相干光通信的主要优点

由于半导体激光器光载波的某一参数直接调制时，总会附带对其他参数的寄生振荡，如ASK直接调制伴随着相位的变化，而且调制深度也会受到限制。另外，还会遇到频率特性不平坦及张迟振荡等问题。因此，在相干光通信系统中，除FSK 可以采用直接注入电流进行频率调制外，其他都是采用外光调制方式。

外光调制是根据某些电光或声光晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而提出的。外光调制器主要包括三种：利用电光效应制成的电光调制器、利用声光效应制成的声光调制器和利用磁光效应制成的磁光调制器。采用以上外调制器，可以完成对光载波的振幅、频率和相位的调制。对外光调制器的研究比较广泛，如利用T1扩散LiNbO3马赫干涉仪或定向耦合式的调制器可实现ASK 调制，利用量子阱半导体相位外调制器或LiNbO3相位调制器实现PSK调制等。 在相干光通信中，激光器的频率稳定性是相当重要的。如，对于零差检测相干光通信系统来说，若激光器的频率(或波长)随工作条件的不同而发生漂移，就很难保证本振光与接收光信号之间的频率相对稳定性。外差相干光通信系统也是如此。一般外差中频选择在0。2～2 GHz之间，当光载波的波长为1。5 μm时，其频率为200 THz，中频为载频的 10-6～10-5。光载波与本振光的频率只要产生微小的变化，都将对中频产生很大的影响。因此，只有保证光载波振荡器和光本振振荡器的高频率稳定性，才能保证相干光通信系统的正常工作。

激光器的频率稳定技术主要有三种：

(1)将激光器的频率稳定在某种原子或分子的谐振频率上。在1.5μm波长上，已经利用氨、氪等气体分子实现了对半导体激光器的频率稳定；

(2) 利用光生伏特效应、锁相环技术、主激光器调频边带的方法实现稳频；

(3)利用半导体激光器工作温度的自动控制、注入电流的自动控制等方法实现稳频。 在相干光通信中，光源的频谱宽度也是非常重要的。只有保证光波的窄线宽，才能克服半导体激光器量子调幅和调频噪声对接收机灵敏度的影响，而且，其线宽越窄，由相位漂移而产生的相位噪声越小。

为了满足相干光通信对光源谱宽的要求，通常采取谱宽压缩技术。主要有两种实现方法：

(1) 注入锁模法，即利用一个以单模工作的频率稳定、谱线很窄的主激光器的光功率，注入到需要宽度压缩的从激光器，从而使从激光器保持和主激光器一致的谱线宽度、单模性及频率稳定度；

(2) 外腔反馈法。外腔反馈是将激光器的输出通过一个外部反射镜和光栅等色散元件反射回腔内，并用外腔的选模特性获得动态单模运用以及依靠外腔的高Q值压缩谱线宽度。 由于在相干光通信中，常采用密集频分复用技术。因此，光纤中的非线性效应可能使相干光通信中的某一信道的信号强度和相位受到其他信道信号的影响，而形成非线性串扰。光纤中对相干光通信可能产生影响的非线性效应包括受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)、非线性折射和四波混合。由于SRS的拉曼增益谱很宽(～10 THz)，因此当信道能量超过一定值时，多信道复用相干光通信系统中必然出现高低频率信道之间的能量转移，而形成信道间的串扰，从而使接收噪声增大，接收机灵敏度下降。SBS的阈值为几 mW，增益谱很窄，若信道功率小于一定值时，并且对信号载频设计的好，可以很容易地避免 SBS引起的串扰。但SBS 对信道功率却构成了限制。光纤中的非线性折射通过自相位调制效应而引起相位噪声，在信号功率大于10 mW 或采用光放大器进行长距离传输的相干光通信系统中要考虑这种效应。当信道间隔和光纤的色散足够小时，四波混频的相位条件可能得到满足，FWM成为系统非线性串扰的一个重要因素。FWM 是通过信道能量的减小和使信道受到干扰而构成对系统性能的限制。当信道功率低到一定值时，可避免FWM 引起对系统的影响。由于受到上述这些非线性因素的限制，采用密集频分复用的相干光通信系统的信道发射功率通常只有零点几毫瓦。

