Communications optiques cohérentes(pont optique)

I. principe de fonctionnement de base des communications optiques cohérentes

　　Les techniques de modulation cohérente et de détection hétérodyne sont principalement utilisées dans les communications optiques cohérentes. La modulation dite cohérente consiste à utiliser le signal à transmettre pour faire varier la fréquence, la phase et l'amplitude de la porteuse optique, ce qui nécessite que le signal optique ait une fréquence et une phase déterminées (sansCommeLa lumière naturelle n'a donc pas de fréquence et de phase déterminées), c'est - à - dire qu'elle devrait être cohérente. Le laser est une lumière cohérente. La détection hétérodyne, c'est - à - dire le mélange dans un mélangeur optique d'un faisceau de lasers générés par des oscillations natives avec la lumière signal d'entrée, donne un signal à fréquence intermédiaire qui varie selon la même loi que la fréquence, la phase de BIT et l'amplitude de la lumière signal.Côté émission, le signal est modulé sur la porteuse optique par une modulation externe pour transmission. Lorsque la transmission optique du signal arrive

A la réception, on réalise d'abord un couplage cohérent avec un signal optique oscillant, puis un équilibrage parrécepteurEffectuer une détection. La communication optique cohérente est inégale ou égale à la fréquence optique du signal en fonction de la fréquence optique de vibration locale, qui peut être divisée en détection hétérodyne et détection zéro - différence. Le premier signal optique obtenu après conversion photoélectrique estSignal de fréquence intermédiaireUne démodulation secondaire est également nécessaire pour être convertie en signal en bande de base. Ce dernier signal optique après conversion photoélectrique est directement converti en un signal en bande de base sans démodulation secondaire, mais il nécessite une adaptation stricte de la fréquence de la lumière vibrante locale à la fréquence de la lumière signal et un verrouillage de phase de la lumière vibrante locale avec la lumière signal.- Oui.

Un système de communication optique cohérent peut diviser la bande optique en de nombreux canaux, ce qui permet à la bande optique d'être pleinement utilisée, c'est - à - dire la communication multicanale par fibre optique. Nous savons que la communication cohérente dans la technologie Radio a l'avantage d'une sensibilité de réception élevée, la technologie de communication optique cohérente a également cette caractéristique, la sensibilité de réception de cette technologie peut être comparée à la technologie de détection directe de 18 db. Au début, l'étude de la communication optique cohérente nécessite l'utilisation de fibres optiques persistantes comme moyen de transmission, car la phase et la surface de polarisation du signal optique varieront aléatoirement lors de la transmission dans une ligne à fibre optique conventionnelle, pour maintenir la phase et la surface de polarisation du signal optique inchangées, il est nécessaire d'utiliser des fibres optiques permanentes. Mais il s'est avéré plus tard que le signal optique, lorsqu'il est transmis dans une fibre optique conventionnelle, dont les variations de phase et de surface de polarisation sont lentes, pouvait être corrigé par un contrôleur de polarisation à l'intérieur du récepteur et pouvait donc encore communiquer de manière cohérente avec une fibre optique conventionnelle, une découverte qui a éclairé le paysage des communications optiques cohérentes.

Un système de communication cohérent à fibre optique ajoute au récepteur optique une source lumineuse oscillante locale nécessaire à la réception hétérodyne ou nulle, l'onde lumineuse émise par cette source lumineuse étant mélangée optoélectronique avec l'onde graduée reçue, dans des conditions telles que l'adaptation de front d'onde et l'adaptation de polarisation sont satisfaites. Le carré de la somme de l'intensité du champ de l'onde lumineuse signal et de l'intensité du champ de l'onde lumineuse vibrante locale en sortie après mélange est directement proportionnel, à partir duquel un signal de différence de fréquence de l'onde lumineuse vibrante locale et de l'onde lumineuse signal est optionnellement sélectionné. Comme la loi de variation de ce signal de différence de fréquence est la même que celle de l'onde lumineuse du signal, contrairement aux modes de communication à détection directe où le courant de détection reflète uniquement l'intensité de l'onde lumineuse, il est possible d'obtenir différents modes de modulation tels que l'amplitude, la fréquence, la phase et la polarisation. Les systèmes de communication optique cohérente peuvent être divisés en deux catégories selon que la fréquence de l'onde optique vibratoire présente est égale ou non à celle de l'onde optique signal: lorsque la différence entre la fréquence optique vibratoire présente et la fréquence optique signal est une valeur fixe non nulle, le système est appelé système de réception hétérodyne; Lorsque la fréquence et la phase de l'onde lumineuse vibrante locale sont identiques à celles de l'onde lumineuse signal, on parle de système de réception à différence nulle. Mais quel que soit le mode de réception utilisé, son point fondamental est la détection hétérodyne.

