光纤通信技术-detection

新型调制技术与相干检测技术l光器件设计与实现工作组,WDM超长距离光传输技术Keang-Po

Ho，Phase-Modulated

Optical

CommunicationSystemsMasatakaNakazawa，

High

Spectral

Density

OpticalCommunication

technologiesIvan

P.

Kaminow，Optical

Fiber munications

V

B研究意义1新型调制格式基本原理23

新型调制格式实现方案与装置相干检测基本原理4相干检测实现方案与装置5研究意义1新型调制格式基本原理23

新型调制格式实现方案与装置相干检测基本原理4相干检测实现方案与装置5更高的速率，更长的距离，的容量！P.

Winzer,

IEEE

Com.

Mag.,

pp.26-30,

July

2010需求和目标技术实现面对的中问题:频谱效率信号损伤投资成本新型调制格式数字相干检测新型技术:调制发射链路传输接收处理研究意义1新型调制基本原理23

新型调制格式实现方案与装置相干接收基本原理4相干检测实现方案与装置5基本思路偏振振幅相位频率参新型调制技术：利用光振幅、相位、偏振、频率数携带信息，探测相对复杂度调矢A

光场表达式：E

1

时间偏振键控or偏振复用

波分复用

时分复用

量调制传统调制技术：只利用光的强度携带信息，便于探测矢量调制和星座图矢量端点的位置成为星座点，其构成的图为星座图相位(t)幅度A(t)A(t每个信号可以通过幅度、相位两个参数描述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相位调制：BPSK信息以相位编码（幅度不变）以相位0/180区分符号1、0相对于OOK，BPSK格式结合平衡探测有

3dB的灵敏度优势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信号带宽(BW)与码元持续时间

(Ts)成正比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研究意义1新型调制格式基本原理23

新型调制格式实现方案与装置相干接收基本原理4相干检测实现方案与装置5光波导EinEout

(t)V1

(t)V2

(t)1

(t)2

(t)out

in2

V

2

VE

(t)

jE

exp(

j

L)

exp[

j

V1

V2

]cos[

V1

V2

]outIout

(t)

Eout

(t)E

(in其中传输常数

2

neff

/

，V

为半波电压-曾

调制器(MZM)传输特性调制器的输出光场、光强与加载电压的关系为：电光调制0

2

Ln

/

1n

n3rE2常用材料:LiNbO3聚合物GaAs-1.00-0.75-0.50-0.250.000.250.500.751.002VpiVpi输出输入电压输出光强输出光场V02V输出光强输出信号驱动电压OOK输入信号V02V输出信号驱动电压DPSK输入信号输出光强数据加载当V1=-V2时:强度调制当V1=V2时：相位调制cos2[

in

]2

VoutinI

(t)

I

V

(t)out

in2

VE

(t)

jE

exp(

j

L)

cos[

Vin

(t)]out

in2

VE

(t)

jE

exp(

j

L)

exp[

j

Vin

]Iout

(t)

IinVbias

V1Vin

2V1通过选择不同偏置点和信号幅度实现强度调制和相位调制信号的数据加载上支路激光器IQ/2下支路预编码原始信号MZM1MZM1通过并联的MZM可完成高阶信号（mPSK、mQAM）信号码型不同调制信号产生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驱动电压输出光强V/2

V输入时钟信号50%RZ输出脉冲V

2V驱动电压输出光强CS-RZ输出脉冲输入时钟信号V2V驱动电压输出光强输入时钟信号33%RZ输出脉冲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(

)(d)

CSRZ(e)

33%RZ-DPSK(f)

50%RZ-QPSK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%RZRZ-DPSKCSRZ-DPSKMZM1编MZM2(时c)钟N信R号Z-QPSK连续激光器-DPSKNRZ-DPSK产品NTTPhotline研究意义1新型调制格式基本原理23

新型调制格式实现方案与装置相干接收基本原理4相干检测实现方案与装置5

e

j

Aexp

j(t

)1

光场表达式：E

基本思路A

、

、

、

、

多个参数共同定

E所有光电探测器只能探测光强I

(t)

E光场叠加：E

E1

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111

11

1j

e

E

P

exp[

j(

t

)]

11

22222

2j

e

E

P

exp[

j(

t

)]12

I

E

E

P1

P2

2RP1P2

K

cos(IFt

)Is

(t)

2R

P1P2

K

cos(IFt

)由频率、相位决定1K、

由偏振态决定

=IF

=

1IF

=0:零差检测

IF

BWsignal:外差检测

BWsignal

:内差检测0

IF信号劣化因素1.251.00-0.50-0.75-1.00-1

251E-151优化入纤功率，在信噪比和非线性中取得平衡选着窄线宽光源，控制在噪声容限内偏振/相位分集相干检测DPOHPIN&TIAThe

requirementsof

theOIF26sxssEE

PE

sy

1

1

PLO

ELOx

2

exp[

j(LOt

LO)]ELO

E

LOy

PLO

信号&

本振光源:2sxLOxE1,2

1

E

E2sxLOx

jE

E3,4

1

E2sy

LOyE5,6

1

E

E2syE7,8

1

ELOy

jE平衡探测之前的光场：12

PS

PLOIFcos(

t

)I

R3cos(2S

LO(1-

)P

PIF

t

)I

R平衡探测器输出电流：22

PS

PLOIFcos(

t

90

)I

R42(1-

)PS

PLOIFcos(

t

90

)I