光纖通信原理-相干光通信

第9章 相干光通信

引入：為什么要發(fā)展相干光通信？相干光通信的理論和實驗始于20世紀80年代。9.1相干光通信9.1相干光通信 9.2高級光調(diào)制格式 9.3光信號的相干檢測 9.4集成可調(diào)諧窄頻激光器 9.5集成相干接收器 9.6高速數(shù)字信號處理 9.7光子集成芯片 9.8100G/400G光模塊9.1相干光通信

9.1.1光調(diào)制技術(shù)9.1.2相干光通信9.1.1光調(diào)制技術(shù)

幅移鍵控（ASK）是以基帶數(shù)字信號控制載波的幅度變化的調(diào)制方式。頻移鍵控（FSK）是以基帶數(shù)字信號控制載波頻率變化的調(diào)制方式。相移鍵控（PSK）是以基帶數(shù)字信號控制載波頻率變化的調(diào)制方式，基帶信號只控制光載波的相位變化，而振幅和頻率保持不變。9.1.2相干光通信

1.相干光通信系統(tǒng)在發(fā)送端，用外調(diào)制方式將電信號以調(diào)幅、調(diào)相、或調(diào)頻的方式調(diào)制到光載波上，調(diào)制后的光信號經(jīng)過光纖鏈路傳輸后到達接收端；在接收端，光信號與本振光在90°混頻器中進行相干混合，經(jīng)過光檢測器轉(zhuǎn)換后的電信號被模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC）采樣，送進數(shù)字信號處理芯片進行數(shù)字信號處理（DSP），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的恢復。2.相干光通信的關鍵技術(shù)(1)窄線寬光源(2)高級光調(diào)制MPSK，MQAM(3)平衡接收(4)高速數(shù)字信號處理(5)偏振控制(6)非線性串擾控制3.相干光通信的優(yōu)點(1)靈敏度高，中繼距離長在相同的條件下，相干接收機比普通接收機提高靈敏度約10～20dB(2)波長選擇性好，通信容量大(3)支持多種調(diào)制方式，提高了頻譜利用率(4)電域內(nèi)處理信號9.2高級光調(diào)制格式

9.2.1多進制相移鍵控9.2.2多進制正交幅度調(diào)制9.2.3脈沖幅度調(diào)制【思考與討論】我們?yōu)槭裁匆獙鬏數(shù)臄?shù)字信號進行一些復雜的高級調(diào)制呢？9.2.1多進制相移鍵控

