光纤通信技术chapter-8-modulation-format

光调制技术柯昌剑朱晓红光器件设计与实现工作组提纲研究意义光调制器光调制格式强度调制的OOK系列相位调制的PSK系列偏振调制原理的PolSK系列提纲研究意义光调制器光调制格式强度调制的OOK系列相位调制的PSK系列偏振调制原理的PolSK系列研究意义1.提高频谱效率，减小信道间隔提高抗损伤能力（CD、PMD、非线性等，延长传输距离）实现难度和成本低

能够传输更多的信道，更高的速率，更长的距离！！！提纲研究意义光调制器光调制格式强度调制的OOK系列相位调制的PSK系列偏振调制原理的PolSK系列光调制内调制：直接调制激光器结构紧凑、成本低啁啾特性调制后信号频谱较宽——适用于低速（2.5G）系统CD引起信号串扰大

电吸收调制器（Electro－AbsorptionModulator,EAM）马赫泽德调制器（Mach-ZehnderModulator，MZM）

外调制：电吸收调制器（Electro－AbsorptionModulator）损耗调制器

Franz-Keldysh和QCSE效应，吸收边带红移可与激光器集成驱动电压低（2V）本征的偏振相关和波长相关特性动态消光比较小（小于10dB）啁啾无法实现相位调制

——40G/60G系统马赫泽德调制器（Mach-ZehnderModulator）n=refractiveindex=2.2r33=electro-opticcoefficient=30.10-12Vm-1E=

Appliedelectricfield=appliedvoltage/effectiveelectrodespacingNomorethanafewvoltsforpracticaluseofahighspeedmodulatorindigitalcommunicationsElectrodepositioningverycriticalCrystalaxiscriticalLight-polarizationdependentLiNbO3SubstrateTravelling-WaveImpedancematchedelectrodestructureOpticalwaveguideMach-ZehnderInterferometer电光效应MZM传输特性

MZM工作状态当V1=V2时

当V1=-V2时:“推挽”方式

相位调制

调制器零啁啾

强度调制

对MZM输出性能插入损耗小（比EAM小5dB）波长无关特性消光比性能优（20dB）调制速度快

——40G以上系统无啁啾偏振相关性开关电压较大（6V）提纲研究意义光调制器光调制格式强度调制的OOK系列相位调制的PSK系列偏振调制原理的PolSK系列基于强度调制原理的光调制格式

归零码NRZ-OOK

非归零码RZ/CS-RZ-OOK

光双二进制ODB

NRZ偏置电压为输入电信号为，

NRZ调制格式特点中心载波处存在离散谱线，其余处连续频谱宽度为80GHz，密集脉冲连1非归零，码间干扰功率电平较RZ方式高3dB，非线性效应强实现简单，技术成熟，成本较低

RZ/CSRZ，66%RZ50%RZ电压33%RZVπ2Vπ时钟加载方式全频率调制——50%RZ偏置在处，驱动信号时钟频率即占空比50％输出调制光信号频率为脉冲宽度（半高全宽）为相邻脉冲相位保持一致半频率调制——33%RZ偏置在或0处，驱动信号时钟频率即占空比33%输出调制光信号频率为2脉冲宽度（半高全宽）为相邻脉冲相位保持一致半频率调制——66%RZ（载波抑制归零码）偏置在处，驱动信号时钟频率即占空比66%输出调制光信号频率为2脉冲宽度（半高全宽）为相邻脉冲相位相反

RZ调制格式特点33、50RZ中心处有载波分量，存在离散分量；第一、二级边带频率间隔分别为

80、160GHz；CSRZ中心处没有载波分量第一级边带间距约为80GHz；

RZ调制格式特点RZ编码格式有利于系统的时钟恢复；RZ码频谱比NRZ稍宽，在相同平均接收功率的条件下，眼图张开度大于

NRZ码，一般RZ格式可提供比NRZ格式高3dB的OSNR容限；RZ码的时域脉冲相关效应较弱，受SPM效应影响较NRZ小，DWDM信道间的非线性相互作用及PMD效应也相对较弱；CSRZ码相比一般RZ增加了色散容限，同时可以抑制载波，进一步增强非线性效应的抵抗能力；需二级调制，设备复杂性相对较高；基于相位调制原理的光调制格式

