光纤通信技术chapter 8 modulati课件.ppt

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（ElectroAbsorption Modulator, EAM） 马赫泽德调制器（Mach-Zehnder Modulator，MZM）,外调制：,电吸收调制器（ElectroAbsorption Modulator）,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-Zehnder Modulator）,n = refractive index = 2.2 r33 = electro-optic coefficient =30.10-12 Vm-1,E = Applied electric field = applied voltage/ effective electrode spacing,No more than a few volts for practical use of a high speed modulator in digital communications,Electrode positioning very critical,Crystal axis critical Light-polarization dependent,LiNbO3 Substrate,Travelling-Wave Impedance matched electrode structure,Optical waveguide Mach-Zehnder Interferometer,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,，,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,，,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”）。,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。,2DPSK,2DPSK，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。,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。,33RZ-DPSK波形和光谱,50RZ-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），一般是“0、/2、3/2”或者“/4、3/4、5/4、7/4”。优点：传统的二进制格式是1 bit/symbol的速率，而4DPSK是2 bit/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。下一路被信号b1也调制成2DPSK码，但由于光的相位先被延迟3/2，所以输出的两个相位为/2或3/2。最后两光信号耦合叠加后，输出的相位就具有四种状态/4、3/4、5/4、7/4。,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/4，所以输出的信号就有了四种相位状态：/4、3/4、5/4、7/4。,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-DPSK,DQPSK,DPSK,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。,偏振复用差分正交相移键控调制格式(PolMUX-DQPSK),产生原理就是在两个相互垂直的偏振方向上都调制DQPSK信号，由于DQPSK包含I和Q两个部分，这样产生得到的PLOMUX-DQPSK在每个偏振方向上都包含I和Q两个部分，从而，PLOMUX-DQPSK含有四个正交的维度（每个偏振方向上都有I和Q）。这种PLOMUX-DQPSK调制格式能实现4bits/symbol。,DQPSK星座图,POLMUX-DQPSK星座图,光调制格式总结,调制器：MZM，EAM幅度调制格式：NRZ/RZ/CS-RZ相位调制格式：DPSK/DQPSK偏振调制格式：APOL 频谱利用率，成本，复杂度RZ-DQPSKPOLMUX可实现25.6Tb/s的传输；,