摘要：随着人们对网络带宽需求的不断快速增长以及新的应用和网络服务的不断发展，光网络的发展面临着传输容量、交换粒度和网络控制的巨大瓶颈。为了解决这些问题，世界各地的研究人员提出了新的解决方案。本文主要论述了弱光环境下的光通信步骤和具体的方法，并展望分析了光通信技术的未来发展趋势。
关键词：弱光环境；光通信；通信技术
前言
无线光通信技术是一种以光信号为载体、大气作为传输媒质来传送光信号的宽带无线接入技术，其结合了无线通信技术和光通信技术。可见光通信技术利用LED灯的发光二极管发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，并且具有高通信速率和高安全性的特点。
1弱光环境下的光通信方法研究
1.1光通信步骤
步骤1：发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到光脉冲中。步骤2：接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
其中步骤1要实现在人眼无法察觉LED光束的情况下进行可见光通信，需要发送端的LED灯可以迅速上升到峰值强度以产生极短的光脉冲。本发明实施例中，极短的光脉冲可以是800ns以下的光脉冲，比如在具体实现时，可以是500ns～800ns的光脉冲。通过给光通信系统的金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将场效应管的电压提高，从而发送端产生500～800ns的光脉冲。通过将场效应管的电压提高到6V，从而发送端产生500～800ns的光脉冲。
由于极短的LED占用周期导致光脉冲很稀疏，从而给调制或解调带来较大的挑战。通常的编码方式如开关键控、频移键控会导致很低的传输效率，因此，作为本发明实施里一种可能的实现方式，在将需要传输的信号编码到光脉冲时，通过重叠脉冲位置调制方式进行编码。具体来说，是将时间划分为等长的符号，每个符号又划分为2M个时隙，每个符号内仅有一个光脉冲，通过光脉冲在时域的上升边缘所在的时隙位置进行编码(假设光通信的传输速率为M比特/符号)。
其中步骤2的接收端通过结合使用跨阻放大器和预定电阻值的反馈电阻，目的是提高光电二极管的接收增益，从而提高通信距离。因此，这里预定电阻值的反馈电路，只要是能够实现上述目的的高电阻值的反馈电阻都能够应用于本发明。在解码时，由于周围环境的光束干扰，不能直接使用最大似然解码，由于LED光脉冲的变化速度远大于干扰光束，因此，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，通过高斯一阶求导来确定脉冲的上升边缘位置。是对光脉冲的信号进行识别，并通过高斯一阶求导来确定光脉冲的上升边缘位置，以对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用的信号。
1.2光通信方法
当发送端有多个LED光源同时发送数据时，接收端接收到的是多个LED流的叠加信号，这给接收端的解码带来较大的干扰。基于每个LED光源都有自己的时隙设置以及光脉冲的上升边缘出现在时隙的起始位置，因此，如果一个光脉冲的起始位置和一个LED流的距离最小的时隙位置不一致，则可以判定这个光脉冲不属于这个LED流。因此，当发送端有多个LED光源时，通过高斯一阶求导得到光脉冲中的上升边缘位置，确定光脉冲中的上升边缘位置与每个LED流的光脉冲中距离最小的时隙位置的偏差，如果偏差在光脉冲中的上升边缘的偏差范围内，则判定光脉冲属于LED流，否则，将光脉冲从LED流中区分出来，对LED流中的每个光脉冲进行解码确保所获信号有效。
2光通信技术的未来发展分析
2.1提升单波长信号的传输速率
图像视频、云计算、大数据、社交媒体以及移动数据的快速增长推动着互联网流量以每年30％的幅度增长。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为满足带宽需求并降低每波特每赫兹的成本，传输网络需要更高的频谱效率和更高的传输速率，提升频谱效率主要依靠更复杂的调制码格式而提高传输速率主要依靠提高信号的波特率。目前商用的100Gbit/s产品都是基于相干探测的单载波极化复用的QPSK调制码技术，频谱效率为2bit/(s-Hz)，传输容量为10Tbit/s。目前，城域光网络正在向400Gbit/s升级，未来将实现1Tbit/s的传输速率，其频谱效率需要达到4bit/(s-Hz)或更高，容量将达到20Tbit/s及以上，随着调制格式复杂度不断提升，其传输容量也相应增加，同时，受OSNR限制，其传输距离缩短，在长距离(40～120km)大容量数据中心互联中应用前景广阔。
