論相幹光通信仿真技術的研究
理論研究
作者：夏普
【摘要】隨著通信係統的日新月異的發展，對於通信係統的建立的技術手段也日益增多。特別是隨著科技的進步，對於通信係統的功能以及要求也越來越高。為了節約成本，縮小建程。對於正在規劃中的通信係統可以先建立方案模型，通過對模型的參數實驗來設計出最優方案，改進已有方案以尋求更完美的解決辦法。特別是對於光弧子通信，波分複用等實驗難度大的係統，通過計算機仿真，就能產生更高的性價比，以達到更大的實用價值。
【關鍵詞】仿真 模型 光通信
一、關於相幹光通信係統計算機仿真技術
二十世紀七十年代，人類的信息時代拉開序幕。在全球信息化的大背景下，人類對於通信的質量，容量的高需求急劇增加。高速寬帶光纖網絡正是在這種大背景和大需求下產生的。由於它極大的適應了人類發展的要求，其地位也隨之突飛猛進。
光波係統的傳輸方式傳統上分為兩種，一種是係統結構簡單的強度調製-直接檢測。強度調製直接檢測（IM-DD）就是對強度調製的光載無線信號直接進行包絡檢測，也就是說強度調製信號直接通過光電探測器則可恢複出原信號，這是一種古老的通信方式。另外一種就是稱之為相幹光波係統的光纖通信係統，它是通過調製光載波的頻率或相位傳輸信息，利用零差或外差技術檢測傳輸信號的方案。也是近代通信領域最常用的方案。
與強度調製-直接檢測的光波係統相比，相幹光波係統有著無可比擬的優點。因為光接收機的靈敏度高，因而可以大大的延長傳輸距離。同時它還可以最大限度的使用光纖帶寬，實現多信道的複用。通過它種種的優點也不難看出，相幹光波係統涉及的學科專業交叉繁雜，不僅涉及光通信的理論知識，還包括電磁場的分析，微電子技術，電路規劃設計等。所以，對此技術的開發與實驗通常耗資昂貴，而且缺乏專業人才對其分析評估。由此看來，建立計算機仿真相光波係統，就顯得十分具有參考價值。
總的來說，相幹光波係統的仿真，可以通過計算機的建模計算來達到最佳的係統數值以達到目的，可以節約大量的資金。特別是對於結構複雜，實驗難度大，實驗器具昂貴的現代光纖通信係統。筆者接下來將通過數學建模等手段來論證這一設想的可行性。
二、光纖通信係統仿真技術的現狀
仿真技術是一門多學科的綜合性技術，它以控製論、係統論、相似原理和信息技術為基礎，以計算機和專用設備為工具，利用係統模型對實際的或設想的係統進行動態試驗。在國外，已經出現了一些光纖通信係統的仿真軟件，例如BOSS，是一種光鏈路的仿真軟件，適用於單一波長係統。再例如Simulation of light using spice，是基於spice電路仿真軟件的專用於信號的分析軟件。還有一些新開發的仿真軟件，如IFROST等，可用於調試其他仿真軟件來達到混合級別的仿真效果。上麵所介紹的這些軟件，都屬於係統級仿真軟件，即通過傳輸函數或者數學公式來對器件的外部特征進行模擬，與電路級仿真軟件相比有質的提升。但是通過對上述一些軟件的研究，筆者發現，針對現代光纖通信係統的仿真軟件從本質上根本沒有質的提升，而且研發者往往都會忽視對於建模軟件的研究，所以在這一塊區域內的科研技術還很不成熟。
在國內目前的光纖通信係統的仿真研究已經逐步的受到重視，特別是對於光互聯係統仿真的研究。光互聯通信係統有很多種拓補結構，這些連接可能是點對點的連接，也可能是網絡間的連接，而不同的連接方式就要采用不同的計算機仿真方法來建模。
多信道的光互聯有時分複用，波分複用，空分複用幾種形式。其中，空分複用SDM，Space Division Multiplexing，多對電線或光纖共用1條纜的複用方式。比如5類線就是4對雙絞線共用1條纜，還有市話電纜（幾十對）也是如此。能夠實現空分複用的前提條件是光纖或電線的直徑很小，可以將多條光纖或多對電線做在一條纜內，既節省外護套的材料又便於使用。在移動通信中，能實現空間分割的基本技術就是采用自適應陣列天線，在不同的用戶方向上形成不同的波束。它是一項相對成熟的技術，要考慮的因素也不僅僅是限於光纜所產生的光串擾，而且要考慮發射機陣列和接收機陣列的叫喚噪聲和電串擾。目前，空分複用還沒有較為完善的仿真軟件。