主流的光调制技术及其比较

本文不仅讲述主流光调制器技术如QPSK, DQPSK, DPSK, OOK的概念和差异, 也清晰的比较了不同调制技术的优劣利弊.

缩略语：

CP-QPSK －基于相干检测的偏振复用四相相移键控调制技术 Coherent Polarization Multiplex – Quadrature Phase Shift Keying

DQPSK －基于直接检测的四相差分相移键控调制技术 Differential Quadrature Phase Shift Keying

DPSK －基于直接检测的差分相移键控技术 Differential  Phase Shift Keying

OOK － 开关键控调制技术 On-Off  Keying

摘要：

CP-QPSK作为OIF选定的100G的波分调制技术，应用到40G调制的时候，提供了最佳的40G波分传输性能，并在向100G波分在线升级的时候，100%的保留了系统平台的性能，并且，使用相干检测技术后，可以完成剔除波分系统中的色散补偿和偏振模补偿，避开了以前老旧光纤不能传输40G波分的问题，使得该技术无论从理论上还是实际工程上都是40G波分系统的最佳传输技术。

一、主流调制技术之间的比较

OOK、DPSK、DQPSK和CP-QPSK调制技术

OOK（如NRZ、ODB、CS-RZ等）一直是10G及以下速率光信号传输的标准调制方式，但是因为信噪比和色散容限问题，不适合更高速的传输，如40G，需要其它的替代方案。

DPSK技术就是为了解决OOK的问题，将信号承载的符号一分为二，使得符号间的距离增大了一倍，从而天然的有了3dB的光信噪比（OSNR）的优势。成为了40G波分市场的主流技术。此时，其实际传输速率（符号率）和比特率相同，都是40Gb/s。

为了增大DPSK偏振模容限，出现了DQPSK技术，将符号分为4个，实际传输的符号率是比特率的一半，为20Gb/s。理论上，相比DPSK，OSNR有所改善（符号率为DPSK一半，3dB优势），但是其符号间的距离是DPSK的0.7左右，导致OSNR劣化1.5dB；再加上差拍噪声和相位噪声的影响，使得DQPSK和DPSK的OSNR差不多。

        CP-QPSK是在DQPSK的基础上，增加一个偏振维度，使得符号率降为实际速率的1/4（实际符号率10Gb/s），并采用了相干检测技术。在相干检测模式下，输入的光信号首先分成任意混合偏振的两部分，每个部分都和一个本地激光光源发出的光信号进行90度混合。该方式把两路偏振光信号进行同相、异相隔离；最后光信号通过光电二极管转化为电信号，输入到电域的后处理过程。

图 CP-QPSK接收机结构

这里面，本地激光光源起到了光信号载体作用，本质上还是各自信号自身之间的干涉而解析出各自的偏振态、相位等信息。

相干检测，可以直接得到相位和偏振态信息，这是其最大的优势。所有对各类损伤的载波恢复都在电域进行（色散补偿、PMD损伤），因此相干检测对于系统性能优化而言更加的灵活，是一种性价比很高的方案。具备如下优点：

• 光滤波效应好，实际为10G符号率
• 和50GHz通道间隔兼容
• 传输距离： > 2000 km
• 电域偏振解复用(相比光域低成本)
• 接收机光学结构简化 (无需延时线干涉仪或平衡检测)
• 相干检测解调，CD和PMD容限大: 后处理, 无需色散补偿，无需偏振模色散补偿
• 比DPSK和RZ-DQPSK更远的传输距离

表1是对实际工程中所使用的P-DPSK、RZ-DQPSK和CP-QPSK性能的全面比较。可见CP-QPSK可以传输18个25dB的跨段。

表1：P-DPSK、RZ-DQPSK、CP-QPSK性能的全面比较

注1：理论上容量无限，实际上，按2000km普通单模光纤设计就足够满足需求；

注2：放大器噪声的降低是因为里面去掉了色散补偿模块，直接降低了将近10dB的插损，大大降低了放大器成本，并提升了放大器性能。

表2：某大型跨国设备商40G CP-QPSK的设备主要指标

小结：

1. 1. 40G的CP-QPSK调制比DPSK和RZ-DQPSK传的更远，在通信运营商要求的25dB跨段下，可以传输超过18个跨段；
2. 2. 在40G波分技术上，使用CP-QPSK调制，可以是整个波分的放大器平台成本降低50%（可去掉DCM模块），并且性能提升60%（去掉DCM模块后，降低了插损，使得放大器噪声系数大大减少）；
3. 3. 在40G向100G升级时，100%保留了整个波分平台的能力，也就是说原本2000km的传输，到100G波分时，还是2000km传输，无需更换任何线路设备。