1．MPSK的基本原理奈奎斯特定理（Nyquist'sTheorem）1924年，奈奎斯特推導出理想低通信下，最高碼元傳輸速率為2WBaud，其中W是理想低通信道的帶寬。也就是說，每赫茲帶寬的最高碼元傳輸速率為每秒2個碼元。對于編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)為M，信道極限信息傳輸速率（信道容量）為奈奎斯特定理告訴我們要想增加信道的比特傳送率有兩條途徑，一方面可以增加該信道的帶寬，另一方面可以選擇更高的編碼方式。多進制數(shù)字相位調(diào)制簡稱多相制調(diào)制，它是用正弦波的M個相位狀態(tài)來代表M組二進制信息碼元的調(diào)制方式，包括多相位相移鍵控信號（MPSK）和多相位差分相移鍵控信號（MDPSK）。M表示每個碼元可能的相位狀態(tài)數(shù)，每個碼元含有n比特，M滿足M=2n，故采用這種調(diào)制格式時，比特率是波特率的n倍。M相調(diào)制波的時域形式可以表示為：所有碼元的波形時序構(gòu)成M相調(diào)制波的信號時域波形。一般用帶箭頭的線條來表示正弦載波信號的波形變化，相當于一個矢量以角速度逆時針旋轉(zhuǎn)的投影的變化。箭頭的長度是正弦波的振幅，也就是矢量的模；是正弦波的角頻率；而模和橫軸的夾角是正弦波的瞬時相位。通常把調(diào)制信號矢量端點在空間中的分布形式稱為調(diào)制星座圖BPSK、QPSK和8PSK的調(diào)制星座圖QPSK規(guī)定了4種載波相位，分別為π/4、3π/4、5π/4、7π/4，每個載波相位攜帶2個二進制碼元，調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數(shù)據(jù)變換為四進制數(shù)據(jù)，也就是說，需要把二進制數(shù)字序列中每2比特分成一組，共有4種組合，即00、01、10、11，其中每一組稱為雙比特碼元。每個雙比特碼元由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制4個碼元中的一個碼元。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的4種相位來傳遞的，顯然，這比BPSK的比特率提高了一倍。2.IQ調(diào)制在該雙平行調(diào)制器中，輸入信號被平分為兩路，每一路都通過一個相對低速的相位調(diào)制器。其中一路信號經(jīng)過90°移相后與另一路相加，通過干涉效應，得到的信號再結(jié)合后形成QPSK信號，這種調(diào)制也稱為IQ調(diào)制。I表示In-phase，是同相或?qū)嵅?，Q表示Quadrature，是正交相位或虛部，IQ調(diào)制器幅度IQ調(diào)制器相位3.QPSK信號在發(fā)射機中，基帶信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)化后得到I、Q兩路速率減半的二電平信號，分別通過MZM調(diào)制器，得到兩路BPSK信號，其中一路信號經(jīng)過90°相移后與另一路相加，得到QPSK調(diào)制的4個相位狀態(tài)。QPSK調(diào)制的實質(zhì)是輸入的碼對（00、01、10、11）對光載波做相移，最后得到相位分別為π/4、3π/4、5π/4、7π/4的光載波。4.偏振復用-正交相移鍵控第一路光信號正交偏振的第二路光信號攜帶獨立信息，在同一光纖上傳輸。這樣就實現(xiàn)了雙通道并行傳輸，傳輸帶寬加倍，而不需要第二個光纖PM-QPSK把1個光信號分離成2個偏振方向，再把信號調(diào)制到這兩個偏振方向上。相當于數(shù)據(jù)做了“1分為“2”的處理，速率降低一半；QPSK，—個相位就表示2個數(shù)字比特，也相當于對數(shù)據(jù)做了“1分為2”的處理，速率降一半?！居懻撆c創(chuàng)新】如果想再提高傳輸速率，能使用16PSK，32PSK，64PSK嗎？9.2.2多進制正交幅度調(diào)制

1.多進制正交幅度調(diào)制QAM是英文QuadratureAmplitudeModulation的縮略語，中文的意思為正交幅度調(diào)制，是一種數(shù)字調(diào)制方式。多進制正交振幅調(diào)制（MQAM）的時域波形表達式為MQAM調(diào)制信號的矢量端點在信號空間中的分布有很多種形式，通常把調(diào)制信號矢量端點在空間中的分布形式稱為調(diào)制星座圖。4QAM、8QAM以及16QAM的調(diào)制星座圖16QAM是指包含16種符號的QAM調(diào)制方式，對于16QAM，n=4，因此有16個符號，每個符號是4bit，比如0000、0001、0010等，如圖9-9所示，16QAM星座圖是由I路和Q路信號組合所得到的16個點。2.MQAM調(diào)制的實現(xiàn)16QAM調(diào)制16QAM調(diào)制可以用下面的方法來實現(xiàn)一種是使用任意波形發(fā)生器（AWG，ArbitraryWaveformGenerator），輸入的二進制電信號通過AWG產(chǎn)生四階強度信號，通過IQ調(diào)制器，分別對相位差90°的I路光、Q路光進行多階強度調(diào)制，這樣I路、Q路光混合后產(chǎn)生0～π/2區(qū)間的星座點，同時AWG輸出一路電信號驅(qū)動級聯(lián)的相位調(diào)制器，使得IQ調(diào)制器輸出的光信號相位發(fā)生旋轉(zhuǎn)，最終生成16QAM光信號。第二種調(diào)制方案的通用模型如圖9-10所示，當n=2時，實現(xiàn)16QAM調(diào)制，先產(chǎn)生QPSK信號，然后使用光衰減器，衰減信號具有不同的幅度，然后兩路QPSK信號耦合生成16QAM信號。目前，實驗室里已經(jīng)實現(xiàn)1024QAM調(diào)制方式，先利用高精度AWG產(chǎn)生基帶1024QAM信號，然后再通過IQ調(diào)制器將基帶1024QAM信號調(diào)制到光上，實現(xiàn)光1024QAM的調(diào)制。目前，線路側(cè)單波速率400G/800Gb/s的相干光模塊，采用16QAM/64QAM調(diào)制技術(shù)?！居懻撆c創(chuàng)新】這里有一個有趣的問題，在移動通信4G和5G里面也有QPSK和QAM編碼技術(shù)，光纖通信也有這樣的編碼技術(shù)，它們到底有什么不同呢？9.2.3脈沖幅度調(diào)制

