实时相干光通信：OFDM与单载波处理比较

相干光通信是一种先进的光纤通信技术，它利用激光光源的相干性，结合数字信号处理技术，实现了高数据速率、高谱效率和长距离传输。实时信号处理在相干光通信中起着关键作用，特别是在单载波相干光通信和实时相干光正交频分复用（OFDM）通信中。 单载波相干光通信的实时信号处理流程通常从时域开始。首先，接收端进行时间同步，确保信号的准确接收。接着，对信号进行频偏估计，消除频率漂移带来的影响。然后，利用快速傅立叶变换（FFT）将信号从时域转换到频域，便于后续的信道估计和相位噪声估计。信道估计有助于了解传输通道特性，相位噪声估计则有助于补偿信号失真。最后，基于这些信息，进行信号检测以恢复原始数据。 相比之下，实时相干光OFDM通信的处理顺序有所不同。在时域内，它同样先进行时间同步，然后进行频偏估计。然而，紧接着的步骤是将信号转换到频域进行OFDM处理，包括信道估计、子载波间的干扰抑制、以及利用多载波优势进行的复杂信号检测。OFDM通过将多个低速率数据流并行传输在不同的子载波上，提高了抗多径衰落的能力，从而适应更复杂的无线环境。 早期的研究成果表明，如T.Pfau在2006年实现了单载波QPSK的实时光通信，传输速率达到了800Mb/s。随后，随着技术的不断发展，传输速率不断提高，例如A.Leven的实验在2007年达到了4.4Gb/s。2008年，Sun等人实现了40Gb/s的单载波QPSK实时光传输，标志着技术的一大飞跃。然而，与单载波系统相比，OFDM系统的实时应用起步较晚，但也在逐步提升，如S.Chen在2009年实现了1.55Gb/s和3.1Gb/s的QPSK和16QAM OFDM传输。 实时相干光OFDM的代表性工作包括F.Buchali在2009年提出的12.1Gb/s发送装置，以及Q.Yang等人的54Gb/s多频段OFDM实验。这些突破性的成果推动了相干光通信技术在100G甚至更高速率的商业化应用，比如在109Gb/s的400km传输中得以验证。 相干光通信的实时信号处理技术，无论是单载波还是OFDM，都在不断优化以适应更高的数据速率需求，并通过FPGA和高速ADC等硬件的进步，实现了从理论研究到实际应用的转化，极大地推动了现代通信网络的发展。