何为相干光通信系统？
引言
相干光通信系统具有非常多的优点，广泛运用在长距离光传送网中。近年来，随着网络流量的爆炸式增长，数据中心对数据传输速度也提出了新的要求，相干光通信在数据中心短距光互连中也体现出来了许许多多的优势，得到了广泛的研究和关注，本文将介绍相干光通信系统的基本组成，三种相干检测方式以及相干光通信中需要运用到的数字信号处理算法。
1、相干光通信系统基本结构
如下图所示为相干光通信系统的基本组成。发送端由ECL（外腔激光器），IQ调制器以及用于调制信号产生的AWG（任意波形发生器组成），发送端信号经过光纤传输链路和EDFA（掺铒光纤放大器）放大后到达接收端，接收端通过90度光混频器将LO(本振)信号和接收信号进行混频之后，然后平衡探测，最后进行DSP(数字信号处理)解调恢复得到发射端信号。
如上所述为单偏振相干光通信系统，我们还可以利用光的双偏振特性，让光的x偏振和y偏振分别携带信息组成偏振复用相干光通信系统，可以成倍提高通信速率。基本结构和上述图类似，唯一不同就是分别对发射激光器的x和y偏振分别调制信息然后进行偏振合束，在接收端再进行偏振分束然后分别与本振光的x和y偏振进行混频，然后进行探测，数字域解调等。
2、相干检测方式
根据发射端激光器和接收端本振激光器波长之间的关系可以将相干探测方式分为零差，内差和外差三种方式，用的最多就是零差和内差两种检测方式，基本示意如下图所示。
在上述三种方式中，由于零差和内差检测两种方式带来的噪声较小，减小了数字信号处理的功率开销和对相关器件的要求，所以最为常用。对于零差和内差两种检测方式对于器件性能要求和数字信号处理要求如下图所示。
3、相干光通信系统所需的数字信号处理算法
在发射端主要是需要信号的调制算法，主要包括不同调制格式生成（如OOK,PAM,QPSK,QAM，OFDM等调制格式），脉冲成形等。
接收端所需的数字信号处理算法就比较复杂，基本流程如下图所示。
对于正交不平衡补偿主要有两种算法：一种是格拉姆-施密特正交算法（GSOP），另一种是椭圆纠正方法（EC）。
对于色散补偿主要采用频域色散均衡器。
对于偏振均衡主要采用恒模算法（CMA）。
对于载波频偏估计算法可以分为两大类，一类是基于相位差的估计算法，另一类是基于符号或符号相位的 FFT 算法。
对于载波相位估计算法主要有星座图转换（CT）算法，盲相位搜索算法(BPS)， 最大似然估计（ML）算法以及这几种算法的结合算法等。
另外，相关的非线性补偿算法有Voltera算法以及一些神经网络非线性补偿算法等。相关的信道纠错编码算法主要有LDPC编码，Turbo编码等。
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