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0 引言
近年来,沿海国家都在发展周边的海岛资源,海洋光通信网络为大陆与近海岛屿以及海洋岛屿间的
信息高速传输提供了重要保障
[1-2]
。由于海洋通信的困难远超于陆地通信,研发兼容常规海底光缆
信息收发及传输的海洋光通信系统成为一个热点问题
[3-4]
。在海岛上采用常规通信接入方案(例如光
纤通信、移动通信和微波通信等)存在安装成本高和传输信号需要中继放大等缺点,考虑到自由空
间光(Free Space Optical, FSO)通信系统可兼容目前常规海底光缆以及具有通信带宽大、建设周
期短和易于在地形复杂区域进行接入建设等优势
[5-6]
,因此本文采用 FSO 来代替传统接入方案。曼
彻斯特码是一种应用优势较为明显的双相码型,可有效消除信号中的直流分量,而且具有同步时钟
恢复的应用特性
[7-8]
,更加适用于长距离传输的海洋光通信系统。
考虑到实际应用中光信号在长距离海底光缆中传输发生色散现象以及 FSO 系统传输光信号受天气
影响较大(尤其是大气湍流)等,本文采用曼彻斯特编解码并融合海底光缆(采用 G.654 普通单模光
纤(Single Mode Fiber,SMF))与 FSO 信道,设计了一种用于海洋岛屿间通信的海洋光通信系统,
研究了该系统在不同天气条件下无线光信号的收发及传输性能,并采用仿真实验测试和分析了 10
Gbit/s 曼彻斯特 码无线光 信号传输 前后的波 形、光谱 、眼图和 误码率(Bit Error Rate, BER)等。
1 系统模型
本文设计的基于曼彻斯特编码的海域 FSO 通信系统方案如图 1 所示。在发送端,待传输的数据和
时钟信号分别通过归零(Return to Zero,RZ)码和非归零(Nonreturn to Zero,NRZ)码脉冲发
生器转换为电信号,再通过异或非门电路生成 10 Gbit/s 的曼彻斯特电信号,实现曼彻斯特编码过
程。曼彻斯特电信号通过使用激光器驱动对 1 550 nm 连续波(Continuous Wave, CW)激光器进
行内调制生成 10 Gbit/s 的曼彻斯特光信号。该信号通过 100 km SMF 传输后会有色散负面效应,
故采用 18.82 km 的色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber, DCF)进行后 置色 散补偿,
以保证整条光纤线路的总色散近似为 0,表 1 所示为使用的 SMF 和 DCF 的参数。该 FSO 通信系
统中的信道由两个红外校准器、一个激光发射器、一个激光接收器和 FSO 无线光传输链路组成,
传输链路前端与后端分别需要掺铒光纤放大器(Erbium Doped Optical Fiber Amplifier, EDFA)
用于补偿光纤和 FSO 无线光传输链路中信号传输造成的衰减。在接收端,采用 10 Gbit/s PIN 光
电探测器(参考台面型 PIN 光电探测器参数)接收光信号并转换为 10 Gbit/s 曼彻斯特电信号
[9]
,通
过时钟恢复补偿原始信号与接收信号之间的时间延迟,通过二进制阈值检测器将信号解码为二进制
信号并输出。将解码后的信号与 RZ 脉冲发生器输出的时钟信号通过异或非门电路还原为系统发送
的原始数据,实现曼彻斯特解码过程。采用带宽为 7.5 GHz(带宽为传输速率的 0.75 倍)的低通滤
波器为解码后的信号滤除带外噪声,然后在观察仪器上分析接收信号与原始信号的差别。
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