新型APol－CSRZ－FSK調(diào)制格式的研究

凌 毓，李 勇，何 舟

（武漢郵電科學(xué)研究院光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430074）

新型APol－CSRZ－FSK調(diào)制格式的研究

凌 毓，李 勇，何 舟

（武漢郵電科學(xué)研究院光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430074）

結(jié)合了偏振調(diào)制、載波抑制歸零碼和頻移鍵控的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種交替偏振頻移鍵控載波抑制歸零碼（APol－CSRZFSK）調(diào)制技術(shù)，它可運(yùn)用于40 Gbit/s光傳輸系統(tǒng)。利用APol－CSRZ－FSK調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了40 Gbit/s的長距離光傳輸?shù)姆抡?，結(jié)果證明APol－CSRZ－FSK具有良好的傳輸性能，并且是未來WDM－PON或光標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的候選碼型之一。

交替偏振頻移鍵控載波抑制歸零碼;頻率間隔;色散補(bǔ)償;波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)

【本文獻(xiàn)信息】凌毓，李勇，何舟.新型APol－CSRZ－FSK調(diào)制格式的研究［J］.電視技術(shù)，2013，37（13）.

從業(yè)務(wù)發(fā)展的角度來看，近10年來自于HDTV、IPTV、視頻點(diǎn)播和移動(dòng)寬帶服務(wù)等多種不同的業(yè)務(wù)類型使得通信網(wǎng)不得不面臨大量的信息處理、交換和傳輸，這種趨勢推動(dòng)了光傳輸網(wǎng)絡(luò)向大容量、高速率和智能化的方向發(fā)展。目前我國通信網(wǎng)的現(xiàn)狀是單通道最高傳輸速率已達(dá)100 Gbit/s，同時(shí)10 Gbit/s和40 Gbit/s網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模并存，而400 Gbit/s和1 Tbit/s超高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)正是下一步發(fā)展方向，國內(nèi)外已不斷有超高速率和超大容量系統(tǒng)的記錄產(chǎn)生［1］。

目前40 Gbit/s系統(tǒng)有多種候選的調(diào)制碼型，每種碼型都各有其不同的應(yīng)用場景。而本文提出的APol－CSRZFSK結(jié)合了偏振調(diào)制、載波抑制歸零與頻率調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，APol－CSRZ－FSK可與ASK（幅移鍵控）共同構(gòu)建光標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還是未來波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（WDM－PON）系統(tǒng)的候選碼型之一［2］。

1 APol－CSRZ－FSK 的產(chǎn)生原理

圖1所示為本文提出的40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK信號傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中①～⑥這6個(gè)點(diǎn)分別表示APol－CSRZ－FSK信號產(chǎn)生過程中的光譜圖。

圖1 40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK信號傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

首先，F(xiàn)SK信號調(diào)制需要有兩個(gè)不同頻率的載波來承載業(yè)務(wù)信號。由于FSK信號與差分相移鍵控（DPSK）具有類似的恒功率，所以FSK信號可以通過解調(diào)DPSK信號來獲取。如圖1所示，兩個(gè)激光器CW1和CW2輸出兩路強(qiáng)度相同、不同頻率的光信號送入耦合器進(jìn)行50∶50的耦合，其信號光譜如圖2所示。

圖2 圖1中①處光譜圖

然后，耦合信號通過第一個(gè)馬赫曾德爾調(diào)制器（MZM1）（或者使用一個(gè)相位調(diào)制器PM）對兩個(gè)不同頻率的光脈沖信號進(jìn)行DPSK調(diào)制，其信號光譜如圖3所示。為了進(jìn)一步得到載波抑制歸零的DPSK信號，必須調(diào)制DPSK信號以改變其占空比，這時(shí)MZM2的功能是對來自MZM1的DPSK信號進(jìn)行脈沖切割，即MZM2工作于其調(diào)制曲線的谷底，輸入MZM2的偏置電壓設(shè)置為Vπ，電時(shí)鐘信號頻率為20 GHz（B/2），幅度為Vπ，此處B為數(shù)據(jù)頻率，兩時(shí)鐘相位差為π。這時(shí)MZM2輸出端信號就是占空比為67%的CSRZ－DPSK脈沖信號［3］，其信號光譜如圖4所示。

圖3 圖1中②處光譜圖

接著，信號被送入1 bit延時(shí)的馬赫曾德爾延時(shí)干涉儀（MZDI）中進(jìn)行解調(diào)，MZDI會將中心頻率分別在f1和f2上的CSRZ－DPSK信號解調(diào)為ASK信號。當(dāng)f1和f2分別被調(diào)制到MZDI傳輸特性曲線的峰值和谷值上時(shí)，2個(gè)頻率的信號在同一干涉臂上波形反相，且存在π的相位差，彼此之間就產(chǎn)生相消和相長的干涉，從而使不同頻率的CSRZ－DPSK信號在“0”、“1”光脈沖上被解調(diào)成強(qiáng)度調(diào)制CSRZ－FSK信號［2］，其信號光譜如圖5所示。

圖4 圖1中③處光譜圖

圖5 圖1中④處光譜圖

最后，從MZDI中輸出的CSRZ－FSK信號被送入到偏振交替裝置中進(jìn)行交替偏振調(diào)制，讓信號的“1”碼和“0”碼的偏振態(tài)正交，這樣輸出的信號就是相鄰比特偏振態(tài)正交的信號，即APol－CSRZ－FSK信號。最后采用非相干的單端檢測方式實(shí)現(xiàn)信號的鑒頻，圖6和圖7顯示的就是APol－CSRZ－FSK信號經(jīng)過濾波后的兩個(gè)不同頻率的光譜圖，接收端只需濾出其中任何一個(gè)頻率即可。

