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前言

光通信系统的基本组成结构如下图所示。光通信系统主要由发送机、光纤信道、光接收机三个基本单元组成 。此框图只是一个讲述原理的简略图，实际的光系统中还包括一些光互联与光信号处理器件，如光纤跳线、光耦合器、光分束器、光放大器、再生中继器等。

其中光发射机的作用是将电信号转化为光信号，并将光信号注入光纤中进行传输，一般由光源、调制器和信道耦合器组成。通信信道是光纤，其基本特性参数是损耗与色散，为了实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗低色散特性。光接收机的作用是将从光纤输出的光信号转化为电信号，一般由信道耦合器、光电探测器和解调器组成。

一、直接检测光通信系统

目前，商用的光通信系统大部分仍然是直接探测系统。直接探测光通信系统的组成框图如下图所示。

直接探测光通信系统的发射机采用强度调制，接收机为直接检测接收机。输入的电信号通过驱动电路对光源进行强度调制，接收机为直接探测接收机。输入的电信号通过驱动电路对光源进行强度调制，转换为光信号在光纤中进行传输。光信号在光纤中传输之后，输入到光接收机中，通过光电探测器将光信号转换为电信号，对电信号进行放大后，再经过信号恢复对信号进行整形，最后输出电信号。
直接探测光通信系统由于具有结构简单、成本低廉的优点，现在已经得到普遍的应用，但是直接探测接收机的灵敏度不高，频带利用率低，并不能充分发挥光纤通信的优越性。

二、相干光通信系统

相干光通信系统采用的相干检测光接收机具有灵敏度高、中继距离远、选择性好、通信容量大、可以采用多种调制方式等众多优点，因此具有良好的应用前景。相干光通信系统为数字系统，接收机后端的数字信号处理显得尤为重要，通过数字信号处理，可以对系统的信道损伤如色散、非线性效应、偏振旋转、相位噪声等进行补偿。
数字相干光通信系统的框图如下所示：

数字相干光通信系统与直接探测系统的主要区别 在于调制方式与检测方式。相干光通信系统的发射机一般采用外调制，光辐射之后，再利用发送的信号来改变光载波的频率、相位或者幅度。相干系统的接收机采用相干检测，与直接检测最主要的区别在于增加了本振光源。本振光与接收到的信号光经光混频器混频之后，信号从光载频下变频到微波载频，随后经光电探测器检测到信号的中心频率，即是信号光与本振光的频率之差。然后中频信号经过解调和补偿算法，就可以得到基带信号输出。

三、直接检测与相干检测

将光信号转变为电信号的方式通常有两种：直接检测和相干检测。

1、直接检测

直接检测是目前商用光通信系统最常用的检测方式，因为其简单，并且成本低廉，但是由于直接检测是利用光电探测器的平方律检测，因此只能检测幅度信息。

2、相干检测

相干检测是目前发展迅速，未来普及的检测方式，其光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经光混频器作用后，发生干涉，然后经由光电探测器输出光电流。

3、相干检测的优缺点

（1）相干检测的缺点

在理想的情况下，本振信号和接收信号的相位应该是一个恒定值。但是事实上，本振信号和接收信号的相位均是随时间随即浮动的，这增加了相干检测光接收机的复杂度。
由于相干检测要使发射机频率和接收机本地振荡器的频率相匹配，这就对两个光源提出了严格的要求。

（2）相干检测的优点

1. 可以达到最佳的噪声灵敏度；
2. 可以明显改善接收机灵敏度，增加无中继距离；
3. 可以在电端补偿光纤的所有线性损伤；
4. 可以采用多种调制方式；

总结

本博文简要介绍了光纤通信系统，它包括光发射机、光纤和光接收机。因为检测方式的不同，光纤系统可以分为直接检测光纤通信系统和相干检测光纤通信系统。相干检测相比于直接检测，具有更多的优点。随着器件水平的发展，系统容量需求增长，相干检测将会更加的普及。

参考文献

余建军，迟楠，陈林. 基于数字信号处理的相干光通信技术 [M]. 北京：人民邮电出版社，2013.