2.2扩大光纤可用的信道带宽
光通信用波长的划分及应用主要依据光纤在不同波长的传输损耗和色散等因素，1260～1625nm波长窗口传输损耗小，适合将光纤作为介质进行传输，并且此窗口被划分为5个波段。在现有的光通信网络中，支持近距离传输(<100m)的主要以多模为主，例如多模光纤搭配850nlTl的VCSEL激光器；长距离应用中，单模光纤搭配能发射1310nnl或1550nnl波长的FP、DFB或EML激光器，从实际应用中可以看出，目前大部分单根光纤仅仅在一个波段内传输，并且这个传输波段大部分集中在O-band和C-band，只是利用了很小一部分的光纤带宽资源。密集波分(DWDM)技术是在合理利用单模光纤在1.55gm波段低损耗区产生的带宽资源的背景下产生的，早期主要用于光纤骨干网，为提升传输容量、节省光纤资源，现在城域网、接入网也大量引入DWDM技术，C-band可利用带宽资源不足，需要向相邻波段扩展，L—band是最好的选择，扩展之后的C+L波段(1530～1625nm)的通道数扩展到192(50GHz通道间隔)，DWDM传输系统在传输容量上较现在提升1倍，同时L—band光纤传输损耗可以满足骨干网长距离传输应用场景，现在商用光纤基本可以同时覆盖C—band和L—band的应用。光纤只是光通信网络中光信号的传输介质，DWDM传输系统传输带宽向L．band扩展还需要光电子器件的硬件支撑，例如L．band的可调激光器及光收发模块、EDFA、AWG等。
2.3空分复用技术实现超大容量光传输
光空分复用(OSDM)可以扭转信息网络中传输速率受限的状况，使单位带宽的成本下降，光空分复用技术是利用空间的分割实现复用的一种方式，将多根光纤组合成束实现空分复用，即以多芯光纤作为媒介实现空分复用，或者在同一根光纤中实现空分复用，即以多模光纤为媒介实现模式复用。
普通意义上的单模光纤是由一根纤芯和围绕它的包层构成的，而所谓的多芯光纤则是在同一个包层里含有多个相同的纤芯，并按照一定的形状排列。当光信号通过多个芯径进行信息传输时，这样的一条多芯光纤的传输容量就相当于几条传统单芯光纤的传输容量。相较单芯单模光纤，多芯光纤一方面提高了传输容量：另一方面，不仅没有增加光缆安装铺设的空间和资金投入，而且节约了实际施工成本。
2017年，烽火科技在国内首次实现了560Tbit/s超大容量波分复用及空分复用的光传输系统实验，可以实现一根光纤上67.5亿对人(135亿人)同时通话，实验采用单模七芯光纤为传输介质，每根光纤承载了80Tbit/s的数据，结合超密集波分复用技术和正交频分复用技术及数字相干信号处理技术，实现总容量560Tbiffs的单模七芯光纤信道的信号无误码传输。光通信系统在向大容量以及超大容量方向演进，国外已经开发容量超过1Pbiffs的系统，烽火科技研发出的560Tbit/s超大容量光传输系统已经比较接近世界水平。
3结语
本发明的光通信的方法，发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中，接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。通过将数据编码到不能被人员察觉LED等光束的情况下实现可见光通信，从而可以实现在弱光环境甚至黑暗环境下的光通信，从根本上扩大了可见光通信的应用场景。
参考文献：
[1]楼卓格,张永超,陈隆杰.用于光通信的光电传感器设计[J].山东工业技术,2019(15)
[2]翟长鑫,郑茹,刘畅,吕江泊,陈佳奇.室内可见光通信系统光源优化设计[J/OL].光通信技术:1-9[2019-05-30]
[3]《光通信技术》加入OSID公告[J].光通信技术,2019,43(05)
论文作者:杨杨
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/19
标签：脉冲论文; 光纤论文; 信号论文; 光通信论文; 复用论文; 技术论文; 弱光论文; 《基层建设》2019年第13期论文;