準(zhǔn)相干技術(shù)在C波段25 Gbit/s光模塊中的研究與應(yīng)用

孔令橋，卜勤練

(1.武漢郵電科學(xué)研究院, 武漢 430074； 2.武漢光迅科技股份有限公司，武漢 430205 )

0 引 言

隨著第五代移動(dòng)通信(5th Generation Mobile networks， 5G)商用時(shí)代的到來(lái)，萬(wàn)物互聯(lián)的逐步實(shí)現(xiàn)，人們需要使用網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越多，網(wǎng)絡(luò)流量和數(shù)據(jù)將迎來(lái)爆炸式的增長(zhǎng)，這勢(shì)必會(huì)對(duì)光纖通信系統(tǒng)提出更高的要求。如何提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率和距離也成為了當(dāng)前研究的主流方向。光纖通信系統(tǒng)性能的提升受到光纖中衰減、色散和非線性效應(yīng)的限制，隨著摻鉺光纖放大器(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier, EDFA)的發(fā)明，光纖的衰減問(wèn)題得到了很好地解決[1]，在實(shí)際工程應(yīng)用中，往往會(huì)忽略非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響[2]，這樣一來(lái)，制約光通信系統(tǒng)性能的主要因素就在于光纖的色散。

為了提高光通信網(wǎng)絡(luò)容量,密集波分復(fù)用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的使用。目前基于10 Gbit/s光模塊的網(wǎng)絡(luò)通常在C波段運(yùn)行，以便能在超過(guò)20 km的傳輸距離上使用DWDM技術(shù)。由于當(dāng)前光通信網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)流量的不斷增長(zhǎng)，必須對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)，顯然，最簡(jiǎn)單的升級(jí)方式應(yīng)該是盡量保持現(xiàn)有光通信網(wǎng)絡(luò)不變，直接對(duì)光模塊進(jìn)行升級(jí)[3]，比如說(shuō)把系統(tǒng)中的10 Gbit/s光模塊更換為25 Gbit/s或更高速率的光模塊。但對(duì)于常規(guī)光纖來(lái)說(shuō)，C波段光通信受色散的影響非常大，光模塊的速率越高，傳輸距離就越受限。據(jù)了解，目前絕大多數(shù)25 Gbit/s光模塊在C波段中的最大傳輸距離只有10～15 km。所以，如果直接更換更高速率的光模塊，那么網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商就需要針對(duì)更短的傳輸距離來(lái)重新部署光纖通信網(wǎng)絡(luò)，這就會(huì)導(dǎo)致成本大大增加。

升級(jí)當(dāng)前DWDM光通信網(wǎng)絡(luò)的思路之一是將相干光模塊和數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing,DSP)技術(shù)相結(jié)合，從而在極大地提升系統(tǒng)單纖傳輸容量的同時(shí)也能有效處理傳輸鏈路中的損耗和色散，相關(guān)研究的主要區(qū)別在于采用了不同的調(diào)制格式，如差分相移鍵控(Differential Phase Shift Keying，DPSK)和正交相移鍵控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)等，或采用了不同的電均衡技術(shù)，如最大似然序列估計(jì)(Maximum Likelihood Sequence Estimation,MLSE)均衡和常量模多入多出(Constant Modulus Algorithm Multiple Input Multiple Output,CMA-MIMO)系統(tǒng)盲均衡算法等[4-7]。雖然這些方案可以達(dá)到非常好的實(shí)驗(yàn)效果，但目前相干光模塊的成本和功耗等還非常高，相干接收器的結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，如果再加入具有新型調(diào)制格式和電色散補(bǔ)償功能的DSP芯片，升級(jí)光通信網(wǎng)絡(luò)的代價(jià)對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)仍是無(wú)法接受的。還有一種升級(jí)DWDM光通信網(wǎng)絡(luò)的思路是：考慮到網(wǎng)絡(luò)雙向流量的非對(duì)稱性，將傳統(tǒng)的光收發(fā)器從一體化模式轉(zhuǎn)化為分離模式，即分解為獨(dú)立的發(fā)射器和接收器；或?qū)⒍鄠€(gè)發(fā)射器和多個(gè)接收器分別封裝，形成發(fā)射和接收陣列，然后再結(jié)合新型的可重構(gòu)光分插復(fù)用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer,ROADM)等技術(shù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[8]。顯然，面對(duì)高速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，僅僅提高利用率還不夠，仍然需要解決傳輸速率與色散的矛盾。