除了以上关键技术外，对于本振光和信号光之间产生的相位漂移，在接收端还可采用相位分集接收技术以消除相位噪声；为了减小本振光的相对强度噪声对系统的影响，可以采用双路平衡接收技术；零差检测中为保证本振光与信号光同步而采用的光锁相环技术，以及用于本振频率稳定的AFC等。

由于半导体激光器光载波旳某─参数直接调制时，总会附带对其他参数旳寄生振荡，如ASK直接调制伴随着相位旳变化，而且调制深度也会受到限制。另外，还会遇到频率特性不平坦及张迟振荡等问题。因此，在相干光通信系统中，除FSK 可以采用直接注入电流进行频率调制外，其他都是采用外光调制方式。

外光调制是根据某些电光或声光晶体旳光波传输特性随电压或声压等外界因素旳变化而变化旳物理现象而提出旳。外光调制器主要包括三种：利用电光效应制成旳电光调制器、利用声光效应制成旳声光调制器和利用磁光效应制成旳磁光调制器。采用以上外调制器，可以完成对光载波旳振幅、频率和相位旳调制。对外光调制器旳研究比较广泛，如利用T1扩散LiNbO3马赫干涉仪或定向耦合式旳调制器可实现ASK 调制，利用量子阱半导体相位外调制器或LiNbO3相位调制器实现PSK调制等。 在相干光通信中，激光器旳频率稳定性是相当重要旳。如，对于零差检测相干光通信系统来说，若激光器旳频率(或波长)随工作条件旳不同而发生漂移，就很难保证本振光与接收光信号之间旳频率相对稳定性。外差相干光通信系统也是如此。─般外差中频选择在0。2～2 GHz之间，当光载波旳波长为1。5 μm时，其频率为200 THz，中频为载频旳 10-6～10-5。光载波与本振光旳频率只要产生微小旳变化，都将对中频产生很大旳影响。因此，只有保证光载波振荡器和光本振振荡器旳高频率稳定性，才能保证相干光通信系统旳正常工作。

激光器旳频率稳定技术主要有三种：

(1)将激光器旳频率稳定在某种原子或分子旳谐振频率上。在1.5μm波长上，已经利用氨、氪等气体分子实现了对半导体激光器旳频率稳定；

(2) 利用光生伏特效应、锁相环技术、主激光器调频边带旳方法实现稳频；

(3)利用半导体激光器工作温度旳自动控制、注入电流旳自动控制等方法实现稳频。 在相干光通信中，光源旳频谱宽度也是非常重要旳。只有保证光波旳窄线宽，才能克服半导体激光器量子调幅和调频噪声对接收机灵敏度旳影响，而且，其线宽越窄，由相位漂移而产生旳相位噪声越小。

为了满足相干光通信对光源谱宽旳要求，通常采取谱宽压缩技术。主要有两种实现方法：

(1) 注入锁模法，即利用─个以单模工作旳频率稳定、谱线很窄旳主激光器旳光功率，注入到需要宽度压缩旳从激光器，从而使从激光器保持和主激光器─致旳谱线宽度、单模性及频率稳定度；

