光通信

共有四川邮电职业技术学院、湖南邮电职业技术学院、浙江邮电职业技术学院等7所开设光通信技术专业的大学。光通信技术专业大学名称1四川邮电职业技术学院2湖南邮电职业技术学院3浙江邮电职业技术学院4安徽邮电职业技术学院5湖南邮电职业技术学院6石家庄邮电职业技术学院7新疆天山职业技术学院光通信技术专业

培训目标和就业：本专业培养能够从事仓储配送管理、采购管理、国际货运代理、报关检验等不同功能类型物流企业的人才，掌握物流的业务流程、运营管理。本专业可取得的专业证书有：采购员、物流人员、特种设备操作人员证书、报关人员等。可从事采购、客户服务、计划调度、报关检验、货运代理等各类物流企业、港口、海关等领域的运营管理。就业初始工资平均在3000元以上，高级物流工程师在1万元以上。

主要课程：传输与接入、现代通信技术、网络工程师基础、光网工程制图（CAD）、光网工程施工与管理、通信用户线路终端安装与维护、光网工程设计（工程交替特色课程）、光网工程预算与决算初步、物联网技术等。

就业方向：从事光网工程设计、施工、工程管理、维护等技术工作。

无线光通信技术的应用

从古人的烽火台传递信息到现在的SONET/SDH，以及到将来的光孤子通信和全光通信，人类的光通信历史可谓渊远流长。但无线光通信技术作为一种光通信技术，却只有三十多年的研究历史。初期，由于光学器件制造成本较高，无线光通信的研究仅限于星际通信和国防通信领域。近年来，由于光通信器件制造技术的飞速发展，使无线光通信设备的制造成本大大下降，人们才又逐渐开始了无线光通信的民用研究。无线光通信在业内被称为 Free Space Optical (FSO)，顾名思义，FSO是一种无需光纤的通信手段，它是现代的有利补充，具有以下特点：＊ 快速链路部署。由于无需埋设光纤，施工周期大大缩减，通常只需要几个小时便可以完工。这对于电信运营商来讲，无疑是快速抢占市场的最佳选择。＊拥有光纤传输的性能。理论上，无线光通信的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。只是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，无线光通信的光信号在空气介质中传输。因此也有人把无线光通信技术称为虚拟光纤通信技术。＊无线光通信产品作为一种物理层的传输设备，可以不依赖于任何协议。＊与微波相比，无线光通信产品不需要申请频率使用权。目前世界各厂商提供的设备多工作于红外频带，该频带有相当丰富的频谱资源，且在全世界范围内均不受管制，这为无线光通信技术的灵活应用提供了有利条件。＊传输保密性好。因为它的波束很窄，是不可见的，很难在空中发现一条业务链路。同时，这些波束又非常定向，是对准某一接收机的，如想截接，就需要用另一部接收机在视距内对准发射机，还需要知道如何接收信号，这是很难做到的。即使被截接，用户也会发现，因为链路被中断了。因此，FSO比通常的无线系统安全得多。一 无线光通信在局域网连接中的应用图1：局域网的延伸在校园网、小区网或大企业的内部网建设中，经常会碰到这样一种情况：马路对面的新建大楼急需接通，可挖路许可权却迟迟不能得到批准或者根本就无法取到。这时候无线光通信技术便可以大显身手。如图1所示。其中，SNMP（简单网络管理器为可选项）。无线光通信设备配备标准RJ45接口或光接口，且对协议透明，可以非常方便的完成局域网的连接。美国LightPointe公司针对于不同的应用场合，开发了三种系列的产品，可用于不同的网络层次中： FlightLite及FlightPath系列带宽从10M-1.25Gb/p，可以解决Access Layer(接入层)的应用，例如，当一个小区的一处居民楼离控制中心较远这时采用无线光通信的接入方案能很好的解决该处居民楼的联网问题。 FlightSpectrum产品系列可解决 Core Layer(核心层)的应用。通常情况下核心层要保证数据通信的快速，所以需要较高的带宽，FlightSpectrum 产品系列产品很好的解决了相距较远（1-4KM）较高带宽（155M-2.5G）要求的应用。二 无线光通信在城域、边缘网建设中的应用图2：城域网的建设及扩展随着社会经济的飞速进步，城市建设的步伐和力度也在不断加大，城市的覆盖面积也在不断增加。早在几年前，各大运营商在抢占通信市场的时候，纷纷着手建设自己的基础网络设施。目前，城域网的建设可谓日新月异，通信带宽可达10G，已基本上能够满足数据通信的需求。随着城市的发展，以往的郊区也逐渐被纳入到城市中心来，如何高效、低成本的实现城域网的扩展，快速占领新市场，越来越成为各大电信运营商关注的问题。图2所示为一种采用无线光通信技术的解决方案。在这种方案中，无线光通信技术集中展现了高带宽的魅力，这种连接方式可以满足城市边缘网通信中对数据通信带宽的需求。因为它具有建设周期短，投入小的特点，已被欧美一些电信运营商采用。三 无线光通信在最后一公里接入中的应用图3：光纤到楼由于接入Internet 的需求不断的增长，越来越多的公司，团体，个人要求加入Internet但由于各种实际原因例如公路开挖，敏感地区对微波使用的限制，很多接入没有方案解决，无线光通信输入的诞生为运营商抢占市场提供了一种可行的解决方案。四 无线光通信在移动通信中的应用移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为迅速的领域之一，也是将来对人类生活和社会发展有重大影响的科学技术领域之一。自从1981年第一代的以FDMA技术为基础的模拟通信系统建立使用以来，移动通信技术组建演变为以TDMA技术为基础的第二代数字蜂窝移动通信。目前，随着移动电话用户的迅猛增长和移动数据业务的推广，无线网络需要具有更高的带宽和容量。现有的第二代移动通信系统已不能满足这一要求，从而使3G(第三代移动通信技术)成为当今电信业的热点。如何充分地利用现有资源，在最低投入、最快速度的情况下实现从现有的第二代网络(2G)向第三代网络(3G)平化过渡，成为移动网络运营商最为关注的问题。无线光通信技术作为一种接入技术，因为其自身的特点和在施工、带宽、成本等方面的优点，已逐渐成为各大运营商的首选方案之一。下面详细介绍无线通信技术在移动网建设中的应用。图4 无线光通信技术在2G网中的应用图4所示为一种采用无线光通信技术连接的2G移动网的结构图。主干网到距离最近的天线之间采用光纤连接，经N′E1接口转换器后，由无线光通信设备再连接到其它天线，所有的天线可以共用一个基站，具有以下优点：* 省却基站到天线之间的链路铺设，缩短了施工时间和施工费用* 可以多个天线共用一个基站，减少了基站数目* 大大减少了基站与中心节点之间的光纤铺设费用*无线光通信技术采用红外激光传输，相邻设备之间不会产生干扰。如图5 所示为目前2G网的微蜂窝结构。按照理想情况，蜂窝小区的天线应架设在蜂窝小区的中心，这样才能保证对小区内的用户提供最佳服务，也使相邻小区间的发射干扰降为最小，如图5（a）所示。但在网络的实际建设过程中，由于建筑或其它地理条件原因，基站和天线无法架设在小区中心位置，因为布线的原因，也无法将基站与天线分开，天线往往与理想位置间有一定的偏差，如图5(b)。2G网中，该偏差相对于微蜂窝直径较小，造成的影响并不十分明显。在2G网向3G网过渡的过程中，微蜂窝的设计直径变小，网格结构变细（根据业务量的多少，微微蜂窝的半径可能会小到500米）。这时天线的偏离便会对通信质量造成较大的影响。无线光通信技术的引入为解决这一问题带来了方便。如图5（c）所示，由于基站和天线之间采用无线光通信设备连接，基站位置可保持不变，而将天线移动到网格中心。运营商只需作很小的投入便可以完成天线的架设。图5微蜂窝结构的天线架设实际上，无线光通信技术作为一种宽带接入技术，在目前的通信市场中有极为广阔的应用，据Strategis Group预测，无线光通信设备的全球市场到2005年，将会上升到20亿美元。

无线光通信FSO技术图解

FSO(Free Space Optics)是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。

FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps～10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。

从古人的烽火台传递信息到现在的SONET/SDH，以及到将来的光孤子通信和全光通信，人类的光通信历史可谓渊远流长。但无线光通信技术作为一种光通信技术，却只有三十多年的研究历史。初期，由于光学器件制造成本较高，无线光通信的研究仅限于星际通信和国防通信领域。近年来，由于光通信器件制造技术的飞速发展，使无线光通信设备的制造成本大大下降，人们才又逐渐开始了无线光通信的民用研究。无线光通信在业内被称为 Free Space Optical (FSO)，顾名思义，FSO是一种无需光纤的通信手段，它是现代光纤通信的有利补充，具有以下特点：＊ 快速链路部署。由于无需埋设光纤，施工周期大大缩减，通常只需要几个小时便可以完工。这对于电信运营商来讲，无疑是快速抢占市场的最佳选择。＊拥有光纤传输的性能。理论上，无线光通信的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。只是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，无线光通信的光信号在空气介质中传输。因此也有人把无线光通信技术称为虚拟光纤通信技术。＊无线光通信产品作为一种物理层的传输设备，可以不依赖于任何协议。＊与微波无线通信相比，无线光通信产品不需要申请频率使用权。目前世界各厂商提供的设备多工作于红外频带，该频带有相当丰富的频谱资源，且在全世界范围内均不受管制，这为无线光通信技术的灵活应用提供了有利条件。＊传输保密性好。因为它的波束很窄，是不可见的，很难在空中发现一条业务链路。同时，这些波束又非常定向，是对准某一接收机的，如想截接，就需要用另一部接收机在视距内对准发射机，还需要知道如何接收信号，这是很难做到的。即使被截接，用户也会发现，因为链路被中断了。因此，FSO比通常的无线系统安全得多。一 无线光通信在局域网连接中的应用图1：局域网的延伸在校园网、小区网或大企业的内部网建设中，经常会碰到这样一种情况：马路对面的新建大楼急需接通，可挖路许可权却迟迟不能得到批准或者根本就无法取到。这时候无线光通信技术便可以大显身手。如图1所示。其中，SNMP（简单网络管理器为可选项）。无线光通信设备配备标准RJ45接口或光接口，且对协议透明，可以非常方便的完成局域网的连接。美国LightPointe公司针对于不同的应用场合，开发了三种系列的产品，可用于不同的网络层次中： FlightLite及FlightPath系列带宽从10M-1.25Gb/p，可以解决Access Layer(接入层)的应用，例如，当一个小区的一处居民楼离控制中心较远这时采用无线光通信的接入方案能很好的解决该处居民楼的联网问题。 FlightSpectrum产品系列可解决 Core Layer(核心层)的应用。通常情况下核心层要保证数据通信的快速，所以需要较高的带宽，FlightSpectrum 产品系列产品很好的解决了相距较远（1-4KM）较高带宽（155M-2.5G）要求的应用。二 无线光通信在城域、边缘网建设中的应用图2：城域网的建设及扩展随着社会经济的飞速进步，城市建设的步伐和力度也在不断加大，城市的覆盖面积也在不断增加。早在几年前，各大运营商在抢占通信市场的时候，纷纷着手建设自己的基础网络设施。目前，城域网的建设可谓日新月异，通信带宽可达10G，已基本上能够满足数据通信的需求。随着城市的发展，以往的郊区也逐渐被纳入到城市中心来，如何高效、低成本的实现城域网的扩展，快速占领新市场，越来越成为各大电信运营商关注的问题。图2所示为一种采用无线光通信技术的解决方案。在这种方案中，无线光通信技术集中展现了高带宽的魅力，这种连接方式可以满足城市边缘网通信中对数据通信带宽的需求。因为它具有建设周期短，投入小的特点，已被欧美一些电信运营商采用。 三 无线光通信在最后一公里接入中的应用图3：光纤到楼由于接入Internet 的需求不断的增长，越来越多的公司，团体，个人要求加入Internet但由于各种实际原因例如公路开挖，敏感地区对微波使用的限制，很多接入没有方案解决，无线光通信输入的诞生为运营商抢占市场提供了一种可行的解决方案。 四 无线光通信在移动通信中的应用移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为迅速的领域之一，也是将来对人类生活和社会发展有重大影响的科学技术领域之一。自从1981年第一代的以FDMA技术为基础的模拟通信系统建立使用以来，移动通信技术组建演变为以TDMA技术为基础的第二代数字蜂窝移动通信。目前，随着移动电话用户的迅猛增长和移动数据业务的推广，无线网络需要具有更高的带宽和容量。现有的第二代移动通信系统已不能满足这一要求，从而使3G(第三代移动通信技术)成为当今电信业的热点。如何充分地利用现有资源，在最低投入、最快速度的情况下实现从现有的第二代网络(2G)向第三代网络(3G)平化过渡，成为移动网络运营商最为关注的问题。无线光通信技术作为一种接入技术，因为其自身的特点和在施工、带宽、成本等方面的优点，已逐渐成为各大运营商的首选方案之一。下面详细介绍无线通信技术在移动网建设中的应用。图4 无线光通信技术在2G网中的应用图4所示为一种采用无线光通信技术连接的2G移动网的结构图。主干网到距离最近的天线之间采用光纤连接，经N′E1接口转换器后，由无线光通信设备再连接到其它天线，所有的天线可以共用一个基站，具有以下优点：* 省却基站到天线之间的链路铺设，缩短了施工时间和施工费用* 可以多个天线共用一个基站，减少了基站数目* 大大减少了基站与中心节点之间的光纤铺设费用*无线光通信技术采用红外激光传输，相邻设备之间不会产生干扰。如图5 所示为目前2G网的微蜂窝结构。按照理想情况，蜂窝小区的天线应架设在蜂窝小区的中心，这样才能保证对小区内的用户提供最佳服务，也使相邻小区间的发射干扰降为最小，如图5（a）所示。但在网络的实际建设过程中，由于建筑或其它地理条件原因，基站和天线无法架设在小区中心位置，因为布线的原因，也无法将基站与天线分开，天线往往与理想位置间有一定的偏差，如图5(b)。2G网中，该偏差相对于微蜂窝直径较小，造成的影响并不十分明显。在2G网向3G网过渡的过程中，微蜂窝的设计直径变小，网格结构变细（根据业务量的多少，微微蜂窝的半径可能会小到500米）。这时天线的偏离便会对通信质量造成较大的影响。无线光通信技术的引入为解决这一问题带来了方便。如图5（c）所示，由于基站和天线之间采用无线光通信设备连接，基站位置可保持不变，而将天线移动到网格中心。运营商只需作很小的投入便可以完成天线的架设。图5微蜂窝结构的天线架设实际上，无线光通信技术作为一种宽带接入技术，在目前的通信市场中有极为广阔的应用，据Strategis Group预测，无线光通信设备的全球市场到2005年，将会上升到20亿美元。

无线光通信(FSO)技术是什么意思

FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。

FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps～10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。