本文對(duì)一種準(zhǔn)相干接收技術(shù)進(jìn)行了研究，并結(jié)合現(xiàn)有25 Gbit/s光模塊進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，準(zhǔn)相干接收技術(shù)以相干檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，在大大降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的情況下，仍能有效減少色散對(duì)高速光模塊傳輸距離的影響，可以使C波段25 Gbit/s光模塊的傳輸距離達(dá)到25 km，并且有望實(shí)現(xiàn)35 km甚至更遠(yuǎn)的傳輸距離。

1 準(zhǔn)相干接收器的原理及結(jié)構(gòu)

準(zhǔn)相干接收技術(shù)類似于外差相干檢測(cè)技術(shù)，但又不同，可以說(shuō)是相干檢測(cè)技術(shù)的一種簡(jiǎn)化版本。其使用更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和更低的成本，獲得的收益雖然不如相干檢測(cè)技術(shù)，但是對(duì)比現(xiàn)有的直接檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)提升非常明顯。

圖1所示為準(zhǔn)相干接收器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，信號(hào)光與本振光耦合后，將被偏振分束器(Polarization Beam Splitter,PBS)分成兩束正交的線偏振光。此時(shí)，每一束光內(nèi)都包含偏振態(tài)相同的信號(hào)光和本振光，由于兩者頻率有微小且穩(wěn)定的頻差，滿足外差檢測(cè)的條件，形成中頻信號(hào)。兩路光分別都經(jīng)過(guò)光電二極管(Photodiode,PD)、跨阻放大器(Trans-impedance Amplifier,TIA)和包絡(luò)檢測(cè)器的處理，最終合成、放大轉(zhuǎn)化為輸出電信號(hào)。單獨(dú)分析其中一條支路，根據(jù)平面波的傳播理論，設(shè)接收光信號(hào)為ES(t)，頻率為ωS，本振光信號(hào)為EL(t)，頻率為ωL，其復(fù)數(shù)電場(chǎng)分布表達(dá)式分別為

圖1 準(zhǔn)相干接收器結(jié)構(gòu)示意圖

式中：ES和EL分別為接收光信號(hào)和本振光信號(hào)的電場(chǎng)幅度值；φS和φL分別為接收光信號(hào)和本振光信號(hào)的相位調(diào)制信息；j為虛數(shù)單位；t為時(shí)間。由于入射到光電檢測(cè)器上的光強(qiáng)正比于[ES(t)+EL(t)]2，設(shè)輸出電流為I，則

式中：R為光電檢測(cè)器的響應(yīng)度；PS和PL分別為接收光信號(hào)和本振光信號(hào)強(qiáng)度；ωIF為中頻信號(hào)的頻率，且ωIF=ωS-ωL。式中前一項(xiàng)近似為與傳輸信息無(wú)關(guān)的直流項(xiàng)，后一項(xiàng)則為外差檢測(cè)后輸出的信號(hào)電流，所以輸出的信號(hào)電流與PL成正比。實(shí)際應(yīng)用中，PS一般比較小，遠(yuǎn)小于PL，但即使接收信號(hào)光功率很小，也可以通過(guò)增大PL以獲得足夠大的輸出電流[9]。因此采用外差檢測(cè)技術(shù)有利于對(duì)微小信號(hào)的檢測(cè)。