II. Avantages du système de communication optique cohérente

La communication optique cohérente tire pleinement parti du gain de mélange, de l'excellente sélectivité des canaux et de la modulabilité des modes de communication cohérents. L'analyse des principes de base des systèmes de communication optique cohérente présentés ci - dessus et par rapport aux systèmes im / DD conduit à la conclusion que les systèmes de communication optique cohérente présentent les avantages suivants *:

(i) haute sensibilité, longue distance de relais

Un avantage majeur de la communication optique cohérente est la possibilité d'effectuer une détection cohérente et donc d'améliorer la sensibilité du récepteur. Dans un système de communication optique cohérente, l'amplitude du courant optique de sortie après mélange cohérent est directement proportionnelle au produit de la Puissance optique du signal et de la Puissance optique vibratoire locale.

(II) Réduire l'impact de la dispersion de la fibre sur le système

Les techniques d'égalisation de l'électronique sont utilisées pour compenser l'effet dispersif des impulsions lumineuses dans la fibre optique. La fonction de transmission d'un filtre à fréquence intermédiaire dans une communication optique cohérente à détection hétérodyne est exactement opposée à celle d'une fibre optique, ce qui réduit l'impact de la dispersion de la fibre sur le système.

(III) bonne sélectivité, grande capacité de communication

La communication optique cohérente peut utiliser pleinement la zone spectrale à faible perte de la fibre optique (1,25 à 1,6 nm) pour améliorer la capacité d'information du système de communication à fibre optique. Si l'utilisation de communications optiques cohérentes peut réaliser un multiplexage par répartition de fréquence dense avec un espacement des canaux inférieur à 1 ~ 10 GHz, la bande passante de transmission de la fibre optique est pleinement utilisée, ce qui peut permettre une transmission d'informations à très haute capacité.- Oui.

(quatre)Avec plusieurs modes de modulation

Dans les systèmes de communication optique classiques, la lumière ne peut être modulée que par modulation d'intensité. Tandis que dans la communication optique cohérente, en plus de la modulation d'amplitude de la lumière peut être utiliséePSK、 Dpsk, QAM, etc. de nombreux formats de modulation, favorisant les applications d'ingénierie flexibles, bien que cela augmente la complexité du système, mais par rapport aux récepteurs optiques traditionnels qui ne répondent qu'aux variations de puissance optique, la détection cohérente peut détecter toutes les informations véhiculées par l'amplitude, la fréquence, la phase de bit, l'état de polarisation de la lumière, de sorte que la détection cohérente est une technologie de détection holographique, qui n'est pas disponible avec les technologies de communication optique traditionnelles.

Iii. Principales technologies clés dans les systèmes de communication optique cohérente

I) technologie des sources lumineuses

Les exigences relatives à la source de lumière de signal et à la source de lumière vibrante locale dans le système de communication à fibre cohérente sont relativement élevées, il nécessite des raies spectrales étroites et une stabilité de fréquence élevée. La largeur de la ligne non de la source de lumière elle - même déterminera le faible taux d'erreur de code que le système peut atteindre, doit être minimisée, tandis que la fréquence du laser à semi - conducteur est très sensible aux variations de la température de fonctionnement et du courant d'injection, dont la quantité varie généralement de quelques dizaines de GHz / ℃ et GHz / ma, de sorte que pour stabiliser la fréquence, en plus du courant d'injection et de la stabilisation de la température, d'autres mesures actives de stabilisation de la fréquence doivent être prises pour que la fréquence optique reste stable.

Ii) techniques de réception

La technologie de réception pour les communications optiques cohérentes comprend deux parties, l'une étant une technologie de réception de la lumière et l'autre une technologie de démodulation de différents modulations après les fréquences intermédiaires. La technique de démodulation est en fait celle de l'ASI, du FSK et du PSK de l'électron, etc. Les techniques de réception de la lumière se divisent principalement en trois catégories:

1. Méthode de réception équilibrée. Dans le modèle FSK, parce que les lasers à semi - conducteur pendant la modulation ont inévitablement un bruit de modulation d'amplitude supplémentaire, l'utilisation de la méthode de réception équilibrée peut réduire le bruit de modulation d'amplitude. L'idée principale de la méthode d'équilibrage est que lorsque le signal optique est entré de la fibre optique, la lumière polarisante locale est contrôlée par polarisation pour garantir l'adaptation à l'état de polarisation du signal, la lumière polarisante locale et la lumière signal passent simultanément par un correcteur de direction en deux voies, entrant respectivement dans deux photodétecteurs pin identiques, de sorte que les deux photodétecteurs délivrent un signal d'enveloppe d'égale amplitude et inversé, puis après la synthèse de ces deux signaux, de sorte que le signal FM double, tandis que le bruit d'amplitude parasite s'annule mutuellement et la composante continue s'annule également, atteignant l'exigence d'éliminer l'influence du bruit d'amplitude.

2. Méthode de réception à diversité de phase. En plus du bruit d'amplitude, s'il y a une ondulation relative de la phase lumineuse de vibration et de la phase lumineuse de signal, il y aura un bruit de phase qui affectera sérieusement l'effet de réception. Pour cette influence, le bruit de phase peut être surmonté par une méthode de diversité de phase. La méthode de diversité de phase triphasée consiste principalement à diviser le signal et la lumière vibrante locale en trois voies dont les phases de signal sont respectivement de 0, 120°, 240°, de sorte que, malgré les ondulations aléatoires des phases relatives entre le signal et la lumière vibrante locale, le signal triphasé peut être maintenu constant après synthèse, ce qui peut atténuer l'effet du bruit de phase, tandis que cette technique peut être utilisée dans des systèmes de réception à différence nulle sans utiliser de phase à verrouillage optique.