点对点的无线通信在技术上说起来容易，真用起来挺麻烦的。最大的麻烦就是要到无线电管理部门办理许可证，办不办下来是个问题，真办下来了，还要交一大笔频谱占用费。无线光通信（Free Space Optical，FSO）则省却了这一系列的麻烦。它用光代替无线电波在空间中传输信号，单束光的带宽比整个无线波谱都宽，信号间无干扰，保密性强，也无需到无线电管理部门办许可证。代替光纤连接企业网FSO通信设备最初是无线设备生产商为宽带服务运营商开发的一种在不易进行光纤布线的地段代替光纤设备的网络连接方案，没想到被很多企业用户看好，纷纷用在了企业内部网的互联建设上，这实在出乎设备生产商的意料。企业看好FSO的理由有三点：一是综合成本低，用它可以省去租用专线和铺设光纤的一大笔费用；二是通信质量好，无线光通信是一种本地环路技术，最低速度为45Mbps（相当于T3线路），最高为2.5Gbps（相当于OC-48线路）；三是运营商级的通信质量足以满足企业网络应用的各种要求。目前，很多企业把FSO网络与光纤网、微波网和高频段无线网结合起来使用，发挥各自的优点，弥补彼此的不足。FSO不用激光而是采用红外光作为传输媒质，当收发器架设在大楼间时，不至于对人们的正常工作和生活造成影响。FSO通信系统随着通信距离的增加信号功率会不断衰减，但通信速率却不受影响。如果在某段距离内，FSO通信设备能正常工作在10Mbps的速率上，那么它在10Gbps甚至10Tbps的速率上也能很好地工作。要保证FSO设备高速稳定地工作，往往要在光纤设备端增大光功率，而不是再生新的信号，这样，就可以充分利用DWDM以及其它常规光纤通信设备的功能。LightPointe公司就推出了基于这个原理的新产品。LightPointe的系统以超快的带宽速度提供安全可靠的无线传输，速度最高可达2.5Gbps，产品适应性强，不依赖于通信协议，可解决城市地区的连接问题，而且可提供电信公司等级的网络可用性。影响FSO效率的因素距离对FSO通信的影响主要表现在可靠性上。衡量可靠性有个指标叫LINK MARGIN，单位为dB，其意义为FSO设备正常工作所允许的最大功率损耗。一个典型的FSO系统的LINK MARGIN值为20dB，在天气晴好的条件下，每公里光信号的功率损耗大约为1dB，所以，无线光通信系统的最大工作距离就是20公里。FSO采用的红外光在空气中传播时易受各种气候因素的影响，如雨、强烈日光引起的光的散射和雾。在大雾天气下，信号衰减可达到每公里400dB，这使FSO系统的有效工作距离不到50米，比无线LAN还要短。阳光强烈照射下，空气温度和密度不均产生的光的散射现象也会使光信号衰减。影响可靠性的另一个因素是光束聚焦的准确性。有的系统采用精密的跟踪系统，消除接收器的微小偏移对精确聚焦的影响，还有的系统以一定的偏移角度发射光束，不但能消除接收器位移带来的聚焦不准问题，还能应付鸟或树叶对光束的短暂遮挡。其他无线方式做补充为克服恶劣天气对光传播的影响，不少公司都提出了各具特色的设想和产品，做得最好的能将LINK MARGIN值提高到40dB。Attochron公司已经做出了对付大雾的产品。但是从技术上说，对付大雾的最佳方案还是无线电波。无线电波的频率比光低很多，可以轻松穿过浓雾；但在普通的无线频谱内，不可避免地又会遇到普通无线电技术所无法回避的一系列麻烦。因此，专家们打起了传统无线频谱之外的无线频谱的主意。目前，还未被开发利用的频谱基本集中在T-RAY频段，这一频段与红外光极其接近。工作在这一频段的FSO设备可以将无线电波和可见光的优点结合起来，在浓雾天气中也可以高速传输数据。目前，T-RAY频段的光通信设备还在研制阶段。同时，另一类工作在高频段的无线通信设备已经面世。2001年，FCC公布了无需办理许可证的W频段，该频段下起59GHz、上至64GHz，足有5GHz的带宽，是所有广播、手机、WLAN带宽总和的好几倍。工作在W频段的微波通信设备通过高效的调制技术能使数据传输速率高达1.25Gbps，FCC的专家估计，这类设备的最高数据传输速率可达100Gbps。Harmonix公司已经推出了最高传输速度为1.25Gbps的W频段产品。W频段微波设备也有其弱点：大雾奈何不了它，但雨天对它则有很明显的影响。因此，在部署这类设备前，要分析当地降雨的年平均分布规律。FCC将北美划分成许多降雨带，对于W频段无线设备而言，每个降雨带的信号传输距离和可靠性都不相同，同一套设备在弗吉尼亚有99.9999%的接通率，而在佛罗里达则可能只有99.99%。显而易见，在终年无雨的地区，W频段设备是最佳选择，在常年没有雾的地区，用FSO最合适。除此之外，把二种设备结合起来使用是最现实的选择。现在，已有厂商推出了结合FSO技术和W频段无线技术的复合型产品，在极端天气出现时，设备可自动在FSO和W频段模式间切换。在一般天气里，两类设备同时运行，其中一台作为冗余备份，这一方面可将可靠性从单台的99%提高到99.99%，另一方面还可防止意外的光线遮挡。综合W频段无线技术和FSO技术的复合型设备现在还比较昂贵，但不久价格会有大幅下降。专家介绍，要把在宽带建设大潮中铺设的光纤资源充分利用起来，W频段无线技术和FSO依然是最佳的选择。据RHK分析公司的统计，在美国，只有5%的公司拥有光纤网络，而其中的75%的公司网络与光纤骨干网的距离在1英里之内。FSO和W频段无线技术既可以将本地光纤网进行互联，同时也可作为宽带接入网。宽带应用热的姗姗来迟使很多无线设备供应商的日子很不好过，但无线光通信设备的发展一直呈稳健之势。据技术与市场研究公司Strategies估计，2001年无线光设备的研发总投资达10亿美元，比2000年增长了60%。除了企业应用，无线光网还可用来连接3G网络的基站，这样，FSO的应用前景将更加广阔。

全光通信网,全光通信网是什么意思

全光光纤通信网是新一代网络，是信息社会的神经系统。本书基于语音、数据、图像等多媒体信息的高速无阻塞传输和交换，阐述打破现有网络的“电子瓶颈”限制，在光域上进行传输和交换的新型网络及其关键单元技术。

通信网传输容量的增加，促进了光纤通信技术的发展，光纤近30THz的巨大潜在带宽容量，使光纤通信成为支撑通信业务量增长最重要的技术。光的复用技术——波分复用(WDM) 、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)越来越受到人们的重视。但在以这些技术为基础的现有通信网中，网络的各个节点要完成光/电/光的转换，其中的电子器件在适应高速 、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的“电子瓶颈”现象。为了解决这一问题，人们提出了全光网(AON)的概念。

一、全光网的概念

所谓全光网，就是网中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电转换的介入。数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备(OXC)。在全光网络中，由于没有光电转换的障碍，所以允许存在各种不同的协议和编码形式，信息传输具有透明性，且无需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。

二、全光网的优点

基于波分复用的全光通信网，能比传统的电信网提供更为巨大的通信容量，可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。

全光网具备如下以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点：

1.全光网通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式均具有透明性，可以提供多种协议业务，可不受限制地提供端到端业务。透明性是指网络中的信息在从源地址到目的地址的过程中，不受任何干涉。由于全光网中信号的传输全在光域中进行，信号速率、格式等仅受限于接收端和发射端，因此全光网对信号是透明的。

2.全光网不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。

3.全光网络具备可扩展性，加入新的网络节点时，不影响原有网络结构和设备，降低了网络成本。

4.可根据通信业务量的需求，动态地改变网络结构，充分利用网络资源，具有网络的可重组性。

5.全光网络结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有变换与存储，网中许多光器件都是无源的，可靠性高、可维护性好。

全光网由于具有以上的优点，因此成为宽带通信网未来发展的目标。

三、全光网的体系结构和基本结构

图1. 全光通信网结构

利用波分复用技术的全光通信网将采用三级体系结构。最低一级(0级)是众多单位各自拥有的局域网(LAN)，它们各自连接若干用户的光终端(OT)。每个0级网的内部使用一套波长，但各个0级网多数也可使用同一套波长，即波长或频率再用。全光网的中间一级(1级)可看作许多城域网(MAN)，它们各自设置波长路由器连接若干个0级网。最高一级(2级)可以看作全国或国际的骨干网，它们利用波长转换器或交换机连接所有的1级网。全光网的基本结构可以分为光网络层和电网络层。

光网络层是光链路相连的部分，采用了WDM技术，使一个光网络中能传送几个波长的光信号，并在网络各节点之间采用OXC，以实现多个光信号的交叉连接。光网络层通过光链路与宽带网络用户接口和局域网(LAN)相连。光网络层的拓扑结构可以是环形、星形和网孔形等，交换方式可采用空分、时分或波分光交换。

电网络层中的ADM为电子分插复用器，它能够把高速STM-N光信号直接分纤成各种PDH支路信号或作为STM-1信号的复用器，它的速率可选STM-1、STM-4或STM-16。DXC相当于自动数字配线架的数字交叉连接设备，它可以对各种端口速率(PDH或SDH)进行可控的连接和再连接。所谓交叉连接也是一种“交换功能”，所以电网络层中有各种电子交换，从程控交换(如PABX)、ATM交换(如视频、数据信号的交换)到未来的某种交换(如图像、多媒体信号的交换)。

四、全光网络中的关键技术

要在全光网中实现信号的透明性、可重构性传输，必须研究全光传输的关键技术。下面分别介绍这几种关键技术：

1.光交叉连接(OXC)。OXC是全光网中的核心器件，它与光纤组成了一个全光网络。OXC 交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中断或业务失效时，OXC能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不中断，即它具有高速光信号的路由选择、网络恢复等功能。OXC除了提供光路由选择外，还允许光信号插入或分离出电网络层，它好像SDH中的DXC。

2.光分插复用(OADM)。OADM具有选择性，可以从传输设备中选择下路信号或上路信号，也可仅仅通过某个波长信号，但不要影响其他波长信道的传输。OADM在光域内实现了SDH中的分插复用器在时域内完成的功能，且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，能提高网络的可靠性，降低节点成本。提高网络运行效率，是组建全光网必不可少的关键性设备。

3.掺饵光纤放大器(EDFA)。在光纤通信中采用WDM技术能实现超大容量、超高速的光传输。而EDFA的商用可以使全光中继成为现实。EDFA是80年代末发展起来的一种新型光放大器件，它具有高增益、低噪声、宽频带，以及对数据速率与格式透明等特点。它可以对波长在1530～1575mm的光信号同时放大。在1550mm波段，EDFA的放大增益可达30～40dB。EDFA不但结构简单，与光纤耦合方便，而且连接损耗小。EDFA可用于100个信道以上的密集波分复用传输系统、接入网中的光图像信号分配系统、空间光通信，以及用于研究非线性现象等。EDFA是目前光放大技术的主流，它能简化系统，降低传输成本，增加中继距离，提高光信号传输的透明性，是实现全光网的关键器件。

4.全光网的管理、控制和运作。全光网对管理和控制提出了新的问题：①现行的传输系统(SDH)有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题;②由于表示网络状况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题;③在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。对于以上每一种问题都要有相应的处理方案。从现阶段的WDM全光网发展来看，网络的控制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需解决的技术。若没有行之有效的网管控制系统，则全光网是无法商用的。

五、全光网的两个发展阶段

全光通信网是通信网发展的目标。这一目标的实现分两个阶段完成。

1.全光传送网。在点到点光纤传输系统中，整条线路中间不需要作任何光/电和电/光的转换。这样的长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点到点全光传输。那么整个光纤通信网任一用户地点应该可以设法做到与任一其它用户地点实现全光传输，这样就组成全光传送网。

2.完整的全光网。在完成上述用户间全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换，以及多路复用/分接、进网/出网等功能都要由电子技术转变成光子技术完成，整个通信网将由光实现传输以外的许多重要功能，完成端到端的光传输、交换和处理等，这就形成了全光网发展的第二阶段，将是更完整的全光网。

六、目前全光网的发展状况

现阶段全光通信网的研究与试验明显地以波分复用技术为核心，即主要对波分复用传输、交换和联网技术进行研究与试验，构成波分复用全光通信试验网。在传输方面，掺铒光纤放大器加波分复用，再加上光纤色散补偿技术是走向全光通信网的合理途径。带光放大的波分复用技术已经成熟，并已投入商用。在交换技术方面，波长路由选择的引入使波分复用全光网在交换节点上具有独特的优势：可以实现光层上的信息交换，克服了电子交换瓶颈现象，且结构简单灵活，易于网络升级。预计在全光通信网中，波分复用光交换技术将会得到广泛应用。

在联网技术方面，近几年波分复用传输技术已经进入实用化和商用阶段，世界许多国家已经开始利用波分复用技术和现有的、以及即将铺设的光纤联网进行全光通信网试验，以寻求一个具有透明性、可扩性、可重构性的全光通信网的全面解决方案，为实现未来的宽带通信网奠定坚实的基础。

光通信中的眼图是什么意思

在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，信号通过信道后，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间干扰的。在码间干扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。为了便于实际评价系统的性能，常用所谓“眼图”。

眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。

所谓“眼图”，就是由解调后经过低通滤波器输出的基带信号，以码元定时作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很象一只人的眼睛。

在图1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。

图1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，在取样时刻信号取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分闭合。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就指明失真的严重程度。

为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图2的形状。

由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。

衡量眼图质量的几个重要参数有：

1.眼图开启度(U-2ΔU)/U

指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。

其中U=U++U-

2.“眼皮”厚度2ΔU/U

指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。

3.交叉点发散度ΔT/T

指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。

4.正负极性不对称度

指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。

最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部准确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，实际判决越准确。所以，还是可以通过眼图的张开度来衡量和比较基带信号的质量，并以此为依据来调整信号在信道中的传输特性，使信号在通信系统信道中传输尽最大可能接近于最佳工作状态。

图1 无失真及有失真时的波形及眼图

(a) 无码间串扰时波形；无码间串扰眼图

(b) 有码间串扰时波形；有码间串扰眼图

图2 眼图的重要性质

眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称 为 “眼图”。从“眼图”上可 以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。 “眼睛”张的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰 ， “眼睛”将 张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。（ 1 ）最佳抽样时刻应 在 “眼睛” 张开最大的时刻。（ 2 ）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。（ 3 ）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。（ 4 ）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。（ 5 ）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。（ 6 ）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。

无线光通信(FSO),无线光通信(FSO)的特点及原理/前景是什么?

是指无线激光通信(OWC)，又称自由空间激光通信(FSO)。自从1960年激光的出现以来，许多学科的发展都得到极大地促进了，而其在通讯领域的表现尤为突出。激光良好的单色性、方向性、相干性及高亮度性等特点正是光通信所需的理想光源，将激光用于通信的想法随之产生，从此掀开了现代光通信史上崭新的一页，经过近40年的努力，各项基本技术有了很大的发展，在当今的信息传递中占有非常重要的地位。

激光通信 是利用激光光束作为信息载体来传递信息的一种通信方式，和传统的电通信一样，激光通信可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。有线激光通信就是近二、三十年来迅猛发展起来的以光导纤维作为传输媒质的光纤通信，目前己成为高速有线信息传输的骨干，具有了相当的规模，正在逐步取代传统的电缆通信。但必须有安装光缆用的各种基本敷设条件，当遇到恶劣地形条件时，工程施工难度大，建设周期长，费用高。

无线激光通信也称自由空间激光通信，它不使用光纤等导波介质，直接利用激光在大气或外太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像的高速双向传送，不仅包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信，还包括地面站的光通信，是目前国际上的一大研究热点，世界上各主要技术强国正投入大量人力和物力来争夺这一领域的技术优势。

根据其使用情况，无线光通信可分为:点对点、点对多点、环形或网格状通信。而从光可以有一定穿透能力的介质来看，光在自由空间的传播介质有近地面大气层、远离地面的深空和水三种，因此，根据其传输信道特征则又可分为:大气激光通信、星际(深空)激光通信和水下激光通信。

按传输信道特征，目前研究开发的范畴可划分如下:

现代社会信息的日益膨胀，使信息传输容量剧增，现行的无线微波通信出现频带拥挤，资源缺乏现象，开发大容量、高码率的无线激光通信是未来空间通信发展的主要趋势，和光纤通信对常规电缆通信的逐步替代相类似，有关专家认为，无线激光通信是今后发展卫星高码率通信的最佳解决方案，在商业上，未来的“无线”激光通信将提供一个立体的交叉光网络，在大气层内外和外太空卫星上形成庞大的高速率、大容量的通信，再与地面的光纤通信网相连接，提供未来所需的各种通信业务需求。

无线光通信的优势与特点 无线光通信是以激光为传输载体以大气为传输媒介的通信方式，与传统的通信方式相比较，无线光通信主要的优点是：

1、架设灵活便捷，OWC可以翻越山头，以及在江河湖海上进行通信，可以完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务。因此OWC对于解决最后公里的宽带接入，对于应用于企业和校园网络，以及作为光纤冗余链路、无线临时传输手段等，有着极大的应用价值。OWC可以在几小时内把宽带信道接到任何地方，而无需埋设光纤，因此大大缩短了施工周期，这对于通信运营商来说，是一种快速抢占市场的极好选择。

2、微米级的波束发散角和稳定的方向。波束发散角与波长成正比。激光通信的工作波长一般在微米量级或更小，而和微波通信的波长范围在数百米到亚厘米之间。因此，激光通信的光束发散角比RP和微波通信至少小3到4个数量级，大约在10微弧度左右。这在军事应用上具有非常重要的意义，因为捕捉这么窄的光束是非常困难的，从而大大提高了军事通信的保密性。

3、设备对电源量需求很低，只需几伏，采用本地供电，并且供电方式多种多样。

4、常轻小的天线尺寸和系统结构。天线尺寸与工作波长有关，波长越短，所需的天线就越小。由于激光通信的波长远小于RF和微波通信的波长，在同样功能和条件下，激光通信的天线尺寸远小干RF和微波通信的天线尺寸。因此，激光通信系统的重量和体积相对就显得非常轻小。这有利于激光通信在各种航天器上的应用，尤其是在小卫星上的应用。