外差相干檢測(cè)一般采用偏振分集和平衡探測(cè)方法，先通過(guò)兩個(gè)PBS分別將信號(hào)光與本振光的兩個(gè)正交偏量分離，然后通過(guò)兩個(gè)90 °光學(xué)混頻器對(duì)分離的兩組信號(hào)進(jìn)行混頻，最后再對(duì)輸出的8路光信號(hào)進(jìn)行處理。這樣不僅可以很好地抑制高功率本振激光器給系統(tǒng)中引入的本振光強(qiáng)度噪聲[10]，而且能夠完整地獲得接收光信號(hào)的頻率、振幅和相位的信息，從而可以適應(yīng)多種調(diào)制格式。與外差相干不同的是，準(zhǔn)相干接收技術(shù)是針對(duì)現(xiàn)有的強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)，它不需要接收信號(hào)的頻率和相位信息，也不需要發(fā)射端采用另外的調(diào)制方式，因此準(zhǔn)相干接收機(jī)的結(jié)構(gòu)相比普通外差相干檢測(cè)簡(jiǎn)單很多。另外，準(zhǔn)相干接收技術(shù)除了采用了外差相干檢測(cè)的原理之外，還利用了單邊帶濾波技術(shù)。在準(zhǔn)相干接收技術(shù)中，信號(hào)通過(guò)PD和TIA后，獲得的中頻信號(hào)被去掉了一側(cè)邊帶，被轉(zhuǎn)化為單邊帶信號(hào)。又由于進(jìn)行了單邊帶調(diào)制，兩個(gè)支流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢測(cè)器之后，進(jìn)行相加和放大等處理，最后獲得的接收信號(hào)中由色散引起的頻率衰落和畸變都可以得到有效抑制。需要注意的是，單邊帶濾波僅能消除射頻衰落，不能完全消除色散引起的信號(hào)衰減，且保留的那側(cè)邊帶也會(huì)受到色散引起的脈沖展寬的影響，最終導(dǎo)致不可恢復(fù)的碼間串?dāng)_(Inter-Symbol Interference,ISI)。所以，雖然準(zhǔn)相干接收技術(shù)能夠針對(duì)色散問(wèn)題有效延長(zhǎng)現(xiàn)有高速光模塊的傳輸距離，但對(duì)于非常長(zhǎng)的傳輸距離，準(zhǔn)相干接收技術(shù)仍然有其局限性。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)中使用了一只常規(guī)的25 Gbit/s DWDM 光模塊，其不僅作為發(fā)射光源，也要測(cè)試其接收靈敏度以得到一組對(duì)照數(shù)據(jù)。該光模塊接收端采用的是普通雪崩PD(Avalanche PD,APD)和直接檢測(cè)技術(shù)，另外還需要一個(gè)準(zhǔn)相干接收器的測(cè)試盒，25 Gbit/s光模塊發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的光纖后接入準(zhǔn)相干測(cè)試盒內(nèi)，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)相干接收器處理后再接入誤碼儀，也可以得到一組接收靈敏度數(shù)據(jù)。除了靈敏度數(shù)據(jù)外，實(shí)驗(yàn)還測(cè)試了發(fā)射光信號(hào)經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度光纖后得到的光眼圖，以及經(jīng)過(guò)準(zhǔn)相干接收器處理后得到的電眼圖，通過(guò)對(duì)比兩種眼圖研究準(zhǔn)相干接收器對(duì)接收信號(hào)的處理能力。圖2所示為實(shí)驗(yàn)框圖。

圖2 實(shí)驗(yàn)框圖

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1) 按照實(shí)驗(yàn)框圖連接好各個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備后，首先測(cè)試光模塊的發(fā)射光眼圖以及自發(fā)自收的0 km傳輸靈敏度；

(2) 測(cè)試發(fā)射光信號(hào)通過(guò)準(zhǔn)相干接收器后的0 km傳輸靈敏度以及電眼圖；

(3) 將光纖長(zhǎng)度更換為10 km，重新進(jìn)行步驟(1)的測(cè)試，這里需要調(diào)整光模塊的發(fā)射參數(shù)，以得到一個(gè)最好的光眼圖以及最佳的傳輸靈敏度；

(4) 緊接著步驟(3)，重新測(cè)試發(fā)射光信號(hào)通過(guò)準(zhǔn)相干接收器后的10 km傳輸靈敏度以及電眼圖，同樣需要調(diào)整光模塊發(fā)射參數(shù)以及準(zhǔn)相干接收器的參數(shù)，以獲得最佳測(cè)試結(jié)果；

(5) 繼續(xù)改變傳輸光纖長(zhǎng)度，重復(fù)測(cè)試靈敏度及眼圖，需要注意的是，為減少光模塊溫度及環(huán)境的影響，測(cè)試完光模塊本身的直接檢測(cè)性能后應(yīng)立即進(jìn)行準(zhǔn)相干接收器的測(cè)試。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)比較了普通25 Gbit/s C波段光模塊自發(fā)自收和使用準(zhǔn)相干接收器在不同光纖長(zhǎng)度下測(cè)得的接收靈敏度以及傳輸代價(jià)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 接收靈敏度及傳輸代價(jià)(最佳參數(shù))

