光纖通信技術(shù)chapter-8-modulation-format

光調(diào)制技術(shù)柯昌劍朱曉紅光器件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)工作組提綱研究意義光調(diào)制器光調(diào)制格式強(qiáng)度調(diào)制的OOK系列相位調(diào)制的PSK系列偏振調(diào)制原理的PolSK系列提綱研究意義光調(diào)制器光調(diào)制格式強(qiáng)度調(diào)制的OOK系列相位調(diào)制的PSK系列偏振調(diào)制原理的PolSK系列研究意義1.提高頻譜效率，減小信道間隔提高抗損傷能力（CD、PMD、非線性等，延長傳輸距離）實(shí)現(xiàn)難度和成本低

能夠傳輸更多的信道，更高的速率，更長的距離！?。√峋V研究意義光調(diào)制器光調(diào)制格式強(qiáng)度調(diào)制的OOK系列相位調(diào)制的PSK系列偏振調(diào)制原理的PolSK系列光調(diào)制內(nèi)調(diào)制：直接調(diào)制激光器結(jié)構(gòu)緊湊、成本低啁啾特性調(diào)制后信號頻譜較寬——適用于低速（2.5G）系統(tǒng)CD引起信號串?dāng)_大

電吸收調(diào)制器（Electro－AbsorptionModulator,EAM）馬赫澤德調(diào)制器（Mach-ZehnderModulator，MZM）

外調(diào)制：電吸收調(diào)制器（Electro－AbsorptionModulator）損耗調(diào)制器

Franz-Keldysh和QCSE效應(yīng)，吸收邊帶紅移可與激光器集成驅(qū)動電壓低（2V）本征的偏振相關(guān)和波長相關(guān)特性動態(tài)消光比較?。ㄐ∮?0dB）啁啾無法實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制

——40G/60G系統(tǒng)馬赫澤德調(diào)制器（Mach-ZehnderModulator）n=refractiveindex=2.2r33=electro-opticcoefficient=30.10-12Vm-1E=

Appliedelectricfield=appliedvoltage/effectiveelectrodespacingNomorethanafewvoltsforpracticaluseofahighspeedmodulatorindigitalcommunicationsElectrodepositioningverycriticalCrystalaxiscriticalLight-polarizationdependentLiNbO3SubstrateTravelling-WaveImpedancematchedelectrodestructureOpticalwaveguideMach-ZehnderInterferometer電光效應(yīng)MZM傳輸特性

MZM工作狀態(tài)當(dāng)V1=V2時

當(dāng)V1=-V2時:“推挽”方式

相位調(diào)制

調(diào)制器零啁啾

強(qiáng)度調(diào)制

對MZM輸出性能插入損耗?。ū菶AM小5dB）波長無關(guān)特性消光比性能優(yōu)（20dB）調(diào)制速度快

——40G以上系統(tǒng)無啁啾偏振相關(guān)性開關(guān)電壓較大（6V）提綱研究意義光調(diào)制器光調(diào)制格式強(qiáng)度調(diào)制的OOK系列相位調(diào)制的PSK系列偏振調(diào)制原理的PolSK系列基于強(qiáng)度調(diào)制原理的光調(diào)制格式

歸零碼NRZ-OOK

非歸零碼RZ/CS-RZ-OOK

光雙二進(jìn)制ODB

NRZ偏置電壓為輸入電信號為，

NRZ調(diào)制格式特點(diǎn)中心載波處存在離散譜線，其余處連續(xù)頻譜寬度為80GHz，密集脈沖連1非歸零，碼間干擾功率電平較RZ方式高3dB，非線性效應(yīng)強(qiáng)實(shí)現(xiàn)簡單，技術(shù)成熟，成本較低

RZ/CSRZ，66%RZ50%RZ電壓33%RZVπ2Vπ時鐘加載方式全頻率調(diào)制——50%RZ偏置在處，驅(qū)動信號時鐘頻率即占空比50％輸出調(diào)制光信號頻率為脈沖寬度（半高全寬）為相鄰脈沖相位保持一致半頻率調(diào)制——33%RZ偏置在或0處，驅(qū)動信號時鐘頻率即占空比33%輸出調(diào)制光信號頻率為2脈沖寬度（半高全寬）為相鄰脈沖相位保持一致半頻率調(diào)制——66%RZ（載波抑制歸零碼）偏置在處，驅(qū)動信號時鐘頻率即占空比66%輸出調(diào)制光信號頻率為2脈沖寬度（半高全寬）為相鄰脈沖相位相反

RZ調(diào)制格式特點(diǎn)33、50RZ中心處有載波分量，存在離散分量；第一、二級邊帶頻率間隔分別為

80、160GHz；CSRZ中心處沒有載波分量第一級邊帶間距約為80GHz；

RZ調(diào)制格式特點(diǎn)RZ編碼格式有利于系統(tǒng)的時鐘恢復(fù)；RZ碼頻譜比NRZ稍寬，在相同平均接收功率的條件下，眼圖張開度大于

NRZ碼，一般RZ格式可提供比NRZ格式高3dB的OSNR容限；RZ碼的時域脈沖相關(guān)效應(yīng)較弱，受SPM效應(yīng)影響較NRZ小，DWDM信道間的非線性相互作用及PMD效應(yīng)也相對較弱；CSRZ碼相比一般RZ增加了色散容限，同時可以抑制載波，進(jìn)一步增強(qiáng)非線性效應(yīng)的抵抗能力；需二級調(diào)制，設(shè)備復(fù)雜性相對較高；基于相位調(diào)制原理的光調(diào)制格式