脈沖幅度調(diào)制（PAM，PulseAmplitudeModulation）是下一代數(shù)據(jù)中心高速信號互連的熱門的信號傳輸技術(shù)，可以廣泛應用于200G/400G/800G接口的電信號或光信號傳輸。PAM4調(diào)制方式采用4個不同的信號電平來進行信號傳輸，每個碼元可以表示2個bit的邏輯信息（0、1、2、3）。由于PAM4信號每個符號周期可以傳輸2bit的信息，因此要實現(xiàn)同樣的信號傳輸能力，PAM4信號的符號速率只需要達到NRZ信號的一半即可，因此傳輸通道對其造成的損耗大大減小。9.3光信號的相干檢測

9.3.1相干檢測原理9.3.2PM-QPSK的相干檢測 9.3.3信噪比和誤碼率引入直接檢測的光電流只提供光振幅的信息，因此我們需要用更復雜、更全面的方法來檢測包括相位信息在內(nèi)的完整光場信息，究竟該如何檢測一個光信號的相位呢？我們需要借助一個本地光源來檢測光信號的相位。9.3.1相干檢測原理

相干光檢測原理信號光的光場本振光的光場信號光和本振光混合后的輸出光功率1.零差檢測若零差檢測信號平均光功率與直接檢測信號平均光功率之比為由于本振光沒有經(jīng)過傳輸，所以，零差檢測接收光功率可以放大幾個數(shù)量級，使接收機的靈敏度大大提高，約為10～25dB。雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。2.外差檢測與零差檢測相似，外差檢測接收光功率放大了，從而提高了靈敏度。外差檢測信噪比的改善比零差檢測低3dB，但是接收機設計相對簡單，因為不需要相位鎖定。2.外差檢測9.3.2PM-QPSK的相干檢測【思考】在相干光通信中，相干檢測要求信號光束與本振光束必須有相同的偏振方向，也就是說，兩者的電矢量方向必須相同，才能獲得相干接收所能提供的高靈敏度；否則，會使相干檢測靈敏度下降。在這種情況下，因為只有信號光波電矢量在本振光波電矢量方向上的投影，才真正對混頻產(chǎn)生的中頻信號電流有貢獻。若失配角度超過60°，則接收機的靈敏度幾乎得不到任何改善，從而失去相干接收的優(yōu)越性。為了充分發(fā)揮相干接收的優(yōu)越性，在相干光通信中應采取光波偏振穩(wěn)定措施：①偏振控制法，控制本振光的偏振態(tài)，使之始終與信號光保持一致；②偏振分集法，將信號光和偏振光都分成X、Y偏振方向的兩部分（矢量投影）并由兩個不同的光路傳輸，解調(diào)后再將信號合成。