為了更直觀地比較APD直接檢測(cè)與準(zhǔn)相干接收器的測(cè)試結(jié)果，根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制了如圖3所示的曲線圖。

圖3 隨距離變化的靈敏度曲線

由圖可知，光模塊自發(fā)自收的測(cè)試結(jié)果符合一般25 Gbit/s DWDM光模塊的性能，即滿足10 km傳輸要求，最長(zhǎng)使用距離可達(dá)到15 km；而使用準(zhǔn)相干接收器后可以看到測(cè)試靈敏度明顯提高，傳輸距離也可延長(zhǎng)至25 km以上。

0 km條件下，準(zhǔn)相干接收器的靈敏度為-23.2 dBm，比APD直接檢測(cè)高1.5 dBm；經(jīng)10 km光纖后，準(zhǔn)相干接收器的靈敏度仍可達(dá)到-20.5 dBm，比直接檢測(cè)高1.2 dBm。雖然靈敏度有很大提高，但10 km以內(nèi)的傳輸距離顯然并不能體現(xiàn)準(zhǔn)相干接收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槟壳捌毡槭褂玫腁PD直接檢測(cè)技術(shù)所獲得的靈敏度值也能夠滿足一般使用需求。

15 km以上的距離，準(zhǔn)相干接收器的測(cè)試數(shù)據(jù)全面優(yōu)于直接檢測(cè)，直接檢測(cè)在經(jīng)過(guò)15 km光纖后獲得的傳輸靈敏度為-17.0 dBm,傳輸代價(jià)達(dá)到4.7 dB，繼續(xù)延長(zhǎng)光纖長(zhǎng)度后，直接檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法使誤碼儀測(cè)得的誤碼率小于5E-5了；而準(zhǔn)相干接收器在15 km時(shí)測(cè)得的靈敏度高達(dá)-19.6 dBm，傳輸代價(jià)只有3.6 dB，當(dāng)傳輸距離達(dá)到20 km時(shí)，測(cè)得的靈敏度為-17.8 dBm，依然優(yōu)于直接檢測(cè)的15 km傳輸靈敏度，當(dāng)傳輸距離增長(zhǎng)為25 km時(shí)，準(zhǔn)相干接收器面對(duì)嚴(yán)重劣化的信號(hào)仍可得到高達(dá)-14.5 dBm的傳輸靈敏度。受限于實(shí)驗(yàn)室傳纖筒條件，25 km傳輸距離后只能直接延長(zhǎng)至35 km，此時(shí)準(zhǔn)相干接收器最多只能使誤碼率達(dá)到8E-5。根據(jù)前面的測(cè)試數(shù)據(jù)推斷，本次測(cè)試的準(zhǔn)相干接收器最遠(yuǎn)可使普通25 Gbit/s DWDM光模塊傳輸距離達(dá)到30 km左右。

為探究準(zhǔn)相干接收技術(shù)對(duì)長(zhǎng)距離傳輸后光信號(hào)的處理能力，實(shí)驗(yàn)還測(cè)試了一組光眼圖和電眼圖，如圖4～5所示。

圖4 不同傳輸距離下的光眼圖

由圖4可知，經(jīng)過(guò)10 km傳輸后光眼圖中間的“眼”就發(fā)生了畸變，不過(guò)并不明顯；經(jīng)15 km傳輸后，光眼圖的形變已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重了，但依然符合非歸零(Non-Return-to-Zero,NRZ)信號(hào)的眼圖；而在20 km傳輸之后，可以看到出現(xiàn)了上下兩個(gè)眼圖，這時(shí)傳統(tǒng)直接檢測(cè)技術(shù)就無(wú)法處理了；經(jīng)25和35 km傳輸后，光眼圖劣化更加嚴(yán)重，幾乎無(wú)法看出眼圖了。光眼圖經(jīng)過(guò)傳輸后發(fā)生劣化的現(xiàn)象主要是由于色散引起的選擇性頻率衰落導(dǎo)致的，在頻域內(nèi)，色散在信號(hào)中引入了線性變化的群時(shí)延[11]。當(dāng)直接檢測(cè)中PD對(duì)信號(hào)進(jìn)行平方時(shí)，相應(yīng)的上下邊帶的頻率分量會(huì)相互干擾。當(dāng)給定頻率分量上下邊帶之間的群時(shí)延正好為180 °時(shí)，該頻率分量就會(huì)被抵消，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的信號(hào)退化。