差分相移鍵控調(diào)制格式NRZ/RZ-2DPSK

差分正交相移鍵控調(diào)制格式NRZ/RZ-DQPSK

八級相移鍵控調(diào)制格式（NRZ/RZ-8DPSK）

mDPSK系列（NRZ-mDPSK，RZ-mDPSK，CS-RZ-mDPSK）編碼規(guī)則先設(shè)一參考位。絕對碼如果是“1”，相對碼的這一比特和前面相鄰比特位相反；絕對碼如果是“0”，相對碼的這一比特和前面相鄰比特位相同。例：絕對碼為1101001，相應(yīng)的相對碼為1001110（參考位為“0”）。參考絕對碼相對碼DPSK碼的分類按照每個碼元所攜帶的信息量來分，可以分為2DPSK（1bit/symbol）4DPSK（2bit/symbol）8DPSK（3bit/symbol）如果在調(diào)制成DPSK信號后，在后面加一級MZM把非歸零的光信號調(diào)制成歸零的光信號，則可以調(diào)制出如RZ-DPSK，CSRZ-DPSK之類的碼型。2DPSK2DPSK，也叫它DBPSK，通常簡稱為DPSK，因?yàn)樗亲畛Ｓ玫囊环N。其輸出光強(qiáng)度是不變的，數(shù)據(jù)信息加在相位上，“1”的相位是0，“0”的相位是π。參考參考相對碼光波的相位NRZ-DPSK的產(chǎn)生方法MZM工作在“推挽”狀態(tài)下，偏置在強(qiáng)度零點(diǎn)。可以避免由于PM調(diào)制在“0”和“1”的跳變沿產(chǎn)生的啁啾。RZ-DPSK和CS-RZ-DPSK的產(chǎn)生在產(chǎn)生NRZ-DPSK的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)脈沖進(jìn)行切割，對應(yīng)前面的不同RZ產(chǎn)生方式，得到不同的RZ-DPSK，其頻譜沒有線狀譜，但是寬度是不同的。33％RZ-DPSK波形和光譜50％RZ-DPSK波形和光譜CS-RZ-DPSK波形和光譜DPSK信號的解調(diào)平衡探測3dB靈敏度的改善DPSK特點(diǎn)DPSK優(yōu)點(diǎn)：比通常的OOK的信噪比好3dB；對非線性效應(yīng)有較高的容限，特別是在大于20G的系統(tǒng)中。DPSK缺點(diǎn)：需要干涉檢測技術(shù)，增加了收發(fā)設(shè)備的復(fù)雜度光纖線路中信道監(jiān)測需要專用的DPSK接收機(jī)RZ-DPSK碼型的信道間隔也限制在100GHz。4DPSK

4DPSK，又叫DQPSK（Q=quadrature），是2DPSK的延伸。4DPSK格式的每個碼元有四個相位狀態(tài)（DPSK只有兩種，0和π），一般是“0、π/2、π、3π/2”或者“π/4、3π/4、5π/4、7π/4”。優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)的二進(jìn)制格式是1bit/symbol的速率，而4DPSK是2bit/symbol，即每個碼元（symbol）可以傳輸兩個比特（bit）的信息。所以在40Gbit/s的系統(tǒng)中，4DPSK格式的碼元速率只有20GBaud/s。降低了信號的光譜寬度，增加了色散和非線性容限，在WDM系統(tǒng)中可以容許有更小的信道間隔和很高的光譜效率。4DPSK產(chǎn)生方法之一上一路沒有延遲，被信號a1調(diào)制成2DPSK碼，輸出的相位為0或π。下一路被信號b1也調(diào)制成2DPSK碼，但由于光的相位先被延遲3π/2，所以輸出的兩個相位為π/2或3π/2。最后兩光信號耦合疊加后，輸出的相位就具有四種狀態(tài)π/4、3π/4、5π/4、7π/4。4DPSK產(chǎn)生方法之二MZM輸出的是一個2DPSK信號，信號的相位是0和π兩種。然后b2（t）驅(qū)動PM，把輸入的DPSK信號的相位再次進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制的幅度為±π/4，所以輸出的信號就有了四種相位狀態(tài)：π/4、3π/4、5π/4、7π/4。4DPSK產(chǎn)生方法之三用一個PM來實(shí)現(xiàn)兩個電信號，b3（t）的幅值經(jīng)過放大后變?yōu)閍3（t）的兩倍，它們相加能得到四種電壓：0、V/2、V、3V/2。用這四種電壓來驅(qū)動PM，也可以讓輸出光具有四種相位。DQPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)相位對應(yīng)的編碼關(guān)系8-DPSKDQPSKDPSK頻譜利用率提高，但調(diào)制和解調(diào)越來越復(fù)雜基于偏振調(diào)制原理的新型調(diào)制格式Apol碼APol（Alternate-Polarization）碼，就是讓相鄰比特位的光信號的偏振態(tài)正交。在40G或以上的高速色散管理系統(tǒng)中，信道內(nèi)非線性效應(yīng)是系統(tǒng)性能的主要限制。用APol格式能大大減小IFWM效應(yīng)，并將IXPM效應(yīng)減小為原來的一半。首先對激光的相位進(jìn)行調(diào)制，驅(qū)動的時鐘信號為交替的“1”和“0”，速率為R/2，R表示比特率。調(diào)制后的光信號的相位在0和π之間變化。然后將光信號送入偏振光分離器（PBS）中，光的兩個正交態(tài)分別進(jìn)入上下兩臂傳輸，上面一臂的信號會延遲一個比特位與下面一臂的信號在偏振光耦合器（PBC）中耦合。輸出的光信號就是相鄰相位偏振態(tài)正交的，再用數(shù)據(jù)信號對其進(jìn)行調(diào)制，最后輸出APol格式的信號。偏振復(fù)用差分正