第二十五讲 相干光通信技术
主要内容
? 一, 相干光通信的定义
? 二, 相干检测原理和光波的调制
解调方法
?三, 相干光通信系统的性能指标
?四, 相干光通信的特点
相干光通信的定义
? 相干光 —— 是由两个激光器产生的具有
空间叠加、相互干涉特性的激光。
? 相干光通信 —— 在发射端对光载波进行
幅度、频率或相位调制，在接收端，则
采用零差检测或外差检测等相干检测技
术进行信息接收的通信方式。
相干检测原理
光接收机接收的信号光和本地振荡器
产生的本振光经混频器作用后，光场发
生干涉，由光检测器输出的光电流经处
理后以基带信号形式输出。由于混频输
出光信号的中频信号功率分量带有信号
光的幅度、频率或相位信息，因此发端
不管采用哪种调制方式，均可以在中频
功率分量反映出来，所以相干光接收方
式适合于所有调制方式的通信。
相干检测原理方框图
光检测器 电信号处理
本地光
震荡器
信号光
混频器
基带信号
ω s
ω L
相干检测的方式
? （ 1）零差检测
选择 ωL=ωs,即 ωIF=0。 零差检测接收光功率可以放大
几个数量级，虽然噪声也增大，但仍能使灵敏度大幅
提高，但技术复杂，必须严格控制相位变化，使 φs－ φL
保持不变，同时要求 ωL=ωs 。
? （ 2） 外差检测
选择 ωL≠ωs,即 ωIF= ωs － ωL ＞ 0。 外差检测也能提高
灵敏度，信噪比改善比零差检测低 3dB,但因无需实现
相位锁定，接收机设计相对简单。
调制方式
? 模拟信号的三种调制方式,
? 幅度调制
? 频率调制
? 相位调制
? 数字信号的三种调制方式,
? 幅移键控
? 频移键控
? 相移键控
光检测器 带通
本地光
震荡器
信号光
混频器
基带信号 ω s ω
L
光检测器
本地光
震荡器
信号光
混频器
基带信号
ω s
ω L
低通
载波
恢复
带通 包络 检波 低通
(a)外差同步解调接收机方框图
(b)外差异步解调接收机方框图
同步相干接收机量子极限灵敏度
调制方式 解调方式 比特误码率
（ BER）
每比特光
子数 Np
长比特流时每比
特光子数 Np
ASK 外差 72 36
ASK 零差 36 18
PSK 外差 18 18
PSK 零差 9 9
FSK 外差 36 36
FSK 零差 20 10
)4/(21 PNerfc ?
)2/(21 PNerfc ?
)(21 PNerfc ?
)(21 PNerfc ??
)2/(21 PNerfc ?
)2(21 PNerfc ?
外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
调制
方式
光 源
传输速
率（ Gb/s)
传输距
离
（ km)
光纤波
长
（ μm)
接收机灵敏度
实际值 量子极限
ASK 1.55 μm DBF DBR 4 160 1.55 210 40
FSK 1.55 μm DBF DBR
普通单频
普通单频
4
1
140
160
100
243
1.55
218 40
1500 40
350 40
DPSK 1.55 μm DBF DBR
窄线谱
窄线谱
4
1
400
160
200
260
1.55
261 20
270 20
45 20
IM/DD 1.55 1000 10
相干光通信的特点
? （ 1）灵敏度提高 10～ 20dB,线路功率损耗可增加到
50dB。
? （ 2） 若在系统中周期性加入 EDFA,即可实现长距离传
输，适合于干线网使用。
? （ 3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用
相结合，可以实现大容量传输，适合于 CATV分配网使
用。
? （ 4）必须使用频率稳定度和频谱纯度很高的激光器作
信号光源和本振光源。
? （ 5）要求信号光与本振光混频时满足严格的匹配条件
以获得高混频效率。