圖5所示為經(jīng)準(zhǔn)相干接收器處理后不同傳輸距離下的電眼圖。由圖可知，雖然15 km傳輸后光眼圖形變嚴(yán)重，但是經(jīng)準(zhǔn)相干接收器處理后，電眼圖已恢復(fù)得足夠清晰了；準(zhǔn)相干接收器處理經(jīng)20 km傳輸后的光信號(hào)時(shí)依然表現(xiàn)良好，得到的電眼圖與10 km傳輸后的光眼圖差距不大，因此測(cè)得的靈敏度數(shù)據(jù)仍較好；經(jīng)25 km傳輸后得到的電眼圖也比光眼圖好很多，不過(guò)還是有生成兩個(gè)眼圖的趨勢(shì)，所以盡管25 km傳輸仍在準(zhǔn)相干接收器的處理范圍之內(nèi)，但是測(cè)得的靈敏度數(shù)據(jù)較差。從靈敏度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)35 km傳輸后，準(zhǔn)相干接收器也幾乎無(wú)法處理了，但是相比劣化嚴(yán)重的光眼圖來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)相干接收器處理后的信號(hào)，依舊能顯現(xiàn)出肉眼可見的電眼圖，可知35 km也許并非準(zhǔn)相干接收技術(shù)的極限。

圖5 經(jīng)準(zhǔn)相干接收器處理后不同傳輸距離下的電眼圖

4 準(zhǔn)相干接收技術(shù)的應(yīng)用

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在面對(duì)主流光模塊發(fā)射端產(chǎn)生的NRZ光信號(hào)時(shí)，相比傳統(tǒng)的APD直接檢測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)相干接收技術(shù)可以使模塊的靈敏度和傳輸距離都得到相當(dāng)大的提升。因此，準(zhǔn)相干接收器可以很好地兼容現(xiàn)有技術(shù)和光通信網(wǎng)絡(luò)，如果能將其應(yīng)用到現(xiàn)存的光模塊中，就能以一個(gè)較小的代價(jià)完成對(duì)DWDM光通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。但由于準(zhǔn)相干技術(shù)剛提出不久，具體如何將準(zhǔn)相干接收器應(yīng)用于光模塊中還需要討論和研究，以下為本文提出的一些設(shè)計(jì)和設(shè)想。圖6所示為準(zhǔn)相干接收器最簡(jiǎn)單的一種應(yīng)用方案結(jié)構(gòu)圖，該方案將準(zhǔn)相干接收器直接應(yīng)用于光模塊中，相當(dāng)于只是給現(xiàn)有光模塊更換了一個(gè)接收器。這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，易于實(shí)現(xiàn)。但是考慮到準(zhǔn)相干接收器內(nèi)部元件遠(yuǎn)比傳統(tǒng)接收器要多，即使進(jìn)行集成后也難以使它的大小接近現(xiàn)有接收器，所以如果按照上圖的設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)很可能需要采用更大的模塊封裝形式，這樣一來(lái)，不僅模塊的成本會(huì)相應(yīng)提高，模塊內(nèi)部空間的利用率也較低。

圖6 準(zhǔn)相干接收器直接應(yīng)用于光模塊

為解決以上問(wèn)題，本文又提出了一種新的設(shè)計(jì)方案，模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 雙通道準(zhǔn)相干光模塊

圖7所示為準(zhǔn)相干接收器的進(jìn)一步應(yīng)用方案，該方案對(duì)準(zhǔn)相干接收器的原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并將其應(yīng)用于雙通道光模塊中。由圖可知，雖然這種設(shè)計(jì)方案明顯比第1種要復(fù)雜，但是它不僅能夠充分利用光模塊的內(nèi)部空間，而且還充分利用到了本振激光器。毫無(wú)疑問(wèn)，將高功率激光器僅僅作為本振光源是比較浪費(fèi)的，在雙通道設(shè)計(jì)中，光模塊的發(fā)射端具有兩個(gè)高功率激光器，只要使這兩個(gè)激光器具有一個(gè)穩(wěn)定且適當(dāng)?shù)念l差，那么這兩個(gè)激光器在輸出光信號(hào)的同時(shí)，還能互相作為對(duì)方波長(zhǎng)接收信號(hào)的本振光源。只要通過(guò)分光器將高功率激光器發(fā)出的光信號(hào)引入光模塊的接收端作為本振光，在接收對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，就可以滿足接收端準(zhǔn)相干接收器的工作條件。