3. Technologie de contrôle de polarisation. Auparavant, il a été indiqué: le système de communication optique cohérente doit exiger l'homopolarisation de la lumière de signal et de la lumière de polarisation locale pour obtenir un bon effet de mélange et améliorer la qualité de la réception. Après la transmission à longue distance de la lumière de signal à travers la fibre optique monomode, l'état de polarisation est ondulé aléatoirement, afin de surmonter ce problème, des méthodes telles que la fibre optique conforme, le Contrôleur de polarisation et la réception de diversité de polarisation peuvent être utilisées. Lorsque la lumière est transmise dans une fibre optique ordinaire, la phase et la surface de polarisation varieront aléatoirement, la fibre optique de maintien est une fibre optique spéciale par le processus et le choix du matériau de sorte que la phase et la polarisation de la lumière restent constantes, mais cette fibre a une grande perte et un prix très élevé; Le Contrôleur de polarisation est principalement de rendre la lumière de signal et la lumière polarisée locale co - biaisée, cette méthode est relativement lente à répondre, les exigences de contrôle de boucle sont également plus élevées; La réception de diversité de polarisation est principalement l'utilisation de la lumière de signal et de la lumière de polarisation locale après le mélange, par l'élément de séparation de polarisation pour diviser la lumière mélangée en deux composantes de polarisation perpendiculaires entre elles, la lumière de polarisation locale deux composantes de polarisation perpendiculaires sont contrôlées par le Contrôleur de polarisation, de sorte que les deux composantes sont égales en puissance, de sorte que lorsque le signal lumineux ondulation aléatoire de polarisation peut provoquer l'évanouissement du signal de fréquence intermédiaire dans l'une des branches, mais le signal de fréquence intermédiaire de l'autre branche est toujours présent, de sorte que le signal démodulé obtenu après le système est presque indépendant de la polarisation de la lumière de signal, la technologie est relativement rapide à répondre, relativement pratique, mais réalise la complexité comparative.

Iv. Large application

La communication optique cohérente a connu un développement rapide, en particulier pour la communication par fibre optique à très longue longueur d'onde (2 à 10 μm).Attraction. Parce que dans la bande ultra - longue, la fibre déterminée par la diffusion Rayleigh est inhérentePertesIl sera encore considérablement réduit, de sorte qu'en théorie, la communication transocéanique sans relais par fibre optique peut être réalisée dans une bande ultra - longue. Et dans la bande ultra - longue, les performances du récepteur de détection directe sont mauvaises, de sorte que la méthode de détection cohérente devient naturellement un meilleur choix.

Longueur d'onde ultra longueSystème de communication par fibre optiqueEst la fibre optique à très longue longueur d'onde comme moyen de transmission, en utilisant la technologie de communication optique cohérente pour réaliser la communication à très longue distance. Les fibres à très longue longueur d'onde sont essentielles dans ce système. C'est un moyen de transmission plus idéal, dont la caractéristique principale est une perte particulièrement faible, seulementQuartzUn millionième de matériau. Ainsi, les fibres ultra - longues longueurs d'onde peuvent permettre des dizaines de milliers de kilomètres de transmission sans relais. Il peut réduire considérablement les coûts de communication et améliorer la stabilité et la fiabilité du système, ce qui revêt une importance particulière pour les communications sous - marines et les zones désertiques.

Avec le développement de la technologie de communication par fibre optique, l'utilisation de fibres à très longue longueur d'onde pour réaliser des communications à très longue distance est l'une des orientations importantes du développement futur des communications par fibre optique. Cependant, les systèmes de communication par fibre optique à très longue longueur d'onde présentent de nombreux problèmes techniques qui doivent être résolus davantage, tels que l'épuration et le tirage des matériaux des fibres optiques à très longue longueur d'onde, l'utilisation de sources lumineuses à très longue longueur d'onde requises par la technologie de communication optique cohérente et les photodétecteurs secs à phase à très longue longueur d'onde.

Outre les applications ci - dessus, en raison de l'excellente sélectivité du canal et de la sensibilité des communications optiques cohérentes, il a également trouvé une large application dans les réseaux de distribution CATV à multiplexage par répartition de fréquence.

V. Résumé

Les communications optiques cohérentes, avec leurs avantages *, ont été largement utilisées dans les communications par fibre optique, non seulement dans les systèmes point à point continuent à évoluer vers des vitesses plus élevées et des distances plus longues, en particulier dans les communications sous - marines avec un énorme potentiel de marché. Outre le nouveau laser à haut rendement, la nouvelle technologie de détection cohérente est également la clé du développement du système, l'adoption d'une nouvelle technologie de détection pour réduire l'impact de la source lumineuse sur la performance globale du système, l'introduction de nouvelles méthodes de réception telles que l'optique adaptative, la diversité de polarisation et D'autres, améliore la vitesse de réponse du système et améliore encore son application.

Références

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