100G系統(tǒng)中PM-QPSK光解調(diào)器的研究

　　PM-QPSK技術(shù)具有高的頻譜效率，將傳輸符號(hào)的波特率降低為二進(jìn)制調(diào)制的四分之一,并能使光信噪比極大改善，可以用強(qiáng)大的DSP來(lái)處理極化模復(fù)用信號(hào)。文章分析了PM-QPSK技術(shù)調(diào)制和解調(diào)的基本原理，對(duì)100G系統(tǒng)中接收機(jī)前端光解調(diào)器進(jìn)行詳細(xì)分析。

　　引言

　　PM-QPSK(PolarizaTIon-mulTIplexed Quadrature Phase Shift Keying,偏振復(fù)用正交相移鍵控)的信號(hào)在接收側(cè)采用相干檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高性能的信號(hào)解調(diào)，和直接解調(diào)、差分解調(diào)方式相比，相干檢測(cè)所使用的本地激光器的功率要遠(yuǎn)大于輸入光信號(hào)的光功率，所以光信噪比可以極大地改善[1]。特別是相干檢測(cè)技術(shù)充分利用強(qiáng)大的DSP(Digital Signal Processing,數(shù)字信號(hào)處理)技術(shù)來(lái)處理極化模復(fù)用信號(hào)，可以通過(guò)后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理補(bǔ)償并進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，可以還原被傳輸?shù)男盘?hào)的特性(極化模、幅度、相位)，大幅度消除光纖帶來(lái)的傳輸損傷，如PMD(PolarizaTIon Mode Dispersion，偏振模色散)容忍度達(dá)30ps,無(wú)需線路色散補(bǔ)償就可以容忍幾萬(wàn)ps/nm,相比與其他的100G傳輸方案，如非相干PM-DQPSK或OFDM(Orthogonal Frequency Division MulTIplexing,正交頻分復(fù)用技術(shù))，PM-QPSK結(jié)合相干檢測(cè)提供了最優(yōu)化的解決方案,這被大多數(shù)的系統(tǒng)供應(yīng)商選擇為100G傳輸方案。

　　PM-QPSK調(diào)制原理

　　四進(jìn)制移相鍵控(QPSK)是一種多元(4元)數(shù)字頻帶調(diào)制方式，其信號(hào)的正弦載波有4個(gè)可能的離散相位狀態(tài)，每個(gè)載波相位攜帶2個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，第n個(gè)時(shí)隙的QPSK信號(hào)可以表達(dá)為：

　　(1)

　　其中，A是信號(hào)的振幅，為常數(shù);θn為受調(diào)制的相位，其取值有四種可能，具體值由該時(shí)隙所傳的符號(hào)值決定;fc是載波頻率;Ts為四進(jìn)制符號(hào)間隔。QPSK常用的四種相位值有兩套，分別稱為A方式和B方式，若，則為0、π/2、π、3π/2，此初始相位為0的QPSK信號(hào)的矢量圖如下圖1中A方式;若，則為π/4、3π/4、5π/4、7π/4，此初始相位為π/4的QPSK信號(hào)的矢量圖如下圖1中B方式。QPSK調(diào)制是響應(yīng)進(jìn)入的碼對(duì)(00、01、10、11)，對(duì)光載波作相移，表1給出了四元符號(hào)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)比特和A、B兩套相位值[2]。

　　單個(gè)100Gbps被分為兩個(gè)極化模式-TE(橫電模)與TM(橫磁模)的兩個(gè)50Gbps流，這一步驟產(chǎn)生出相同頻率的兩個(gè)載波，然后每個(gè)載波做QPSK調(diào)制，由于QPSK調(diào)制將2個(gè)比特封裝在一個(gè)符號(hào)內(nèi)，兩個(gè)極化的模式可以分別得到兩個(gè)25G符號(hào)/秒的流，總計(jì)為100Gbps。由于QPSK信號(hào)是以兩個(gè)極化面且以復(fù)用的極化模形式傳輸，因此它可以叫做DP-QPSK(雙極化QPSK)，或叫PM-QPSK(極化模式QPSK)。

　　圖1 QPSK A和B 兩種方式矢量圖

　　表1 QPSK的兩套相位值