事實(shí)上，以上準(zhǔn)相干接收器的改進(jìn)設(shè)計(jì)顯然還可以有單通道的應(yīng)用版本，但是綜合考慮模塊的成本與性能，雙通道的光模塊還可以提升單個(gè)光模塊的傳輸速率，相對(duì)來(lái)說(shuō)更適合實(shí)際應(yīng)用。另外，可以看到以上設(shè)計(jì)的兩種應(yīng)用方案的結(jié)構(gòu)圖中，都單獨(dú)列出了DSP單元，這其實(shí)是更進(jìn)一步的設(shè)想；第一，可以通過(guò)DSP單元在光模塊中加入電色散補(bǔ)償功能，從而使得結(jié)合準(zhǔn)相干接收技術(shù)后的模塊得到更好的接收靈敏度以及更遠(yuǎn)的傳輸距離；第二，實(shí)驗(yàn)證明了準(zhǔn)相干接收器能夠很好地處理NRZ信號(hào)，那么它很可能只需要略作改進(jìn)，在處理調(diào)制方式接近的四電平脈沖幅度調(diào)制(4-Level Pulse Amplitude Modulation，PAM4)信號(hào)時(shí)，也能得到較好的結(jié)果，如果以后驗(yàn)證了這個(gè)設(shè)想，那么DSP單元也可以用來(lái)輸出PAM4調(diào)制信號(hào)，這樣在提升模塊傳輸距離的同時(shí)還能提高模塊傳輸速率。

5 結(jié)束語(yǔ)

為解決使用強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)技術(shù)的傳統(tǒng)高速光模塊在C波段傳輸距離過(guò)短的問(wèn)題，本文對(duì)一種準(zhǔn)相干接收技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了準(zhǔn)相干技術(shù)的原理和準(zhǔn)相干接收器的結(jié)構(gòu)；也結(jié)合常規(guī)的25 Gbit/s DWDM光模塊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了眼圖和靈敏度等數(shù)據(jù)；最后還提出了對(duì)如何應(yīng)用準(zhǔn)相干接收技術(shù)的一些設(shè)計(jì)和設(shè)想。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)相干接收器在不使用任何電色散補(bǔ)償芯片或光學(xué)色散補(bǔ)償模塊時(shí)，就可以處理經(jīng)25 km常規(guī)單模光纖傳輸后的C波段25 Gbit/s強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)。與傳統(tǒng)的直接檢測(cè)技術(shù)相比，準(zhǔn)相干接收技術(shù)可以大大延長(zhǎng)光模塊的傳輸距離，傳輸靈敏度也得到了提高；與相干檢測(cè)技術(shù)相比，準(zhǔn)相干接收器的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，成本也降低了許多。研究也表明，準(zhǔn)相干接收技術(shù)仍有很大的進(jìn)步空間，后續(xù)可以嘗試降低本振激光器以及PD等的要求以降低成本；或可以再加入DSP芯片，引入電色散補(bǔ)償和均衡技術(shù)，以提高準(zhǔn)相干接收器對(duì)色散的處理能力。文章最后討論了準(zhǔn)相干接收技術(shù)的應(yīng)用方案，提出了兩種準(zhǔn)相干光模塊的設(shè)計(jì)，一種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，另一種設(shè)計(jì)為雙通道光模塊，對(duì)準(zhǔn)相干接收器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，更具有實(shí)用性。

總而言之，本次研究體現(xiàn)了準(zhǔn)相干接收技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)以及廣泛的應(yīng)用前景。它能夠應(yīng)用于主流的強(qiáng)度調(diào)制光模塊，在當(dāng)前光通信網(wǎng)絡(luò)急需升級(jí)的情況下，可以作為一種相當(dāng)有競(jìng)爭(zhēng)力的備選技術(shù)。