2025年光通信行业现状分析：中国占据全球光通信市场40%以上份额

  中国报告大厅网讯，随着5G网络的优化升级以及6G技术的逐步推进，光通信行业正迎来前所未有的发展机遇。自由空间光通信(FSO)凭借其高带宽、低延迟的特性，成为提升网络传输效率、拓展覆盖范围的核心支撑技术。然而，光信号在自由空间传输时易受大气湍流效应的影响，导致光强闪烁、相位畸变及信道容量波动，特别是在湍流较强的环境中，FSO信道的衰落效应变得更加显著，严重制约了FSO系统的可靠性与稳定性。因此，如何通过创新技术提升FSO系统在复杂环境下的通信性能，成为当前研究的重点。

  一、光通信中的极化码自适应构造方法：GA-OPO算法的提出

  《2025-2030年全球及中国光通信行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，自由空间光通信(FSO)系统在面对多尺度大气湍流时，传统的极化码构造方法难以适应动态变化的信道环境，导致通信性能下降。为解决这一问题，本文提出了一种基于大气相干长度的极化码自适应构造方法——GA-OPO算法。该算法通过判断大气湍流强度，动态匹配与湍流强度对应的极化码构造方式，从而在满足性能要求的同时最小化构造复杂度。具体而言，GA-OPO算法在弱湍流场景下采用基于互信息最大化准则的GA构造法，以较低的复杂度实现可靠子信道筛选;在中强湍流场景中，则采用离线偏序(OPO)构造法，利用子信道序号的固有鲁棒性适应非高斯信道特性。通过构建湍流感知、极化码构造方式与参数优化的协同框架，GA-OPO算法在多尺度湍流环境中动态平衡通信性能与复杂度，显著提升系统误码率表现。

  二、光通信系统模型与大气湍流效应

  自由空间光通信(FSO)系统采用强度调制直接检测(IM/DD)方式，其系统模型包括发送端和接收端。在发送端，光源产生的光信号通过光调制器调制后，经光纤准直器发送到FSO信道中;在接收端，光信号经过光纤耦合器汇聚后，通过光电二极管转换成电信号，再经过模数转换器(ADC)进行采样以及后续的数字信号处理(DSP)操作恢复出原始的发送信号。大气湍流效应会导致光信号在传输过程中的光强闪烁和相位畸变，形成光闪烁效应，进而影响FSO系统的通信性能。根据Kolmogorov湍流理论，本文采用Gamma-Gamma分布来模拟大气湍流对光信号的影响，其接收光强的概率密度分布函数(PDF)可近似表示为特定的数学公式。此外，大气相干长度(r₀)是描述大气湍流强度对波前扰动情况的物理量，其与大气折射率结构常数、观测目标与接收面的距离、光束波长和天顶角密切相关。通过测量大气相干长度，可以计算出大气折射率结构常数，进而推导出Rytov方差，为极化码自适应构造方案提供了理论基础。

  三、光通信中的极化码自适应构造方案：GA-OPO算法的实现

  (一)构造原理

  极化码的构造关键在于极化信道的划分，通过对极化后的子信道进行可靠性排序，挑选出最可靠的子信道作为信息位，剩余的子信道设为冻结位。在弱湍流条件下，大气湍流对光信号的影响较小，信道的统计特性与加性高斯白噪声(AWGN)信道较为接近，因此采用GA构造法。GA构造法通过计算各子信道的可靠性，选择可靠性最高的子信道作为信息位。具体步骤包括假设信道为AWGN信道、计算各子信道的巴特查里亚参数，并选择参数最小的子信道作为信息位。GA构造法具有计算复杂度低、适合实时性要求高的优点。在中、强湍流条件下，信道呈现非高斯特性，GA构造法的性能显著下降，因此采用OPO构造法。OPO构造法利用子信道之间的可靠性关系，通过极化权重公式对极化后各个子信道的可靠度进行评估，从而实现接近蒙特卡洛(MC)构造法的误码率性能。

