光纤通信原理-相干光通信.pptx

第9章 相干光通信引入：为什么要发展相干光通信？相干光通信的理论和实验始于20世纪80年代。

9.1相干光通信9.1相干光通信 9.2高级光调制格式 9.3光信号的相干检测 9.4集成可调谐窄频激光器 9.5集成相干接收器 9.6高速数字信号处理 9.7光子集成芯片 9.8100G/400G光模块

9.1相干光通信

9.1.1光调制技术9.1.2相干光通信

9.1.1光调制技术

幅移键控（ASK）是以基带数字信号控制载波的幅度变化的调制方式。频移键控（FSK）是以基带数字信号控制载波频率变化的调制方式。相移键控（PSK）是以基带数字信号控制载波频率变化的调制方式，基带信号只控制光载波的相位变化，而振幅和频率保持不变。

9.1.2相干光通信

1.相干光通信系统在发送端，用外调制方式将电信号以调幅、调相、或调频的方式调制到光载波上，调制后的光信号经过光纤链路传输后到达接收端；在接收端，光信号与本振光在90°混频器中进行相干混合，经过光检测器转换后的电信号被模数转换芯片（ADC）采样，送进数字信号处理芯片进行数字信号处理（DSP），实现数据的恢复。

2.相干光通信的关键技术(1)窄线宽光源(2)高级光调制MPSK，MQAM(3)平衡接收(4)高速数字信号处理(5)偏振控制(6)非线性串扰控制

3.相干光通信的优点(1)灵敏度高，中继距离长在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约10～20dB(2)波长选择性好，通信容量大(3)支持多种调制方式，提高了频谱利用率(4)电域内处理信号

9.2高级光调制格式

9.2.1多进制相移键控9.2.2多进制正交幅度调制9.2.3脉冲幅度调制

【思考与讨论】我们为什么要对传输的数字信号进行一些复杂的高级调制呢？

9.2.1多进制相移键控

1．MPSK的基本原理奈奎斯特定理（NyquistsTheorem）1924年，奈奎斯特推导出理想低通信下，最高码元传输速率为2WBaud，其中W是理想低通信道的带宽。也就是说，每赫兹带宽的最高码元传输速率为每秒2个码元。对于编码方式的码元状态数为M，信道极限信息传输速率（信道容量）为

奈奎斯特定理告诉我们要想增加信道的比特传送率有两条途径，一方面可以增加该信道的带宽，另一方面可以选择更高的编码方式。

多进制数字相位调制简称多相制调制，它是用正弦波的M个相位状态来代表M组二进制信息码元的调制方式，包括多相位相移键控信号（MPSK）和多相位差分相移键控信号（MDPSK）。M表示每个码元可能的相位状态数，每个码元含有n比特，M满足M=2n，故采用这种调制格式时，比特率是波特率的n倍。

M相调制波的时域形式可以表示为：所有码元的波形时序构成M相调制波的信号时域波形。

一般用带箭头的线条来表示正弦载波信号的波形变化，相当于一个矢量以角速度逆时针旋转的投影的变化。箭头的长度是正弦波的振幅，也就是矢量的模；是正弦波的角频率；而模和横轴的夹角是正弦波的瞬时相位。通常把调制信号矢量端点在空间中的分布形式称为调制星座图

BPSK、QPSK和8PSK的调制星座图

QPSK规定了4种载波相位，分别为π/4、3π/4、5π/4、7π/4，每个载波相位携带2个二进制码元，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，也就是说，需要把二进制数字序列中每2比特分成一组，共有4种组合，即00、01、10、11，其中每一组称为双比特码元。

每个双比特码元由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制4个码元中的一个码元。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的4种相位来传递的，显然，这比BPSK的比特率提高了一倍。

2.IQ调制在该双平行调制器中，输入信号被平分为两路，每一路都通过一个相对低速的相位调制器。其中一路信号经过90°移相后与另一路相加，通过干涉效应，得到的信号再结合后形成QPSK信号，这种调制也称为IQ调制。

I表示In-phase，是同相或实部，Q表示Quadrature，是正交相位或虚部，

IQ调制器幅度IQ调制器相位

3.QPSK信号

在发射机中，基带信号经过串并转化后得到I、Q两路速率减半的二电平信号，分别通过MZM调制器，得到两路BPSK信号，其中一路信号经过90°相移后与另一路相加，得到QPSK调制的4个相位状态。QPSK调制的实质是输入的码对（00、01、10、11）对光载波做相移，最后得到相位分别为π/4、3π/4、5π/4、7π/4的光载波。

4.偏振复用-正交相移键控第一路光信号正交偏振的第二路光信号携带独立信息，在同一光纤上传输。这样就实现了双通道并行传输，传输带宽加倍，而不