5、高数据传输率。对激光脉冲进行调制解调后，激光通信可以提供高达10Gbps(每秒千兆位)量级的数据传输率，远远高于目前RF及微波通信传输速度。

6、低发射功率，高接收功率。对于接收端而言，有效接收功率与波束发散角的平方成反比。由于激光通信的波束发散角远小于RP和微波通信。因此，在距离相同的情况下，较之RF和微波通信，激光通信可以用更小的发射功率获得更高的接收功率。

7、新的通信频带。由于激光通信的波长远小于RF和微波通信，因此其工作频率比目前拥挤的无线电通信频率高许多，为信息传输提供了新的通信频带。

8、 适用任何通信协议，OWC产品作为一种物理层的传输设备，可以适应任何通信协议，如SONET, SONET/SDH, ATM(异步传输模式)、FD-DI(光纤分布式数据接口)、Ethernet(以太网)、Fast Ethernet(快速以太网)等，并可支持2.5Gbit/s的传输速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。

9、 传输容量大，微波频率大致在数GHz到数十GHz量级，而激光的频率大致在数百.THz量级，比微波高3-5个数量级，因而可以得到高得多的数据传输速率。

10、经济性强。没有任何设计、勘察、工程和线路费等附加费用，较其它如卫星站、短波和光缆等手段每兆比特的传输费用更为经济。

从上述的特点可以看出，激光通信在科学研究和军事领域有着极为重要的应用，而它在商业上的应用前景更为广泛，潜力也更为巨大。在当今信息社会中，对于各种各样的通信网络和信息传输工具(如INTERNET、电话、电视等)来说，低的数据传输率和越来越拥挤的通信频带己成为阻碍其发展的难以逾越的瓶颈。而激光通信所提供的高达10Gbps级的数据传输率和新的通信频带，是彻底、全面解决上述问题的希望所在。

无线光通信及其应用 无线光通信系统主要由光源、调制器、光发射机、光接收机及附加电信发送和接收设备等组成，只要相互进行瞄准即可进行通信。无线光通信除具有不挤占频带，通信容量大，传输速率高等无线激光通信的优点外，还具有机动灵活、经济、架设快捷、使用方便，不影响市政建设等特点。随着大气通信技术的成熟，它的应用将会越来越广泛，根据其特点，它潜在的应用场合有:

(1) 民用上可用于移动基站间的互连，单位内部的数据传输及小范围内局域网建设如校园网的组建，需严格保密的场合及要害部门，技术上或经济上不宜敷设光缆的地区如军工、国防部门，核电站、边远山区、江河两岸间、高山间等，以及用于灾区、事故地点的快速抢通等。

OWC最大的成功来自于校园局域网连接市场。这种应用包括连接编辑室和广播站，或者作为一栋大型综合大楼两个高速传输节点之间的通信手段。在光纤主干链路被切断或网路因恶劣天气被破坏以及其它突发事件时，OWC可以作为紧急情况备用和灾难后的恢复措施。另外，OWC还可以应付一些其它情况，如在光纤要通过河流或高速公路时，或在一些交通拥挤和地形复杂的城市，政府通常不希望挖开街道铺设光纤，OWC也可以作为一种很好的替代方式。有关专家指出，在未来的移动通信网建设中，无线光通信系统将用于最后一公里的接入。

(2) 军事上则可应用于战斗打响前无线电静默期间的短距离通信，或战斗打响后的保密通信，海岸与海岸之间、海岛之间，边防哨所之间，舰船之间，导弹发射现场与指挥中心之间的短距离通信等。

无线光通信的缺点 是受天气状况、地形条件、外来物的影响较大，难以实现全天候，超视距的通信，这是一直困扰大气工程师的问题，也是无线光通信无法推广使用的原因，一旦无线光通信技术能克服气候因素的影响，能实行全天候通信，无线光通信不失为一种非常好的通信手段。

无线光通信的发展状况 从激光出现至今，大气激光通信技术的发展大致经过了高峰—低谷—复苏三个阶段。60-70年代，研究高峰期，人们对激光在通讯方面的巨大潜在应用充满了兴趣，成为无线光通信发展史上最辉煌的时期，国际上掀起了研究大气激光通信机的高潮.1961年美国贝尔试验室和休斯公司分别用红宝石激光器和氮--氖激光器作了大气通信实验，60年代中期，C02激光器和 Nd:YAG 激光器的发明，使大气激光通信又向前迈进了一步，尤其是C02激光器.它发射的波长为10.6km ,正好处于大气信道传输的低损耗窗口，逐渐成为大气激光通信的主要候选光源。60年代中期以后涌现了许多大气激光通信实验系统，其中包括10.6微米外差探测电视信号传输实验系统，传输距离19英里，30Mbit/s脉冲偏码调制通信实验系统，传输距离S英里；10.6微米, 224Mbit/s脉冲编码通信实验系统等等。与此同时，光调制技术和探测技术也得到了一定的发展。由于当时技术条件的限制，此时的大气激光通信系统受气候条件的影响很大，只能在晴好及小雨天气下进行短距离的通信，遇到大雾大雨等恶劣天气则无法通信，此外，由于受大气湍流影响，通信质量也很不稳定，因而其应用场合大受限制，无法推广。70-80年代，衰落期。进入70年代后，随着低损耗光纤的问世和光纤通信的迅猛发展，人们对大气激光通信逐渐失去了兴趣甚至有人指出走大气激光通信的道路是一条死胡同，根本走不通，它便在轰轰烈烈的光纤通信研究热潮中逐渐消退，到了80年代中后期，国际国内大部分从事激光大气通信技术研究的单位相继停止了对它的进一步研究，近20年来，该项技术没有取得多大进展，大气激光通信的发展步入了低谷。但由于其良好的保密性及在军方的巨大潜在应用，少数几个财力雄厚的国家特别是军方没有放弃它。进入 90 年代后，随着大功率半导体激光器器件的研制成功、激光技术、光电探测等关键技术和日益完善与成熟，以及空间通信需求的日益增加，无线光通信重新唤起了人们的热情，在探索大容量、高数码通信的研究中大气激光通信技术悄然复苏并逐渐走向实用化。1988年，巴西AVIBRAS宇航公司研制出一种便携式半导体激光大气通信系统，其外形如一架双筒望远镜，在上面安装了激光二极管和麦克风，将一端对准另一端即可通信，通信距离lkm ，如果将光学天线固定下来，通信距离可达15km。 1989 年 美国 FARANTI仪器公司研制出一种短距离、隐藏式大气激光通信系统。1990年，美国又成功试验了一种适合特种战争和低强度战争需要的紫外光波通信系统，通信距离2-5km。与此同时，俄罗斯进行的激光大气通信系统技术的实用化研究也取得实质性进展，推出lOkm以内的半导体激光大气通信系统并在莫斯科、瓦洛涅什、图拉等城市投入应用。五年前在瓦洛涅什城瓦洛涅什河两岸相距4km的两个能源站之间架设的半导体激光大气通信系统(该系统同时传输8路数学电话〕，如今仍稳定运行。而在距瓦洛涅什城约200km以及在距莫斯科不远的地方也开通了半导体激光大气通信系统线路。俄罗斯专家普遍认为:半导体激光大气通信系统在一定的视距内有效地实现全天候通信是完全可能的。近年来， 美国、日本、英国等国家相继推出了一些大气激光通信系统产品，比如美国Terra公司的一系列大气光通信产品，日本佳能的无线光通信系统等，1999年木朗讯公司在深圳首届高交会上首先发表了一个短距离激光无线多媒体通信系统样机(采用1550nm激光)。2000年悉尼奥运会期间，美国的Terabeam与IacentTechnology合作，在水上中心与演播中心之间建立了8波道的无线数据通信链路，运行期间始终保持畅通，效果良好。2001年8月，Terabeam又成功地为MicrosoftCorporation年度员工大会提供了无线数据传输服务。

国内从事OWC技术研究和产品开发的单位主要有华中科技大学、电子科技大学、哈尔滨工业大学、南京大学、上海光机所、信息产业部第34研究所和广东工业大学等。2001年4月激光大气通信机在广西桂林研制成功。该通信机以半导体激光器为光源，用两套设备构成点对点无线通信系统，可传输多种速率的数据和图像，直线视距全天候通信距离达4千米口该激光大气通信机具有体积小、组网灵活、无电磁干扰、可靠性强等特点。2003年1月上海光机所信息光学实验室研制成功的无线激光通信系统。该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能，兼有体积小重量轻的特点。

无线光通信的前景 虽然光纤技术正得到不断地推广使用，但随着高速本地环路网络互联需求地不断增长，实施光纤网络遭遇到的布线难与成本高的问题日益突出。OWC技术既能提供类似于光纤的速率，又不需在频谱这样的稀有资源方面有很大的初始投资，因此备受关注也是理所当然的。据统计，即使在通信发达的美国，几乎90%的办公大楼与业务提供商之间也没有光纤连接，因为用光纤连接是非常昂贵的。根据AirFiber公司的分析，在美国，如采用OWC的网络结构配置，每大楼的成本约为2万美元，平均链路长度为55米，最长为200米，只需2--3天就能安装完毕。相反，如用光纤连接大楼，则每大楼需5-20万美元，通常需要4-12个月才能连通。因此，与光纤线路相比，OWC系统不仅安装方便、建设迅速，而且成本低，大约是光纤到大楼成的1/10-1/3.到目前为止，OWC己被多家电信运营商应用于商业服务网络。于过去的激光大气通信有很大的不同，目前OWC是具有高度发达的光纤通信技术平台，引入望远镜式光学天线后以大气为传输介质，应用目标是5km内的视距通信。作为与现有光纤通信系统和网络兼容的光通信技术，应用于宽带接入网、城域网、企业网、校园网、军用战术通信网、应用通信系统、光纤通信的延伸系统(在通过江河、海岛与大陆、海岛与海岛等应用中)，可以利用和移植现有的光放大、波分复用、全光插分复用和交叉连接等技术，是光纤通信的补充。相比较而言，OWC最适宜用来组建高速本地网或用作现有光纤网络的备份。我国电信、移动、联通、网通、铁通、吉通等传统和新兴电信运营商，除了电信有接入网以外，包括电信在内都没有可支持高清晰度视频的宽带接入网和城域网，而城域网和接入网是电信运营商向全社会提供电信服务必备通道和聚集利润的漏斗，必然会被高度重视，宽带接入网和城域网的建设高潮将在HDTV等宽带信息业务的驱动下于近期到来，OWC在宽带接入网和城域网建设中将会有广阔的市场前景。OWC的另外一个大市场是没有光纤连接的中小企业。我们有理由相信兼有光通信和无线通信优势的OWC技术会有迷人的广阔前景

大数据和云计算的到来，流量的增长，人们迫切需要一个新的更复杂的调制方式。目前PAM4则是目前呼声最高的调制方式，它将有可能推动整个行业向更高速率的光通信迈进。

当大数据、云计算和物联网走向规模应用，我们也跟随技术发展进入到互联网+ 2.0时代，人工智能、智能互联成为新时代的关键词。调研数据显示到2020年，将有500亿台相互连接的智能设备;平均每人每天通过PC、手机和可穿戴设备将会生成1.5G的数据量。万物的智能互联引发数据生态的巨变，越来越多的国家计划提高宽带速率以应对其激增的压力。目前全球超过50家运营商正在提供千兆宽带业务，在韩国、美国和中国香港等地，运营商已经针对企业和家庭用户开通了2G乃至10G的业务;在中国，2013年国务院发布了国家宽带战略—计划到2020年使发达城市家庭用户的接入速率达到1Gb/s;在欧盟和美国，各国政府也在加速提升国家基础带宽，或者给予宽带发展较大的支持。

图1 PON技术演进趋势示意图

虽然很多候选技术还在研讨和比较中，但单波速率超过10G基本达成一致，演进方向主要是单波速率25G。整个PON系统中，针对家庭用户接入，单波25G PON可以作为主流技术;而对于政企用户，由于带宽需求大，可在单波25G的基础上通过波长叠加实现2&TImes;25G或4&TImes;25G的更高带宽。光接入领域，运营商的主要诉求是在带宽升级的同时能重用既有光纤网络。ODN（光配线网络）链路涉及基础设施施工，难度大、成本高，建设成本占了整个PON网络部署的大部分。因此运营商在下一代PON网络升级时，对不改动ODN链路有强烈的诉求。当前ODN链路一般需要支持最少20km光纤、1∶32分光器，因此单波高速PON的主要挑战将集中在色散、功率预算以及速率选择方面。

色散难题

单波速率达到或超过25G时，NRZ调制格式的色散容限无法满足传纤20km要求。有两种方法可以解决此问题，一是采用零色散的O波段（光纤零色散区域），但此波段已被EPON和GPON占用，在PON网络多代共存场景下难以采用;二是采用电色散补偿方法，引入高色散容限的调制格式或电均衡算法是较可行的做法。

功率预算

在PON系统中由于较高功率预算要求，主要以APD为光接收器件。APD的接收灵敏度与信号速率有明显关系，当信号速率由10Gb/s提升到25Gb/s时，接收机的接收灵敏度会有4dB下降，如没有补偿措施会带来系统链路功率预算下降。目前的25G APD芯片技术和ROSA封装技术还不成熟，仅有少数供应商宣布拥有该技术，并且价格昂贵，低成本25G PON系统的光收发器件将是业界面临的问题。

速率选择

在单波超过10G速率后，会遇到色散困扰和功率预算不足等问题，且速率越高色散对系统的影响越大，系统功率预算也越紧张。相对于单波10G，单波25G可以采用Duo-binary、PAM4和NRZ+DSP等多种方案解决上述问题，这几种方案都属于多阶调制。为数据中心实现100G连接的需求已经非常明确，但使100G应用成为主流的方法却并非十分清楚。早期实现的100G光收发器利用NRZ信号调制方案，该解决方案经证明可行。不过，与所有主流技术过渡的情况一样，系统设计人员需要明确的行业标准来解决各个竞争方法之间徘徊不定的歧义问题，此标准应该是能让设计人员有信心达成一致的商定标准。单波长（λ） PAM-4调制方案已成为这一标准。

光通信的几种调制方式

NRZ（非归零码）

光路传输时，需要解决数字数据的数字信号表示以及收发两端之间的信号同步问题。对于传输数字信号来说，最简单最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。按数字编码方式，可以划分为单极性码和双极性码，单极性码使用正（或负）的电压表示数据;双极性码是二进制码，1为反转，0为保持零电平。根据信号是否归零，还可以划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到0电平，例如“1”为正电平，“0”为负电平， 每个数据表示完毕后，都会回归到零电平状态，而非归零码没有回归到零电平的过程，例如“1”为高电平，“0”为低电平。常见的两种不归零码编码方案如下：

1.单极性不归零码

无电压（也就是无电流）用来表示“0”，而恒定的正电压用来表示“1”。每一个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅度电平（即0.5）。也就是说接收信号的值在0.5与1.0之间，就判为“1”码，如果在0与0.5之间就判为“0”码。每秒钟发送的二进制码元数称为“码速”。

2.双极性不归零码

“1”码和“0”码都有电流，但是“1”码是正电流，“0”码是负电流，正和负的幅度相等，故称为双极性码。此时的判决门限为零电平，接收端使用零判决器或正负判决器，接收信号的值若在零电平以上为正，判为“1”码;若在零电平以下为负，判为“0”码。

以上两种编码，都是在一个码元的全部时间内发出或不发出电流（单极性）以及发出正电流或负电流（双极性）。每一位编码占用了全部码元的宽度，故这两种编码都属于全宽码，也称作不归零码NRZ （Non Return Zero）。

图 从上到下为1. 单极性不归零码 2. 双极性不归零码 3.单极性归零码

图 NRZ发送端

Doubinary（双二进制）

Duobinary按照一定的规则将原来的二进制中逻辑信号“1”和“0”转换为逻辑信号“+1”、“-1”和“0”，使信号的频谱带宽减为原来的一半。采用Duobinary调制，可以减少信号占有的带宽，改进频率的利用率，增大光信号在光纤中的传输距离。调制解调过程分为预编码、编码和解码。由于采用预编码，所以在接收端只需一个模2运算器进行解码。在调制过程中会产生“0”、“+1”、“-1”三种调制信号，“+1”、“-1”对应同一种逻辑码。

