪声进行估计，并且对存在的失真可以进行补偿。载波频率恢复系统主要是对发送端和接收端载波之间存在的频率偏移进行估计和补偿。对于光线非线性造成的信号损伤可以借助非线性补偿系统进行补偿。

在应用数字信号处理的算法中，首先在接收端将输入光信号和本振光进行相关耦合，然后借助上述数字信号处理技术中的子系统对耦合后的光信号进行模数转化、去偏移和正交化恢复等，具体的补偿和反馈需要根据实际应用环境进行选择。总之，在相干光通信系统中应用数字信号处理算法，能够有效的补偿由于偏振、色散等情况造成的信号失真，这对相干光通信系统的发展具有重要意义。

3结语

在相干光通信系统中应用数字信号处理算法可以补偿各种形式的损耗，这对于提高相干光通信的质量具有重要意义。随着光纤通信系统的进一步发展，数字信号处理算法如何简化自身的复杂程度，增强补偿范围和性能，将是一个重要的研究领域。

[参考文献]

[1]于洋.相干光通信及其应用[J].物理通报,2001.

[2]杜晓.相干光通信系统中相位同步及校正技术研究[学位论文].北京:北京邮电大学图书馆,2010.