新型调制与相干检测技术概述

2
)]
ur ur
I E E P1 P2 2R P1P2 K cos(IFt )
Is (t) 2R P1P2 K cos(IFt )
K、 由偏振态决定 =1-2 IF =1-2 由频率、相位决定 IF =0:零差检测 IF ? BWsignal:外差检测 0 IF BWsignal:内差检测
DPOH PIN&TIA
信号 & 本振光源:
uuv Es
Esx
Esy
exp( j )
Ps
exp[ j(st s )]
1
uuuv ELO
ELOx
ELOy
1
2
PLO PLO
exp[
j(LOt
LO
)]
平衡探测之前的光场：
uv
E1,2
1
2
Esx ELOx
uv 1
(1- )PS PLO 2
cos(IF t
90o)
数字信号处理：
数字信号处理：
数字信号处理效果：
5.相干检测实现方案与装置
DPOH
θ 90deg.
Slot forthin-film PBS
Waveguide crossing
Hybrid
U2T
24
Furukawa
PINs & TIAs
集成模块
E5,6 2
Esy ELOy
uv
E 3,4
1
2
Esx jELOx
uv
E 7,8
1
2
Esy jELOy
平衡探测器输出电流：
I1 R
PS PLO 2
cos(IF t
)
I2 R
PS PLO 2
cos(IF t
90o)
I3 R
(1- )PS PLO 2
cos(IFt )
20
I4 R
输入时钟信号
通过选择不同 偏置点、信号 幅度和时钟速 率可切割出不 同占空比脉冲
脉冲切割
❖ 通过级联多个的MZM可完成NRZ、RZ、CSRZ和对应 的DPSK、QPSK信号码型
原始(a信) 号50%RZ
连续 激光器
(编b)码N器RZ-DPSK (时c)钟N信R号Z-QPSK
NRZ-DPSK
RZ-DPSK
Eout (t)
输入电压
输出光强 输出光场
数据加载
Vbias V1(t) V2 (t) Vin 2V1
当V1=-V2时: 强度调制
Eout (t) jEin exp(
I out
(t)
Iin
cos2[
2
j L) cos[
2 Vin (t)]
V
Vin (t) V
]
当V1=V2时：相位调制
Eout (t)
上支路 I
原始信号
激
预编码
光
器
下支路 Q
MZM1
MZM1
/2
❖ 进制不可以无限增加 进制数增加，相同误码率水平每比特所需的信噪比增加
脉冲切割
50%RZ输出脉冲
CS-RZ输出脉冲
输出光强
输出光强
输出光强
V /2 V 驱动电压
输入时钟信号
V
2V
V
33%RZ输出脉冲
驱动电压 输入时钟信号
2V 驱动电压
I (t)
uuuuv 2 E(t)
ur uur uur
光场叠加：E E1 E2 各项参数的时变→光强的时变 光场n维参数的时变特性→n路并行的电信号时变特性
工作原理分析
uur E1
P1
1e j1 1 1
exp[
j
(1t
1
)]
uur E2
P2
2 e j2 12
exp[
j
(2t
矢量调制和星座图
uuuuv A(t )
相位(t)
每个信号可以通过幅度 、相位两个参数描述
幅度A(t)
矢量端点的位置成为星座点，其构成的图为星座图
编码信息与频谱效率
传统的强度调制：OOK
信息以幅度编码（相位不变）
以幅度强弱区分符号1、0
相对于OOK，BPSK
格式结合平衡探测有
相位调制：BPSK
3dB的灵敏度优势
新型调制与 相干检测技术概述
1.研究意义
需求和目标
更高的速率，更长的距离，更多的容量！
P. Winzer, IEEE Com. Mag., pp.26-30, July 2010
技术实现
面对的中问题: •频谱效率 •信号损伤 •投资成本
新型技术: •调制发射 •链路传输 •接收处理
•新型调制格式 •数字相干检测
-1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
I
1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 -0.25 -0.50
-0.75
1E-15
光源频率偏移、抖动-1.00 -1.25
优化入纤功率RO，P在(dB信m)噪比和非线性中取得平衡 -27
3.新型调制格式实现方案与装置
电光调制
n 1 n3rE 2
2 Ln / 0
常用材料: • LiNbO3 • 聚合物 • GaAs
马赫-曾德尔调制器(MZM)传输特性 光波导
V1(t)
Ein (t)
调制器的输出光场、光强与加载电压的关系为：
1.00
Eout (t)
jEin
exp(
j
L)
exp[
U2T NTT
信号劣化因素
SER
1
1.25
1.00
0.75
0.50
1E-3
探测器散粒噪声、热噪00..02声05
Q
1E-6 1E-9 1E-12
光源线宽 (Hz) 1e5 1e6 1e7 1e8 1e9
光源强度噪声 光源相位噪声
放大器ASE噪声
光源的偏振差异 非线性噪声
Q
-0.25 -0.50 -0.75 -1.00 -1.25
jEin
exp(
j
L)
exp[
j
2
Vin ] V
Iout (t) Iin
输出信号
输出信号
输出光强 输出光强
通过选择不同 偏置点和信号 幅度实现强度 调制和相位调 0 制信号的数据 加载
V
2V 驱动电压 0
Vwenku.baidu.com
2V 驱动电压
OOK输入信号
DPSK输入信号
不同调制信号产生
❖ 通过并联的MZM可完成高阶信号（mPSK、mQAM） 信号码型
-25
-23
-21
-19
-17
-15
-1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
I
增加本振光选源着功窄率线抑宽制光热源噪，声控，制使在其噪接声近容散限粒内噪声极限
偏振/相位分集相干检测
The requirements of the OIF
2.新型调制技术基本原理
基本思路
ur ▪ 光场表达式： E
e j A exp j(t )
1
偏振 振幅 频率 时间 相位
偏振键控or偏振复用强度调制波分复用 时分复用 矢量调制
传统调制技术：只利用光的强度携带信息，便于探测 新型调制技术：利用光振幅、相位、偏振、频率多维参
数携带信息，探测相对复杂
j
2
V1 V2 ]cos[
V
2
V1 V2 ] V
0.75 0.50
0.25
I out
(t)
Eout
(t
)
E out
(t)
Iin
cos2[
2
V1 V2 V
]
输出
0.00 -0.25
-0.50
其中传输常数 2 neff / ，V 为半波电压
-0.75
-1.00
V2 (t)
Vpi
2Vpi
1(t) 2 (t)
信息以相位编码（幅度不变）
以相位0/180区分符号1、0
信号带宽(BW) 与码元持续时间
(Ts)成正比
调制幅度和相位不意 味着相对OOK调制具
有更高的频谱效率
编码信息与频谱效率
多个符号对应多个矢 量，1个坐标位置代 表多个bit，因此得到 数倍频谱利用率
偏振复用（PDM） 提高频谱利用率2倍
编码信息与频谱效率
CSRZ-DPSK
MZM1
MZM2
(d) CSRZ
(e) 33%RZ-DPSK (f) 50%RZ-QPSK
产品
NTT
Photline
4.相干检测基本原理
基本思路
ur e j
光场表达式： E
A exp j(t )
1
A
、
、
、
、 多个参数共同定
ur E
所有光电探测器只能探测光强