Page 97 - 无线通信技术创新与应用

第二章 通信传输技术发展

用环境的影响较大，如在大气环境下应用时会显著受制于天气情况的变化。因此，
对激光通信而言，一个合适的光波导至关重要。
诺贝尔物理学奖获得者高锟博士提出的用于通信的光纤满足了激光通信技术

对波导的需求。他提出，玻璃光纤的瑞利散射损耗可以非常低（低于 20dB/km），
而光纤中的功率损耗主要来源于玻璃材料中的杂质对光的吸收，因此材料提纯是
减小光纤损耗的关键，此外还指出单模传输对保持好的通信性能很重要。1970 年，
康宁玻璃公司根据高锟博士的提纯建议研制出了损耗约为 20dB/km 的石英系多

模光纤，使光纤作为通信的传输媒介成为现实。之后经过不断研发，石英系光纤
的损耗在 1974 年达到了 1dB/km，在 1979 年进一步达到了 0.2dB/km，逼近了石
英系光纤的理论损耗极限。至此，光纤通信的条件已完全满足。
早期的光纤通信系统均采用直接检测的接收方式。这是一种较简单的光纤通

信方式，PD 是一种平方律的检波器，只有光信号的强度可以被探测到。换言之，
这种通信方式只可以在光强度上加载信息来进行传输。此方式的接收灵敏度取
决于数据传输速率，而传输距离是由数据传输速率与接收机跨导放大器（TIA）
的热噪声共同决定的。这种直接检测的接收方式从 20 世纪 70 年代的第一代光纤

通信技术一直延续到了 20 世纪 90 年代初期，而对应具体的技术指标也由工作在
0.8µm 的 GaAs 半导体激光器发射 45Mbit/s 信号无中继传输 10km，提升至工作
在 1.5µm 的半导体激光器发射 2.5Gbit/s 信号无中继传输 100km。
进入 20 世纪 90 年代以来，光纤通信技术中的相干检测技术逐渐成为研究热

点。第一代的相干检测系统通过使用相干检测，可实现最优探测灵敏度（受限于
散弹噪声极限），另外，这也可以通过使用一个大功率的本振来实现。在直接检
测探测系统中，只可以探测到信号光的功率 PS，而相干检测探测系统中可以探
测到的信号大小为 2SPLO，其中 PLO 是本振光的功率，只要本振光功率足够大

就可以达到探测灵敏度的极限。总之，通过引入相干检测技术，接收机的灵敏度
得到了极大提升。在早期的相干检测中主要采用外差（Heterodyne）探测和零差
（Homodyne）探测，其中外差检测指信号载波与本地载波的频率差值为中频，
而零差探测指信号载波与本地载波频率完全相同、相位差固定。为了保证锁频以

及恢复接收信号的载波相位，早期的相干检测技术需要复杂的光学锁相环。此外
还需要通过偏振控制器（PC）来使得信号光与本振光的偏振态保持一致，以便
达到最大效率的接收。光放大器也是光纤通信技术史上重要的成果之一。采用光

·83·