光纤的复杂调制法

录入：edatop.com 点击：

　　要点：

　　•运营商要在现有的光纤中挤进100 Gbps的流量，而这些光纤原设计用于10 Gbps甚至2.5 Gbps光链路。

　　•DWDM(密集波分复用)系统不能使用100 Gbps数据流，因为有邻道串扰问题。

　　•QPSK(正交相移键控)信号要比NRZ(不归零)信号对噪声和非线性相位失真更加敏感。

　　新的调制方法必须能处理长距离传输。短距离通信即所谓的园区与本地城域网中的客户端，它们不需要复杂的调制，因为距离很短，足以容纳较高的速度(图1)。对客户端，当距离远至40 km时，100 Gbps链路可以使用四个25 Gbps的通道。IEEE 802.3ba就定义了这些数据链路(参考文献2)。由于短距离100 Gbps链路要在一根光纤上使用四种波长，甚至要在最短距离上使用10根10 Gbps的光纤，因此，可能需要更多光纤来增加现有的10 Gbps速度。在短距离上安装额外的光纤花费并不高，如在一个园区网的建筑之间。

图一运营商用一个数据链路的线路端作城际间的长距离传输

　　长距离传输的情况就完全不同了，每家服务供应商网络的"线路端"都需要传输数百公里的距离。为了补偿增加的通道而加光纤，成本太高昂了。Tektronix公司产品工程师Pavel Zivny说："运营商要在现有的光纤中挤进100 Gbps的流量，其中很多原来设计用于10 Gbps，有些甚至是为2.5 Gbps光纤链路而设计的。"

　　要简单地将一个100 Gbps NRZ(不归零)流硬塞入现有光纤，显然是不现实的。当前的DWDM(密集波分复用)光纤采用各信道之间50 GHz的间隔。尽管对采用NRZ调制的10 Gbps数据流，这个信道间隔足够用了，但对100 Gbps NRZ流则太窄。LeCroy公司业务发展经理Mike Schnecker认为："你不能直接将100 Gbps流加在载波上。"原因是：对一个100 Gbps NRZ信号，每一比特的宽度只有10 ps。

　　Anritsu公司的光产品专员Hiroshi Goto则称："由于邻道的串扰问题，DWDM系统中不能使用100 Gbps数据流。PMD(极化模式色散)和CD(色散)阻止了这种情况。有太多的失真。脉冲失真与重叠。"

　　为解决这个问题，OIF(光互连论坛)建议采用复杂调制，从而能以现有光纤，在每秒每赫兹内装入更多比特。OIF提议采用QPSK(正交相移键控)和双极化，在一个单波长上实现100 Gbps流量。QPSK常见于数字RF通信，但对光纤通信是新鲜东西。

　　一个100 Gbps链路包含了两个极化——TE(横电)与TM(横磁)的两个50 Gbps流，它们在两个正交的极化平面上传输。每个50 Gbps流都包含25G符号/秒。QPSK调制可将2个比特封装在一个符号内。由于QPSK信号是以两个极化面传输，因此它可以叫做DP-QPSK(双极化QPSK)，或叫PM-QPSK(极化模式QPSK);两个词语都经常使用，可以互换。本文在指双极化时使用DP-QPSK，而单极化时用QPSK。

　　复杂调制

　　图2表示了调制过程。单个100 Gbps码流被分成TE与TM极化。这一步骤产生出相同频率的两个载波。然后，每个载波去做I/Q(同相/正交)调制，得到两个25G符号/秒的流。总计为100 Gbps，但实际的数据速率略高些(见附文1《一个G里有什么》)。图2中的极性分离器出现在QPSK调制器以前。有些收发器设计可能会先放I/Q调制器，然后再将调制后的信号分离为两个极性。

图二一个100 Gbps的发送机将一束激光分离成两个极，然后将四个25 Gbps数据流调制在一根单波长光纤上。

　　QPSK调制是响应进入的码对(00、01、10、11)，对光载波作移相，在每个符号放2 个比特。每个符号代表2比特。接收器将每个符号解调为2个比特，获得一个50 Gbps的数字数据流。另外，比特要在调制前做预编码，调制后作解码(参考文献3)。然后，接收器对进入的DP-QPSK信号作解调和解码，产生四个25 Gbps的电信号。

　　QPSK信号中每符号承载的比特数是NRZ信号的两倍。因此，当两种调制所产生的信号通过光纤时，其降级程度也有区别。EXFO Sweden总监Peter Andrekson解释说，QPSK信号较NRZ信号对噪声和非线性相位失真更加敏感。他说："由于对噪声的敏感度较高，QPSK调制信号需要的功率高于NRZ信号。"