目前大多数的光通信系统使用NRZ调制。NRZ比较适用于长距离的传输线路，因为单模光纤的色散可以通过另外增加一条负色散的光纤来补偿。但是如果不增加这条补偿单模光纤，则需要考虑其他调制方式，Duobinary是业界使用的第二种调制方式，因为其对于色散并不敏感且实现起来没有增加多少复杂性（想比PAM4）。Duobinary使用小于R/2Hz的带宽来传输R bps波特率。根据奈奎斯特定理，如果传输没有码间干扰（ISI）的Rbps波特率的数据，最小带宽需求为R/2 Hz，这就意味着duobinary调制方式要利用到码间干扰。这种码间干扰是通过一种故意计算的方式进行添加，所以能在接收时进行去除。

图 Duobinary编码器

在有色散的情况下duobinary的接收误码率大大小于NRZ方式，实验结果表明Duobinary能够提升NRZ的传输距离且不增加补偿光纤。Duobinary的编码原理的核心是使用传输信道的特性，从而添加可控制的码间干扰。在应用于光通信系统之前，Duobinary已经在其他系统（如磁盘系统）中使用过很长时间。

PAM4

如前所述，流量的增长已经使得业界对更复杂的调制方式日益重视，PAM4则是目前呼声最高的调制方式。53G的PAM4调制方式可以在单模光纤中达到100G的速率。

PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息（0、1、2、3）。由于PAM4信号每个符号周期可以传输2bit的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，因此传输通道对其造成的损耗大大减小。实际上PAM4在IEEE协会于2014年颁布的针对100G背板的802.3bj标准里，就同时定义了两种信号传输方式：4组25.78G波特率的NRZ信号，或者4组13.6G波特率的PAM4信号。只不过后来随着芯片技术以及PCB板材和连接器技术的发展，25G波特率的NRZ技术很快实现商用应用;而PAM4由于技术成熟度和成本的原因，并没有在100G以太网的技术中被真正应用。 在新一代的200G/400G接口标准的制定过程中，普遍的诉求是每对差分线上的数据速率要提高到50Gbps以上。如果仍然采用NRZ技术，由于每个符号周期只有不到20ps，对于收发芯片以及传输链路的时间裕量要求更加苛刻，所以PAM4技术的采用几乎成为了必然趋势 。

图 PAM4时域波形

图 理想PAM4传输眼图

图 PAM4发送端

图 PAM4接收端

光链路PHY的组成

实现100G、400G的光通信系统，最核心的器件莫过于光路PHY。当前已有一些25Gx4和50Gx2的复用光路PHY在使用中。但是对于成本、功耗和线路管理而言，单波长100G的光路PHY无疑是最佳选择。以下分别是单波长100G光路PHY与四波长复用的400G光路PHY的示意图。

图 100G单波长光路PHY

图 400G四波长复用光路PHY

15如前所述，PAM4已经是单波长光路PHY最具优势的调制方式。NRZ在100G的速率中因为色散将在传输距离上劣于PAM4将不会得到市场的大规模采用。而在光路PHY中由于PAM4所需功率大大增加，功率FET的性能至关重要。MACOM的FinFET相对于竞争对手的平面工艺的FET在效率上有质的飞跃。FinFET因为采用了多栅极的制造工艺而使的漏电流大大减小，非常适合应用于100G单波长的光路PHY中。下图为FinFET的平面结构：

图 FinFET平面图

如图所示，因为栅极采用了新的制造工艺，相对于传统平面工艺的FET，在远离源极与漏极的地方，漏电流得到了更有效地控制。这一点是FinFET效率提升的关键所在。以下是FinFET的立体结构，更清晰表明了其工艺的特点：

图 FinFET立体图

业界首个100G单波长光链路接口产品——MATP-10025

MACOM已经在近日2017中国光博会上展示业界首个100G单波长PAM-4技术的PHY模块MATP-10025。该PHY模块融合了MACOM的16nm FinFET 100Gb/s PAM4 DSP、和TIA。

图 MATP-10025光链路模块

总结与展望

PAM-4由AppliedMicro和Cisco等企业倡导，并被IEEE采用，经证明是迄今为止最具成本效益和最有效的数据中心100G和400G推动因素。对于100G收发器，单波长PAM-4技术将激光器数量减少为一个，并消除了对光复用的需求。对于400G实施方案仅需四个光学组件。MACOM通过对AppliedMicro的并购及与其他合作伙伴的合作，实现了两种互补产品组合的融合，因而能提供成熟的解决方案，包括专为每个λ模块实现100G通信而设计PAM-4 DSP、线性驱动器和线性TIA。MACOM拥有的光学网络技术方面的核心优势可以帮助加快适合数据中心应用的100G收发器的大量部署，并且对于业界明确实现400G应用的方法具有重要意义。

前向纠错（FEC，Forward Error CorrecTIon）技术作为实现信息可靠传输的关键，逐渐成为必不可少的主流技术。随着光纤中单波速率从40G向100G演进，相干接收机成为研制100G长距离传输设备的关键，相干接收技术的应用再加上集成电路技术的飞速发展使得软判决FEC的应用成为可能。

前向纠错（FEC）技术目前已经被广泛地应用于光通信系统中，达到改善系统的误码率性能、提高系统通信的可靠性、延长光信号的传输距离、降低光发射机发射功率以及降低系统成本的目的。 近年来，ITU-T针对光通信系统的迅速发展而开展了FEC码的研究，相继提出了若干与此相关的建议（如ITU-T G.707、G.975、G.709和G.975.1等）。但随着光通信系统向更长距离、更大容量和更高速度发展，特别是单波速率从40G向100G甚至超100G演进时，光纤中的传输效应（如色散、偏振模色散和非线性效应等）就会严重影响传输速率和传输距离的进一步提高。为此，人们不断研究开发性能更好的FEC码型，使其获得更高的净编码增益（NCG）和更好的纠错性能，满足光通信系统高速发展的需要。

高效的FEC技术

目前10G NRZ（不归零码）在纠错前误码率（pre-FEC）为2&TImes;10-3时（超强纠错编码纠错门限）的OSNR容限小于12dB，而业界看好100G的PM-QPSK的pre-FEC BER@2&TImes;10-3时OSNR容限在15.5dB左右，也就是说采用相同能力的FEC，100G传输距离不到10G的一半。因此需要引入更高效的FEC技术。

10G和40G DWDM系统已普遍采用增强纠错编解码（AFEC）技术，净编码增益（NCG）约8.5dB。OIF（光互联论坛）建议100G选择冗余度在18%~20%的软判决纠错编码（SD-FEC），净编码增益可达10.5dB左右，这时线路速率接近126Gbps。

采用SD-FEC的100G的PM-QPSK，OSNR容限在13dB左右，基本达到了与10G同量级的传输距离。

FEC分类

FEC从构造方法上可分为分组码（Block Codes）和卷积码（ConvoluTIonal Codes）两大类。

为大家熟知的Hamming码、RS码、BCH码等都属于分组码，大部分分组码是在Galois域上构造的，因此具有严格的代数结构，其译码算法主要采用基于代数的硬判决译码。目前分组码已经在光通信中广泛应用。

卷积码具有动态格图结构，可用有限状态机来描述其状态，其译码算法一般采用软判决译码。卷积码由于不支持并行的译码器架构，其解码延迟较大，不适合光通信的应用需求，因此卷积码在光通信中的应用很少。

FEC对接收信号处理方式的不同可以分为硬判决译码和软判决译码两大类。

硬判决译码是基于传统纠错码观点的译码方法：解调器首先对信道输出值进行最佳硬判决，如对二进制数据，硬判决译码器接收到的是确定的“0/1”码流，解调器将判决结果送入译码器，译码器根据判决结果，利用码字的代数结构来纠正其中的错误。

软判决译码则充分利用了信道输出的波形信息，解调器将匹配滤波器输出的一个实数值送入译码器，即软判决译码器需要的不仅仅是“0/1”码流，还需要“软信息”来说明这些“0/1”的可靠程度，即离判决门限越远，判决的可靠性就越高，反之可靠性就越低。要体现远近程度就要把判决空间划分得更细。除了划分“0/1”的门限，还要用“置信门限”将“0”和“1”空间进行划分以说明判决点在判决空间的相对位置。如图1所示，用2bit把“0”和“1”空间分别划分成4份，软判决信息及其含义可表示如下：

0 00（也许0），0 01（可能0），

0 10（很可能0），0 11（肯定0）

1 00（也许1），1 01（可能1），

1 10（很可能1），1 11（肯定1）

第一位与硬判决的结果相同，后两位说明判决点在“0”或“1”空间的相对位置。

可以看出，软判决包含了比硬判决更多的信道信息，译码器能够通过概率译码充分利用这些信息，从而获得比硬判决译码更大的编码增益。

FEC的技术演进

FEC从时间和性能上先后经历了三代。

第一代FEC，采用硬判决分组码，典型的代表是RS（255，239），码字开销为6.69%，当输出BER=1E-13时，其净编码增益为6dB左右。RS（255，239）已经被写入ITU-T G.709和ITU-T G.975标准，在光通信领域获得了广泛的应用。

第二代FEC，采用硬判决级联码，综合应用级联、交织、迭代译码等技术，有效提高了FEC的纠错能力。ITU-T G.975.1标准收录了8种第二代FEC算法，码字开销仍以6.69%为主，当输出BER=1E-15时，其中大部分FEC算法的净编码增益在8dB以上，可支持10G和40G的系统长距离传输需求。

第三代为软判决FEC。随着光纤中单波速率从40G向100G演进，相干接收机成为研制100G长距离传输设备的关键，相干接收技术的应用再加上集成电路技术的飞速发展使得软判决FEC的应用成为可能。软判决FEC采用较大的码字开销，15%~20%，当输出BER=1E-15时，净编码增益达到11dB左右，可支持100G甚至超100G系统的长距离传输需求。常见的软判决FEC算法包括Turbo乘积码（Turbo Product Code，TPC）和低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code，LDPC）。

中兴通讯SD-FEC特点

中兴通讯100G SD-FEC软判决算法具有以下特点：

创新的全软判决FEC，可获得更高的增益、更高的集成度和更低的功耗；

全新的优化算法和架构，使15%开销的FEC具有超强的误码纠正能力，输入误码率门限达到1.8E-2~2E-2之间，高效对抗线路误码；

采用100%的软判决，没有级联硬判决FEC，延时大为降低；

创新优化码字结构和译码算法，实现了超低的误码平台特性；

软判决FEC采用15%开销，相对20%方案，传输效率更高，穿通滤波性能更好。

量子密钥技术是最新的可证明安全性的密码技术，得到了国家的高度重视。然而，经过多年发展，无论其设备成本还是其使用成本均居高不下，尤其在使用方面，因其需要独占一根光纤，导致用户即使买得起设备也用不起。换言之，在运营商光纤资源紧张的现实情况下，要想大幅度降低量子密钥的使用成本，必须解决量子密钥设备独占光纤的问题。

针对此问题，九州量子研发团队联合攻关，终于在近期彻底解决了这一难题。九州量子副总裁、中科大物理学博士赵义博在接受采访时宣布，九州量子研发团队已在量子通信与传统光通信波分复用混传技术中取得进展，多个指标达到实用化水准。

“二”合“一”，大幅降低量子密钥使用成本

目前，大部分的量子通信产品需要两根光纤进行工作，即一根光纤传输量子光信号，另一根光纤以传统光通信的形式来传输量子通信协议所需的后处理信息。单纯的量子通信分为量子光的发送与接收，以及经典信息的传输，经典信息的传输是量子通信必不可少的辅助手段，尤其量子通信的后处理必须要通过传统的通信方式传输，没有后处理就无法最终生成密钥。

所谓的量子光的发送与接收，也就是将需要传递的随机信息编码到一个光子上，并将该光子通过光纤传送给接收者。由于单个光子极其微弱，丝毫的光噪声便可将其淹没。为保证信号传输不受干扰，此前单光子的传输需要独占一根光纤，且该光纤同一时间不得传输其他信号。

早些时候的设备，量子光需要一根光纤，后处理的经典信息需要一根光纤，一对量子通信设备通常需要两根独立的光纤。

但是，在现有建设成的网络里，光纤资源较为紧张。要想大幅度降低量子密钥的使用成本，就必须解决量子通信设备占用光纤资源的问题。针对此问题，九州量子研发团队联合攻关，将量子光和经典光通信的波分复用混传技术做了针对性的优化，将两根光纤的消耗变为一根，让量子通信服务和双向高速率光通信业务单纤双向共存。

一根光纤无缝融合量子通信与经典通信成为可能

事实上，在波分复用的实践过程中，如何将不同波长的光分离开，如何使得不同波长的光在同一光纤中传递时不会相互影响其强弱度，如何优化单光子探测器等问题都是研发过程中需要考虑的问题。毕竟，相比于单光子信号，在光纤里和量子光共存的其他强光信号引入量子接收机的非线性噪声非常之强，有时甚至会让量子通信无法正常运行。

在解决方案中，九州量子团队采用了优化的波长配置技术，优化的经典光发射功率，以及先进的光学放大技术，使得量子光可以和最高10Gbps的高速率的经典光通信业务在一根光纤中双向共存，既能保证量子通信在最高50km的城域网距离下正常工作，也能保证经典光的传输速率和误码率符合光通信行业规定的技术标准，该成果使得政企专网场景、数据灾备等场景下，只占用一根光纤纤芯就能实现安全的秘钥分配和双向高速业务加密传输的多业务共存方案成为现实，在成本和易用性上都具有一定优势。

据了解，未来九州量子团队将会基于该技术，把单纤双向波分复用量子通信和传统光通信的工作距离拓展到80km，使得量子通信和骨干网距离的光通信业务在一根光纤的无缝融合成为可能。

赵义博说，量子技术要想快速落地产业化应用，必须同经典通信技术和密码技术紧密结合。只要做好技术融合和人员搭配，量子保密通信将迎来飞速发展。

引言

自20世纪80年代以来，无线通讯技术取得了飞速发展，它不受时空限制，能采取灵活多样的方式，确保语音、数据和图像的综合传输畅通无阻，具有无需架设复杂的传输线路和通信地点灵活的特点。其中，蓝牙技术是一种新兴的近距无线传输技术，但蓝牙技术的最大障碍是过于昂贵，抗干扰能力弱、通信距离短、存在信息安全问题，使其用户群数量受到限制。同时大范围测试与研发成本过高，不利于蓝牙通讯技术的大规模研发与广泛应用。

红外通信以红外光作为载体传送数据信息，无需申请频率的使用权，因此，红外通信使用方便，且具有体积小、功耗低、价格便宜、连接方便等特点。根据光的独立性传播原理，红外通信之间无相互干扰，且不怕散射电磁波干扰。此外，红外线发射角度较小，传输安全性高，对其他电子设备无干扰，而且适用于需要电气隔离和抗干扰的场合。

1、硬件电路设计

红外光通信装置包括语音发送模块、中继转发节点模块和语音接收模块（见图1）。其中语音发送模块测试单元，主要实现语音信号的压缩、编码、调制和发送功能;中继转发节点测试单元，主要实现载波红外信号的转发功能;语音接收模块测试单元，完成语音信号的接收，并解调后由耳机播放的功能。

图1 系统硬件框图

1．1、红外通讯模块设计

红外通讯模块电路如图2所示。红外通信发射模块采用红外发射管，由74HC00芯片及外围电路进行驱动，红外发射管的载波发射信号频率为38kHz，因此，由74HC00对处理器产生的38kHz载波信号和所要发射的语音信号进行与操作，完成载波发送。红外通信接收模块由接收器件CHQ1838和电压比较器LM339组成，将接收到的语音信号输入到STM32处理器中进行数字滤波和数模转换处理。

图2 无线模块原理图

可见光通信概述

可见光通信技术（Visible Light CommunicaTIon，VLC）是指利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。

可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。

未来，可见光通信也将与WiFi、蜂窝网络（3G、4G、甚至5G）等通信技术交互融合，在物联网、智慧城市（家庭）、航空、航海、地铁、高铁、室内导航和井下作业等领域带来创新应用和价值体验。

可见光通信的关键技术

1、高性能编码、调制技术

对信源进行何种编码以及采用何种调制方式，将直接决定通信系统的通信性能。由于实现简单，VLC 系统大多设计成光强度调制/直接探测（IM/DD）系统，采用曼切斯特编码和OOK 调制方式。二进制OOK 编码通过光学链路一次只能发送一个比特，传输慢；曼切斯特编码虽然可以降低系统的误码率，但要求较宽度频带，而现有的基于蓝光激发磷光体产生“白光”的LED 可用调制带宽非常有限，所以必须探索新的编码、调制方法。

由于正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Technology， OFDM）具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频谱资源灵活分配等优点，在VLC中得到了广泛研究。OFDM被证明在高速通信情况下可有效抑制码间干扰（Inter-symbol Interference， ISI）。