1.相干接收與與平衡檢測接收到的偏振復用信號經(jīng)過偏振分束器（PBS），得到兩個偏振態(tài)相互垂直的信號，即X路信號和Y路信號。每路信號都與一個進行90°混頻，得到個偏振態(tài)和相位都正交的光信號。每個分支上產(chǎn)生的信號由一個光電二極管檢測，進行光電轉(zhuǎn)換（檢測、放大器和濾波器），然后利用這兩種光電流之間的差，進行數(shù)字信號處理。相干解調(diào)后的兩路并行碼元經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后成為原始的二進制數(shù)據(jù)輸出。2.PM-QPSK信號的解調(diào)過程信號光本振光平衡光檢測器，最后所得到的差分電流平衡光檢測器之后得到的電信號，包括原來光信號的幅度和相位信息，這樣就將光學相位屬性轉(zhuǎn)移到電域中。接下來，就要將這4路電信號進行ADC轉(zhuǎn)換（采樣和量化），并在DSP單元進行處理，通過對電信號的后期數(shù)字處理，最終解調(diào)出所需的信息。9.3.3信噪比和誤碼率

系統(tǒng)總平均噪聲功率（均方噪聲電流）外差檢測的信噪比零差檢測的平均信號光功率是外差檢測的2倍，所以零差檢測的信噪比零差檢測誤碼率PSK的零差檢測誤碼率PSK在零差檢測的情況下，每比特光子數(shù)等于9，很容易實現(xiàn)。因此相干檢測接收機的靈敏度至少比直接檢測高20dB以上，這是因為借助增加本振光功率，使散粒噪聲占支配地位的結(jié)果，提高了靈敏度，這也是相干光通信技術(shù)的真正的優(yōu)勢！9.4集成可調(diào)諧窄頻激光器

集成可調(diào)諧窄頻激光器（ITLA，IntegratableTunableLaserAssembly）一般采用半導體外腔激光器結(jié)構(gòu)，通過腔內(nèi)可調(diào)濾波器選擇工作波長。腔內(nèi)可調(diào)濾波器可由一個高穩(wěn)定的柵格濾波器（ITU-TGridF-P）和一個基于微電子機械系統(tǒng)（MEMS）微鏡組成，同時通過一個低壓驅(qū)動的PZT和基于反饋的控制方法，靈活調(diào)整腔長，實現(xiàn)激光器輸出波長可調(diào)諧。9.5集成相干接收器

集成相干接收器（ICR）包括偏振分束器、信號光和本振光輸入、90°混合器、單片集成平衡光檢測器以及線性帶差動輸出的跨阻抗放大器（TIA）。器件一般會采用緊湊的表面安裝，在信號輸入端有一個用于輸入信號監(jiān)測的光電二極管以及可變光衰減器。9.6高速數(shù)字信號處理

高速數(shù)字信號處理（DSP）的主要功能如下：(1)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC）(2)時鐘同步模塊(3)載波頻率恢復(4)數(shù)據(jù)恢復9.7光子集成芯片

9.7.1光子集成技術(shù)9.7.2100G光子集成芯片光子集成電路（PIC，PhotonicIntegratedCircuit）照集成的元器件是否采用同種材料，PIC可分為單片集成和混合集成。按集成方式上劃分，可以分為光子集成電路（PIC）和光電集成（OEIC）。光子集成電路技術(shù)是光纖通信最前沿、最有前途的領域，在未來的高速率、大容量信息網(wǎng)絡體系中，光子集成技術(shù)將成為關鍵技術(shù)。9.7.1光子集成技術(shù)

硅（Si）光子集成SOI基板由三層構(gòu)成：薄薄的單晶硅頂層，在其上形成蝕刻電路，相當薄的絕緣二氧化硅中間層，非常厚的體型襯底硅襯底層，其主要作用是為上面的兩層提供機械支撐。2.磷化銦（InP）集成磷化銦是繼硅和砷化鎵之后又一重要的III-V族化合物半導體材料。9.7.2100G光子集成芯片