差分相移键控调制格式NRZ/RZ-2DPSK

差分正交相移键控调制格式NRZ/RZ-DQPSK

八级相移键控调制格式（NRZ/RZ-8DPSK）

mDPSK系列（NRZ-mDPSK，RZ-mDPSK，CS-RZ-mDPSK）编码规则先设一参考位。绝对码如果是“1”，相对码的这一比特和前面相邻比特位相反；绝对码如果是“0”，相对码的这一比特和前面相邻比特位相同。例：绝对码为1101001，相应的相对码为1001110（参考位为“0”）。参考绝对码相对码DPSK码的分类按照每个码元所携带的信息量来分，可以分为2DPSK（1bit/symbol）4DPSK（2bit/symbol）8DPSK（3bit/symbol）如果在调制成DPSK信号后，在后面加一级MZM把非归零的光信号调制成归零的光信号，则可以调制出如RZ-DPSK，CSRZ-DPSK之类的码型。2DPSK2DPSK，也叫它DBPSK，通常简称为DPSK，因为它是最常用的一种。其输出光强度是不变的，数据信息加在相位上，“1”的相位是0，“0”的相位是π。参考参考相对码光波的相位NRZ-DPSK的产生方法MZM工作在“推挽”状态下，偏置在强度零点。可以避免由于PM调制在“0”和“1”的跳变沿产生的啁啾。RZ-DPSK和CS-RZ-DPSK的产生在产生NRZ-DPSK的基础上，进一步对数据脉冲进行切割，对应前面的不同RZ产生方式，得到不同的RZ-DPSK，其频谱没有线状谱，但是宽度是不同的。33％RZ-DPSK波形和光谱50％RZ-DPSK波形和光谱CS-RZ-DPSK波形和光谱DPSK信号的解调平衡探测3dB灵敏度的改善DPSK特点DPSK优点：比通常的OOK的信噪比好3dB；对非线性效应有较高的容限，特别是在大于20G的系统中。DPSK缺点：需要干涉检测技术，增加了收发设备的复杂度光纤线路中信道监测需要专用的DPSK接收机RZ-DPSK码型的信道间隔也限制在100GHz。4DPSK

4DPSK，又叫DQPSK（Q=quadrature），是2DPSK的延伸。4DPSK格式的每个码元有四个相位状态（DPSK只有两种，0和π），一般是“0、π/2、π、3π/2”或者“π/4、3π/4、5π/4、7π/4”。优点：传统的二进制格式是1bit/symbol的速率，而4DPSK是2bit/symbol，即每个码元（symbol）可以传输两个比特（bit）的信息。所以在40Gbit/s的系统中，4DPSK格式的码元速率只有20GBaud/s。降低了信号的光谱宽度，增加了色散和非线性容限，在WDM系统中可以容许有更小的信道间隔和很高的光谱效率。4DPSK产生方法之一上一路没有延迟，被信号a1调制成2DPSK码，输出的相位为0或π。下一路被信号b1也调制成2DPSK码，但由于光的相位先被延迟3π/2，所以输出的两个相位为π/2或3π/2。最后两光信号耦合叠加后，输出的相位就具有四种状态π/4、3π/4、5π/4、7π/4。4DPSK产生方法之二MZM输出的是一个2DPSK信号，信号的相位是0和π两种。然后b2（t）驱动PM，把输入的DPSK信号的相位再次进行调制，调制的幅度为±π/4，所以输出的信号就有了四种相位状态：π/4、3π/4、5π/4、7π/4。4DPSK产生方法之三用一个PM来实现两个电信号，b3（t）的幅值经过放大后变为a3（t）的两倍，它们相加能得到四种电压：0、V/2、V、3V/2。用这四种电压来驱动PM，也可以让输出光具有四种相位。DQPSK调制和解调系统相位对应的编码关系8-DPSKDQPSKDPSK频谱利用率提高，但调制和解调越来越复杂基于偏振调制原理的新型调制格式Apol码APol（Alternate-Polarization）码，就是让相邻比特位的光信号的偏振态正交。在40G或以上的高速色散管理系统中，信道内非线性效应是系统性能的主要限制。用APol格式能大大减小IFWM效应，并将IXPM效应减小为原来的一半。首先对激光的相位进行调制，驱动的时钟信号为交替的“1”和“0”，速率为R/2，R表示比特率。调制后的光信号的相位在0和π之间变化。然后将光信号送入偏振光分离器（PBS）中，光的两个正交态分别进入上下两臂传输，上面一臂的信号会延迟一个比特位与下面一臂的信号在偏振光耦合器（PBC）中耦合。输出的光信号就是相邻相位偏振态正交的，再用数据信号对其进行调制，最后输出APol格式的信号。偏振复用差分正