该技术的优点在于：

（1）将数据进行串并转换后同时传输，在时域上符号持续时间得到增加，能够减少信道时域弥散产生的ISI，并可通过插入循环前缀的方法进一步消除信道ISI；

（2） 具有较高的频谱利用率；

（3） 调制解调过程中的快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换随着DSP技术的发展易于实现；

（4） 可根据上下行链路不同数据量和通信质量要求进行自适应的调制；方便与多址技术结合等。其面临的主要挑战在于如何将信息有效地加载到OFDM载波上，以及如何对LED的非线性进行补偿。

2、 码间干扰消除技术

在室内LED 可见光通信系统中，LED 光源通常是由多个发光LED 的阵列组成，具有较大的表面积、较大的发射功率和宽广的辐射角，光线分布在整个房间。另一方面，为了达到较好的照明和通信效果，防止“阴影”影响，一个房间通常安装多个LED 光源。由于LED 单元灯分布位置不同及大气信道中存在的粒子散射导致了不同的传输延迟， 加上光的色散，已调光脉冲会在时间上延伸，每个符号的脉冲将加宽延伸到相邻符号的时间间隔内， 不可避免地产生码间干扰，极大地降低了系统的性能甚至导致不能正常通信。

因此，如何消除码间干扰，对保证高性能的VLC 通信至关重要。针对VLC 系统中ISI 的起因不同，主要采用以下方式来削弱码间干扰：运用部分响应技术、采用均衡技术、采用消ISI 的调制方式等。下面详细解释下均衡技术。 作为室内照明用的LED，其调制带宽仅限于几兆赫兹。为了提高LED的调制带宽，人们研究了使用滤光片，将由荧光层产生的黄色光滤去（荧光层的响应速度较慢），让较快速响应的蓝光部分入射到接收端上。

另外一种方法是使用发射端均衡技术，该方案实质就是使用模拟均衡技术补偿白光LED在高频时的快速降落。例如，使用16个LED构成阵列，并使用具有某一最大输出频率的谐振技术为每一个LED的驱动电路设计均衡部分电路。实验证明当使用NRZ-OOK（ No Return Zero On-off Keying）调制方式时，16个LED组成的阵列可在距离为2m、覆盖半径为0.5m范围内达到40MB/s的通信速率，并保证较低的误码率。如果增加均衡电路复杂度，其单个LED的通信速率甚至可达到80MB/s。

单独为每一个LED都添加一个均衡电路，这无疑会增加系统成本和发射端能耗，若在接收端选择使用均衡技术，就会在提高系统传输速率的情况下降低系统的复杂性。例如，研究人员在接收端使用一阶模拟均衡器在NRZ-OOK调制方式下，模拟得到了最大传输速率为32MB/s、误码率小于10-6的通信系统。发射端和接收端的均衡技术都有待进一步优化以增加系统覆盖面积和减少误码率。

3、全双工通信

VLC系统要接入互联网就必须实现全双工通信，即实现数据的上传与下载。要实现VLC 全双工通信方式，除了要具有现在研究的热点下行链路外，还必须具备上行链路。目前，几乎所有的研究更多集中于下行链路的实现，很少关注上行链路的实现技术。

确保上行链路实现的一个重要问题在于如何避免具有照明功能的下行链路的干扰，目前已提出的方案包括：

（1）使用红外波段作为上行链路，以区别下行链路的可见光；

（2）使用激光反射器将入射光的一部分反射回发射系统，并将这一部分反射光进行调制以实现上行链路；

（3）将VLC与RF结合，即使用VLC实现下行链路，RF系统完成上行链路；

（4）采用时分技术，将上下行链路传递信息的时间分开。另有我国学者提出可利用上下链路光的不同偏振态或利用隔板去阻隔下行链路对上行链路的干扰。

可见光通信的应用

随着LED在照明、显示上替代传统光源，使得这些设施在原有基础上具备了传输信息的功能。另外，由于图像传感器在VLC领域的应用，使得接收端除了能够接收到数据外还能够准确判断发射端与接收端的相对位置，这就为VLC应用于室内导航、机器人或车辆之间的精确控制、准确的位置测量等提供了可能。

VLC应用可分为室外及室内应用。对于室外主要应用于：

（1） 智能交通系统（Intelligent Transport System， ITS）。包括车辆与车辆之间、车辆与路灯等基础设施之间信息的传递。前者可以传递路况、刹车等信息进而有效避免交通事故，后者可将车辆车速、车牌等相关信息传递到交通检测系统中，实现对车辆信息的采集工作。

（2） 户外显示屏及信号灯通信。行人可手持手机等终端向户外显示屏下载商品广告、产品信息、促销活动、股市行情等信息，而信号灯可向行人提供路况信息、道路指南等信息服务。

（3） 海上VLC。将发射端放置在灯塔和浮标等处，装备有图像传感器的船只便可解码信息并在监视器中显示灯塔所传递的内容。

（4） 基于VLC的三维位置测量。使用接收器为图像传感器的VLC系统可实现对桥梁等设施测量，该系统可实现24h对目标物体的测量，目前精度可达毫米量级。

（5） 水下VLC。无线电波在水下的传播距离非常有限，导致其几乎无法运用到水下环境，而LED闪光信号灯已经被日本学者证实可以在水下30m范围内传输信号。该项技术将会对潜水艇和海底观测站的通信起到重要作用。

VLC在室内的应用主要涉及高速连接和导航，具体包括点对点、广播式通信和室内定位：

（1）点对点通信。为了实现该种通信方式，需要两个终端做到充分的对准，并使LED发出的光束尽可能窄，以保证不会有太多的路径损耗。通过合理设计外围设备，可以保证通信和下载的高速率从而代替IrDA、Bluetooth、UWB等技术。同时，由于VLC在安全性能上的保证，无疑增加了其在诸多方面应用的可能性。例如，日本Casio公司研制了一种LED徽章，通过接受端的图像传感器，可以在显示器上同时获得使用者的身份信息并采集到图像。该公司还提出了一种利用手机上的LED闪光灯与装备有光电探测器的自动取款机进行信息传递以实现用手机查询账户信息和取款的方法，这种方法使外人无法窃取通信信息。

（2） 广播服务。白光LED阵列可以实现信息的广播，例如当我们在浏览名胜古迹和博物馆时，通过LED即可将相关知识内容

可见光通信究竟是个什么鬼

光究竟是怎样传输信息的？

早在 2004 年，IEEE 杂志上就有论文解释通过发光二极管（也就是 LED 灯管）提供无线网络连接的方法，具体的原理是这样的：

LED 灯本来就是一个半导体芯片，跟传统的灯丝是不一样的是，芯片可以特别快地开关，例如使用交流电的灯是 60 赫兹，人类眼球无法识别灯光闪动。在一开一关的时候，光就有方波了，经过调制就可以传信息了，跟我们平常使用的电话的无线电通讯无异。

目前全球的多所大学都有相关的研究项目，他们大多数都在实验室进行。在 2012 年，通讯业杂志 IEEE 上就曾经发表一篇让可见光传输速率达到 96 Mb/s 的论文。到 2013 年年底，上海复旦大学的实验室里已经可以让光一盏功率为 1W 的 LED 灯珠，提供灯光下的 4 台电脑上网，最高速率可达 3.25 Gbp 每秒，平均上网速率达到 150Mb 每秒。

微软亚研早前也在做这方面的研究。和实验室将把光到设备的传输速率拉峰值极限的尝试不太一样，想要研究这种技术在普通电子设备上的可能性，于是他的团队就在淘宝买了便宜的 LCD 面板，几块钱的太阳能电池板、电路板和可以进行试验。

目前，沈国斌的团队研究了如何用逆向反射器（Retro-Reflector），其实就是一种反光镜，将光线原路反射回到 LED 灯上，形成了LED 和电子设备间相互通讯。他们已经能做到，在灯光 1 兆的开关频率之下，从灯光到设备的下行速度达到 10 kb/s，而从设备反光的上行速度达到 0.5 kb/s。

在微软的亚洲研发中心，我们看到了这个用价格低廉的组件做成的试验品：不需要充电线，也没有 Wi-Fi 信号，只有一块装有 LCD 屏幕、反射镜和太阳能板的类似手机大小的设备。点亮 LED 灯泡的手电筒直射，设备便亮起来，并且开始传输数据。LED 灯变成了一个普通设备的能量源和信息源。

智能交通路牌、无需充电的物联网设备

试试想象这样的场景——车灯照到了路边的路牌，路牌马上可以给车辆导航仪传输附近的路况，告诉你到达目的地最通畅的道路；早上起来一开灯，空气检测仪就能会告诉你室外的空气质量、温度和湿度如何，而这检测仪的显示屏就一直挂在床头，不需要充电，也不需要连接 Wi-Fi 或者蓝牙。

微软亚研的沈国斌博士告诉记者，智能的路牌、不需要充电的物联网设备上述可能就是他们认为的可见光通讯的未来的样子。听起来很美，但现在依然停留在理论阶段。“我们第一个思路就是想去和产品部门讨论，看看这个东西有没有可能放到微软的大的产品蓝图里面去，无论是我们设计，还是我们的想法，只要他们能够接受，我们就会很高兴。”

但要实现这些其实并不容易，需要推出改造好的 LED 灯具，还需要推出有逆向发射器的电子产品同时推向市场售卖。而对于一个公司来说，光是从技术到产品，需要配合的相关团队有太多。

研究和产品之间的距离有多远？

1880 年，加拿大发明家亚历山大·贝尔发现了一个有趣的玩法：通过调节光束的变化，传递语音信号，可以进行双方无线对话——这就是人类第一次实现无线电话，利用的就是可见光通讯。贝尔为此发明申请专利的时候，连电力都没有出现，他也认为这“光电话”没有任何实用价值。

事实上，无论是什么科研项目，在一个做产品的企业，产品部门依然是主导。产品部门有一些问题待解决的时候，根据此开发的技术是很快可以用到产品之上，而没有相关的产品计划的时候，将基础研究成果转化成产品十分有难度。

“这种情况下，研究院的任务就是把这些很酷的技术通过发论文或者是内部的 demo 让产品部门了解，希望他们在下一次做产品计划的时候会考虑这个技术。”沈国斌这么说。

一、可见光通信

1、可见光通信概述

可见光通信技术（Visible Light communicaTIon），其原理是将需要传输的信息编码成一段特殊信号，用某种调制方法将这个信号附加到LED灯具的驱动电流上，使LED灯具以极高的频率闪烁。虽然人眼看不到这种闪烁，但是通过光敏设备可以检测到这种高频闪烁并将其还原为要传输的信息，从而通过灯具完成信息传输的目的。白光通信具有保密性强，不占用无线信道资源，由于照明灯具的大量存在，这种技术可以集成到广大灯具中。

2、可见光通信发展现状

早在2000年，日本庆应大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama就提出了利用LED灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。经过近些年的发展，国内外相关科研机构及商业公司提出了一系列解决方案及实际系统。同时可见光的商用步伐也在不断向前，国内有华策光通信的室内可见光定位导航系统，国际上美国的Bytelight公司也有一套类似的室内可见光定位导航系统；在14年的国际消费电子展（CES）期间，法国Oledcomm公司演示了可以实现光通信技术的手机设备，技术人员将智能手机的前置摄像头改装成光线感应器，让观众亲眼见证LiFi光通信技术，传输速率约为10Mpbs。目前该公司网站上已有相关可见光通信套件出售。

3、可见光通信应用领域

虽然可见光通信这一名词我们是耳熟能详了，但具体到它的应用领域，却未必都知晓。其主要四大应用领域有：

1）照明与通信，信息可以在室内环境下进行广播，并同时满足照明的需求，这是最直观的应用场景；

2）视觉信号与数据传输，信号灯主要通过颜色的变化来给人们提供信号，而将数据通信与信号灯相结合则可以为交通管理提供更好的安全可靠性，也大大扩展了信号灯的功能；

3）显示与数据通信，LED显示屏通常用于显示信息，如果将相应的信息和数据直接传输给用户手持终端，将会提供很大便利，在火车站、机场等场所有着巨大的应用前景，这是一种直接使用屏幕的数据传输与交互方式；

4）室内定位，可见光通信可以将用户的位置信息通过照明设施来进行传递，较传统卫星定位更为精准，而这个方案较现有的其他室内定位方案的最大优势是不用投入大量定位基础设施，节省了定位系统的成本。

二、室内定位技术

1、室内定位概述

在室内环境无法使用卫星定位时，使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。最终定位物体当前所处的位置。

室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。

2、室内定位技术

1、Wi-Fi技术

通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网络（WLAN），可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。它以网络节点（无线接入点）的位置信息为基础和前提，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位，最高精确度大约在1米至20米之间。如果定位测算仅基于当前连接的Wi-Fi接入点，而不是参照周边Wi-Fi的信号强度合成图，则Wi-Fi定位就很容易存在误差（例如：定位楼层错误）。

另外，Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。

2、蓝牙技术

蓝牙通讯是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。

蓝牙定位主要应用于小范围定位，例如：单层大厅或仓库。对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。

不过，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。

3、红外线技术

红外线技术室内定位是通过安装在室内的光学传感器，接收各移动设备（红外线IR标识）发射调制的红外射线进行定位，具有相对较高的室内定位精度。

但是，由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播，容易受其他灯光干扰，并且红外线的传输距离较短，使其室内定位的效果很差。当移动设备放置在口袋里或者被墙壁遮挡时，就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，导致总体造价较高。

4、超宽带技术

超宽带技术与传统通信技术的定位方法有较大差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，可用于室内精确定位，例如：战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。

超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能够提高精确定位精度等优点，通常用于室内移动物体的定位跟踪或导航。

5、RFID技术

RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设备识别和定位的目的。它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围大、成本较低；不过，由于以下问题未能解决，以RFID定位技术的适用范围受到局限。

6、ZigBee技术

ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。它介于RFID和蓝牙之间，可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

7、超声波技术

超声波定位主要采用反射式测距（发射超声波并接收由被测物产生的回波后，根据回波与发射波的时间差计算出两者之间的距离），并通过三角定位等算法确定物体的位置。

超声波定位整体定位精度较高、系统结构简单，但容易受多径效应和非视距传播的影响，降低定位精度；同时，它还需要大量的底层硬件设施投资，总体成本较高。

3、室内定位的应用领域

1、基于2维定位或3维定位的VR主题游戏乐园

目前国内已经落地的有北京的身临其境公司，其定位技术提供商是北京的清研讯科团队。其团队提供的UWB技术的定位精度在10CM左右。非常棒的一家公司。另外就是HTC VIVE所使用的光学室内定位。游戏这个东西对体验的要求很高，如果定位技术提供的精度不够高，玩家在使用中会产生强烈的晕眩感，这就让这种方式的游戏根本无法得到消费级市场的认同。而之前传统的定位技术比如WIFI定位，蓝牙定位，因为其技术每单位成本的所提供的精度有局限性，因此根本无法满足室内游戏定位的需求。这也是室内定位技术最近才开始用于游戏定位的原因之一。

2、应用领域是安防

比如消防人员进入现场救火，为了确保消防人员的人身安全，在其制服上按上定位的纽扣，来使消防人员现场救援的可视化；再比如在公共场所的恐怖袭击或者突发灾难，由于公共场所的后台指挥地需要和现场人员有比较好的前后台配合，用上室内定位技术让后台指挥实时了解现场人员的动向，以此来让现场人员应对更及时有效。

3、应用领域应该是工业流水线

也就是所谓的工业4.0。具体的用处就是通过室内定位技术让整个生产流程可视化，可追踪化。具体例子可以看看Ubisense的Regensburg宝马工厂的案例Ubisense ：： Ubisense boosts producTIvity at BMW。

4、应用领域和安防有关

比如机场。当然不是说机场的室内导航，这种应用非常的边缘化，因为你在机场里找不到路，你找个人问问不就得了，看嘛死命看手机呢？机场的室内定位技术未来应该会大量被运用在可疑物品跟踪上面。比如机场人员发现了个可疑物品，但是一时半会儿并不能确认它是炸弹还是什么，放行又害怕，扣下又怕被投诉。那么这个时候，在箱体上贴上一个软TAG，利用室内定位技术进行跟踪，只要系统发现该物品进入了不该进入的区域，立刻报警，那么这个技术还是有使用价值的。

5、应用领域监狱或者医院

因为监狱里有许多人可能会自杀，为了防止他们自杀，一般就是需要强迫他们任何一个人不能单独在一个地方不收人监管，但是总会有看管不严的时候。室内定位技术，会在每个犯人手上上一个不可拆卸的手环，只要系统检查到有人单独在一个房间里停留时间过长，系统就会报警，通知狱警了。医院同理，你找不到医生的时候就知道这个东西有多需要了。

led照明具备多方面的优势，包括使用寿命长、安全可靠以及节能度高等，被普遍认为属于下一代主流照明技术。LED可见光无线通信系统是由LED照明与无线通信技术相互融合而构成的。