1.100G光子集成芯片偏振分束器把發(fā)送光分為X偏振和Y偏振兩路，利用兩個MZ干涉調(diào)制器和90°移相器實現(xiàn)IQ調(diào)制。InP-PIC光子集成芯片包括4ch高速模擬信號的DSP芯片信號的相干接收機（ICR）。包括一個偏振分束器（PBS），一個分束器（BS），兩個90°混頻器，八個光電二極管（PD），四個互阻抗放大器（TIA）。2.100G硅光子單芯片【討論與創(chuàng)新】光子集成電路（PIC）是如何設計和制造的？OptSimCircuit軟件為光子集成電路（PIC）提供了一個理想的技術(shù)仿真設計平臺，OptoDesigner軟件專注于可制造的集成設計環(huán)境，實現(xiàn)高效、高質(zhì)量的PIC器件的開發(fā)。OptSimCircuit和OptoDesigner之間的接口為用戶提供了從PIC設計到掩模版布局的無縫路徑。另外，在一個通用的制造方法中，還需要通過工藝設計工具包（PDKs）給用戶提供高性能的標準工藝，軟件供應商已開始與晶圓廠合作提供工藝設計工具包。9.8100G/400G光模塊

9.8.1客戶側(cè)光模塊9.8.2線路側(cè)光模塊9.8.1客戶側(cè)光模塊

1．100G光模塊標準命名規(guī)則：XXXGBASE-mRn，其中：XXX表示數(shù)據(jù)速率；m表示傳輸距離；n表示通道數(shù)。例如：100GBASE-LR4名稱中，LR表示LongReach，即10km；4表示四通道，即4×25Gb/s，組合在一起為可以傳輸10km的100G光模塊。100GBASE-SR10光模塊100GBASE-SR4光模塊100GBASE-LR4光模塊①100GBase-SR10光模塊100GBase-SR10標準使用10×10Gb/s并行通道實現(xiàn)100Gb/s的點對點傳輸，電信號的傳輸速率為10Gb/s，光信號的傳輸速率也為10Gb/s，采用NRZ的調(diào)制方式及64B/66B的編碼方式。①100GBase-SR10光模塊。

