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相干调制基础.pdf
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相干调制基础.pdf
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关于复杂光调制,
您需要知道的一切
应用摘要
QPSK
、
8-PSK
、
16-Q AM
、
32-QAM
和
64-QAM
制式的星座图
第
2
页
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目录
复合调制的优势
...................................................................................................... 5
对频谱效率没有更多限制吗?
.................................................................................... 7
Shannon
–
Hartley
理论
............................................................................................ 7
提高光比特传输效率的复合编码概念
....................................................................... 9
在实际中这是如何实现的?
....................................................................................... 9
哪种调制方案最适合我的应用?
............................................................................. 13
新的信号速度
........................................................................................................13
相移键控方案
........................................................................................................15
幅移键控和相移键控方案
.......................................................................................18
正交幅度调制
(QAM) ..............................................................................................19
用于提高频谱效率的时域脉冲整形
......................................................................... 22
奈奎斯特
ISI
准则
.................................................................................................. 22
使用有限脉冲响应滤波器的奈奎斯特脉冲整形
........................................................ 23
升余弦滤波器的概念
............................................................................................. 25
实际应用中的升余弦滤波器
................................................................................... 27
我们能够获得怎样的频谱效率?
.............................................................................. 28
满足各种需求的光发射机
...................................................................................... 31
利用电光效应控制光信号相位
.................................................................................31
用于
QPSK
信号传输的
Mach
-
Zehnder
调制器
........................................................ 34
更复杂调制方案的发射机设置
................................................................................ 35
如何探测复合调制的光信号
................................................................................... 37
如何检测光信号的相位?
........................................................................................ 37
可以使用本地振荡器
.............................................................................................. 38
使用平衡接收机抑制与相位无关的项
...................................................................... 39
将这个概念带入
IQ
平面
IQ
解调器
...................................................................... 40
将这一概念扩展到双偏振
....................................................................................... 40
第
3
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目 录( 续 )
使用信号的时延副本作为参考时延线干涉仪
...................................................... 42
频域探测
............................................................................................................. 44
如何选择?
........................................................................................................... 46
相干光接收机全面解答
47
大幅降低减损
...................................................................................................... 48
载波相位恢复
...................................................................................................... 48
找到
Jones
矩阵以恢复原始偏振态
........................................................................ 50
在
Stokes
空间中更容易估算
................................................................................. 53
符号的确定
.......................................................................................................... 55
相干测量的质量评定
56
传统质量参数
...................................................................................................... 56
误差矢量幅度
(EVM) ............................................................................................. 58
信噪比
(SNR) ....................................................................................................... 59
BER
估算
............................................................................................................ 59
借助误差矢量幅度获得深入见解
........................................................................... 60
增益失衡
............................................................................................................. 60
IQ
偏移
............................................................................................................... 61
正交误差
............................................................................................................. 62
频率误差
............................................................................................................. 63
IQ
幅度误差
......................................................................................................... 63
IQ
相位误差和激光源线宽
..................................................................................... 64
IQ
偏差
............................................................................................................... 65
X-Y
偏振偏斜和失衡
............................................................................................. 66
相干数据传输的未来
............................................................................................ 67
第
4
页
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全球范围内正在兴起数据中心的建设热潮,同时当今的
CPU
和内存可以确保非常低的
时延,能在几分之一秒内掌握大量数据在多台服务器上的分布信息。其他基础设施能否
跟上这个步伐显得尤为重要。数据量的飞速增长已经变成了一个巨大的挑战。为了避免
很快出现瓶颈,在数据旅程的每个阶段都需要提高比特率效率。
图 1. ITU 网格中的信号频谱。使用 OOK 时,信道干扰或衰减会在 100 Gbps 及以上速率造成严重的干扰,
而复合调制方案可以解决这些问题
信道干扰
50 GHz50 GHz
OOK
调制
(10 Gbps)
OOK
调制
(100 Gbps)
(D)QPSK
调制
(100 Gbps)
简单硬件
ITU 信道
简单硬件
复杂硬件 复杂硬件
窄频谱
低 CD/PMD 减损
宽频谱
高 CD/PMD 减损
第
5
页
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复合调制的优势
光数据传输最初就像电子数据传输一样,采用了最简单、因此成本也最低的数字编码方案:
归零
(RZ)
或非归零
(NRZ)
开关键控
(OOK)
。信号是理想的
1
( 通 电 )和
0
( 断 电 )矩 形 序 列 。
但是当传输速率达到
40
Gbps
时,这一概念就会遇到限制。
由于
40
和
100
Gbps
的高时钟速率,
OOK
信号所占用的带宽变得比
50
GHz
ITU
信道的
带宽还大。如图
1
所示,频谱扩大的信道开始与临近信道重叠,信号经过波长滤波器整形,
结果会产生串扰和调制信息质量下降。
出于这个原因,高速传输需要从
OOK
转向更复杂的调制方案,例如差分正交相移键控
(DQPSK)
。取决于符号时钟速率,复合调制可以减少需要的带宽,支持在
50
GHz
ITU
信道规划中实现更高的数据传输速率。
这些新概念还支持通过数字信号处理配合相干检测,对色散
(CD)
和偏振模色散
(PMD)
进行补偿。色散是由于光波以不同速度进行传输(取决于光波频率和偏振状态)而产生的
一种效应,它将会导致脉冲变宽,如果不进行补偿可能会降低信号质量。在长光纤中色
散问题尤为严重。复合调制方案使用光波的所有参数(幅度和频率或相位)进行信息编码,
可以有效改善频谱效率。无线工程师多年来一直得益于这种方法,现在光通信工程师也
能使用这种方法。
使用相干检测意味着,复合光调制不需要采用
PMD
补偿器或色散补偿光纤,也不会遇到
这些元件所增加的损耗和时延。
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