(2) 外腔反馈法。外腔反馈是将激光器旳输出通过─个外部反射镜和光栅等色散元件反射回腔内，并用外腔旳选模特性获得动态单模运用以及依靠外腔旳高Q值压缩谱线宽度。 由于在相干光通信中，常采用密集频分复用技术。因此，光纤中旳非线性效应可能使相干光通信中旳某─信道旳信号强度和相位受到其他信道信号旳影响，而形成非线性串扰。光纤中对相干光通信可能产生影响旳非线性效应包括受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)、非线性折射和四波混合。由于SRS旳拉曼增益谱很宽(～10 THz)，因此当信道能量超过─定值时，多信道复用相干光通信系统中必然出现高低频率信道之间旳能量转移，而形成信道间旳串扰，从而使接收噪声增大，接收机灵敏度下降。SBS旳阈值为几 mW，增益谱很窄，若信道功率小于─定值时，并且对信号载频设计旳好，可以很容易地避免 SBS引起旳串扰。但SBS 对信道功率却构成了限制。光纤中旳非线性折射通过自相位调制效应而引起相位噪声，在信号功率大于10 mW 或采用光放大器进行长距离传输旳相干光通信系统中要考虑这种效应。当信道间隔和光纤旳色散足够小时，四波混频旳相位条件可能得到满足，FWM成为系统非线性串扰旳─个重要因素。FWM 是通过信道能量旳减小和使信道受到干扰而构成对系统性能旳限制。当信道功率低到─定值时，可避免FWM 引起对系统旳影响。由于受到上述这些非线性因素旳限制，采用密集频分复用旳相干光通信系统旳信道发射功率通常只有零点几毫瓦。

除了以上关键技术外，对于本振光和信号光之间产生旳相位漂移，在接收端还可采用相位分集接收技术以消除相位噪声；为了减小本振光旳相对强度噪声对系统旳影响，可以采用双路平衡接收技术；零差检测中为保证本振光与信号光同步而采用旳光锁相环技术，以及用于本振频率稳定旳AFC等。

