摘 要

本文借助MATLAB软件对相干光通信系统的发送端结构和原理进行仿真，实现利用高阶调制格式和偏振态复用来提高相干光通信系统的传输效率，并且分别对两种情况进行了理论分析和结构原理仿真，然后将高阶调制格式和偏振复用技术结合起来，通过MATLAB仿真一个相干光通信系统的发送端，对结果和传输过程进行理论分析，所得结果对于研究相干光通信系统具有重要的指导意义。

论文主要研究了相干光通信系统发送端的结构及原理，利用高阶调制格式和偏振复用来提高相干光通信系统的传输效率，并且通过MATLAB仿真PDM-16QAM相干光通信系统的发送端。

研究结果表明：高阶调制格式和偏振复用能够提高相干光通信系统的频带利用率。

本文的特色：通过MATLAB软件仿真模拟相干光通信系统并研究提高传输效率的方法。

关键词：相干光通信；高阶调制格式；偏振复用；

Abstract

In this paper, with the help of MATLAB software, the sender structure and principle of coherent optical communication system simulation.The transmission efficiency of coherent optical communication system is improved by using high order modulation format and polarization state reuse.the theoretical analysis and structural theory of the two cases are simulated.Then higher-order modulation formats and polarization multiplexing technology, through MATLAB simulation a sending end of coherent optical communication system, the results and transfer process in theoretical analysis, the results for the study of coherent optical communication system is of important guiding significance.

The paper mainly studies the structure and principle of coherent optical communication system.The transmission efficiency of the coherent optical communication system is enhanced by using high order modulation format and polarization multiplexing, and the transmitting end of the pdm-16qam coherent optical communication system is simulated by MATLAB.

The results show that high order modulation format and polarization reuse can improve the frequency band utilization of coherent optical communication system.

The characteristics of this paper are: MATLAB simulation of the coherent optical communication system and the method of improving transmission efficiency.

Key Words：coherent light communication；High order modulation format；polarization multiplexing；

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 相干光通信系统的发展及现状 1

1.2 相干光通信系统的优势 1

1.3 相干光通信系统的应用 2

1.4 研究内容 2

第2章 相干光通信系统的结构及关键技术 4

2.1 基本结构及原理 4

2.2 关键技术 4

2.2.1 高阶调制技术 4

2.2.2 偏振复用技术 5

2.2.3 激光器 5

2.2.4 无源光器件 5

2.2.5 色散补偿 6

2.2.6 抑制非线性效应 6

第3章 高阶调制格式原理及仿真 7

3.1 正交幅度调制基本原理 7

3.2 相干光通信系统正交幅度调制发射端构成 7

3.3 基于MATLAB的16QAM调制过程仿真 8

第4章 偏振复用原理及仿真 12

4.1 偏振复用原理 12

4.2 偏振复用系统发送端构成 12

4.3 基于MATLAB的偏振复用系统发送端仿真 13

4.4 基于MATLAB的PDM-16QAM系统发送端仿真 15

第5章 结论 19

参考文献 20

致 谢 21

第1章 绪论

1.1 相干光通信系统的发展及现状

20世纪60年代，美国人梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器，使得相干光通信成为可能。1966年7月，英籍华人高锟发表了关于通信传输新介质的论文，光纤的使用使光通信发展发生了根本性的变化，20世纪90年代，EDFA和WDM的技术得到了普及，在民用领域传统光通信系统已足以保证通信性能，而在某些无法使用EDFA通信领域，相干光通信的无中继距离远大于传统光通信，成为某些特殊环境通信要求的必然选择，对此国外进行了大量的研究^[1]。1997年，ESA与德国航天中心合作研究星地激光通信中光学地面站的1.06μm光外差探测技术。1998年以来日本国家宇宙开发事业团进行了大量星间相干光通信的研究。相干光通信在短短50年间取得了如此巨大的发展，现在主要用于无中继传输，相干检测和光纤传感等领域。 激光对于光通信的发展非常重要，激光有着一般自然光没有的高度相干性，波谱线宽度很窄，具有极好的高亮性和方向性，而且其频率相位比较稳定，和无线电波的性质相似，因此可以做通信系统信号的载波。随着光纤和放大技术，进入光通信的研究中，现代光纤通信可以和同轴电缆通信相互竞争，无中继传输距离越来越大，相干光通信技术趁此发展起来^[2]。

相干光通信系统能够使用某些高阶调制格式和复用技术，是现在对于相干光通信系统的研究热门之一，其中正交幅度调制在相干光通信系统中的应用前景是非常广泛的。而且十六进制的正交幅度调制有着优秀的抗噪性和频带利用率，成为一种最常用的高阶调制格式，16QAM还在色散，抑制非线性效应方面有着良好的表现，是现在实现长距离无中继传输相干光通信系统的重要调制格式^[3]。这种调制格式还能在偏振复用系统中实现极高的传输效率，世界各国纷纷加入了对正交幅度调制的偏振复用系统的研究，其中德国弗朗霍夫通讯研究院发文章表示研究出了PDM-16QAM通信系统能够在无中继的情况下最远传输1120km，而且单偏振载波情况下能够实现通信系统传输的符号率达到20GB，这就说明了相干光通信系统适用很多高阶调制格式和复用形式，这些在电域中才能使用的调制和复用方式，在一般传统光纤通信系统中无法实现，只能在电域中调制然后通过光电转换成光信号，在光域中传输，而相干光通信系统能够适用这些高阶调制格式，也说明了其广泛的应用前景，但是现在国内能完整搭载相干光通信系统的研究实例非常少，其潜在的优势还要发掘。