Page 27 - 网络电信2017年3月刊上
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特别关注

      （j）从G652到G653单模光纤的色散位移                       速发展，相干系统的优点黯然失色，光相干系统的开发只能期
      为在1550nm处得到零色散,通过光纤折射率剖面的设计来                 待新的技术突破，否则难以与光纤放大器及光纤波分复用技术
改变波导色散,使光纤色散在1550nm处为零,如图6所示,从而使                   相匹敌。
G.653光纤在1550nm波长上同时具有最小损耗和零色散。
      G.653光纤虽在1550nm波段有最小损耗和色散, 但在WDM系                  然而，直接检测的WDM系统经过二十年的发展和广泛应用
统中受四波混频损害,为避免此损害,需在1550nm波段引入一定                    后，新的征兆开始出现，标志着相干光传输技术的应用将再次
色散值, 这就开发了非零色散位移光纤G.655及低斜率非零色散                    受到重视。21世纪第一个10年的中后期，硅基CMOS电芯片技术
位移光纤G.656,如图7所示。                                   的迅猛发展，信号处理技术的成熟，使得重新拾起的相干接收
 图7 从G652到G656单模光纤的色散位移                            焕发了应有的技术魅力，成为了这一阶段的核心。原有的色散
                                                   补偿、偏振模复用和色散、载波频率和相位的恢复以及时钟同
    四、第四阶段(2010-)                                  步等，都在基于数字信号处理（DSP）的相干接收端的芯片里找
                                                   到了解决答案，让光信号的频谱效率提升到2b/s/Hz，光传输也
      2010年实现了100G WDM PDM-QPSK相干接收,DSP系统, 传       进入了四维正交信号（X和Y偏振的I和Q路信号）的数字相干传
输距离为2000-2500Km，开创了超100G新纪元。利用G.652光纤,             输阶段。
50GHz DWDM,EDFA。容忍30ps PMD和50000ps/nm CD。在这一相
干传输系统中，光纤的波长色散和PMD的线性损害均可在DSP电                           光纤相干通信技术发展第一阶段1980-1990十年；沉寂了
域中得以解决。                                            二十年后，从2010年起又进入了新的发展阶段。

      这样，由于相干接收和DSP技术的发展，使光纤的波长色散                       2.PDM-QPSK调制；相干接收+DSP
和PMD不再是长距离通信的主要限制因素，而光纤的衰减和非线                            发射端 (Transmitter)：
性成为主要问题。                                                 PDM(偏分复用)Polarization Division Multiplexion
                                                         QPSK(正交相移键控) Quadrature Phase Shift Keying
      新一代长距离通信要求400G通信系统, 采用高阶调制格式                       接收端(Receiver)：
的相干通信系统及G.654E光纤(2016)。                                  Coherent Receiving(相干接收)
                                                         DSP(数字信号处理)Digital Signal Processing
     1.相干通信的历史回顾                                         （a）偏分复用PDM
      上世纪八十年代初，欧美、日本等国兴起光纤相干通信技                          将激光光源通过偏振分束器,分成X,Y两个垂直方向的光载
术的研发热潮，旨在扩展光纤通信系统的距离和带宽。笔者于                        波, 分别由两路信号进行调制。
1981-1982年间，曾在美国GTE Laboratories主持光纤相干通                  （b）四相位调制（Four Phase Modulation）
信研究项目, 项目名称为“Binary ASK, FSK, PSK Coherent               四相相位调制是利用载波的四种不同相位差来输入的数字
Transmission Systems for Optical Fiber Broad-band  信息，是四进制移相键控，QPSK是指M=4时的调相技术；它规定
Communications”。                                   了四种载波相位，分别为45°135°225°315°，调制器的输入
      相干系统与IM-DD系统相比有两大优点:（一）是它有更高                 是二进制数字序列，为了和四进制载波相位配合起来，则需要
的接收灵敏度, 这是因为相干系统只受限于被接收信号的光的                       把二进制数据变换为四进制数据，需要把二进制数字序列中每
量子噪声, 在外差相干系统中采用二进制PSK调制, 达到10-9误                  两个比特分成一组，共有四种组合，即00,01,10,11，其中每一
码率，每比特只要有18个光子；而IM-DD系统中接收机灵敏度受                    组称为双比特码元，每一个双比特码元是由两位二进制信息比
限于APD倍增噪声和负载电阻的热噪声,达到10-9误码率,每比特                   特组成，分别代表四进制四个符号中的一个符号，QPSK中每次
光子数要有几百, 甚至几千个。（二）是相干系统可增加接收                       调制可得2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来
机的选择性。工作在FDM方式时,可利用置于外差后的微波滤波                      传递的。解调制根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断
器用电的方式进行通道选择, 这就允许在频域中更密集安排通                       发送端的信息比特。
道, 旨在开发光纤的巨大带宽潜力。
      进入90年代后，由于光纤放大器及光纤波分复用技术的迅                    图8 QPSK原理

                                                      以上信号波形所传输的信号为：1 1 0 0 0 1 1 0。
                                                      •其中构成用下划线标识的奇数位二进制代码是由I相位的波形组成：
                                                      1 1 0 0 0 1 1 0；
                                                      •其中构成用下划线标识的偶数位二进制代码是由Q相位的波形组成：
                                                      1 1 0 0 0 1 1 0。

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