LED可见光无线通信的关键技术

LED可见光无线通信系统分为发射部分和接收部分。发射部分包括：信号输入和处理电路、LED可见光发射系统及其驱动电路。接收部分包括：接收光学系统、光电探测器、信号处理和输出电路。LED可见光无线通信主要包括以下几个方面的关键技术：

（1）光信号接收技术。在LED可见光通信系统中，存在着强烈的背景噪声及电路固有噪声的干扰，同时随着传输距离的加大，接收机接收到的信号十分微弱，常常会导致接收端信噪比小于1。为了精确地接收信号，需要有选择灵敏度高、响应速度快、噪声小的新型光电探测器；对所接收的信号进行前置处理，需采用高效的光滤波器，以抑制背景杂散光的干扰，对信号进行整形和去噪声。

（2）调制、编码以及解调技术。目前LED可见光无线通信系统大多采用强度调制（IM）的直接检测（DD）非相干系统，编码方式大多为二进制OOK（开关键控）编码。在实际光通信系统中，曼切斯特编码的性能优于OOK编码；此外，二进制OOK编码通过光学链路一次只能发送一个比特，但比特流的传送也可以以组的形式发送而不是一次一个，因此可采用光学组编码形式如脉冲位置调制（PPM）来达到更高的发送速率，但PPM系统在解码时对时钟同步性要求较高。

（3）码间干扰克服技术。在室内LED可见光通信系统中，LED光源具有较大的发射功率和宽广的辐射角，光线分布在整个房间。OOK编码器输出的矩形脉冲在传播过程中，由于LED单元灯分布位置不同及大气信道中存在的粒子散射导致了不同的传输延迟，光脉冲会在时间上延伸，每个符号的脉冲将加宽延伸到相邻符号的时间间隔内，产生码间干扰（ISI），导致系统性能恶化。通过可控的方式将ISI引入发射信号，采用抗扰动滤波器的相关电平编码，可降低ISI的影响。

（4）自动切换技术。在室外LED可见光无线通信系统中，当接收机（如汽车）从一个基站灯移动到另一个基站灯时，需要接收机能够自动切换。切换操作既要能够识别一个新基站又要将信令信号分派到新基站的信道上，设计者必须指定一个启动切换的最恰当的信号强度，选择恰当的切换时间以避免不必要的切换同时保证在由于信号太弱而通信中断之前完成必要的切换。为了保证这一点，基站在准备切换之前先对信号监视一段时间来进行信号能量的检测，这需由接收机辅助切换来完成。高速车辆只要几秒就驶过了一个基站灯的覆盖范围，切换中心很快会因为不停地有高速用户在不同基站灯间切换而不堪负荷，必须采用辅助切换技术减少切换中心介入切换的次数。

（5）无线信道传输技术。LED可见光无线通信系统的信号传输信道是随机信道，LED可见光的波长与大气中的尘灰、气体分子、大雾、雨滴的尺寸相近甚至更小，容易产生光的散射及吸收造成信号的严重衰减，阳光等背景光也会对系统的性能产生影响。要保证在随机信道下的正常工作，还必须对LED可见光传输信道作更深入的研究。目前在对室内信道进行分析时，都是采用Gfeller和Bapst的分析模型，将信道分成直射信道和墙壁反射信道两部分进行研究，但对背景光、散射等未作分析。因此建立恰当的室外传输模型和室内传输模型将有助于对系统展开深入的研究。

（6）信道复用技术。为了使多个终端能共享一条高速信道，须采用信道复用技术。在光通信领域，主要有光波分多址技术（OWDMA）、光时分多址技术（OTDMA）及光码分多址技术（OCDMA）。OCDMA是在光域内的一种扩频技术，可以动态分配带宽资源实现光信号的直接复用与交换，保密性好，抗干扰能力强，是具有广阔前景的多址技术。在LED可见光通信中可采用非相干OCDMA系统。

高速LED可见光无线通信系统还包括相应的电路结构优化设计、噪声抑制等技术。对于光通信系统来说，接收光场采用非相干检测。由于光电检测本质上是随机性的，在建立光探测器的输出模型时，电子释放时间、电子计数以及增益都是随机变量，这种过程是散弹噪声过程，接收机噪声通过获得散弹噪声极限的条件来克服。

led可见光通信缺点和优点

一、优点

1、与光纤通信拥有同样的优点，高带宽，高速率。

2、基于LED的Li-Fi可达到10 Gb/s 的数据传输速率，可以改善Wi-fi7 Gb/s的数据传输速率上限。

3、Li-Fi技术带来了极高的安全性，因为可见光只能沿直线传播，因此只有处在光线传播直线上的人才有可能截获信息。

二、缺点

1、目前，这种设备目前还非常昂贵，无法普遍使用。

2、可见光Lifi通信只能在有光的情况下才能进行。

LED可见光无线通信的发展现状

LED可见光无线通信分室外通信和室内通信室外LED可见光无线通信技术目前主要应用在智能交通系统（ITS）中，香港大学G.Pang等人在1998年提出了利用LED交通指示灯为车辆传输语音广播信号，将语音信号通过OOK调制加至LED光源，实现了低速的无线LED可见光传输。日本KEIO大学Kitano等人在2003年提出了LED公路照明通信系统。Pang等人只对利用LED交通灯进行语音传输展开研究，Kitano等人只在LED公路照明通信系统中分析了在不同的接收方向角和视场角下信噪比的好坏，以及在一定误码率下信噪比和接收数据率的关系，认为LED可见光公路照明通信系统优于红外公路交通通信系统。

随着智能交通系统研究的深入，又出现了LED交通灯、汽车前后LED灯之间构成的交通灯至汽车和汽车前灯至汽车尾灯这两类可见光通信系统。Okada等人提出利用二维LED阵列组成发射机和二维图像传感器组成接收机，来构成并行LED可见光通信系统，并利用接收图案的空间频率分量特征对车辆进行定距。Wook和Komine等人对交通灯至汽车的LED可见光通信系统进行了分析后，认为在系统中采用二维图像传感器的接收机性能优于采用雪崩光敏二极管的接收机，并指出在一定条件下一盏交通灯最佳的LED单元灯数目是50&TImes;50。

室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中，日本KEIO大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama在2000年提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。他们以Gfeller和Bapst的室内光传输信道为传输模型，将信道分为直接信道和反射信道两部分，并认为LED光源满足LamberTIan照射形式，且以强度调制直接检测（IM-DD）为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系，认为当传送数据率在10Mbps以下的系统是可行的，码间干扰（ISI）和多径效应是影响系统性能的两大因素。2001年，Tanaka等人在原来的基础上分别采用OOK-RZ调制方式与OFDM调制方式对系统进行了仿真，结果表明：当传送数据率在100Mbps以下时这两种调制技术都是可行的，当数据率大于100Mbps时，OFDM调制技术优于OOK-RZ调制技术。

2002年，Tanaka和Komine等人对LED可见光无线通信系统展开了具体分析，包括光源属性、信道模型、噪声模型、室内不同位置的信噪比分布等，求出了系统所需的LED单元灯的基本功率要求，并分别以OOK-RZ、OOK-NRZ、m-PPM调制方式进行仿真分析，得到了不同条件下的误码率大小。

同年，Komine等提出了一套结合电力线载波通信和LED可见光通信的数据传输系统，以SC-BPSK调制方式进行了系统仿真，结果表明：系统在数据率为1Mbps条件下是可行的。同年，Komine等研究了由墙壁反射引起的多径效应对LED可见光无线系统造成的影响，分别以OOK、2-PPM、4-PPM、8-PPM调制方式进行仿真，结果表明：8-PPM调制方式性能最佳。在数据率小于60Mbps，接收视场角小于50度的条件下，采用8-PPM调制方式可有效克服墙壁反射引起的多径效应。

2003年以后，Komine等继续对LED单元灯的设计布局、可见光传播信道（分直达信道和反射信道两部分）、室内人员走动导致的反射阴影、墙壁反射光，码间干扰对系统性能的影响等展开研究，并得出了不同接收视场角和不同数据传送率下各因素对系统性能的影响曲线。同年，NTT公司的Douseki提出了光能LED无线通信系统，LED光既作为数据传播的载体又作为能量源给系统供电。2005年，Komine等利用基于最小均方误差算法的自适应均衡技术来克服ISI，仿真表明在数据率为400Mbps以下时，FIR均衡器和DFE均衡器都可有效减少ISI的影响，当数据率高于400Mbps时，DFE均衡器更能有效克服码间干扰（ISI）。

LED可见光无线通信的发展趋势

LED可见光无线通信，现阶段主要应用在室内局域网和智能交通系统中，未来LED可见光无线通信技术将向以下几方面发展。

（1）室内LED可见光通信采用OFDM调制技术、CDMA接入技术及分组编码技术具有良好的发展前景，但采用OFDM调制技术时，幅度不断变化的OFDM信号工作在大信号幅度时可能会驱动功放进入非线性区产生失真。其次，目前LED灯分多芯片和单芯片两种，采用OFDM调制技术、CD-MA接入方式下采用何种芯片能达到更高的传信率和更少的误码率还有待研究。还有目前LED可见光无线通信系统研究主要是针对下行链路，系统上行链路研究还有待深入。

（2）由于LED照明基站灯安装在天花板、公路两旁或交通枢纽上，铺设新的通信电缆成本太高，如与电力线载波通信结合在一起，利用电力线来传输通信信号可大幅降低投资成本。在日本等发达国家已得到了广泛应用，南京联通也在一些小区里开通了10M带宽的电力线上网业务。LED可见光无线通信与电力线载波通信相结合将是未来的发展趋势。

（3）LED可见光无线通信技术可为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。汽车照明基本上都采用LED灯，将光接收机安装在道路边或汽车上，组成汽车至交通控制中心（连接着道路边的光接收机）、路灯至汽车或汽车至汽车的通信链路，可为夜间行驶车辆进行导航、定位，并且能够让驾驶员即时知道各条道路的车辆流量，这也是LED可见光无线通信在智能交通系统中的发展方向。

led可见光通信简介

可见光通信技术是一种在白光LED发明及应用后发展起来的新兴的无线光通信技术。LED不仅可以提供室内照明，而且可以应用到无线光通信系统中满足室内个人网络需求。

可见光通信的工作原理

可见光通信技术是指利用半导体（LED）器件高速点灭的发光响应特性，将LED发出的用肉眼察觉不到的高速速率调制的光载波信号来对信息进行调制和传输，然后利 用光电二极管等光电转换器件接收光载波信号，并获得信息使可见光通信与LED照明 相结合构建出LED照明和通信两用基站灯，它是一种在白光LED技术上发展起来的 新兴的无线光通信技术f61。白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等 优点，特别是其响应灵敏度非常高，园此可以用来进行超高速数据通信。

可见光数据通信发射端是根据传递资料将电信号变调，再利用LED转换成光信号 发送出去，接收端利用受光元件接收光信号，再将光信号转换成电信号，经过解调当 成信号资料读取。在波长方面因为是采用可见光，所以波长从蓝光的380nm一直到红 光的780nm范围”J。

传统的光通信是利用不可见光来进行通信传输，大多是采用波长较长的红外光， 在这一部份，已经相当成熟．而相匹配的标准也广被业界所采用。可见光数据通信会 限制收信区域，LED点光源可见光无线通信器完全排除传统高频无线电磁波对人体与 周边电子机器干扰的疑虑，非常适合应用在道路诱导、展示导游、智能型道路交通系 统OTS）、医院、室内信息传输等限定空间的资料传输等领域。

可见光通信的发展

可见光通信的起源最早可追溯到19世纪70年代，当时Alexander Graham Bell提出采用可见光为媒介进行通信，但是当时既不能产生一个有用的光载波，也不能将光 从一个地方传到另外一个地方。到1960年激光器的发明，光通信才有了突破性的发展， 但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。直到近几年，被誉为“绿 色照明”的半导体（LED）照明技术发展迅猛，利用半导体（LED）器件高速点灭的发光响应 特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，使可见光通信与LED照明相结合构建 出LED照明和通信两用基站灯，可为光通信提供一种全新的宽带接入方式。随着白光 LED的迅速发展。可见光通信也逐渐发展起束榉i。

LED可见光通信可以分成室外通信和室内通信两大类。室外LED可见光通信技术 目前主要应用在智能交通系统（ITS：Intelligent TransportaTIon Systems） ，香港大学G．Pang等人在1998年提出了利用LED交通指示灯为车辆传输语音广播信号，将语音 信号通过OOK调制加至LED光源，实现了低速的无线LED可见光传输。中川研究 室的科研人员在2003年提出了LED公路照明通信系统IluJ。G．Pang等人只对利用LED 交通灯进行语音传输展开研究，中川研究室的科研人员则在LED公路照明通信系统中 分析了在不同的接收方向角和视场角下信噪比的好坏，以及在一定误码率下信嗓比和 接收数据率的关系，认为LED可见光公路照明通信系统优于红外公路交通通信系统。

随着智能交通系统研究的深入，又出现了LED交通灯、汽车前后LED灯之间构成的 交通灯至汽车和汽车前灯至汽车尾灯这两类可见光通信系统。

室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中，2000年，中川 研究室的研究人员TanakaYuichi等就基于室内白光LED通信光源的可见光通信系统的 信道进行了初步的数学分析和模拟计算，分析了白光LED照明灯用作室内照明用途的 同时作为通信光源的可能性。其后的研究也都是类似的理论分析报道。但是已有的研 究多针对LED照明光源布局设计，基于白光LED照明光源的可见光通信系统的整体 设计分析还不完善。

2003年lO月成立的可见光通信联合体（VLCC：Visible Light CommunicaTIonsConsorTIum），成立初期以加盟企业为主要对象，VLCC针对可见光通信技术的标准化 与应用普及化进行各种工作小组活动，至2007年1月为提升可见光通信知名度，包含 东芝等公司在内有23家会员公司正式展开工作小组活动，具体内容分别是携带终端、 光卷标（Tag）的检讨，并成立可见光ID标准化工作小组。可见光通信是照明器具与看板 等周边设备常用的通信技术，为了使可见光通信普及化，必需建立各种终端机器都能 够应用的标准化规范，目前VLCC已经制定两种规范，分别是可见光通信系统规范VLCC．STD．001及低速通信可见光ID用规范VLCC．STD．003。

适用范围是对以可见光 当作媒体的通信系统，尤其是系统分成物理层与应用上位层时，规定物理层部份适用 范围，包括接收端的发光元件、接收端的受光元件与发光元件的自由空间界面f”。 2004年10月在日本干叶召开的影像、信息及通信的综合展会（CEATEC）l-，由国际可见光通信协会的多家成员所进行的一系列展示活动，向世人证实了采用基于LED 的照明来向手持式和车载计算装置传送高速数据所拥有的诸多好处。将数据添加到随 处可见的照明设备（包括带照明的标志、交通信号灯及室内照明设备）所产生的可见 光，然后通过扩充RF技术而为人们营造一个更加广阔的无线通信世界。

室内LED可见光通信的关键技术

VLC作为一种无线的光通信方式，其系统包括下行链路和上行链路两部分。下行 链路包括发射和接收两部分。其发射部分主要包括将信号源信号转换成便于光信道传 输的电信号的输入和处理电路、将电信号变化调制成光载波强度变化的LED可见光驱 动调制电路。白光LED光源发出的已调制光以很大的发射角在空间中朝各个方向传播。

由于室内不受强背景光和天气的影响，光传播基本上不存在损耗，但是由于LED光源 个数较多，且具有较大的表面积，因而在发射机和接收机之间存在若干条不同的光路 径，不同的光路径到达接收机的时间不同，将引起所谓的码间干扰（ISI）。由于白光

LED光源发出的是可见光，且发散角较大。对人眼睛基本无害、无电磁波伤害等优点， 因而发射端可以具有较大的发射功率，使得系统的可靠性大大提高。

该系统的接收部分主要包括能对信号光源实现最佳接收的光学系统、将光信号还 原成电信号的光电探测器和前置放大电路、将电信号转换成可被终端识别的信号处理 和输出电路。室内的光信号被光电检测器转换为电信号，然后对电信号进行放大和处 理，恢复成与发端一样的信号。该系统的上行链路与下行链路的组成除了使用的光源 不同外，其它基本一样。上行链路采用的光源仍然由白光LED组成，只不过发射面积 较小，且具有较小的发射角，天花板上安装的光电检测器接收来自用户的光信号。若 将上述基本结构在通信双方对称配置，就可以得到一个可以双向同时工作的全双工 VLC系统，由该系统组成的网络称为可见光网络。

