光纤通信作为信息传输的核心载体（承担全球95%以上的数据流量），其传输容量与抗干扰能力直接制约信息基础设施的升级（单模光纤传统编码的容量逼近香农极限）。当前，5G/6G通信、云计算等需求推动单信道速率向400Gbps、800Gbps跨越，而传统二进制编码（如NRZ）面临“频谱效率低（＜1bit/s/Hz）、抗色散与噪声能力弱”等瓶颈（传输1000km后误码率超10⁻⁹）。据统计，新型编码技术可使频谱效率提升至3-5bit/s/Hz，抗干扰能力增强50%以上，随着《“十四五”信息通信行业发展规划》对高速光网的部署要求，编码技术创新成为突破光纤通信性能极限的关键。

1.光纤通信系统的传统编码局限与新型编码技术分类

传统编码技术在高速传输中暴露出明显短板，新型编码通过多维度调制与复用实现性能突破。传统编码局限：二进制编码（NRZ、RZ）频谱利用率低（每赫兹仅传输1比特数据），对光纤色散（导致脉冲展宽）、偏振模色散（PMD）敏感（10Gbps传输中，PMD每增加0.1ps/√km，误码率上升1个数量级）；编码冗余度不足（纠错能力弱，需额外加扰码，增加开销10%-15%）。新型编码技术分类：多进制调制编码（M-PSK、M-QAM，通过相位与振幅结合携带更多信息，如16QAM单符号传输4比特，容量提升4倍）；正交频分复用（OFDM，将宽频谱分割为多个正交子载波，抗色散能力提升3倍，适用于高速长距离传输）；空分复用编码（SDM，结合少模光纤或多芯光纤，通过模式/芯间编码实现并行传输，容量随空间维度倍增）；网格编码调制（TCM，将编码与调制结合，在不扩展带宽的情况下提升抗噪声性能（编码增益2-3dB））。某100Gbps传输实验中，16QAM编码较传统NRZ频谱效率提升4倍，在相同光纤链路下传输距离延长200km。

2.新型编码技术提升传输容量的作用机制

新型编码通过“信息密度提升-频谱效率优化-多维复用”三重机制，突破传统容量限制。信息密度提升：多进制编码（如64QAM）每个符号承载6比特信息（二进制仅1比特），在相同符号速率下容量提升6倍，配合高阶调制（256QAM、1024QAM），容量可进一步拓展，但需更高信噪比支撑（64QAM比16QAM要求信噪比高6dB）。频谱效率优化：OFDM通过子载波正交叠加（子载波间隔可动态调整至12.5kHz-1MHz），频谱利用率达90%以上（传统编码仅50%-60%），同时采用自适应调制（不同子载波根据信道质量选择调制阶数），使整体容量最大化。多维复用整合：空分复用编码与时分（TDM）、波分（WDM）技术结合，如“少模光纤+16QAM+WDM”系统，容量达单模光纤的5-10倍；量子点编码通过光子自旋态携带信息，理论上可实现无限维度复用（实验阶段容量提升10倍以上）。

3.新型编码技术增强抗干扰能力的实现路径

新型编码通过“冗余设计-干扰抑制-自适应均衡”提升系统抗干扰性能，保障信号传输质量。冗余设计：纠错编码（如LDPC、Polar码）引入冗余校验位（冗余度10%-20%），可纠正90%以上的随机错误，在相同误码率下，LDPC编码比未编码系统的接收灵敏度提升2-3dB。干扰抑制：OFDM采用循环前缀（CP）抵消符号间干扰（ISI），CP长度设置为光纤色散导致的最大时延扩展（通常5-20ns），使ISI干扰降低至-30dB以下；偏振复用编码（PDM）通过偏振态分离信号，减少偏振模色散带来的串扰（串扰抑制比≥20dB）。自适应均衡：新型编码与数字信号处理（DSP）结合，如相干光通信中的自适应均衡算法（CMA、LMS），实时补偿光纤非线性（自相位调制、交叉相位调制），使非线性干扰导致的误码率下降1-2个数量级。某海底光缆系统应用“Polar码+相干检测”技术后，在强洋流导致的偏振抖动环境中，误码率稳定在10⁻¹²以下，较传统系统提升3个数量级。

4.新型编码技术的应用场景与性能评估

新型编码技术需匹配不同场景的传输需求，性能评估聚焦容量、可靠性与成本平衡。应用场景：骨干网传输（采用“WDM+高阶QAM+OFDM”，支持400Gbps-1.6Tbps单信道速率，满足跨洲数据传输）；接入网（采用低密度奇偶校验（LDPC）编码，在10GbpsPON系统中延长传输距离至50km，覆盖更多用户）；数据中心互联（采用空分复用编码，实现短距离（＜2km）10Tbps级传输，降低时延（＜1ms））。性能评估：容量指标（频谱效率（bit/s/Hz）、单光纤总容量（Tbps））；抗干扰指标（接收灵敏度（dBm）、误码率（BER）、抗非线性容限（dB））；成本指标（编码复杂度（DSP芯片功耗）、兼容性（与现有系统互通性））。某运营商骨干网测试显示，采用64QAM编码的100Gbps系统，在80km标准单模光纤中，误码率＜10⁻¹⁵，较256QAM系统成本降低30%，更适合大规模部署。

结束语

光纤通信系统中新型编码技术通过多进制调制、多维复用与智能信号处理，显著提升了传输容量与抗干扰能力，为超高速、长距离光通信提供了核心支撑。实践表明，不同编码技术需根据场景需求差异化选择，平衡性能与成本。未来需聚焦超低功耗编码算法、智能自适应编码（AI动态调整调制阶数）、量子编码（抗窃听），推动光纤通信向“P比特级容量、全域抗干扰”演进，支撑下一代信息基础设施建设。

参考文献：

[1]郑之龙.光纤空分复用系统中的低复杂度均衡与预编码技术研究[D].电子科技大学,2025.

[2]李鸣亮.光纤通信系统中基于端到端学习的自编码技术研究与实现[D].北京邮电大学,2021.

[3]吴东升.光通信中基于概率整形理论的信道编码技术与应用研究[D].北京邮电大学,2019.