②100GBase-SR4光模塊單個波長的傳輸速率為25Gb/s，目前100GBase-SR4已經(jīng)取代100GBase-SR10成為主流的短距離100G光模塊標準。100GBase-SR4QSFP28光模塊在發(fā)送端傳輸信號時，電信號經(jīng)激光器陣列轉(zhuǎn)換為光信號，然后在帶狀多模光纖上并行傳輸，在到達接收端時，光檢測器陣列將并行光信號轉(zhuǎn)換成并行電信號。③100GBase-LR4光模塊其原理如圖9-21所示。100GBase-LR4QSFP28光模塊將4路25Gb/s電信號轉(zhuǎn)換為4路LAN-WDM（簡寫為LWDM）光信號，然后將其復用為單通道，實現(xiàn)100Gb/s光傳輸。④100GBase-ER4光模塊傳輸速率為25Gb/s，采用單模光纖，傳輸距離為40km。100GBase-SR4和100GBase-LR4是IEEE定義的最常用的100Gb/s接口規(guī)范。但是對于大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的互聯(lián)場景，100GBase-SR4支持的距離太短，不能滿足所有的互聯(lián)需求，而100GBase-LR4成本太高。因此，MSA為市場帶來了中距離互聯(lián)的解決方案，PSM4和CWDM4應運而生。①100GBase-PSM4QSFP28光模塊這是一款高速度和低功耗的產(chǎn)品，專門用于數(shù)據(jù)通信應用中的光互聯(lián)。它符合100GPSM4MSA光接口規(guī)范，有可熱插拔的QSFP外形，內(nèi)置數(shù)字診斷功能，共有4個獨立的全雙工通道，每通道可達25.78Gb/s的傳輸速率，傳輸距離可達500m。②100GBase-CWDM4QSFP28光模塊它的傳輸速率為103.1Gb/s，主要應用于計算中心等領域，其成本明顯高于100GBase-PSM4QSFP28光模塊。通過粗波分復用（CWDM）技術(shù)，該光模塊將1271nm、1291nm、1311nm和1331nm這4種波長復用到一根單模光纖上進行傳輸，傳輸距離為2km。2.100G光模塊的封裝CFP系列光模塊可插拔（CFP）是一個多源協(xié)議（MSA），是一種高速的可熱插拔的支持數(shù)據(jù)通信和電信傳輸兩大應用的新型模塊標準。其中拉丁文字母C用來表示數(shù)字100（Centum），因此這個標準主要用于100G以太網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)。CFP2的尺寸僅CFP的一半，電接口可以支持單路10Gb/s，也可以支持單路25Gb/s甚至50Gb/s，通過10×10Gb/s、4×25Gb/s、8×25Gb/s和8×50Gb/s電接口實現(xiàn)100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s的模塊速率。CFP4的尺寸又縮減為CFP2的一半，電接口支持單路10Gb/s和25Gb/s，通過4×10Gb/s和4×25Gb/s實現(xiàn)40Gb/s及100Gb/s的模塊速率。CFP4光模塊兼容MSA協(xié)議，支持CFP2，與CFP2同樣的速率，傳輸效率明顯提升，但耗電量大幅下降。(2)QSFP/QSFP28光模塊QSFP表示四通道SFP接口，是英文QuadSmallForm-factorPluggable的縮略語QSFP（QuadSmallForm-factorPluggable）表示4通道SFP接口，QSFP是為了滿足市場對更高密度的高速可插拔解決方案的需求而誕生的，這種4通道的可插拔接口的傳輸速率可達到40Gb/s。QSFP28光模塊即4通道小型可插拔光模塊，它提供4個通道的高速差分信號，數(shù)據(jù)傳輸速率從25Gb/s到潛在的40Gb/s，滿足100Gb/s以太網(wǎng)（4×25Gb/s）和100Gb/s4XInfiniBand增強傳輸速率（EDR）的要求。QSFP28光模塊的傳輸距離較短，成本相對CFP系列較低，體積比CFP4小30%左右。QSFP28光模塊和QSFP28互聯(lián)線纜是專為光通信、數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡市場應用而設計的高密度、高速率的產(chǎn)品解決方案。QSFP28封裝光模塊如圖9-23所示。目前，QSFP28是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部100G光模塊的主流封裝形式。3.400G光模塊標準CFP8是專門針對400G提出的封裝形式，其尺寸與CFP2相當。支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率，通過16×25Gb/s或8×50Gb/s電接口實現(xiàn)400Gb/s模塊速率。OSFP（OctalSmallFormFactorPluggable）封裝，“O”代表“八進制”，2016年11月正式啟動。它被設計為使用8個電氣通道來實現(xiàn)400GbE（8×56GbE，但56GbE的信號由25Gb/s的DML激光器在PAM4的調(diào)制下形成），尺寸略大于QSFP-DD。OSFP和QSFP-DD封裝都可以提供8路電信號接口。QSFP-DD，DD指的是“DoubleDensity（雙倍密度）”。將QSFP的4通道增加了一排通道，變?yōu)榱?通道。電口側(cè)都是8路53Gb/sPAM4信號。光口側(cè)情況稍微復雜一些，對于400G-SR8/FR8/LR8等模塊來說，光模塊內(nèi)部只是做CDR（時鐘恢復）以及電/光或光/電轉(zhuǎn)換，因此光口側(cè)與電口測一樣，也是8路53Gb/sPAM4信號。400G光模塊應用分類如下：(1)機框間互聯(lián)以長度為30～100m的多模光纖（MMF）作為傳輸通道，可以采用16×25Gb/s垂直腔表面發(fā)射激光器（PSM16），它們的中心波長為840～860nm作為光模塊技術(shù)（400GBASE-SR16），以便形成400GE方案。(2)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)以長度為500m～2km的單模光纖（SMF）作為傳輸通道，通過4×l00Gb/s方式（PSM4）形成400GE方案，采用4×l00G并行單模互聯(lián)以滿足至少500m的傳輸。(3)運營商機房間互聯(lián)以長度為2～10km的單模光纖作為傳輸通道，采用8×50Gb/s（PAM4方案）或4×l00Gb/s。(4)城域核心網(wǎng)及匯聚層以長度為10～40km的單模光纖作為傳輸通道，采用8×50Gb/s（PAM4方案）或4×l00Gb/s。9.8.2線路側(cè)光模塊

