淺談光纖的復(fù)雜調(diào)制法

　　長距離傳輸?shù)那闆r就完全不同了，每家服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的“線路端”都需要傳輸數(shù)百公里的距離。為了補(bǔ)償增加的通道而加光纖，成本太高昂了。Tektronix公司產(chǎn)品工程師Pavel Zivny說：“運(yùn)營商要在現(xiàn)有的光纖中擠進(jìn)100 Gbps的流量，其中很多原來設(shè)計(jì)用于10 Gbps，有些甚至是為2.5 Gbps光纖鏈路而設(shè)計(jì)的�！�

　　要簡單地將一個(gè)100 Gbps NRZ(不歸零)流硬塞入現(xiàn)有光纖，顯然是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)前的DWDM(密集波分復(fù)用)光纖采用各信道之間50 GHz的間隔。盡管對采用NRZ調(diào)制的10 Gbps數(shù)據(jù)流，這個(gè)信道間隔足夠用了，但對100 Gbps NRZ流則太窄。LeCroy公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Mike Schnecker認(rèn)為：“你不能直接將100 Gbps流加在載波上�！痹�因是：對一個(gè)100 Gbps NRZ信號，每一比特的寬度只有10 ps。

　　Anritsu公司的光產(chǎn)品專員Hiroshi Goto則稱：“由于鄰道的串?dāng)_問題，DWDM系統(tǒng)中不能使用100 Gbps數(shù)據(jù)流。PMD(極化模式色散)和CD(色散)阻止了這種情況。有太多的失真。脈沖失真與重疊。”

　　為解決這個(gè)問題，OIF(光互連論壇)建議采用復(fù)雜調(diào)制，從而能以現(xiàn)有光纖，在每秒每赫茲內(nèi)裝入更多比特。OIF提議采用QPSK(正交相移鍵控)和雙極化，在一個(gè)單波長上實(shí)現(xiàn)100 Gbps流量。QPSK常見于數(shù)字RF通信，但對光纖通信是新鮮東西。

　　一個(gè)100 Gbps鏈路包含了兩個(gè)極化——TE(橫電)與TM(橫磁)的兩個(gè)50 Gbps流，它們在兩個(gè)正交的極化平面上傳輸。每個(gè)50 Gbps流都包含25G符號/秒。QPSK調(diào)制可將2個(gè)比特封裝在一個(gè)符號內(nèi)。由于QPSK信號是以兩個(gè)極化面?zhèn)鬏�，因此它可以叫做DP-QPSK(雙極化QPSK)，或叫PM-QPSK(極化模式QPSK);兩個(gè)詞語都經(jīng)常使用，可以互換。本文在指雙極化時(shí)使用DP-QPSK，而單極化時(shí)用QPSK。

　　復(fù)雜調(diào)制

　　單個(gè)100 Gbps碼流被分成TE與TM極化。這一步驟產(chǎn)生出相同頻率的兩個(gè)載波。然后，每個(gè)載波去做I/Q(同相/正交)調(diào)制，得到兩個(gè)25G符號/秒的流�？傆�(jì)為100 Gbps，但實(shí)際的數(shù)據(jù)速率略高些(見附文1《一個(gè)G里有什么》)。圖2中的極性分離器出現(xiàn)在QPSK調(diào)制器以前。有些收發(fā)器設(shè)計(jì)可能會先放I/Q調(diào)制器，然后再將調(diào)制后的信號分離為兩個(gè)極性。

　　QPSK調(diào)制是響應(yīng)進(jìn)入的碼對(00、01、10、11)，對光載波作移相，在每個(gè)符號放2 個(gè)比特。每個(gè)符號代表2比特。接收器將每個(gè)符號解調(diào)為2個(gè)比特，獲得一個(gè)50 Gbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。另外，比特要在調(diào)制前做預(yù)編碼，調(diào)制后作解碼(參考文獻(xiàn)3)。然后，接收器對進(jìn)入的DP-QPSK信號作解調(diào)和解碼，產(chǎn)生四個(gè)25 Gbps的電信號。

　　QPSK信號中每符號承載的比特?cái)?shù)是NRZ信號的兩倍。因此，當(dāng)兩種調(diào)制所產(chǎn)生的信號通過光纖時(shí)，其降級程度也有區(qū)別。EXFO Sweden總監(jiān)Peter Andrekson解釋說，QPSK信號較NRZ信號對噪聲和非線性相位失真更加敏感。他說：“由于對噪聲的敏感度較高，QPSK調(diào)制信號需要的功率高于NRZ信號。”

　　不過，QPSK信號也有一個(gè)較NRZ信號的重要優(yōu)勢。即在相同碼率下，它們對于來自色散和群延時(shí)的誤碼不太敏感。這是因?yàn)?00 Gbps數(shù)據(jù)的一個(gè)UI(單位間隔)寬度為10 ps。由于線路傳輸采用的是四個(gè)25 Gbps 通道，因此每個(gè)符號寬度為40 ps，它有較低的帶寬。

　　一個(gè)25G符號/秒流的40 ps寬符號比較短，需要的帶寬高于一個(gè)10 Gbps、100 ps寬的NRZ信號。因此，25G符號/秒信號要比10 Gbps NRZ信號對色散的誤差更加敏感，但對降級的敏感度小于100 Gbps NRZ信號。Andrekson解釋說：“在一個(gè)確定碼率下，復(fù)雜性和SNR(信噪比)以及色散容限和硬件帶寬之間存在著一個(gè)折中�！�

　　DP-QPSK技術(shù)如此之新，現(xiàn)在還沒有用于線路端的收發(fā)器模塊。Finisar公司高級技術(shù)師Chris Cole解釋說，線路端的收發(fā)模塊要大于客戶端的模塊，現(xiàn)在正在確定一個(gè)多實(shí)體協(xié)議(參考文獻(xiàn)4)。Cole指出，設(shè)計(jì)者甚至可以將線路端的收發(fā)器實(shí)現(xiàn)為一個(gè)線路卡，而不是模塊。

[$page]　　測試也要改變

　　從NRZ向DP-QPSK調(diào)制的轉(zhuǎn)移為光纖前端的測試帶來了星座圖。盡管星座圖在RF無線傳輸中很常見，但對光通信還是新鮮事物。對一個(gè)QPSK傳輸做的第一個(gè)測量就是星座圖。星座圖提供了有關(guān)傳輸信號完整性的信息。色散與非線性都可以造成信號的降級，從而產(chǎn)生失真。

　　圖4中右下角的兩個(gè)波形顯示了經(jīng)QPSK調(diào)制的信號波幅(上)和相位(下)。注意相位角圖上有明顯的不連續(xù)。它們源于相移，因?yàn)镼PSK調(diào)制中是成對比特的編碼。

　　在測試光DP-QPSK信號時(shí)，可以使用光調(diào)制，或采用一臺光信號分析儀。這些儀器可生成星座圖，將其解碼為電子數(shù)據(jù)流，并將其顯示為眼圖。服務(wù)于這個(gè)市場的公司有安捷倫科技、安立、EXFO以及Optametra公司，而Optametra公司的產(chǎn)品采用的是Tektronix示波器。