  (二)构造方案

  GA-OPO算法的核心在于通过探测大气相干长度，动态匹配最优极化码构造方法。在FSO系统中，大气湍流引发的光强闪烁和相位波前畸变会导致信号衰落与波形失真，严重恶化信道容量并抬升系统误码率。极化码在应用于FSO系统时展现出显著的湍流抑制潜力，但由于弱湍流与中、强湍流条件下信道参数存在显著差异，固定构造参数的极化码难以实现多尺度湍流场景的稳定性能。为此，GA-OPO算法基于大气相干长度，实现极化码构造方案与湍流环境的动态匹配。在发送端，通过大气相干长度测量仪(DIMM)模块获取大气相干长度，进而判断湍流强度，并选择对应的极化码构造方法。具体而言，根据Rytov方差的大小，将湍流强度分为弱湍流、中等湍流和强湍流三类。结合大气相干长度与Rytov方差的关系，可以实现对湍流强度的准确判断，并据此选择GA构造法或OPO构造法进行极化码的构造。通过这种方式，GA-OPO算法能够在不同湍流强度下动态调整极化码的构造策略，从而在保证编码效率的同时，显著提升系统在多尺度湍流条件下的中断性能与误码率表现。

  (三)码长及码率分析

  在光通信系统中，极化码的码长和码率是影响其性能的重要因素。码长增加时，极化码的误码率性能改善，纠错能力增强，但译码复杂度上升且传输效率可能降低。在中、强湍流条件下，长码长可有效提升信道编码性能，增强系统抗噪声与抗湍流能力。因此，本文后续仿真采用码长为1024的极化码进行分析。同时，码率也在其中扮演重要角色。较低的码率使信号在信道传输时有更多的比特用于携带纠错信息，更适配信道特性，进而提高纠错能力。因此，本文后续仿真采用码率为0.5的极化码进行分析。

  四、光通信中的仿真结果及分析

  光通信行业现状分析指出，为了验证GA-OPO算法的有效性，本文采用Gamma-Gamma湍流模型模拟湍流强度变化的FSO系统，研究不同极化码构造算法的性能，并分析其时间复杂度和空间复杂度。仿真结果显示，GA-OPO算法在复杂度、时延和误码率性能上具有显著优势。与GA-MC算法相比，GA-OPO算法的总构造时延仅有其1%，且在中、强湍流下与MC构造法相比仅有不足0.4dB的信噪比差距。此外，无论采用哪种构造方式的极化码相比于LDPC码都有更低的误码率，在抗湍流能力上表现优异。具体而言，在弱湍流条件下，GA构造法相对OPO构造法有0.06dB的信噪比提升;在中湍流条件下，OPO构造法相较于LDPC码有2.1dB的信噪比增益;在强湍流条件下，OPO构造法相较于LDPC码有0.2dB的信噪比增益。这表明GA-OPO算法能够在保证低构造时延的同时，有效提升FSO系统在多尺度湍流环境下的误码率性能，为光通信中的高效可靠通信提供了切实可行的解决方案。

  五、总结

  2025年，光通信行业在5G网络优化升级和6G技术发展的推动下，正迎来快速发展的机遇。自由空间光通信(FSO)作为光通信领域的重要技术，凭借其高带宽、低延迟的特性，在提升网络传输效率和拓展覆盖范围方面发挥着关键作用。然而，光信号在自由空间传输时易受大气湍流效应的影响，导致光强闪烁、相位畸变及信道容量波动，严重制约了FSO系统的可靠性与稳定性。为解决这一问题，本文提出了一种基于大气相干长度的极化码自适应构造方法——GA-OPO算法。该算法通过判断大气湍流强度，动态匹配与湍流强度对应的极化码构造方式，从而在满足性能要求的同时最小化构造复杂度。仿真结果表明，GA-OPO算法在复杂度、时延和误码率性能上具有显著优势，能够在保证低构造时延的同时，有效提升FSO系统在多尺度湍流环境下的误码率性能，为光通信中的高效可靠通信提供了切实可行的解决方案。这一研究成果不仅为FSO系统抗湍流干扰提供了创新解决方案，也为未来空天地一体化通信网络建设提供了重要的技术支撑。

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