圖6 圖1中⑤處光譜圖

2 APol－CSRZ－FSK 的傳輸性能分析

圖7 圖1中⑥處光譜圖

圖8 不同頻率間隔下，40Gbit/s APol－CSRZ－FSK信號發(fā)送光功率和BER的關(guān)系

由圖8可知，當(dāng)頻率間隔為30 GHz時(shí)，系統(tǒng)完全達(dá)不到BER低于10－9的基本要求，而且其眼圖上下眼皮間隔十分不清晰，無法看到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的眼形。當(dāng)頻率間隔為70 GHz時(shí)，系統(tǒng)雖然能夠滿足入網(wǎng)要求，但是其眼圖張開度（EOP）仍然不夠好。頻率間隔為100 GHz時(shí)的眼圖和BER展現(xiàn)出比30 GHz和70 GHz更好的性能，而且在100 GHz和120 GHz這兩種頻率間隔下的信號眼圖區(qū)別并不是十分明顯。

實(shí)驗(yàn)證明，在APol－CSRZ－FSK信號頻率間隔的選擇上并沒有一個(gè)固定的值，頻率間隔越大信號接收端靈敏度就能得到越大的改善，但同時(shí)又會使信號的譜寬變寬，從而降低信號的頻譜利用率。鑒于上述仿真結(jié)果及理論分析，在頻率間隔的選擇問題上雖然存在系統(tǒng)和需求的矛盾，但是當(dāng)頻率間隔增加到100 GHz時(shí)接收機(jī)靈敏度并無明顯的改善，并且100 GHz的頻率間隔符合載波包絡(luò)半波長的奇數(shù)倍原則，所以CW1和CW2的頻率間隔被選為100 GHz。圖9顯示的是頻率間隔為100 GHz時(shí)，前置、后置和混合3種不同的色散補(bǔ)償方式下的系統(tǒng)發(fā)送功率和接收端BER的關(guān)系圖。

圖9 100 GHz的頻率間隔下，3種方式下40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK信號發(fā)送光功率和BER的關(guān)系

由圖9可知，3種不同的色散補(bǔ)償方式下的APol－CSRZFSK信號發(fā)送光功率和BER的關(guān)系曲線幾乎類似。表1列出了3種色散補(bǔ)償方式的系統(tǒng)接收性能的具體數(shù)值。

表1 三種色散補(bǔ)償方式下的40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK系統(tǒng)接收性能比較

由表1可知，相比于后置和混合色散補(bǔ)償方式，前置色散補(bǔ)償方式的BER容限最大且能容忍的發(fā)送功率相對較高。因此，頻率間隔為100 GHz且采用前置色散補(bǔ)償方式的40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK系統(tǒng)能夠獲得最優(yōu)的傳輸特性。

研究表明，40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK 調(diào)制格式傳輸下行信號，2.5 Gbit/s ASK傳輸上行信號的正交調(diào)制方案可用于WDM－PON 系統(tǒng)中［2］。APol－CSRZ－FSK 作為一種光標(biāo)記信號，其優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)射端依靠載波的頻率而不是強(qiáng)度來產(chǎn)生標(biāo)記信號，且APol－CSRZ－FSK比DQPSK和ASK具有更強(qiáng)的非線性抗性。因此，APol－CSRZ－FSK可作為下一代無源光網(wǎng)絡(luò)和光分組交換網(wǎng)絡(luò)的候選碼型。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合了交替偏振、載波抑制歸零和頻移鍵控的優(yōu)點(diǎn)提出了一種新型APol－CSRZ－FSK調(diào)制碼型，介紹了它的產(chǎn)生原理，并搭建了APol－CSRZ－FSK的仿真模型，仿真證明40 Gbit/s APol－CSRZ－FSK具有良好的傳輸性能。最后結(jié)合相關(guān)研究說明了APol－CSRZ－FSK在未來WDM－PON或光標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用。

:

［1］馮勇華，許國軍，范麗琴，等.超100Gbit/s光傳輸技術(shù)分析［J］.電信技術(shù)，2011（9）:11－13.

［2］何舟.高速光通信系統(tǒng)中先進(jìn)調(diào)制格式研究［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2011.

［3］顧畹儀.WDM超長距離光傳輸技術(shù)［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2006.

Research on Novel Modulation Format of Alternate Polarization Carrier－suppressed Return－to－zero Frequency Shift Keying

LING Yu，LI Yong，HE Zhou

（Wuhan National Laboratory for Optical Fiber Communication Technology and Network，Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China）

A modulation format“APol－CSRZ－FSK”integrating alternating advantages of polarization modulation，carrier suppression return－to－zero and frequency shift keying，which can be used in 40 Gbit/s optical transmission system is proposed in this paper.Appling APol－CSRZ－FSK modulation format to carry out the simulation of 40 Gbit/s long－h(huán)aul optical transmission proves its excellent transmission performance.APol－CSRZ－FSK modulation format will be a candidate of the future WDM－PON or optical label switching systems.

APol－CSRZ－FSK;frequency interval;dispersion compensation;WDM－PON

TN915

A

責(zé)任編輯:薛 京

2012－11－16