在VLC系统中，白光LED具有通信与照明的双重作用，这是因为白光LED的亮度很高，且调制速率非常高，人的眼睛完全感觉不到光的闪烁。VLC系统大多设计成 光强度调制／直接检测系统，采用曼彻斯特编码和00K调制方式。在 IM／DD系统中，由于存在多个光源，每个接收机都会接收到来自不同方向的光信号， 因而不会因为某条光路径被遮挡而导致通信中断，保证了通信的可靠性。

当前，LED可见光通信主要包括以下几个方面的关键技术：

1）可见光信道研究

可见光通信系统具有与红外无线通信不同的信道冲激响应，两者具有不同的特性， 这两种系统中引起ISI的原因也不相同，需要对多光源、时变信道环境下的VLC系统 的信道冲激响应和不同光路径引起的ISI作深入研究，从而解决ISI的影响。

2）码间干扰克服技术

由于LED单元灯分布位置不同及大气信道中存在的粒子散射导致不同的传输延迟，光脉冲会在时间上延伸，每个符号的脉冲将加宽延伸到相邻符号的时间间隔内， 产生码间干扰（ISI），导致系统性能恶化Ⅲ1。

3）光源的选择与布局

在可见光通信系统中，光源起着至关重要的作用。作为室内照明设备，它必须具有亮度高、散热小、功耗低、辐射范围广等特点。另一方面，作为光通信系统的光源， 它必须具有使用寿命长、调制性能好、响应灵敏度高、发射功率大等优点。综合以上 两个方面，目前能满足要求的最好选择就是白光LED。实际系统中，由于各个房间的 大小以及室内设施不尽相同，因而要使通信效果达到最优，须使房间内的光强分布大 致不变，尽量避免通信盲区（光照射不到的区域）的出现。要达到这个目的，必须根据不 同的房闻，合理的安排LED灯的布局。

4）最佳LED照明灯个数

在VLC系统中，通常安装在室内的LED灯具有一个较大的辐射角，以尽可能地 覆盖整个房间。但是由于行人、设备等的遮挡，会在接收机表面形成“阴影”，影响通 信性能。因此就需要将这种“阴影”的影响降至最低。对于照明来讲，室内安装的照明 灯越多，室内的亮度就越高，照明效果越好，同时接收功率也会大大增加。但是单纯 地增加LED灯的个数，虽然能够解决“阴影”问题，却并不能使系统的通信性能达到最 佳。这是因为，不同的光源与接收机之渊具有不同的光路径，多个不同的光路径会引起多径延迟产生码间干扰。因而可知，LED灯的个数越多，ISI越严重，必须合理地选 择LED灯的个数。

5）调制、编码以及解调技术

目前可见光通信系统大多采用强度调制（IM）的直接检测（DD）非相干系统，编码方式大多为二进制OOK（开关键控）编码。但由于OFDM可以有效地对抗多径传播所造成 的符号间干扰，其实现复杂度比采用均衡器的单载波系统小很多。因此采用OFDM调 制技术具有良好的发展触景。

什么是可见光通信？

可见光通信是利用半导体照明（LED灯）的光线实现“有光照就能上网”的新型高速数据传输技术。可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。

中国可见光通信研究获重大突破意味着啥：0.2秒即可下载一部高清电影

经工业和信息化部测试认证，我国“可见光通信系统关键技术研究”近日获得重大突破，实时通信速率提高至50Gbps（比特每秒），相当于0.2秒即可完成一部高清电影的下载。

高速传输一直是可见光通信领域研究的焦点课题之一，解放军信息工程大学于宏毅研发团队采用光学和电学相协同的处理方法，突破了可见光空间通道互干扰高效抑制等关键技术，进入集成化、微型化设计与实现阶段。

这所大学是国内较早从事可见光通信技术研发的科研单位，2013年牵头承担了我国首个可见光“863计划”项目，并组建了“中国可见光通信产业技术联盟”。经过3年多的科技攻关，先后研发成功“可见光点播电视业务”“可见光新型无线广播”“可见光精确定位”等应用示范系统。

可见光通信技术优势

高速率性；无电磁辐射；密度高，成本低；频谱丰富；高保密性。

可见光通信的应用领域

1、天上、地下都有用

可见光通信不会产生电磁干扰，因此当其应用于飞机等环境之中，乘客在飞机上使用终端设备将变得更加的自由；而对于在水下、矿下作业的工人来说，仅靠一束光，就能实现通话和数据传输，相信将会进一步提升工作效率。

2、应用于汽车领域

引入可见光通信技术，将有望加速车联网的进程，并打造更多创新应用。比如当车灯 照到了路边的路牌，路牌马上可以给车辆导航仪传输附近的路况，并告知到达目的地最通畅的道路，让用户拥有更好的驾驶体验；再比如当车辆靠近时，主动提示刹 车信息，或实现自动刹车等等。［3］

3、构筑智慧生活

借助可见光通信的特性，早上我们起床打开灯，就能通过各种终端设备（电视、平板、手机等）在第一时间了解今天的天气状况、得知最新的出行信息、以及国内 外重要新闻等等；而家庭成员间分享数据信息时，更可实现“秒传”。

可见光通信概念股有哪些_可见光通信概念股一览

1、勤上光电（加入自选股，参加模拟炒股）：行业内LED照明龙头，2013年5月与清华大学签订了可见光通信和定位领域的合作协议。

2、万润科技（加入自选股，参加模拟炒股）：国内LED封装和照明领军企业，生产的LED 光源器件在光效、光衰、显色指数及色系一致性等方面达到国内较高技术指标。

3、三安光电（加入自选股，参加模拟炒股）：国内最早从事LED芯片制造的厂商，拥有144台MOCVD设备、芯片收入达20亿元。

4、华灿光电（加入自选股，参加模拟炒股）：专注于高亮度蓝绿光LED芯片，是国内第五大LED芯片制造商。

5、国星光电（加入自选股，参加模拟炒股）：从LED封装切入芯片领域，目前已拥有30台MOCVD设备，LED外延产品今年4月底量产。

可见光通信龙头股

1）勤上光电（002638）东莞勤上光电股份有限公司是一家以研发、生产、销售半导体照明产品为主要业务的企业。公司主营业务包括LED景观照明、LED功能照明、LED显示屏和LED特种照明四个大的系列，其中基于大功率白光LED照明技术的LED功能照明是公司主营业务的主要方面和发展方向。

2）鸿利光电（300219）是主营LED封装器件的国家高新技术企业，注册资本2.45亿元；在广州拥有建筑面积10万多平方米LED生产基地。公司主要生产中、高档大功率COB、贴片SMD LEDs、紫外led和红外led等优质封装产品，产品取得第三方LM-80测试报告，符合能源之星要求。应用范围包括照明、背光源、汽车、特殊照明等。

3）三安光电（600703）三安光电股份有限公司是具有国际影响力的全色系超高亮度发光二极管外延及芯片生产厂商，总部坐落于美丽的厦门，产业化基地分布在厦门、天津、芜湖、泉州等多个地区，是国家发改委批准的“国家高技术产业化示范工程”企业、国家科技部认定的“半导体照明工程龙头企业”，承担国家“863”、“973” 计划等多项重大课题，并拥有国家级博士后科研工作站及国家级企业技术中心。

光通信简介

光通信是以光波为载波的通信方式。增加光路带宽的方法有两种：一是提高光纤的单信道传输速率；二是增加单光纤中传输的波长数，即波分复用技术（WDM）。

通信时，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息，光通信属于有线通信的一种。

中国光通信企业排名

全球光传输与网络接入设备最具竞争力企业10强中，国内厂商中华为、中兴分别名列第1名、第3名，烽火通信位居全球第5，在国内企业排名第3。

中国光通信行业发展前景解析

光通信是一种以光波作为传输媒质的通信方式，其在应用过程中所涉及的产品主要包括光纤光缆、光器件和光通信设备三部分，三者相互作用相互支持。光通信板块作为4G后周期板块，2013年触底反弹后景气度贯穿至今，是通信设备细分中受益4G周期最久的板块之一。2017Q1营收增速为20.45%，相比2016年的29.98%有所放缓；业绩增速为54.21%，相比于2016年的63.03%，基本延续了高增态势。细分子板块的业绩表现上看，光纤光缆商受益弹性最大（2017Q1营收及业绩增速分别为21.14%、60.01%），其次为光器件（2017Q1营收及业绩增速分别为25.11%、30.89%），最后为主设备（2017Q1营收及业绩增速分别为26.22%、16.30%）

相关报告：智研咨询发布的《2017-2023年中国光通信市场深度调研及行业发展趋势预测报告》

景气度预判上，2017年三大运营商资本开支计划数为3100亿元，同比降幅为14.9%，其中下滑较大主要是4G移动宽带投资，固定宽带投资相对平稳。根据2017年发布的《信息基础设施重大工程建设三年行动方案》，固定宽带接入网方面（骨干网、城域网、固定宽带接入网、应用基础设施），2016年三大运营商在传输及数通领域的投资预计为1600亿元，按照《方案》要求，累计其他领域投资，预计2016-2018年3年的投资总规模为4800亿元，除去2016年投资额，预计2017、2018年均投资1600亿元，光通信领域投资稳定有望确保行业景气度持续。

光纤光缆：受益中国移动大规模集采 我国光纤市场2011年、2012年保持两位数的增长，2013、2014增速出现下滑，行业处于产能过剩状态。2015年在“宽带中国”战略推动下，以中国移动为代表三大运营商对光纤需求量大幅提高，2017年5月，中国移动启动2016年度普通光缆产品集中采购项目（第二批次），需求满足期为2017年7月至2017年12月底，中国移动2016-2017年度光缆招标分为两批次，两次集采预估约1.29亿芯公里，需求量同比增长约22%（考虑实际用量）。同时，中国移动集采并未限价，侧面反映出行业短期仍供需紧张。长期看，未来的5G仍需要光纤网络做支撑，预计到2020年国内光纤的需求量有望达到4亿芯公里。

我国光纤光缆行业比较成熟，行业集中度较高，前几家占据国内光纤光缆产业产能的70%-80%市场份额，近五年来竞争格局较为稳定，前五名厂商市场份额排名未有变动。目前行业竞争的关键取决于光棒的生产，光棒占到光纤成本的65%-70%。目前光棒供不应求，主流厂商在光棒技术成熟者将抢占龙头地位，而其余所需的光棒或光纤依靠进口或向外部采购的小型企业将面临更为激烈的竞争，市场份额将进一步向大型厂商集中。

行业竞争的关键取决于光棒的生产，光棒占到光纤成本的65%-70%。国内前几家寡头厂商通过自行研发或与外商合作，提高光纤预制棒的产能，以减少对进口光棒的依赖，降低生产成本。预计未来行业壁垒将进一步提高，竞争格局出现分化，主流厂商在光棒技术成熟者将抢占龙头地位，而其余所需的光棒或光纤依靠进口或向外部采购的小型企业将面临更为激烈的竞争，市场份额将进一步向大型厂商集中。由于光棒的扩产周期较长，行业预计至2017年底，国内产能8200吨，需求8400吨，供需达到平衡偏紧。

光通信模块是光纤通信系统中重要的器件之一，其作用是光电转换。2015年全球光器件市场规模将约80亿美元，数据中心市场占比三分之一，但2015年增速高达26.8%，预计到2016年占比将过半，有望接棒成为光器件市场新增长引擎，预计未来三年全球光器件市场复合增速约10%。

2015年全球数据中心市场规模384.6亿美元，增速为17.3%，目前全球数据中心的规模已经相当大，预计还将保持快速增长。IDC圈预计2016年我国数据中心市场规模660亿元，未来三年增速将在30%以上，高于全球增速。数据中心里的核心设备是服务器，从服务器所需的光纤网络接口来看，2012年起10G端口已成为主流，预计2016年起40G出现较快增长，预计随着成本的不断降低，未来几年40G/100G将占据重要地位。

C114中国通信网《2017年全球IDC、光器件、100G及400G数通模块市场预测》预测40G数通模块市场未来4-5年将基本维持目前的规模，到2020年40G产品的市场规模约为4.2亿美元；而100G数通模块需求预计保持快速增长，未来年复合增长率可达76.35%，到2020年规模约达21.92亿美元；400G需求从2016年开始出现，到2020年规模约3.2亿美元，年复合增长率超过200%。

2016-2020年全球100G及400G数通模块市场规模预测（万美元，%）

竞争趋向集中，技术优势将提高行业壁垒。美国、日本是主要的研发基地，我国光器件（含芯片）大部分企业徘徊在中低端领域，在技术含量和附加值较高的如40/100G以上的光模块等高速产品方面商用化缓慢。这是由于光器件及芯片产业群体性强、技术垄断性强、研发投入大、回报周期长等，其发展需要良好的产业基础做支撑。目前光器件市场竞争激烈，全球前十的供应商占到全球市场份额约60%，除了排名第一的菲尼萨（Finisar）超过全球市场份额的10%，其他都低于10%，还没有达到寡头竞争的阶段。

我们可以从2015年市场占有率前五名来初步看看，前5名依次为Finisar、JDSU、Avago、Sumitomo、光迅科技。总体看，光器件仍有进一步整合趋势，随着行业向高速40/100G光模块发展，以成本为优势的小厂商将面临淘汰，而能量产高速40/100G光模块芯片，具有技术优势的大厂商将进一步提高行业壁垒，竞争格局将趋向集中。

光通信简介

光通信（OpTIcal CommunicaTIon）是以光波为载波的通信方式。增加光路带宽的方法有两种：一是提高光纤的单信道传输速率；二是增加单光纤中传输的波长数，即波分复用技术（WDM）。

宽带城域网（BMAN）是我国信息化建设的热点，DWDM（密集波分复用）的巨大带宽和传输数据的透明性，无疑是当今光纤应用领域的首选技术。然而，MAN等具有传输距离短、拓扑灵活和接入类型多等特点，如照搬主要用于长途传输的DWDM，必然成本过高；同时早期DWDM对MAN等灵活多样性也难以适应。面对这种低成本城域范围的宽带需求，CWDM（粗波分复用）技术应运而生，并很快成为一种实用性的设备。

对光通信来说，其技术基本成熟，而业务需求相对不足。以被誉为“宽带接入最终目标”的FTTH为例，其实现技术EPON已经完全成熟，但由于普通用户上网需要的带宽不高，使FTTH的商用只限于一些试点地区。但是，在2006年，随着IPTV等三重播放业务开展，运营商提供的带宽已经不能满足用户对高清晰电视的要求，随之FTTH的部署也提上了日程。无独有偶，ASON对传输网络控制灵活，可为企业客户提供个性化服务，不少运营商为发展和维系企业客户，不惜重金投资建设ASON。

未来传输网络的最终目标，是构建全光网络，即在接入网、城域网、骨干网完全实现“光纤传输代替铜线传输”。骨干网和城域网已经基本实现了全光化，部分网络发展较快的区域，也实现了部分的接入层的光进铜退。

光通信产品有哪些

1、SiFotonics 100G/200G全集成相干发射接收芯片

2016年12月，硅光领军企业之一SiFotonics Technologies宣布成功开发100G/200G全集成相干发射接收机一体芯片TR4Q11，为Metro客户应用提供更加小型、更低成本、更高集成度的解决方案。此产品符合OIF正在制定中的IC-TROSA应用协议，并能够兼容支持100G DP-QPSK 和200G DP-16QAM系统传输。

2、博科第六代光纤通道导向器

2016年7月，博科宣布推出业内第一个第六代光纤通道导向器，是专门为全闪存的数据中心而设计的关键存储连接和业务弹性解决方案。结合Brocade Fabric Vision技术，面向FC、FICON和IP存储复制的全新Brocade X6导向器系列和Brocade SX6扩展刀片助力客户推动始终在线的业务运营，消除性能瓶颈，并满足数字化企业的要求。

3、MACOM 100G数据中心CWDM4传输芯片

2016年3月，领先的高性能射频、微波、毫米波及光子半导体供应商M/A-COM Technology SoluTIons Inc.（“MACOM”）发布其全新的MAOP-L284CN芯片，将激光器集成在硅光子集成电路（L-PIC？）中，实现100G CWDM4和CLR4传输解决方案。MACOM的MAOP-L284CN包括四个高带宽Mach-Zehnder调制器，与四个激光器（1270、1290、1310及1330 nm）和一个CWDM多路复用器集成在一起，每个信道支持高达28 Gb/s。L-PIC？工作在标准的单模光纤上，并集成tap检测器用作光纤对准、系统初始化以及闭环控制等功能。单根光纤对准该4.1 x 6.5 mm裸片的输出边缘耦合器是将该设备在QSFP28收发器应用中实现的唯一的光学要求。MACOM也提供集成了CDR的MASC-37053A调制器驱动器，与L-PIC？匹配合作实现更加优化的性能和功耗。