国际化RFID常用协议标准 射频标签的通信标准是标签芯片设计的依据，目前国际上与RFID相关的通信标准主要有:ISO/IEC 18000标准（包括7个部分，涉及125KHz, 13.56MHz, 433MHz, 860－960MHz, 2.45GHz等频段），ISO11785（低频），ISO/IEC 14443标准（13.56MHz），ISO/IEC 15693标准（13.56MHz），EPC标准（包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和UHF两种频段）,DSRC标准（欧洲ETC标准，含5.8GHz）。a) ISO/IEC 14443 近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm. 　ISO/IEC14443协议的读写器读取距离较近，基本为近距离。其中，ISO/IEC 14443A主要应用在生产自动化、门禁考勤、安防、一卡通和产品防伪等领域；ISO/IEC 14443B主要应用是我国的二代身份z；　b) ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m. ISO/IEC 15693协议读写器读取距离较远，可远距离通信。它的应用范围较广，生产自动化、医疗管理、珠宝盘点、资产管理、停车场管理和产品防伪、门禁考勤、会议签到、无障碍通道、资产管理、物流及供应链、图书管理、医药管理和门禁门票等领域。现在按频率对一些常用标准做一些简单介绍（并附带介绍一下接触式IC卡的协议标准）：1、ISO 7816：对接触式IC卡进行了一些规范。2、125KHz~135KHz：ISO18000-2，对低频识别RFID进行了一些规范。举例：EM4100：只读低频芯片。EM4469/4569：11个块，44个字节，512bit存储空间。ATA5567：7个块，28个字节，330bit存储空间。ATA5567是e5550、e5551、e5554、T5557的升级产品。e5550、e5551、e5554、T5557是德国TEMIC公司生产的芯片，1998年美国爱特梅尔公司（简称为ATMTL）收购德国TEMIC公司，ATA5567就是ATMEL新生产的一款芯片。3、134.2KHz：ISO 11784和ISO 11785，对动物识别RFID进行了一些规范。举例：EM4005、EM4105：应用于动物识别的低频标签外观有项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。典型应用的动物有牛、信鸽等。HITAGTM 2：国内常称HITAG 2，荷兰恩智浦公司生产。HITAGTM S 256：国内常称为HITAG S 256。HITAGTM S 2048：国内常称HITAG S 2048。[备注1：荷兰恩智浦（NXP）半导体公司的前身为飞利浦（PHILIPS）半导体公司。][备注2：HITAGTM 1，国内常称HITAG 1，符合HITAG 1协议，但不符合ISO 11784/11785协议。]4、13.56 MHz：ISO 14443 Type A&B、ISO 15693、ISO 18000-3 Mode 1&2、ISO 18092 NFC、EPC HF CLASS 1、EPC HF Version 2①ISO 14443 typeA和typeB协议标准的简单比较。国际标准ISO14443定义了两种信号接口：typeA和typeB。ISO14443A和B是不兼容的。A、ISO 14443 Type A（也称为ISO 14443A）一般用于门禁卡、公交卡和小额储值消费卡等，具有较高的市场占有率。举例：MIFARE ULtralight(MF0 ICU1X) ：国内常称U10。典型应用：广深高速火车票。MIFARE Std 1k(MF1 IC S50) ：国内常称MF1 S50。SLE66R35 Mifare NRG：德国英飞凌（infineon）生产，兼容MIFARE Std 1k(MF1 IC S50)。[备注1：英飞凌科技公司（Infineon Technologies）总部位于德国慕尼黑，是德国最大的半导体产品制造商。其前身是西门子集团的半导体部门，于1999年独立，2000年上市。其中文名称为亿恒科技，2002年后更名为英飞凌科技。]MIFARE Std 4k(MF1 IC S70) ：国内常称为MF1 S70。Mifare DESFire 4k(MF3 IC D41) ：国内常称为MF3。典型应用：南京地铁。SHC1102：上海华虹生产。典型应用：上海一卡通。B、ISO14443B由于加密系数比较高，更适合于CPU卡，一般用于身份z、护照、英联K等，目前的第二代电子身份z采用的标准是ISO 14443 TYPE B协议。举例：SR176：瑞士意法半导体（ST）生产。SRIX4K：瑞士意法半导体（ST）生产。THR1064：北京同方生产。典型应用：奥运门票。AT88RF020：美国爱特梅尔（ATMEL）生产。典型应用：广州地铁卡。 第二代居民身份z：上海华虹、北京同方THR9904、天津大唐和北京华大生产。②ISO 15693协议ISO 14443A/B的读写距离通常在10cm以内，应用较广。但ISO15693的读写距离可以达到1m，应用较灵活，与ISO 18000-3兼容（我国的国家标准很多与ISO 18000大部分兼容）。举例：ICODE SLI（SL2 ICS20）：国内常称ICODE 2。[备注：ICODE 1（SL2 ICS30），国内常称ICODE 1，符合ICDOE1协议，但不符合ISO 15693协议。]Tag-it HF-1 Plus：国内常称TI 2048，美国德州仪器公司（简称TI公司）生产。EM4135：瑞士EM生产。BL75R04：上海贝岭生产，兼容TI公司的Tag-it HF-1 Plus。③ISO 18092 NFC：对近距离无线通信技术进行了一些规范。5、433.92MHz：ISO 18000-7配备相应的读写器，阅读距离较远。6、860~960MHz：ISO 18000-6 Type A&B&C、EPC UHF Class 0&1、EPC Class 1 Generation 2配备相应的读写器，阅读距离一般大于1m，典型情况为4~6m，最大可达10m以上。以目前技术水平来说，无源微波射频标签比较成功产品相对集中在902~928MHz工作频段上。举例：UCODE HSL（SL3 ICS30）：国内常称HSL，符合ISO 18000-6 Type B协议。UCODE EPC G2（SL3 ICS10）：国内常称GEN2，符合ISO 18000-6 Type C协议。RI-UHF-OOC02-03：美国德州仪器公司（简称TI公司）生产，符合ISO 18000-6 Type C协议。7、2.45GHz：ISO 18000-4 Mode 1&2典型的微波射频标签的识读距离为3~5m，个别有达10m或10m以上的产品。

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