1.100G線路側(cè)光模塊(1)發(fā)送部分100GPM-QPSK光模塊的光信號發(fā)送原理如下：發(fā)送單元通過FEC編碼器（FramerFECCoder）將需要傳輸?shù)目蛻魯?shù)據(jù)（Client）進行編碼并分成X和Y兩路，QPSK編碼器（QPSKCoder）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)輸出到驅(qū)動器（Driver）上，驅(qū)動器輸出信號加載到IQ調(diào)制器上。相干光纖傳輸系統(tǒng)線路側(cè)光發(fā)送光源使用窄線寬可調(diào)諧激光器ITLA（TuableLaser）。可調(diào)諧激光器輸出的連續(xù)光，集成式IQ調(diào)制器由兩個MZM和一個90°相移器組成，其集成器件已經(jīng)商用化。通過一個偏振分束器（PBS）后，激光器發(fā)出的信號被分為垂直和水平兩個偏振態(tài)，每個偏振態(tài)分別由一個IQ調(diào)制器對該光波進行調(diào)制。兩路經(jīng)IQ調(diào)制器后輸出的光信號在偏振態(tài)正交化后由偏振合束器（PBC）匯聚為一路光波信號后，得到112Gb/s的信號，通過光纖發(fā)送出去。(2)接收部分100GPM-QPSK光模塊相干檢測接收部分框圖如圖9-26所示。相干檢測接收的關鍵組件是相干檢測光子集成芯片（PIC），PIC包括4通道高速模擬信號平衡接收器、一個偏振分束器（PBS）、一個分束器（BS）、兩個90°混頻器（HybrideMixer）、8個光電二極管（PD）和4個互阻抗放大器（TIA）。接收到的光信號（Signal）通過一個偏振分束器（PBS）分解成兩個正交信號。相干接收側(cè)使用一個高穩(wěn)定度的本地振蕩激光器（LO），該本振光的載波頻率控制精度為數(shù)百kHz。本振光的信噪比要遠優(yōu)于輸入光信號的信噪比，改變本振光的“純度”，就可提升接收端光信噪比約2dB的改善，本振光通過偏振保持光纖（PMF）接入集成相干檢測接收機（ICR）。90°混頻器是相干光接收端進行相位混頻以解調(diào)光信號的器件，每個正交信號都與一個本振光混頻?；祛l器輸出光信號經(jīng)平衡接收光電二極管轉(zhuǎn)換為模擬電信號，經(jīng)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采樣量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在完成高速、高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)化后，接收器使用基于CMOS的數(shù)字信號處理（DSP）芯片來區(qū)分和跟蹤這些信號。數(shù)字信號通過DSP芯片數(shù)字均衡的方式實現(xiàn)定時恢復、信號恢復、極化和PMD跟蹤、色散補償。相干光接收模塊有DCO與ACO兩種不同之處是DCO模塊內(nèi)置了DSP芯片，而ACO模塊將DSP芯片放在線路卡上。ACO體積小了，功耗也低了，但后面的信號處理有不同的算法。DCO模塊的數(shù)字接口更容易集成到現(xiàn)有網(wǎng)絡設備，并支持現(xiàn)場可插拔，不需要復雜的校準，插拔式器件提供了更大的靈活性。2.400G線路側(cè)光模塊(1)4×100G傳輸方案，基于100GPM-QPSK多載波調(diào)制，在1個400G波道里包含4個100G子波，含F(xiàn)EC的符號速率為32GBaud。(2)2×200G傳輸方案，基于200GPM-1