4、三菱电机高速光纤通信信号传输模块

2016年7月，三菱电机株式会社开始供应“100Gbps 小型集成EML（电吸收调制半导体激光器） TOSA（光发射次模块） ”样品。新产品配备全新开发的EML管芯，可实现行业内最远距离的40km传输，适合远距离传输的高消光比（消光比：为传输光信号而进行开关的强度之比。一般强度越大信号质量越高，适合远距离传输）;配备全新开发的低功耗EML管芯，可实现行业内最远距离的40km传输;支持数据中心之间等光纤通信要求的远距离传输;封装体积缩小至约2/3，从而有助于光纤收发器的小型化;优化了信号发送模块（多路传输波长不同的4种光信号）内部的各个构件，将封装体积缩小至现有产品（FU-401REA）的2/3左右;适合作为100Gbps用小型光纤收发器规格之一的CFP 4（From-factor Pluggable）。

5、海信宽带业内XGS PON光模块

2016年3月，青岛海信宽带多媒体技术有限公司业内首发XGS-PON OLT光模块和XGS-PON ONU光模块，型号分别为LTH7226-PC+（OLT）和LTF7225-BH+（ONU），OLT采用XFP封装，pin脚定义兼容XG-PON1，工作温度范围为0～70°C商业级;ONU光模块采用SFP+封装，pin脚定义兼容XG-PON1，工作温度范围为-40～85°C工业级;系统下行采用1577nm的波长，可以支持9.953Gbps的连续发射;上行采用1270nm的波长，可以支持9.953Gbps的突发接收，并兼容2.488Gbps的突发接收，可以实现XGS PON与XG-PON1的共存，为XG-PON1向XGS PON的平滑过渡提供了解决方案。为FSAN正在讨论的XGS-PON标准提供可以评测的商用化光模块。XGS PON光模块，作为对称的10G GPON光模块，相比于XG-PON1光模块，上行带宽提高了4倍，并且可以与10G EPON的PR30模式速率相当，为XG PON1的升级扩展提供了解决方案。

6、美国PolaTIs公司端口密度最高的全光开关产品

2016年3月，美国高性能光层交换解决方案的领导者Polatis，正式向市场推出了业界端口密度最高的全光开关，新的Polatis 7000系列光开关是一款完全无阻塞全光矩阵开关，最大可支持384x384光纤端口，占据4RU机架空间，与业界其他光开关方案相比，7000系列光开关提高了20%交换容量、而空间却减少了40%， 同时保持Polatis DirectLight？技术在性能和可靠性上的优势。

7、亨通新型超大芯数可卷绕式光缆

2016年11月，广东亨通推出新型可卷绕式带状光缆。经过试验，其机械性能和温度传输性能均满足IEC标准。其中，光缆的传输特性，通过温度循环试验，结果表明在-30℃～+70℃范围内，光纤于1550nm处的附加衰减最大值为0.05dB/km。在保持光缆外径为23.5mm的前提下，能将光缆的芯数从1000芯提高至2000芯，即在现有的管道中可容纳的光纤极限芯数为6000。

8、富士通支持100G/200G的CFP2-ACO光模块

2016年3月，富士通光器件公司FOC宣布其小型化低功耗的CFP2 ACO光模块已经实现量产。该模块支持100G DP-QPSK和200G DP-16QAM调制格式。在不远的将来，100G相干光网络将进入城域和DCI系统。这个领域要求100G光模块尺寸缩小到CFP2的大小并将DSP置于主板上。

9、华为32波10G WDM-PON样机

2016年3月，华为宣布发布业界首个32波10G WDM-PON （Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network）样机，支持单根光纤320G总带宽，引入了创新的归一化技术，实现32波采用统一光模块，大幅降低部署和运维成本;针对WDM-PON端口密度低和光纤连接复杂的问题，采用领先的高密集成封装技术，实现单PON口带宽容量达到业界领先的320G;在不改硬件、不换光模块的条件下，通过加载不同的软件即可灵活适配无线前端回传业务或企业专线业务，极大地提升设备使用、管理和运维效率。

10、Ranovus光引擎和200G PAM4光收发器

2016年9月，Ranovus公司表示其基于多波长量子点激光器（QuantumDotLaser，QDL）和硅光子谐振环调制器技术的光引擎和PAM4200GCFP2光收发器已经出样。利用QDL的多波长能力，瞄准直接检测多波长数据中心网络应用（包括数据中心互连）。其QDL能支持96个波长，每个波长速率达50Gbps，因此基于QDL技术的收发器能支持4.6Tbps速率;与合适的电子配合时，公司产品能支持上达120公里传输。采用QDL和环谐振器结构能实现低功耗，支持WDM信号调制，但无需多路复用或去复用架构。

由于半导体激光器光载波的某一参数直接调制时，总会附带对其他参数的寄生振荡，如ASK直接调制伴随着相位的变化，而且调制深度也会受到限制。另外，还会遇到频率特性不平坦及张迟振荡等问题。因此，在相干光通信系统中，除FSK 可以采用直接注入电流进行频率调制外，其他都是采用外光调制方式。

外光调制是根据某些电光或声光晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而提出的。外光调制器主要包括三种：利用电光效应制成的电光调制器、利用声光效应制成的声光调制器和利用磁光效应制成的磁光调制器。采用以上外调制器，可以完成对光载波的振幅、频率和相位的调制。

对外光调制器的研究比较广泛，如利用T1扩散LiNbO3马赫干涉仪或定向耦合式的调制器可实现ASK 调制，利用量子阱半导体相位外调制器或LiNbO3相位调制器实现PSK调制等。 在相干光通信中，激光器的频率稳定性是相当重要的。如，对于零差检测相干光通信系统来说，若激光器的频率（或波长）随工作条件的不同而发生漂移，就很难保证本振光与接收光信号之间的频率相对稳定性。外差相干光通信系统也是如此。一般外差中频选择在0。2～2 GHz之间，当光载波的波长为1。5 μm时，其频率为200 THz，中频为载频的 10-6～10-5。光载波与本振光的频率只要产生微小的变化，都将对中频产生很大的影响。因此，只有保证光载波振荡器和光本振振荡器的高频率稳定性，才能保证相干光通信系统的正常工作。

激光器的频率稳定技术主要有三种：

（1）将激光器的频率稳定在某种原子或分子的谐振频率上。在1.5μm波长上，已经利用氨、氪等气体分子实现了对半导体激光器的频率稳定；

（2） 利用光生伏特效应、锁相环技术、主激光器调频边带的方法实现稳频；

（3）利用半导体激光器工作温度的自动控制、注入电流的自动控制等方法实现稳频。 在相干光通信中，光源的频谱宽度也是非常重要的。只有保证光波的窄线宽，才能克服半导体激光器量子调幅和调频噪声对接收机灵敏度的影响，而且，其线宽越窄，由相位漂移而产生的相位噪声越小。

为了满足相干光通信对光源谱宽的要求，通常采取谱宽压缩技术。主要有两种实现方法：

（1） 注入锁模法，即利用一个以单模工作的频率稳定、谱线很窄的主激光器的光功率，注入到需要宽度压缩的从激光器，从而使从激光器保持和主激光器一致的谱线宽度、单模性及频率稳定度；

（2） 外腔反馈法。外腔反馈是将激光器的输出通过一个外部反射镜和光栅等色散元件反射回腔内，并用外腔的选模特性获得动态单模运用以及依靠外腔的高Q值压缩谱线宽度。 由于在相干光通信中，常采用密集频分复用技术。因此，光纤中的非线性效应可能使相干光通信中的某一信道的信号强度和相位受到其他信道信号的影响，而形成非线性串扰。光纤中对相干光通信可能产生影响的非线性效应包括受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）、非线性折射和四波混合。由于SRS的拉曼增益谱很宽（～10 THz），因此当信道能量超过一定值时，多信道复用相干光通信系统中必然出现高低频率信道之间的能量转移，而形成信道间的串扰，从而使接收噪声增大，接收机灵敏度下降。

SBS的阈值为几 mW，增益谱很窄，若信道功率小于一定值时，并且对信号载频设计的好，可以很容易地避免 SBS引起的串扰。但SBS 对信道功率却构成了限制。光纤中的非线性折射通过自相位调制效应而引起相位噪声，在信号功率大于10 mW 或采用光放大器进行长距离传输的相干光通信系统中要考虑这种效应。当信道间隔和光纤的色散足够小时，四波混频的相位条件可能得到满足，FWM成为系统非线性串扰的一个重要因素。FWM 是通过信道能量的减小和使信道受到干扰而构成对系统性能的限制。当信道功率低到一定值时，可避免FWM 引起对系统的影响。由于受到上述这些非线性因素的限制，采用密集频分复用的相干光通信系统的信道发射功率通常只有零点几毫瓦。

除了以上关键技术外，对于本振光和信号光之间产生的相位漂移，在接收端还可采用相位分集接收技术以消除相位噪声；为了减小本振光的相对强度噪声对系统的影响，可以采用双路平衡接收技术；零差检测中为保证本振光与信号光同步而采用的光锁相环技术，以及用于本振频率稳定的AFC等。

相干光通信主要优点

灵敏度高，中继距离长相干光通信的一个最主要的优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。

选择性好，通信容量大

相干光通信的另一个主要优点是可以提高接收机的选择性。在直接探测中， 接收波段较大，为抑制噪声的干扰，探测器前通常需要放置窄带滤光片， 但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能，这在星间光通信的应用中会发挥重大作用。此外，由于相干探测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，即密集波分复用（DWDM），取代传统光复用技术的大频率间隔，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。

具有多种调制方式

在传统光通信系统中，只能使用强度调制方式对光进行调制。而在相干光通信中，除了可以对光进行幅度调制外，还可以使用PSK、DPSK、QAM等多种调制格式，利于灵活的工程应用，虽然这样增加了系统的复杂性，但是相对于传统光接收机只响应光功率的变化，相干探测可探测出光的振幅、频率、位相、偏振态携带的所有信息，因此相干探测是一种全息探测技术，这是传统光通信技术不具备的。

在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅（而不象强度检测那样只是改变光的强度），这就需要光信号有确定的频率和相位（而不象自然光那样没有确定的频率和相位），即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。

工作原理

在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。当信号光传输到达接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。

相干光通信原理

随着高速数字信号处理技术（DSP）和模数转换技术（ADC）的进步，相干光通信成为研究的热点。相干检测与DSP技术相结合，可以在电域进行载波相位同步和偏振跟踪，清除了传统相干接收的两大障碍。基于DSP的相干接收机结构简单，具有硬件透明性；可在电域补偿各种传输损伤，简化传输链路，降低传输成本；支持多进制调制格式和偏振复用，实现高频谱效率的传输。通过业界一两年来对于100Gb/s模块的研究和开发，100G/s的偏振复用四相相移键控相干模块（Coherent PM-QPSK）正在变成业界的主要选择。

相干光通信的基本原理

相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。相干光通信技术具有接收灵敏度高的优点，采用相干检测技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。

图1为发射机采用偏振复用，作为载体的激光信号通过PBS（偏振分光器）分为X/Y两路，每路信号在通过2个MZ调制器组成的I/Q调制器（I路和Q路相位差90°）分别将10.7/27.5Gb/s的信号调制到载波，然后再通过偏振复用器把X轴和Y轴光信号按偏振复用合并在一起通过光纤发送出去，从而实现了40/100Gb/s 在单光纤上的传输。

在接收端，与强度调制一一直接检测系统不同，相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源（LO），该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。稍微改变本振激光器的光频，就可改变所选择的信道，因此对本振激光器的线宽要求很高。混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。由于该差频信号的变化规律与信号光波的变化规律相同，而不像直检波通信方式那样，检测电流只反映光波的强度，因而，可以实现幅度、频率、相位和偏振等各种调制方式。

图2中的接收机相干检测方式，由于要探测偏振复用的信号，接受信号通过一个极化束分离器PBS（PolarizaTIonBeamSplitter） 分解成两个正交信号，每个正交信号都与一个本地光源LO混频，该本地光源的载波频率控制精度为数百KHz。混频后得到4个偏振和相位正交的光信号，分别用PIN检测，经电放大和滤波后由A/D电路转化为4路数字电信号。数字电信号通过数字信号处理（DSP）芯片数字均衡的方式实现：定时恢复、信号恢复、极化和PMD跟踪，以及色散补偿。

相干光通信的主要优点

相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混频增益、出色的信道选择性及可调性等特点。相干光通信系统与IM/DD系统相比，相干光通信系统具有以下独特的优点：

（1）灵敏度高，中继距离长

相干光通信的一个最主要的优点是能进行相干探测，从而改善接收机的灵敏度。在相干光通信系统中，经相干混合后输出光电流的大小与信号光功率和本振光功率的乘积成正比。在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约18dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。

（2）选择性好，通信容量大

（3）可以使用电子学的均衡技术来补偿光纤中光脉冲的色散效应相干光通信的另一个主要优点是可以提高接收机的选择性。在直接探测中， 接收波段较大，为抑制噪声的干扰，探测器前通常需要放置窄带滤光片， 但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能，这在相干光通信的应用中会发挥重大作用。此外，由于相干探测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，即密集波分复用（DWDM），取代传统光复用技术的大频率间隔，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。

如果外差检测相干光通信中的中频滤波器的传输函数正好与光纤的传输函数相反，即可降低光纤色散对系统的影响。

相干光通信的关键技术

为了实现准确、有效、可靠的相干光通信，应采用以下关键技术：

（1）光源技术

相干光纤通信系统中对信号光源和本振光源的要求比较高，它要求光谱线窄、频率稳定度高。光源本身的诺线宽度将决定系统所能达到的最低误码率，应尽量减小，同时半导体激光器的频率对工作温度与注入电流的变化非常敏感，其变化量一般在几十GHz/℃和几十GHz/mA左右，因此，为使频率稳定，除注入电流和温度稳定外，还应采取其他稳频措施，使光频保持稳定。

（2）接收技术

相干光通信的接收技术包括两部分，一部分是光的接收技术，另一部分是中频之后的各种制式的解调技术。

平衡接收法：在FSK制式中，由于半导体激光器在调制过程中，难免带有额外的幅度调制噪声，利用平衡接收方法可以减少调幅噪声。平衡法的主要思想是当光信号从光纤进入后，本振光经偏振控制以保证与信号的偏振状态相适应，本振光和信号光同时经过方向精合器分两路，分别输入两个相同的PIN光电检测器，使得两个光电检测器输出的是等幅度而反相的包络信号，再将这两个信号合成后，使得调频信号增加一倍，而寄生的调幅噪声相互抵消，直流成分也抵消，达到消除调幅噪声影响的要求。

偏振控制技术：相干光通信系统接收端必须要求信号光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混频效果，提高接收质量。信号光经过单模光纤长距离传输后，偏振态是随机起伏的，为了解决这个问题，提出了很多方法，如采用保偏光纤、偏振控制器和偏振分集接收等方法。光在普通光纤中传输时，相位和偏振面会随机变化，保偏光纤就是通过工艺和材料的选择使得光相位和偏振保持不变的特种光纤，但是这种光纤损耗大，价格也非常昂贵；偏振控制器主要是使信号光和本振光同偏，这种方法响应速度比较慢，环路控制的要求也比较高；偏振分集接收主要是利用信号光和本振光混频后，由偏振分束元件将混合光分成两个相互垂直的偏振分量，本振光两个垂直偏振分量由偏振控制器控制，使两个分量功率相等，这样当信号光中偏振随机起伏也许造成其中一个分支中频信号衰落，但另一个分支的中频信号仍然存在，所以该系统最后得到的解调信号几乎和信号光的偏振无关，该技术响应速度比较快，比较实用，但实现比较复杂。

（3）外光调制技术

由于半导体激光器光载波的某一参数直接调制时，总会附带对其他参数的寄生振荡，如ASK直接调制伴随着相位的变化，而且调制深度也会受到限制。另外，还会遇到频率特性不平坦及张迟振荡等问题。因此，在相干光通信系统中，除FSK可以采用直接注入电流进行频率调制外，其他都是采用外光调制方式。

（4）非线性串扰控制技术

由于在相干光通信中，常采用密集频分复用技术。因此，光纤中的非线性效应［14］可能使相干光通信中的某一信道的信号强度和相位受到其他信道信号的影响，而形成非线性串扰。

结束语

由于近几年来，在光器件方面取得了很大的进步，其中激光器的输出功率，线宽，稳定性和噪声，以及光电探测器的带宽，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波电子器件的性能也大幅提高。这些进步使得相干光通信系统商用化变为可能。